垃圾填埋场优势植物生长情况调查分析1)

周靖，于法钦

(深圳职业技术学院化生学院，广东深圳518055)

随着城市化的快速发展，垃圾填埋场的环境影响和植被重建已成为全球共同面临的环境问题。研究已封场垃圾填埋场的植被恢复和绿化建设，降低垃圾填埋场污染，开发利用填埋场土地资源，不仅对城市环境治理和生态建设具有重要意义,也是学术研究的难点和重点。生物修复法是三种治理重金属污染的方法之一，即通过土壤中的各种生物(植物/土壤动物和微生物)进行吸附、降解和转化，其中植物修复具有广阔的发展前景。[1]

深圳市下坪固弃物填埋场是我国第一座按发达国家的卫生填埋技术标准规范设计建设和经营管理的大型城市生活垃圾卫生填埋场。它对人工水平防渗技术、三维堆填埋仿真系统技术、渗透液收集处理适时监控技术、沼气系统收集技术、生态环境管理技术等，经过总结和改良形成了一套适合我国国情的生态填埋处理及运营管理体系。目前沼气发电、提炼汽车燃料，垃圾渗透液处理尾气回收制铵等综合利用废治污项目已投入运行，启动CDM项目，在卫生填埋生活垃圾，实现生活垃圾填埋资源化、经济循环领域方面有了新的重大进展。

本文选取深圳市下坪固弃物填埋场作为研究对象，通过测定垃圾填埋场内已封场样地优势植物群落土壤的物理化学性质以及优势植物及其土壤的重金属含量，分析影响植被生长的重要因子，提出适宜垃圾填埋场特殊生境生长的植物种类，为垃圾填埋场的污染土地改良、植被恢复和绿化改造提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集方法

用四根棍子和四条绳子固定一个正方形的区域，进行"S"型采样，大约采5～10个样。土壤深度约为20～30cm，将采到的土壤连植物一同放进塑料袋中，用油性笔做好标记。植株也是如此。采样工具要用不锈钢土钻、土刀、塑料袋等，忌用报纸包土样，以防污染。将土壤样品平铺在磁盘中，将植物样品洗净后放入筐中，在自然条件下晾干。一些植物的根部水分较难除去，不利于粉碎，为了防止某些重金属挥发，所以烘干这些植物的温度必须在42℃以下，因此采用了真空干燥的方法对这些植物进行了干燥。真空干燥的条件为35℃，0.85MPa，48h。

1.2 分析方法

1.2.1 样品的预处理

将土壤样品放入研钚中，捣成更细的样后过筛，过筛后装入样品瓶中，贴上标签。将干燥后的植物放进粉碎机中进行粉碎，再装入样品瓶中，贴上标签。重金属测定采用微波消解法对样品进行消解，植物用浓HNO3+HCl+H2O2消化，土壤用浓HCl+HNO3+HF+H2O2消化。

1.2.2 测定方法

深圳市垃圾填埋场的土壤分析均采用森林土壤测定标准，土壤pH测定：将土样溶于蒸馏水[m(土)∶V(水)=1∶2.5]；有机质测定：用水合热重铬酸钾氧化-比色；总氮测定用浓HSO4+CuSO4+K2SO4消化，定容,凯氏定氮法测定总氮含量；磷采用干法消化，即在镍坩埚中加入NaOH和无水乙醇于马弗炉中升温至720℃熔样，用稀硫酸溶解，定容，磷采用国家标准GB 9837-88，钼锑钪分光光度法测定总磷；As、Ba、Cd、Cr、Cu、Pb测定,消化后用体积比为5%的硝酸定容，用ICP-AES测定。

2 结果与分析

2.1 土壤理化性质

在调查区内根据优势植物生长的对应土壤设置了13个样方，在每个小样方内0～20cm深度采集500g左右的土样，分析土壤的理化性质，结果见表1。结果表明,土壤的pH值在介于4.32～7.58之间。有机质(O.M)含量介于1.0%～5.0%之间，平均值为2.82% ，耕作层土壤有机质含量参考值一般高于5%。测定土壤总氮含量介于0.043%～0.33%之间，平均值为0.16%。土壤全氮含量与土壤有机质含量有密切的正相关关系，一般变动于0.02%～0.5%之间。土壤全氮含量一般随深度的增加而急剧降低。土壤全氮含量是处于动态变化之中。测定总磷含量介于0.076%～0.155%，平均值为0.11%，土壤总磷含量参考值一般为0.1%～0.15%之间。

