垃圾填埋場優(yōu)勢植物生長情況調(diào)查分析1)

周靖，于法欽

(深圳職業(yè)技術學院化生學院，廣東深圳518055)

隨著城市化的快速發(fā)展，垃圾填埋場的環(huán)境影響和植被重建已成為全球共同面臨的環(huán)境問題。研究已封場垃圾填埋場的植被恢復和綠化建設，降低垃圾填埋場污染，開發(fā)利用填埋場土地資源，不僅對城市環(huán)境治理和生態(tài)建設具有重要意義,也是學術研究的難點和重點。生物修復法是三種治理重金屬污染的方法之一，即通過土壤中的各種生物(植物/土壤動物和微生物)進行吸附、降解和轉(zhuǎn)化，其中植物修復具有廣闊的發(fā)展前景。[1]

深圳市下坪固棄物填埋場是我國第一座按發(fā)達國家的衛(wèi)生填埋技術標準規(guī)范設計建設和經(jīng)營管理的大型城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場。它對人工水平防滲技術、三維堆填埋仿真系統(tǒng)技術、滲透液收集處理適時監(jiān)控技術、沼氣系統(tǒng)收集技術、生態(tài)環(huán)境管理技術等，經(jīng)過總結(jié)和改良形成了一套適合我國國情的生態(tài)填埋處理及運營管理體系。目前沼氣發(fā)電、提煉汽車燃料，垃圾滲透液處理尾氣回收制銨等綜合利用廢治污項目已投入運行，啟動CDM項目，在衛(wèi)生填埋生活垃圾，實現(xiàn)生活垃圾填埋資源化、經(jīng)濟循環(huán)領域方面有了新的重大進展。

本文選取深圳市下坪固棄物填埋場作為研究對象，通過測定垃圾填埋場內(nèi)已封場樣地優(yōu)勢植物群落土壤的物理化學性質(zhì)以及優(yōu)勢植物及其土壤的重金屬含量，分析影響植被生長的重要因子，提出適宜垃圾填埋場特殊生境生長的植物種類，為垃圾填埋場的污染土地改良、植被恢復和綠化改造提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集方法

用四根棍子和四條繩子固定一個正方形的區(qū)域，進行"S"型采樣，大約采5～10個樣。土壤深度約為20～30cm，將采到的土壤連植物一同放進塑料袋中，用油性筆做好標記。植株也是如此。采樣工具要用不銹鋼土鉆、土刀、塑料袋等，忌用報紙包土樣，以防污染。將土壤樣品平鋪在磁盤中，將植物樣品洗凈后放入筐中，在自然條件下晾干。一些植物的根部水分較難除去，不利于粉碎，為了防止某些重金屬揮發(fā)，所以烘干這些植物的溫度必須在42℃以下，因此采用了真空干燥的方法對這些植物進行了干燥。真空干燥的條件為35℃，0.85MPa，48h。

1.2 分析方法

1.2.1 樣品的預處理

將土壤樣品放入研钚中，搗成更細的樣后過篩，過篩后裝入樣品瓶中，貼上標簽。將干燥后的植物放進粉碎機中進行粉碎，再裝入樣品瓶中，貼上標簽。重金屬測定采用微波消解法對樣品進行消解，植物用濃HNO3+HCl+H2O2消化，土壤用濃HCl+HNO3+HF+H2O2消化。

1.2.2 測定方法

深圳市垃圾填埋場的土壤分析均采用森林土壤測定標準，土壤pH測定：將土樣溶于蒸餾水[m(土)∶V(水)=1∶2.5]；有機質(zhì)測定：用水合熱重鉻酸鉀氧化-比色；總氮測定用濃HSO4+CuSO4+K2SO4消化，定容,凱氏定氮法測定總氮含量；磷采用干法消化，即在鎳坩堝中加入NaOH和無水乙醇于馬弗爐中升溫至720℃熔樣，用稀硫酸溶解，定容，磷采用國家標準GB 9837-88，鉬銻鈧分光光度法測定總磷；As、Ba、Cd、Cr、Cu、Pb測定,消化后用體積比為5%的硝酸定容，用ICP-AES測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

在調(diào)查區(qū)內(nèi)根據(jù)優(yōu)勢植物生長的對應土壤設置了13個樣方，在每個小樣方內(nèi)0～20cm深度采集500g左右的土樣，分析土壤的理化性質(zhì)，結(jié)果見表1。結(jié)果表明,土壤的pH值在介于4.32～7.58之間。有機質(zhì)(O.M)含量介于1.0%～5.0%之間，平均值為2.82% ，耕作層土壤有機質(zhì)含量參考值一般高于5%。測定土壤總氮含量介于0.043%～0.33%之間，平均值為0.16%。土壤全氮含量與土壤有機質(zhì)含量有密切的正相關關系，一般變動于0.02%～0.5%之間。土壤全氮含量一般隨深度的增加而急劇降低。土壤全氮含量是處于動態(tài)變化之中。測定總磷含量介于0.076%～0.155%，平均值為0.11%，土壤總磷含量參考值一般為0.1%～0.15%之間。

