张建和，洪利兴，刘乐群，柏明娥

（1. 浙江省风景园林设计院有限公司，浙江 杭州 310016；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

工厂旧址开发绿化用地的水土污染评价和处理对策研究

张建和1，洪利兴2，刘乐群2，柏明娥2

（1. 浙江省风景园林设计院有限公司，浙江 杭州 310016；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

对浙江省宁波市电化厂、热电厂、硫酸厂、农药厂等污染企业搬迁后留下旧址用于公园绿化用地进行水体和土体污染情况评价，结果表明：除六六六和氰化物外，pH、铅、锌、铜、砷、汞、镉、铬、镍、氟化物、滴滴涕等不同程度地受到较普遍的污染，个别样点甚至远远高于地表Ⅴ类水限值和土壤环境质量三级标准值，污染情况严重而复杂。根据污染因子聚类分析，结合样点测试和厂址背景分析，进行严重污染区和轻度污染区段的划分和重金属、强酸、强碱、滴滴涕、氟化物污染区块的界定，并提出清除大块石、增加有机质和蛭石、砌筑淋洗暗沟和沉淀井与沉淀池、营建小湿地、酸碱置换和植物修复等原地修复技术，以及小地形营造、地下隔离、覆盖客土、客土回填和选择抗性植物等防护对策。

城市绿化；重金属；污染；修复；

由于城市化建设需要，原为市区或城郊的工厂大量被搬迁，遗留的工厂旧址通常被纳入城市建设规划作为房地产开发和城市绿化用地等。然而这些土地由于受当时设备、工艺、环保等各种原因留下诸如重金属、农药、酸化等许多水土体污染问题，给后续土地开发带来较大的不利影响[1~3]，不仅影响植物生长，还影响人类健康。污染水土体修复是世界性的研究热点或难点，尽管研究提出固定、淋洗、氧化、热处理和生物等修复技术[4~5]，由于污染物的复杂性，至今还没有一种能广泛被认同的修复技术，并且许多还停留在实验阶段，离生产上还有相当大的距离。本研究针对工厂旧址绿化用地展开水土体污染物的评价和提出原地修复的对策，为污染区域绿化建设提供科学依据。

1 研究方法

1.1 研究背景

研究地处浙江省宁波甬江江边，并沿着江边呈长条至弧形展布（图1），长1 800 m，宽75 ~ 90 m，面积约14.5万m2。原为电化厂、硫酸厂、农药厂、热电厂等多家工厂搬迁遗址，标高2.8 m，地表有较多混凝土块、碎石砖块等建筑垃圾和碴土、废弃化工池等。1.2 采样设置

图1 采样点示意图Figure 1 Sampling points

在现场踏查基础上，自西向东基本采用“之”字形布置采样点，各点采用挖掘机开挖并采集1.5 m深的土样，同时采集水样。共选取1 ~ 26号计26个采样点，其中土样25份、水样26份。同时，实地记录土体的结构、颜色并拍摄数码照片。共采集土样25份、水样26份。其中13号和17号两个样点为地表水样，无取土样；25号采样点为同一样点同时获取1份水样和2份红褐色和黑褐色的不同土样；其它样点均为土样和水样各取1份的采样点。为便于统计，将25号样点的红褐色和黑褐色两份土样在分别测试基础上，取其平均值显示该样点的污染数值，因此土样统计以24个采样点计。

1.3 测试方法

根据国家土壤环境质量标准（GB 15618-1995）和地表水环境质量标准（GB 3838-2002）基本项目，结合水土体对绿化植物影响因子，分别测定水体和土体pH、铅（Pb）、锌（Zn）、铜（Cu）、砷（As）、汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr），以及水体氟化物（F-）、氰化物（CN-）和土体镍（Ni）、六六六（HCH）、滴滴涕（DDT）等重金属、农药、酸碱度和氰氟化有机污染物。水样和土样测定方法分别按国家地表水环境质量标准（GB 3838-2002）和土壤环境质量标准（GB 15618-1995）要求的测定方法进行测定。

2 结果与分析

2.1 各样点水土体污染特征分析

由表1表明，研究区各样点水体氰化物均小于国家地表水Ⅴ类（≤0.2 mg/L）限值、土体六六六均小于国家土壤环境质量一级（≤0.05 mg/kg）标准值，其他污染因子pH、铅、锌、铜、砷、汞、镉、铬、镍，以及水体氟化物和土体滴滴涕等重金属、农药、酸碱度和氟化有机污染物较普遍地存在轻度、中度或重度污染。

