城市廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究程曉東

1、第一章引言1.1 選題背景及意義隨著中國城市化進程的加快，城市產(chǎn)生的垃圾量不斷增加。中國 2006 年城鎮(zhèn)生活垃圾清運量為 1.48 億噸，2/3 的城市被垃圾環(huán)帶包圍。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國城鎮(zhèn)生活垃圾年產(chǎn)生量超過 1.7 億噸，占世界垃圾總產(chǎn)生量的 26.5%，是世界上垃圾包袱最重的國家。而且由于我國城市規(guī)模擴大，人口增多以及人民生活水平的提高，城市生活垃圾以年均增長率 8%10%的速度迅猛增加 1，數(shù)量龐大的城市生活垃圾已對城市的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成日益嚴重的威脅，尤其對于我國中小城市，由于早期的垃圾場大部分沒有完全按照衛(wèi)生填埋的要求運行，使得現(xiàn)在許多期滿的廢棄垃圾場對城市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重的威脅

2、。我國城市中廢棄垃圾場暴露出嚴重的環(huán)境問題：（1）廢棄垃圾場占地面積大，造成大量土地資源的浪費；（2）廢棄垃圾場產(chǎn)生的滲濾液及填埋氣己成為周邊地區(qū)水環(huán)境和大氣環(huán)境重要污染源，嚴重威脅人類的健康；（3）廢棄垃圾場堆放的垃圾嚴重影響了周邊生態(tài)景觀。城市廢棄垃圾場如果沒有人工干預(yù)，它會緩慢進行自發(fā)的次生生態(tài)演替過程，但是人為因素有目的地介入能夠加速并優(yōu)化垃圾場的植被恢復(fù)進程，對廢棄垃圾場進行生態(tài)恢復(fù)可以實現(xiàn)如下目標(biāo)：（1）廢棄垃圾場植被恢復(fù)可以提高蒸騰作用，有效防止直接降水的下滲和地表徑流，減少滲濾液的產(chǎn)生量；（2）減少甲烷和惡臭氣體的排放量，降低甲烷等溫室氣體對全球溫室效應(yīng)和周邊人居環(huán)境的影響，具

3、良好的生態(tài)環(huán)境效益；（3）有利于城市觀生態(tài)重建和土地資源的恢復(fù)再利用。我國在垃圾場的治理領(lǐng)域起步較晚，現(xiàn)在還沒有從真正意義上實現(xiàn)城市廢棄垃圾場的生態(tài)恢復(fù) 2-4。因此，開展城市廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究已成為當(dāng)前環(huán)境污染治理領(lǐng)域的迫切要求。1.2 國內(nèi)外城市垃圾場污染治理與生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究動態(tài)1.2.1 國外城市垃圾場污染治理與生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究動態(tài)國外對城市廢棄垃圾場的關(guān)注和研究比中國開始的要早一些，國外有關(guān)學(xué)者早強堿(pH 值 10.5)或受金屬污染的土壤上有較強適應(yīng)性。齊齊哈爾市某一廢棄垃圾場自 1994 年開始封場綠化，在開始籌備覆土綠化的生態(tài)恢復(fù)工程前 16，按照不同植物對垃圾堆體覆蓋

4、土壤后的生態(tài)適宜性，遵循先綠后好的原則，先種植較容易生存的植物，在這些先鋒植物對生境進行影響改善后，逐漸引入生態(tài)效應(yīng)和觀賞性更高的植物類群，使恢復(fù)后的生態(tài)系統(tǒng)不斷向較理想的頂極群落演替。綜上所述，在生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究過程中，針對城市廢棄垃圾場的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)還沒有進行過具體深入的研究，很多時候還是停留在植被的選擇，沒有結(jié)合具體的工程措施控制垃圾場的環(huán)境污染。本課題提出的城市廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，不單是傳統(tǒng)意義上的植被恢復(fù)，而是在植被恢復(fù)的基礎(chǔ)上結(jié)合相應(yīng)的工程措施，提出“植物修復(fù)+滲濾液處理后回灌”的生態(tài)恢復(fù)新思路，應(yīng)用生態(tài)恢復(fù)理論，采取合理的工程措施，建立良性互動的生態(tài)系統(tǒng)，達到控制城市廢棄垃圾

