周靖，于法欽

(深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院化生學(xué)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(fù)和綠化建設(shè)，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(shè)具有重要意義,也是學(xué)術(shù)研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)。生物修復(fù)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(jìn)行吸附、降解和轉(zhuǎn)化，其中植物修復(fù)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(dá)國家的衛(wèi)生填埋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì)建設(shè)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(shù)、三維堆填埋仿真系統(tǒng)技術(shù)、滲透液收集處理適時(shí)監(jiān)控技術(shù)、沼氣系統(tǒng)收集技術(shù)、生態(tài)環(huán)境管理技術(shù)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(yùn)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(xiàng)目已投入運(yùn)行，啟動CDM項(xiàng)目，在衛(wèi)生填埋生活垃圾，實(shí)現(xiàn)生活垃圾填埋資源化、經(jīng)濟(jì)循環(huán)領(lǐng)域方面有了新的重大進(jìn)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(xué)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(fù)和綠化改造提供科學(xué)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(gè)正方形的區(qū)域，進(jìn)行"S"型采樣，大約采5～10個(gè)樣。土壤深度約為20～30cm，將采到的土壤連植物一同放進(jìn)塑料袋中，用油性筆做好標(biāo)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(bào)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(jìn)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(yù)處理

將土壤樣品放入研钚中，搗成更細(xì)的樣后過篩，過篩后裝入樣品瓶中，貼上標(biāo)簽。將干燥后的植物放進(jìn)粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎，再裝入樣品瓶中，貼上標(biāo)簽。重金屬測定采用微波消解法對樣品進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，土壤pH測定：將土樣溶于蒸餾水[m(土)∶V(水)=1∶2.5]；有機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)土壤設(shè)置了13個(gè)樣方，在每個(gè)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(jī)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(jī)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(jī)質(zhì)含量有密切的正相關(guān)關(guān)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(xué)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)值(GB15618-2008)[2],春季采集優(yōu)勢植物群落對應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，其余土壤砷含量均在土壤環(huán)境二級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。鋇含量在212.6～430.2mg/kg，但目前尚無國家參照標(biāo)準(zhǔn)。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(hù)局出臺《污染物濃度最高限量標(biāo)準(zhǔn)(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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)值，說明該樣地?zé)o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(yīng)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(yīng)土壤中的砷含量均低于土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(yīng)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(jìn)行評價(jià)[5]。通過圖1分析顯示假臭草對銅的富集系數(shù)達(dá)到1.43，蟛蜞菊對銅的富集系數(shù)達(dá)到0.83，圖2顯示馬櫻丹對銅的富集系數(shù)接近2?？梢婑R纓丹，假臭草和蟛蜞菊均對銅金屬離子有較強(qiáng)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(qiáng)，番薯對鉻的耐受力很強(qiáng)。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(xiàn)報(bào)導(dǎo)五節(jié)芒在重金屬污染的土壤定居后，有效地促進(jìn)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(dāng)。Ba、Cr、Cd、Pb等測定結(jié)果相差1.3倍～2倍。土壤是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，尤其垃圾填埋場的土壤基體更為復(fù)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(dǎo)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(fù)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(shí)，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(biāo)準(zhǔn)(修訂)[S].南京：環(huán)境保護(hù)南京科學(xué)研究所，2008:1-10.

[3]MCLG-1974,美國引用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[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(xué),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(xué)學(xué)報(bào),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(xué),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.