2.1.1 pH 各样点水、土体的pH值差别较大。水体的平均pH为7.81，但12、13和14号样点pH分别高达10.95、10.6和10.6，为强碱性，最低是17号样点pH仅为3.25，为强酸性。土体的平均pH为8.52，与水体相比基本趋近一致并略高于水体，多数在8 ~ 9，偏碱性，不利于植物对营养元素的吸收[6]。

2.1.2 铅（Pb） 研究区水体和土体Pb污染比较严重，各点含量差别很大。水体的平均Pb含量为0.218 mg/L，最高为12号样点达1.2 mg/L，远高于地表水Ⅴ类（≤0.1 mg/L）限值。土体的平均Pb含量为2 183 mg/kg，普遍高于水体，最高是16号样点达10 112 mg/kg，远远高于土壤环境质量三级（≤500 mg/kg）标准值，为严重的Pb污染。Pb并不是植物生长发育的必需元素，当Pb进入植物根系后，会严重影响根细胞的有丝分裂速度，导致植物生长缓慢甚至死亡[7~8]。

2.1.3 锌（Zn） 研究区水体和土体Zn污染也比较严重，各点含量差别很大。水体的平均Zn含量为14.62 mg/L，特别是17号样点达361 mg/L，远远高于地表Ⅴ类水（≤2.0 mg/L）限值。土体的平均Zn含量为4 837 mg/kg，普遍高于水体，最高是19号样点达29 655 mg/kg，远高于土壤环境质量三级（≤500 mg/kg）标准值，为严重的Zn污染。Zn是植物生长发育不可缺少的元素，但过量的Zn会严重引起植物的毒害影响[7, 9]。

表1 研究区各样点污染因子测定结果Table 1 Pollution factors at different sample points

2.1.4 铜（Cu） 研究区水体和土体的Cu污染也比较严重，各点含量差别也很大。水体的平均Cu含量为5.17 mg/L，特别是17号样点达120 mg/L，远高于地表Ⅴ类水（≤1.0 mg/L）限值。土体的平均Cu含量为1 721 mg/kg，普遍高于水体，最高是16号样点达8 920 mg/kg，远高于土壤环境质量三级（≤400 mg/kg）标准值，为严重的Cu污染。Cu是植物各种氧化酶活性的核心元素，缺Cu会严重影响叶片失绿，但过量的Cu会造成严重的毒害作用[7,10~11]。

2.1.5 砷（As） 研究区水体和土体As污染比较严重，各点含量差别很大。水体的平均As含量为0.242 8 mg/L，最高为12号样点达2.2 mg/L，远高于地表Ⅴ类水（≤0.1 m/L）限值。土体的平均As含量为21.3 mg/kg，普遍高于水体，最高是16号样点达62 mg/kg，高于土壤环境质量三级（水田≤30 mg/kg、旱地≤40 mg/kg）标准值一倍左右，为严重的As污染。As是植物非必需元素，一般不会对植物造成毒害作用[12]，低浓度As往往对植物有生长促进作用[13]，但许多研究表明高浓度As仍然表现出对植物生长具有明显的抑制甚至毒害作用[14~17]。

2.1.6 汞（Hg） 研究区水体和土体Hg污染较严重，各点含量差别很大。水体的平均Hg含量为0.000 95 mg/L，最高是14号样点达0.002 49 mg/L，高于地表Ⅴ类水（≤0.001 mg/L）限值。土体的平均Hg含量为0.924 mg/kg，普遍高于水体，特别是1号和25号样点分别高达6.2 mg/kg和4.665 mg/kg，远高于土壤环境质量三级（≤1.5 mg/kg）标准值，为严重的Hg污染。Hg是一种极毒的重金属元素，当植物体中Hg积累到一定浓度后，会破坏细胞的结构，轻则使植物体内代谢过程发生紊乱，重则造成植物枯萎，甚至衰老死亡[18~20]。

2.1.7 镉（Cd） 研究区水体和土体Cd污染也较严重，各点含量差别很大。水体的平均Cd含量为0.143 6 mg/L，特别是17号样点达3.6 mg/L，远高于地表Ⅴ类水（≤0.01 mg/L）限值。土体的平均Cd含量为34.25 mg/kg，普遍高于水体，最高是16号样点达230.3 mg/kg，远高于土壤环境质量三级（≤1.0 mg/kg）标准值，为严重的Cd污染。Cd是危害植物生长发育的有害元素，土壤中过量的Cd会对植物生长发育产生明显的危害[7,20~21]。