表1 深圳市下坪垃圾填埋場土壤的物理化學性質(zhì)(N=13)

2.2 植物種類組成

2012年春季，在深圳市下坪固棄物垃圾填埋場進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)垃圾填埋場已封場填埋區(qū)完全被聚乙烯膜覆蓋，在聚乙烯膜上方有大量植物生長。選取一樣地(E 114°5′15″，N 22°35′30″)，共采集到優(yōu)勢植物10種，以草本植物為主，主要為蟛蜞菊[Wedeliachinensis(Osb.) DC.]，五節(jié)芒[Miscanthusfloridulus(Labill) Warb.]，三葉鬼針草(BidenspilosaL.)，少花龍葵(SolanumphoteinocarpumNak.et Odash.)，加拿大蓬[Conyzacanadensis(L.) Cronq.]，假臭草(EupatoriumcatariumVeldkamp)，野莧(AmaranthusviridisL.)，薇甘菊(MikaniaguacoDesc.)，五爪金龍[Ipomoeacarica(L.) Sweet]，還有少量喬木，主要為荷木(SchimasuperbaGardn.et Champ.)。2013年冬季，再次調(diào)查該樣地，發(fā)現(xiàn)存在優(yōu)勢植物6種，主要為五節(jié)芒[Miscanthusfloridulus(Labill) Warb.]，番薯[Ipomoeabatatas(L.) Lam]，馬纓丹(LantanacamaraL.)，水茄(SolanumtorvumSwartz.), 野莧(AmaranthusviridisL.)，五爪金龍[Ipomoeacarica(L.) Sweet]等。

2.3 不同季節(jié)土壤重金屬含量分析

2.3.1 深圳市下坪垃圾填埋場春季優(yōu)勢植物群落土壤重金屬含量分析

表2 春季采集深圳市下坪垃圾填埋場優(yōu)勢植物群落土壤重金屬含量 mg·kg-1

土壤重金屬的污染特征對照土壤環(huán)境質(zhì)量標準值(GB15618-2008)[2],春季采集優(yōu)勢植物群落對應土壤重金屬含量，砷含量的變化在18.84～80.93mg/kg,平均值為39.79mg/kg，五節(jié)芒土壤、假臭草土壤、薇甘菊土壤的砷含量均高于土壤環(huán)境二級標準，其余土壤砷含量均在土壤環(huán)境二級質(zhì)量標準附近，而蟛蜞菊土壤、少華龍葵土壤、加拿大蓬土壤中砷含量低于土壤環(huán)境二級標準。鋇含量在212.6～430.2mg/kg，但目前尚無國家參照標準。12種重金屬對人體有毒，鋇為其中之一。1974年美國環(huán)境保護局出臺《污染物濃度最高限量標準(MCLG)規(guī)定水中鋇的濃度不能超過2mg/L。[3]多發(fā)性硬化癥地區(qū)土壤和蔬菜中的鋇含量值均較高，土壤中鋇含量的研究值得深入。鎘含量在3.188～6.406 mg/kg，所測優(yōu)勢植物土壤中鎘含量均超過土壤環(huán)境二級質(zhì)量標10～20倍以上。而鉻、銅、鉛在這些土壤中均低于土壤環(huán)境二級標準值，說明該樣地無鉻、銅、鉛的污染。

2.3.2 深圳市下坪垃圾填埋場冬季優(yōu)勢植物群落土壤重金屬含量分析

冬季采集的優(yōu)勢植物對應土壤重金屬含量砷重金屬含量在0.7632～4.578mg/kg，這6種優(yōu)勢植物對應土壤中的砷含量均低于土壤環(huán)境質(zhì)量標準值。土壤中的鋇含量在191.1～324.7mg/kg,比春季略低，但仍然高于其它重金屬含量。鎘含量比春季略高，在5.872～12.70 mg/kg，高于土壤環(huán)境質(zhì)量標準20～40倍。而鉻、銅、鉛在這些土壤中均仍低于土壤環(huán)境二級標準值，說明該樣地覆蓋膜上的土壤沒有受到鉻、銅、鉛等重金屬的污染。

表3 冬季采集深圳市下坪垃圾填埋場土壤重金屬含量測定 mg·kg-1

2.4 不同季節(jié)優(yōu)勢植物重金屬含量分析

2.4.1 深圳市下坪垃圾填埋場春季優(yōu)勢植物重金屬含量分析

表4 春季采集深圳市下坪垃圾填埋場優(yōu)勢植物重金屬含量 mg·kg-1

春季采集的優(yōu)勢植物中重金屬含量，砷含量為0.04826～0.7898mg/kg，鋇含量為6.731～167.81mg/kg，荷木最高為167.81mg/kg，其次為蟛蜞菊31.01mg/kg。鎘含量為0.1632～1.663mg/kg，鉻含量為0.6223～5.037 mg/kg，銅含量為11.67～43.81mg/kg，鉛含量為0.2024～7.692mg/kg。鎘不是植物所必需元素，且毒性較大，植物中鎘正常含量水平為0.1～2.4mg/kg(Bowen,1979)。鉛也不是植物所必需元素，植物中鉛的正常含量為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場優(yōu)勢植物重金屬含量分析