5、場污染、實現(xiàn)垃圾場生態(tài)平衡的目的。1.3 課題研究主要內(nèi)容目前，我國城市廢棄垃圾場的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)還處于初級階段，本文通過對城市廢棄垃圾場環(huán)境污染的調(diào)查分析，掌握了滲濾液、填埋氣等污染物的污染規(guī)律，運用生態(tài)學(xué)原理及植物修復(fù)機理，對城市廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)技術(shù)進行研究，因此決定從以下幾方面進行研究：一是通過對城市廢棄垃圾場環(huán)境污染的調(diào)查分析并掌握：（1）滲濾液的組分特征、滲濾液在土壤和地下水中的遷移轉(zhuǎn)化機理及滲濾液的產(chǎn)量估算方法；（2）填埋氣危害成分、填埋氣的遷移過程及產(chǎn)量估算，綜合滲濾液和填埋氣的污染規(guī)律，為廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)技術(shù)中采取的工程措施提供可靠依據(jù)；二是城市廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)技術(shù)路線進行

6、研究。主要是對生態(tài)恢復(fù)技術(shù)環(huán)節(jié)中垃圾場場地狀況的調(diào)查、場地的改善與準(zhǔn)備、植被的選擇和試種及采取的工程措施進行研究；三是針對保定市某廢棄垃圾場現(xiàn)狀，提出保定市某垃圾場生態(tài)恢復(fù)技術(shù)方案。第三章城市廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究3.1 城市廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)技術(shù)3.1.1 城市廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)概述生態(tài)恢復(fù)亦稱生態(tài)修復(fù)，國際上把其準(zhǔn)確定義為：幫助退化、受損或破壞了的生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)的過程。生態(tài)恢復(fù)技術(shù)是解決環(huán)境污染，恢復(fù)被人類活動破壞了的生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。它是根據(jù)生態(tài)學(xué)原理并通過一定的生物、生態(tài)以及工程的技術(shù)與方法，人為地改變和切斷生態(tài)系統(tǒng)退化的主導(dǎo)因子或過程，調(diào)整、配置和

7、優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部及其與外界的物質(zhì)、能量和信息的流動過程及其時空秩序，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)學(xué)潛力盡快地、成功地恢復(fù)到正常的或原有乃至更高水平 34-36。在課題研究中，對于城市廢棄垃圾場的生態(tài)恢復(fù)既要依靠大自然的力量、充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力，又要結(jié)合人工治理，利用植被的修復(fù)手段并結(jié)合相應(yīng)的工程措施，加快垃圾場的修復(fù)周期，使其向穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展。3.1.2 城市廢棄垃圾填埋場生態(tài)恢復(fù)原理3.1.2.1 城市廢棄垃圾填埋場生態(tài)學(xué)原理生態(tài)恢復(fù)汲取了生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)和經(jīng)濟學(xué)等多學(xué)科的理論，廢棄垃圾場的生態(tài)恢復(fù)的技術(shù)研究也要借助生態(tài)恢復(fù)理論，生態(tài)恢復(fù)理論注重垃圾場這個局部生態(tài)系統(tǒng)與外部生態(tài)

8、系統(tǒng)間的關(guān)系，注重生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各組成成分之間相互聯(lián)系及其相互影響的機制，注重生態(tài)系統(tǒng)生物因子對污染物質(zhì)的吸收與降解作用，注重各種恢復(fù)手段的協(xié)調(diào)性與綜合性。其主要的生態(tài)學(xué)原理 37有：（1）整體性原理。廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)研究作為一個有機整體的生態(tài)系統(tǒng)，要以整體觀為指導(dǎo)，在整體觀指導(dǎo)下，統(tǒng)籌兼顧，統(tǒng)一協(xié)調(diào)當(dāng)前與長遠、局部與整體、污染治理與開發(fā)利用之間的和諧關(guān)系。（2）物質(zhì)循環(huán)原理。通過實施廢棄垃圾場植被恢復(fù)和滲濾液回灌工程，實行有計劃地物質(zhì)遷移、能量轉(zhuǎn)化工作，研究其自凈能力和環(huán)境容量，充分發(fā)揮各種物質(zhì)的生產(chǎn)潛力來增產(chǎn)和節(jié)約，以促進物質(zhì)的良性循環(huán)與再生利用。（3）生態(tài)位原理。在自然群落中，一般由多個種