2.1.8 铬（Cr） 研究区水体和土体Cr污染也较严重，各点含量差别也很大。水体的平均Cr含量为0.037 2 mg/L，特别是12号样点为0.31 mg/L，远高于地表Ⅴ类水（≤0.1 mg/L）限值。土体的平均Cr含量为823 mg/kg，普遍高于水体，特别是2号样点高达4 818 mg/kg，远高于土壤环境质量三级（水田≤400 mg/kg、旱地≤300 mg/kg）标准值，为严重的Cr污染。正常条件下，Cr很少对植物造成毒害，但铬含量过高，会严重导致植物叶片萎黄、生长不良，严重时造成萎蔫和死亡[22~24]。

2.1.9 镍（Ni） 研究区土体Ni污染比较普遍，各点含量差别很大，平均为426 mg/kg，特别是2号样点高达2 803 mg/kg，远高于土壤环境质量三级（≤200 mg/kg）标准值，为严重的Ni污染。Ni是高等植物所必需微量元素，它作为脲酶的金属辅基参与氮代谢[25]，但摄入过量则导致植物细胞结构和生理过程发生改变，造成种子萌发受阴、叶片坏死、茎木质化及根生长停止等Ni毒害[11,26~27]。

2.1.10 氰化物（CN-）和氟化物（F-） 研究区水体平均CN-含量为0.056 mg/L，最高是17号样点为0.16 mg/L，普遍低于地表Ⅴ类水（≤0.2 mg/L）限值，说明研究区氰化物污染普遍较轻。但研究区平均F-含量为9.35 mg/L，特别是20号样点高达55 mg/L，远高于地表Ⅴ类水（≤1.5 mg/L）限值，为严重的F-污染。不同植物或同一植物的不同组织对水体氟吸收、蓄积能力有明显的区别，水体氟对植物的生态毒理效应主要表现在对植物的形态和生长、光合作用及代谢方面的影响[28]。

2.1.11 六六六（HCH）和滴滴涕（DDT） 研究区土体HCH含量均小于土壤环境质量一级（≤0.05 mg/kg）标准值，说明土体HCH几乎没有污染。但土体DDT含量平均为2.956 mg/kg，各点差异很大，最高是15号样点达21.543 mg/kg，远高于土壤环境质量三级（≤1.0 mg/kg）标准值，为严重的DDT污染。DDT化学名为双对氯苯基三氯乙烷，是20世纪上半叶防治农业病虫害、减轻疟疾伤寒等蚊蝇传播的广泛流行的杀虫剂，具有对人体慢性和潜在性的毒性作用，侵害肝、肾及神经系统，致癌和对内分泌及生殖系统造成损害[29~31]，对植物的生长可能没有直接影响，但会影响土壤动物的多样性而间接影响植物生长。

综上表明，研究区除六六六和氰化物外，其他污染因子不同程度地受到较普遍的污染，个别样点还特别严重，远远高于地表Ⅴ类水限值和土壤环境质量三级标准值，污染情况比较复杂。同时看到，土体的污染情况普遍高于水体，这可能由于土体对污染物的吸附或水体对污染物的淋洗作用缓慢。

2.2 研究区水土体污染区块分析

对研究区各样点水土体污染因子进行聚类分析，结果表明，就土体来讲（图2），6号、9号、7号和20号样点为一小类群，11号、21号、22号、4号、3号和23号为一小类群，14号、24号和26号为一小类群；就水体来讲（图3），5号、24号、1号和6号为一小类群，23号、21号、10号和26号为一小类群，22号、2号、3号和4号为一小类群，9号、15号和25号为一小类群。

图2 土体采样点聚类图Figure 2 Dendrogram of sampling points for soil

图3 水体采样点聚类图 Figure 3 Dendrogram of sampling points for water

虽然聚类分析不能明显看出与条带状研究区完全一致的类聚性，但基本上可以看出东西两侧区块的相似性和中间区块的分异性。因此，根据样点测试及其聚类分析，结合研究区工厂遗址环境背景分析，将条带状研究区分成西侧、东侧和中间三个区块。其中西侧区块包括1 ~ 10号样点、东侧区块包括21 ~ 26号样点、中间区块包括11 ~ 20号样点。西侧区块和东侧区块平均pH分别为7.91和8.41（表2），Hg等重金属和F-都有较严重的污染，但两者略有不同，西侧区块的Ni、Cr和DDT的污染比其它区段严重，东侧区块的Hg污染比其它区块严重。但东西两侧区块污染因子的普遍性与中间区块相比显得较轻一些，因此认为，东西两侧区块为较严重污染区块，中间区块污染程度特别严重，pH9.26趋于强碱，除了Hg、Cr、Ni和DDT低于或近于东西两侧区块外，Pb、Zn、Cu、As、Cd和F-含量明显高于东西两侧区块，因此认为，研究区的中间区块为严重污染区块，这与中间区块原为电化厂、热电厂、硫酸厂等分布较多有关。