表1 深圳市下坪垃圾填埋场土壤的物理化学性质(N=13)

2.2 植物种类组成

2012年春季，在深圳市下坪固弃物垃圾填埋场进行调查，发现垃圾填埋场已封场填埋区完全被聚乙烯膜覆盖，在聚乙烯膜上方有大量植物生长。选取一样地(E 114°5′15″，N 22°35′30″)，共采集到优势植物10种，以草本植物为主，主要为蟛蜞菊[Wedeliachinensis(Osb.) DC.]，五节芒[Miscanthusfloridulus(Labill) Warb.]，三叶鬼针草(BidenspilosaL.)，少花龙葵(SolanumphoteinocarpumNak.et Odash.)，加拿大蓬[Conyzacanadensis(L.) Cronq.]，假臭草(EupatoriumcatariumVeldkamp)，野苋(AmaranthusviridisL.)，薇甘菊(MikaniaguacoDesc.)，五爪金龙[Ipomoeacarica(L.) Sweet]，还有少量乔木，主要为荷木(SchimasuperbaGardn.et Champ.)。2013年冬季，再次调查该样地，发现存在优势植物6种，主要为五节芒[Miscanthusfloridulus(Labill) Warb.]，番薯[Ipomoeabatatas(L.) Lam]，马缨丹(LantanacamaraL.)，水茄(SolanumtorvumSwartz.), 野苋(AmaranthusviridisL.)，五爪金龙[Ipomoeacarica(L.) Sweet]等。

2.3 不同季节土壤重金属含量分析

2.3.1 深圳市下坪垃圾填埋场春季优势植物群落土壤重金属含量分析

表2 春季采集深圳市下坪垃圾填埋场优势植物群落土壤重金属含量 mg·kg-1

土壤重金属的污染特征对照土壤环境质量标准值(GB15618-2008)[2],春季采集优势植物群落对应土壤重金属含量，砷含量的变化在18.84～80.93mg/kg,平均值为39.79mg/kg，五节芒土壤、假臭草土壤、薇甘菊土壤的砷含量均高于土壤环境二级标准，其余土壤砷含量均在土壤环境二级质量标准附近，而蟛蜞菊土壤、少华龙葵土壤、加拿大蓬土壤中砷含量低于土壤环境二级标准。钡含量在212.6～430.2mg/kg，但目前尚无国家参照标准。12种重金属对人体有毒，钡为其中之一。1974年美国环境保护局出台《污染物浓度最高限量标准(MCLG)规定水中钡的浓度不能超过2mg/L。[3]多发性硬化症地区土壤和蔬菜中的钡含量值均较高，土壤中钡含量的研究值得深入。镉含量在3.188～6.406 mg/kg，所测优势植物土壤中镉含量均超过土壤环境二级质量标10～20倍以上。而铬、铜、铅在这些土壤中均低于土壤环境二级标准值，说明该样地无铬、铜、铅的污染。

2.3.2 深圳市下坪垃圾填埋场冬季优势植物群落土壤重金属含量分析

冬季采集的优势植物对应土壤重金属含量砷重金属含量在0.7632～4.578mg/kg，这6种优势植物对应土壤中的砷含量均低于土壤环境质量标准值。土壤中的钡含量在191.1～324.7mg/kg,比春季略低，但仍然高于其它重金属含量。镉含量比春季略高，在5.872～12.70 mg/kg，高于土壤环境质量标准20～40倍。而铬、铜、铅在这些土壤中均仍低于土壤环境二级标准值，说明该样地覆盖膜上的土壤没有受到铬、铜、铅等重金属的污染。

表3 冬季采集深圳市下坪垃圾填埋场土壤重金属含量测定 mg·kg-1

2.4 不同季节优势植物重金属含量分析

2.4.1 深圳市下坪垃圾填埋场春季优势植物重金属含量分析

表4 春季采集深圳市下坪垃圾填埋场优势植物重金属含量 mg·kg-1

春季采集的优势植物中重金属含量，砷含量为0.04826～0.7898mg/kg，钡含量为6.731～167.81mg/kg，荷木最高为167.81mg/kg，其次为蟛蜞菊31.01mg/kg。镉含量为0.1632～1.663mg/kg，铬含量为0.6223～5.037 mg/kg，铜含量为11.67～43.81mg/kg，铅含量为0.2024～7.692mg/kg。镉不是植物所必需元素，且毒性较大，植物中镉正常含量水平为0.1～2.4mg/kg(Bowen,1979)。铅也不是植物所必需元素，植物中铅的正常含量为0.5～5mg/kg(Bowen,1979)，一般低于3mg/kg。(Nriagu,1978)[4]。