9、群組成，它們的生態(tài)位是不同的，但也有重疊，這有利于相互補償充分利用各種資源，以達到最大種群生產(chǎn)力。根據(jù)生態(tài)位理論，在生態(tài)恢復(fù)中要避免引進生態(tài)位相同的物種，盡可能使物種生態(tài)為理論依據(jù)。在生態(tài)恢復(fù)過程中通過人工合理的干預(yù)為生態(tài)的自我修復(fù)和群落進化提供必要條件。如根據(jù)國內(nèi)外的研究，對垃圾場生態(tài)系統(tǒng)中的主要限制因子進行考察，有針對性的施肥、種植，對于其它限制因子如酸堿度、重金屬污染等也要采取相應(yīng)措施，這些對垃圾場植物成功種植很重要 39。（10）最小風(fēng)險與最大效益原理。這要求我們認真研究被恢復(fù)對象，經(jīng)過綜合地分析論證，將廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)工程的風(fēng)險降到最低，同時，要考慮生態(tài)恢復(fù)的經(jīng)濟效益和收益周期，保

10、持最小風(fēng)險并獲得最大效益，實現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益的統(tǒng)一。3.1.2.2 城市廢棄垃圾場植物修復(fù)機理分析在英文中，植物修復(fù)一詞為“phytoremediation”，它有希臘詞“phyton” (植物)和拉丁詞“remediare”(修復(fù))兩詞合成，意指一個系統(tǒng)中某些植物與土壤微生物聯(lián)合作用將污染物轉(zhuǎn)化成一種無害的、通常是有價值的形態(tài)。植物修復(fù)技術(shù)作為生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的一項重要手段,是綠色的、環(huán)境友好的污染治理技術(shù)，是從生態(tài)學(xué)原理高度解決污染，對實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展具有重要的實踐意義 40。從資源角度看，在植物修復(fù)技術(shù)用于廢棄垃圾場治理過程中，生活垃圾是可供植物生長的良好有機肥源。通過植

11、物生長，不但起到固土保水，改良土質(zhì)，改善土壤生態(tài)環(huán)境的作用，而且也不會造成環(huán)境的二次污染，故植物修復(fù)技術(shù)被稱為綠色修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)的技術(shù)體系內(nèi)容見表3-1。植物修復(fù)就是利用植物根系不僅能為微生物分泌營養(yǎng)物質(zhì)、活化微生物以降解污染物，而且能吸收轉(zhuǎn)化污染物。對此，超富集植物的發(fā)現(xiàn)和植物超富集的機理對于生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展十分重要，這些植物的理想選擇應(yīng)具有以下特征：1 在污染物濃度較低時也有較高的積累速率；2 具有在體內(nèi)積累高濃度污染物的能力；3 能同時積累幾種金屬；4 生長快和生物量大的特點；5 具有較強的抗蟲抗病能力 41。表3-2列出了幾種典型的超富集植物。（1）植物修復(fù)技術(shù)中重金屬的降解機理

12、：植物吸收和過濾：吸收是利用一些植物對重金屬的吸收和在地上部分的積累，并通過收獲地上部分來達到減少土壤中重金屬的目的；過濾是利用植物根系的吸收能力和巨大的表面積去除重金屬。這類植物是由太陽能驅(qū)動的金屬泵，能將土壤中的重金屬經(jīng)根系吸收蓄積在體內(nèi)的超量積累植物和誘導(dǎo)的超量積累植物。柳屬的某些物種能大量富集Cd；芥子草等對Se、Pb、Cr、Cd、Ni、Zn、Cu具有較強的累積能力；Robinson報告了高生物量Ni超累積植物，吸收提取Ni量可達168kg/ha；高山螢褐類可吸收高濃度的Cu、Co、Mn、Pb、Se、Cd和Zn。植物固定：是利用植物固定土壤中的大量有毒金屬，以降低其生物有效性并防止其進

13、入地下水和食物鏈，從而減少對環(huán)境和人類健康的污染風(fēng)險。但在這一過程中，土壤中的重金屬含量并沒有減少，只是形態(tài)發(fā)生變化，如果環(huán)境條件發(fā)生改變，重金屬的生物可利用性可能又會發(fā)生改變。植物揮發(fā)：是利用植物根系的吸收能力將污染物吸入體內(nèi)后又將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣中。由于植物揮發(fā)只適用于揮發(fā)性的污染物，因而其應(yīng)用受到限制。但是效果還是明顯的。如一些金屬（如硒、砷和汞等）可以被生物甲基化形成揮發(fā)性的氣態(tài)釋放入大氣。一些農(nóng)作物比如水稻、花椰菜、大麥和苜蓿等都有較強的揮發(fā)硒的能力。（2）植物降解有機污染物的機理：植物的直接吸收和降解作用。植物從土壤中直接吸收有機物，然后將沒有毒性的中間代謝體儲存在植物