表2 研究区各区块污染物因子平均值Table 2 Mean value of pollution factors in different sample points

鉴于各污染物之间的数值变异较大，为便于比较，将同种污染物分别除以污染物总和得相对污染物含量的归一化处理。从各区块污染物含量归一化柱状图中（图4）可看出，中间区块在pH等11项因子中，有7项（pH、Pb、Zn、Cu、As、Hg、Cd、F-1）为最高，西侧区块3项（Cr、Ni、DDT）为最高，东侧区块1项（Hg）为最高。

图4 研究区各区块污染物含量归一化柱状图Figure 4 Normalization of pollutant load in different sample points

根据测定数据，结合聚类分析，分别划定研究区重金属、滴滴涕、强酸、强碱和氟污染严重块段（图 5）。重金属污染严重的块段包括东侧区块主要是25号采样点汞污染严重块段，西侧区块2号样点的镍、砷污染严重块段，中间区块包括12号、13号、14号、15号、16号、17号、18号、19号采样点的铅、锌、铜、砷污染严重块段。DDT农药污染严重块段主要位于中间区块的10号、12号、15号和19号采样点四个块段。氟化物污染严重块段主要位于中间区块的18号、19号和20号采样点块段。强酸性和强碱性块段包括12号、13号、14号采样点的强碱性块段和17号、18号采样点的强酸性块段。

图5 研究区污染块段的划分Figure 5 Division of pollution area

3 污染水土体原地修复和绿化防护处理对策

3.1 污染水土体原地修复对策

3.1.1 清理大块石 研究区原为工厂拆除遗址，留下许多直径50 cm左右或更大的建筑碎石和混凝土块等固形物。根据现场观察，在0 ~ 1.5 m土层中，这些固形物约占总量的5%，占据了较大的土体容积，不利于植物生长，特别是影响根系的自然伸展和养分吸收，因此，宜清除1.5 m以上土层中的混凝土块等较大固形物，以改善绿化土体的结构。清理的大固形物在原地选择合适的地段进行埋深，或填置在路基下。

3.1.2 增加有机质和蛭石 有机质的多少是评价土壤肥力状况的主要因子，有机质丰富的土壤其磷酸酶活性也高，N、P、K等有效养分也较丰富[32]，蚯蚓等土体动物和微生物多样性也较高，对污染物的修复具有积极作用[33~34]，形成的土壤颗粒和胶体良好，还能降解、吸附并修复土体污染物[35~37]，减少污染物对植物的毒害。有机质可选用泥炭、熟腐畜禽粪肥等[38~39]。蛭石是一种重要的非金属矿物，它的结构特点使其具有很强的吸附能力、离子交换能力及吸附净化能力[40~41]。有机质和蛭石采用牛粪、泥炭、蛭石按65：30：5的风干质量比例配制，增加量50 ~ 80 kg/m2，翻入0 ~ 1 m的土层中。其中东西两侧污染较严重区块增加60 kg/m2；在中间污染严重区块和重金属、滴滴涕、氟化物、强碱性污染严重区块增加80 kg/m2。

3.1.3 湿地化处理 砌筑暗沟，通过雨水逐渐渗滤污染土体，汇集淋洗至沉淀井并再淋洗到沉淀池[42~44]后再进行湿地化修复处理。结合场地截排水系统，对中间严重污染区块，采取砌筑暗沟方式，通过雨水渗入土体的淋洗作用，逐渐将污染物带至暗沟，汇集到沉淀井集中处理至沉淀池湿地化处理[45~48]。暗沟深1.5 m，在沟深1 m处加上暗盖，上复土体，暗沟边墙以强度较高的多孔砖砌筑，内侧填置30 cm厚的碎石以隔离土体、保护砌筑的砖体。暗沟宽根据最大降雨量下渗情况设置，一般50 cm可基本满足下渗流量，又便于砌筑。暗沟上覆钢筋混凝土盖板。沉淀井深4 ~ 5 m、沉淀池深2 m，周边设置宽30 cm淋洗层，并结合沉淀池营建滨江小湿地实践污染水土体的湿地修复。