冬季采集的優(yōu)勢植物中的砷含量為0.0000～0.8228mg/kg。鋇的含量為4.154～53.20mg/kg，根據(jù)國外對于多發(fā)性硬化癥少發(fā)地區(qū)蔬菜中的鋇含量均低于19mg/kg這一參考值，此地番薯葉子、水茄葉子、水茄莖、野莧的葉子、莖和根中的鋇含量均超過這個標準。鎘0.1039～4.704mg/kg,野莧的根和上部總量中的鎘含量均超過正常植物所允許量的最高標準2.4mg/kg(Bowen,1979)[4]。鉻的含量在0.1619～2.667mg/kg，銅的含量在3.560～24.71mg/kg，鉛的含量在0.4029～4.570mg/kg。

表5 冬季采集深圳市下坪垃圾填埋場優(yōu)勢植物不同部位重金屬含量 mg·kg-1

2.5 不同季節(jié)植物富集系數(shù)的比較

圖1 深圳市下坪垃圾填埋場春季優(yōu)勢植物的重金屬富集系數(shù)

圖2 深圳市下坪垃圾填埋場冬季優(yōu)勢植物的重金屬富集系數(shù)

富集系數(shù)是植物體內(nèi)的重金屬含量與對應的土壤重金屬含量之比，它表示植物對土壤吸收能力的大小。轉(zhuǎn)移系數(shù)指植物地上部分的某元素的濃度與植物地下部分相應元素之比，通過富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)對垃圾場內(nèi)的重金屬富集情況進行評價[5]。通過圖1分析顯示假臭草對銅的富集系數(shù)達到1.43，蟛蜞菊對銅的富集系數(shù)達到0.83，圖2顯示馬櫻丹對銅的富集系數(shù)接近2。可見馬纓丹，假臭草和蟛蜞菊均對銅金屬離子有較強的富集能力，可作為該種金屬的富集植物。荷木中的鋇和鉛離子含量為這些植物中含量最高的，荷木對鋇離子和鉛離子的耐受能力很強，番薯對鉻的耐受力很強。野莧對鋇的轉(zhuǎn)移系數(shù)為1.74，對鎘的轉(zhuǎn)移系數(shù)為0.91，對鉻的轉(zhuǎn)移系數(shù)為1.14，對銅的轉(zhuǎn)移系數(shù)為1.65，可見野莧對重金屬Cu、Cr、Cd和Ba的轉(zhuǎn)移能力較高。五節(jié)芒為春季和冬季都生長的植物，其富集系數(shù)不是很高，但無論春季采集的五節(jié)芒還是冬季采集的，其體內(nèi)鉛含量都較高，據(jù)文獻報導五節(jié)芒在重金屬污染的土壤定居后，有效地促進根際土壤微生物的生長，提高了微生物的活性，降低了根際土壤重金屬的含量[6]。

2.6 不確定度分析

在使用本方法測定的6種重金屬元素中，As在春季和冬季的測定結(jié)果平均值差異較大，有12倍之差，而Cu的測定結(jié)果較為穩(wěn)定，基本相當。Ba、Cr、Cd、Pb等測定結(jié)果相差1.3倍～2倍。土壤是一個復雜的結(jié)構，尤其垃圾填埋場的土壤基體更為復雜，砷在土壤中的分布本身就不均勻，加上受pH值得影響較大，導致砷的測定結(jié)果的變化較大。土壤中重金屬分析中酸濃度的影響比較復雜，涉及到酸的濃度，酸的純度和不同的影響[7]。

致謝：在完成野外內(nèi)容調(diào)查和采樣時，得到深圳下坪垃圾填埋場工作人員的大力支持。

[1]趙剛,王懷青.蘇州市七子山垃圾填埋場超富集植物的重金屬含量測定[J].江蘇林業(yè)科技,2012(6):11-14.

[2]GB15618-2008,土壤環(huán)境質(zhì)量標準(修訂)[S].南京：環(huán)境保護南京科學研究所，2008:1-10.

[3]MCLG-1974,美國引用水水質(zhì)標準[S].美國環(huán)境環(huán)保局.

[4]于法欽.云南蘭坪鉛鋅礦區(qū)植被及優(yōu)勢植物重金屬含量研究 [D].廣州:中山大學,2005.

[5]徐華偉,張仁陟,謝永.鉛鋅礦區(qū)先鋒植物野艾蒿對重金屬的吸附與富集特征[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2009,28(6)：1136-1141.

[6]沈洽金,劉德良,郭宇翔,等.煤礦廢棄地重金屬及3種土著先鋒植物吸收特征[J].廣東農(nóng)業(yè)科學,2011(20)：134-138.

[7]王煥姣,褚洪波,文新宇.火焰原子吸收測定土壤中銅的不確定度分析[J].四川環(huán)境，2007,26(2)：49-51.