2.4.2 深圳市下坪垃圾填埋场优势植物重金属含量分析

冬季采集的优势植物中的砷含量为0.0000～0.8228mg/kg。钡的含量为4.154～53.20mg/kg，根据国外对于多发性硬化症少发地区蔬菜中的钡含量均低于19mg/kg这一参考值，此地番薯叶子、水茄叶子、水茄茎、野苋的叶子、茎和根中的钡含量均超过这个标准。镉0.1039～4.704mg/kg,野苋的根和上部总量中的镉含量均超过正常植物所允许量的最高标准2.4mg/kg(Bowen,1979)[4]。铬的含量在0.1619～2.667mg/kg，铜的含量在3.560～24.71mg/kg，铅的含量在0.4029～4.570mg/kg。

表5 冬季采集深圳市下坪垃圾填埋场优势植物不同部位重金属含量 mg·kg-1

2.5 不同季节植物富集系数的比较

图1 深圳市下坪垃圾填埋场春季优势植物的重金属富集系数

图2 深圳市下坪垃圾填埋场冬季优势植物的重金属富集系数

富集系数是植物体内的重金属含量与对应的土壤重金属含量之比，它表示植物对土壤吸收能力的大小。转移系数指植物地上部分的某元素的浓度与植物地下部分相应元素之比，通过富集系数和转移系数对垃圾场内的重金属富集情况进行评价[5]。通过图1分析显示假臭草对铜的富集系数达到1.43，蟛蜞菊对铜的富集系数达到0.83，图2显示马樱丹对铜的富集系数接近2。可见马缨丹，假臭草和蟛蜞菊均对铜金属离子有较强的富集能力，可作为该种金属的富集植物。荷木中的钡和铅离子含量为这些植物中含量最高的，荷木对钡离子和铅离子的耐受能力很强，番薯对铬的耐受力很强。野苋对钡的转移系数为1.74，对镉的转移系数为0.91，对铬的转移系数为1.14，对铜的转移系数为1.65，可见野苋对重金属Cu、Cr、Cd和Ba的转移能力较高。五节芒为春季和冬季都生长的植物，其富集系数不是很高，但无论春季采集的五节芒还是冬季采集的，其体内铅含量都较高，据文献报导五节芒在重金属污染的土壤定居后，有效地促进根际土壤微生物的生长，提高了微生物的活性，降低了根际土壤重金属的含量[6]。

2.6 不确定度分析

在使用本方法测定的6种重金属元素中，As在春季和冬季的测定结果平均值差异较大，有12倍之差，而Cu的测定结果较为稳定，基本相当。Ba、Cr、Cd、Pb等测定结果相差1.3倍～2倍。土壤是一个复杂的结构，尤其垃圾填埋场的土壤基体更为复杂，砷在土壤中的分布本身就不均匀，加上受pH值得影响较大，导致砷的测定结果的变化较大。土壤中重金属分析中酸浓度的影响比较复杂，涉及到酸的浓度，酸的纯度和不同的影响[7]。

致谢：在完成野外内容调查和采样时，得到深圳下坪垃圾填埋场工作人员的大力支持。

[1]赵刚,王怀青.苏州市七子山垃圾填埋场超富集植物的重金属含量测定[J].江苏林业科技,2012(6):11-14.

[2]GB15618-2008,土壤环境质量标准(修订)[S].南京：环境保护南京科学研究所，2008:1-10.

[3]MCLG-1974,美国引用水水质标准[S].美国环境环保局.

[4]于法钦.云南兰坪铅锌矿区植被及优势植物重金属含量研究 [D].广州:中山大学,2005.

[5]徐华伟,张仁陟,谢永.铅锌矿区先锋植物野艾蒿对重金属的吸附与富集特征[J].农业环境科学学报,2009,28(6)：1136-1141.

[6]沈洽金,刘德良,郭宇翔,等.煤矿废弃地重金属及3种土著先锋植物吸收特征[J].广东农业科学,2011(20)：134-138.

[7]王焕姣,褚洪波,文新宇.火焰原子吸收测定土壤中铜的不确定度分析[J].四川环境，2007,26(2)：49-51.