3.1.4 植物修复 结合研究区绿化景观建设进行污染土的植物修复。植物能够通过根系生命活动吸收、富集、固定、转化重金属等污染物质，并通过根系分泌物和营造微生物生活环境降解有机污染物、通过叶片转化成无毒无害物质并挥发，改善土体动物与微生物等生活环境，在大气中还能吸收氟等有毒有害气体，是污染土修复领域中的一项重要的生态修复技术[49~56]。实行乔、灌、草、藤立体配置，修复土体各层次的有毒有害污染物，在营造乔木景观的同时，特别要注重灌木和草本植物的多样性配置，以尽快改善并修复1.5 m左右及其以上污染较严重土体层的复合污染物质。

3.1.5 酸碱置换 在硫酸厂拆除的厂址，表层土壤和地表水体酸性较强，而在电化厂拆除的厂址，水土体呈现强碱性，前者pH3.25（强酸）、后者pH10.6（强碱），且两者处于毗邻地段，分别成为强酸和强碱严重污染区块，可以对1 m左右以上的土体，各自取一半土体进行置换，以达到中和的效果[57]。

3.2 绿化防护处理对策

3.2.1 小地形营造法 对种植直径10 cm以上的乔木树种，以营造小丘地形的方式抬高种植土，减少树木根系对污染土体的接触深度，同时，通过小丘地形的营造可减少根系对地下水的接触，增大树木根系在土体中的伸展幅度[58~59]。

3.2.2 地下隔离法 对种植直径15 cm以上的高大乔木，在营造小丘地形的基础上，在土球底部及其与污染土接触的边缘回填砂和片石，厚度30 cm以上，切断污染土体毛管对树木根系直接影响，促进新根的发生，缓解根系和根毛对于土体的生长适应。

3.2.3 覆盖客土和泥炭 对于草坪植物，宜覆盖20 cm客土并掺入20%泥炭，营造草坪草种良好的生长界面。

3.2.4 客土回填法 对于种植的灌木，拟采取客土回填方法对根系进行保护，暂时避免与污染土体的直接接触，同时使新根有个适应的过程。客土要求山地红壤，拒绝使用河塘污泥。在客土中掺入20%的泥炭，以改良根系的生长环境。

3.2.5 选用抗性植物 针对研究区污染情况，在拟采取的污染修复技术和防护对策基础上，提出重金属污染区块、酸性污染区块、碱性污染区块、滴滴涕污染区块、氟化物污染区块不同污染区块适合种植的绿化植物 176种，其中乔木77种、灌木55种、草本和地被植物28种、藤本植物10种、湿地或水生植物6种[60~65]。

4 结语

土壤为植物生长提供机械支撑，也给植物生长创造良好的根际环境和充足的肥分与水分，良好的土壤条件是保证植物正常生长的先决条件。然而，污染的水土体却会严重影响植物的正常生长。污染水土体的修复是当前世界性的热点和难点。由于污染的复杂性，至今还没有一种能被广泛认同的修复技术，并且许多还停留在实验室阶段，离生产还有相当大的距离，因此在污染区域进行绿化也成为现代园林技术中的一个技术难点。

研究区原为电化厂、硫酸厂、化工厂、农药厂等旧址，滨临江河，存在地下水位高、地表固形物多、污染复杂而严重的立地背景，给工程的绿化建设带来较大的影响。为促进工程建设的健康进行，以大量的数据揭示了研究区水土体污染程度，并进行污染区块的划分，有针对性地提出了清除大块石、增加有机质和蛭石、砌筑暗沟、植物修复、酸碱置换和选择抗性植物等技术对策，以及小地形营造、地下隔离、覆盖客土、客土回填等防护对策，采用原地修复、修复与防护同步策略，提出176种乔、灌、草、藤绿化植物，以实现植物修复与绿化建设的双赢目标，为类似工程建设提供示范样板。

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Evaluation on Water and Soil Pollution in
Former Plants and Restoration Countermeasures

ZHANG Jian-he1，HONG Li-xing2，LIU Le-qun2，BAI Ming’e2
（1. Zhejiang Landscape Architecture Design Company Limited, Hangzhou 310016, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China）

Determinations were conducted on water and soil pollution in former electrochemical, thermal power, sulphuric acid and insecticide plants in Ningbo, Zhejiang province. The result demonstrated that water and soil in different sampling points of the determined area was polluted by Pb, Zn, Cu, As, Hg, Cd, Cr, Ni, F-, DDT. Analysis on the cause of pollution, propositions for further ecological restoration were offered such as removal of large rubble, adding organic matters and vermiculite, constructing underdrain and sedimentation basin, building small wetland, etc.

urban greening; heavy metal; pollution; restoration

S731.2

A

1001-3776（2015）01-0014-09

2014-09-08；

2014-11-11

张建和（1961-），男，浙江慈溪人，高级工程师，从事园林绿化规划设计。