14、組織中，從而去除環(huán)境中的中等親水性有機污染物.當(dāng)然也需注意：有害化學(xué)物質(zhì)如果未被植物降解而直接吸收后累積存在于植物體內(nèi)，則對當(dāng)?shù)氐囊吧鷦游锖腿藗兂蔀榱肆硪环N潛在的威脅 42，但通過環(huán)境管理應(yīng)能解決此問題。分泌物和酶的作用。植物根系的分泌物除增加根際系統(tǒng)有機質(zhì)、增強生物活性外，還有一種作用是對生物恢復(fù)最有利的，即增加根系系統(tǒng)的共代謝基質(zhì)（孫鐵珩等，2004）。此外，植物根系釋放到土壤中的酶可直接降解有關(guān)化合物，且降解地還非常快，植物死亡后酶釋放到環(huán)境中仍可繼續(xù)發(fā)揮分解作用。在植物根區(qū)，微生物種類和生物量明顯比根外土壤多，近年研究發(fā)現(xiàn)，隨著植物根區(qū)微生物的密度增加，多環(huán)芳烴降解速率也明顯加快。強化

15、根區(qū)的礦化作用。植物可以促進微生物的轉(zhuǎn)化作用，已被很多研究所證實。植物根區(qū)的菌根真菌與植物形成菌根共生體，植物為微生物提供生存場所并可轉(zhuǎn)移氧氣使根區(qū)的好氧轉(zhuǎn)化作用能正常進行?？傊?，研究植物在土壤修復(fù)中的作用需考慮的問題有：（1）植物根系的結(jié)構(gòu)和年齡對有毒物降解的影響；（2）植物根系的轉(zhuǎn)化動態(tài)，包括根在分解過程中有毒物質(zhì)釋放的可能性；（3）根系釋放的非生物物質(zhì)的溶解性；（4）根際微生物群落在腐殖化過程中的作用。表3-3列出了覆蓋土壤植被系統(tǒng)對垃圾場中主要污染物的凈化機理。3.1.3 城市廢棄垃圾填埋場生態(tài)恢復(fù)技術(shù)實施步驟廢棄的垃圾場有著特殊的土壤性質(zhì)，通常在自然和一定程度人工介入的條件下，會逐漸

16、發(fā)生一種類似于次生生態(tài)演替的過程，但是其前提是有合適的土壤條件、先鋒植物的種子或人工播種、適宜的氣候條件，并且無特殊有毒有害物質(zhì)存在。生態(tài)恢復(fù)的過程通常是：適應(yīng)性物種的進入，土壤肥力的緩慢積累，結(jié)構(gòu)的緩慢改善，毒性的緩慢下降，新的適應(yīng)性物種的進入，新的環(huán)境條件變化，群落的進入。3.1.3.1 垃圾場場址狀況的調(diào)查植被恢復(fù)是廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)的必要過程，但在開始種植植被之前，必須了解現(xiàn)有的土壤狀況。因此，首先需要進行現(xiàn)場勘查，然后測試土壤樣品的性質(zhì)，完成之后，才可能采取必要的措施改善土壤的條件，便于植被的種植。(1) 土壤狀況現(xiàn)場勘查。土壤狀況現(xiàn)場勘查一般遵循如下的流程：(2) 土壤測試經(jīng)過土壤

17、狀況的現(xiàn)場勘查進而確定土壤狀況之后，接下來就需要更徹底地分析土壤的特征。如果不了解現(xiàn)場的狀況和土壤的特征，廢棄垃圾場的任何種植都企圖都會造成對時間和金錢的浪費。土壤測試應(yīng)當(dāng)作為場址調(diào)查的第二步來進行，表3-5列出了需要分析的項目，其中包括常量營養(yǎng)元素、微量營養(yǎng)元素、pH、水力傳導(dǎo)率、容積率和有機質(zhì)含量。根據(jù)分析結(jié)果，可以仔細設(shè)計施肥計劃給植物提供營養(yǎng)元素；可能還需要調(diào)節(jié)土壤至合適的范圍，因為隨著pH下降，某些痕量元素可能超過植物需要的含量，從而產(chǎn)生毒性；高濃度的鋅、銅、鎂、鐵、鎘和鉛都會給植物造成損傷；2mmhos以下的水力傳導(dǎo)率能保持土壤中適量的水分平衡；容積率在75-87Ib/ft3是理想

18、的，但是不能超過106 Ib/ft3；有機質(zhì)含量應(yīng)在2-5%。3.1.3.2 垃圾場的表土覆蓋廢棄垃圾場的表土一般都遭到嚴重的破壞，故要采取一系列表土覆蓋工程來改善現(xiàn)場的土壤條件，可為未來構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的植物生長提供基質(zhì)，同時具有減少雨水滲入填埋體的作用。為植被恢復(fù)計劃的實施做準(zhǔn)備，在實施過程中應(yīng)該做好如下三方面的工作：（1）在可行的情況下，應(yīng)該盡量使用本地的表土作為最終覆蓋系統(tǒng)。尤其是需要采用本地植物將填埋場址恢復(fù)至其原有的自然生態(tài)狀況時，使用本地原來的土壤將會改善封場填埋場中植物生長的不利環(huán)境，極大的提高種植的成活率。（2）最終覆蓋系統(tǒng)中表土植被層的土壤應(yīng)當(dāng)進行改良以便于植物生長，如預(yù)先混合

19、土壤改良材料(如垃圾堆肥、陳垃圾等)。陳垃圾由于有機質(zhì)含量和離子交換容量均大于貧瘠的覆蓋土，并且陳垃圾的透氣性和透水性均優(yōu)于覆蓋土，因此便于植被生長。（3）覆蓋土應(yīng)在干的時候鋪設(shè)以避免過多的壓實，覆土層表面以下15cm范圍及最終覆層土壤的理化性質(zhì)被認為是妨礙垃圾場植被生長的重要因素之一。又由于垃圾不斷地厭氧分解會不斷產(chǎn)生填埋氣和滲濾液，垃圾場在其漫長的穩(wěn)定化過程通常出現(xiàn)不同程度沉降。老式垃圾場大多沒有對填埋的垃圾采取壓縮措施，這種情況尤為嚴重。地表沉降會改變下面滲濾液流動及填埋氣體運動，從而可能會破壞最終覆蓋層的結(jié)構(gòu)，這些表面裂縫和沉降不均將直接影響封場后的植被恢復(fù)，還會給重新開發(fā)利用造成負面

20、影響 43。有關(guān)覆蓋工程的技術(shù)參數(shù)各個些國家都不同。附錄中表1為美國、加拿大等對垃圾填埋場采用的覆蓋技術(shù)要求；表3-6可知，我國對植被層的要求是厚度不應(yīng)小于0.15m。而覆土厚度對植物生長有直接關(guān)系，在符合國家標(biāo)準(zhǔn)的情況下，土壤越厚越有利于植物生長。3.1.3.3 植被的選擇與試種在植被的選擇和試種環(huán)節(jié)中，需要解決兩方面的問題，一是要分析在廢棄垃圾場中限制植被生長的因素；二是要探討在植被選擇中，對于本地品種和外地品種，草本植物和木本植物應(yīng)該考慮的因素；在植被的試種過程中，植被的種植方式以及植被的維護進行探討。（1）廢棄垃圾場中限制植被生長的因素分析在廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)過程中，由于每個地區(qū)的環(huán)境

21、條件不一樣，故并不存在一個選擇植物品種的通則，尤其針對植物在垃圾場生長要面臨LFG、滲濾液、高溫、干旱缺水和土壤貧瘠等嚴峻的環(huán)境壓力，植物的成活率、生長速度等生長指標(biāo)同植物的適應(yīng)性和這些環(huán)境條件有著直接關(guān)系，因此，對于廢棄垃圾場這個“特殊”的環(huán)境下，很有必要對限制植被生長的因素進行分析。廢棄的生活垃圾填埋場限制植被生長的因素包括填埋氣對植物根系有毒性、土壤含氧量低、覆蓋土層薄、離子交換容量有限、營養(yǎng)水平低、持水能力低、土壤含水率低、土壤溫度高、土壤壓實過密、土壤結(jié)構(gòu)差等因素。對根系的毒性廢棄的垃圾場中垃圾厭氧分解產(chǎn)生的氣體主要是CO2和CH4。盡管CO2自身沒有毒性，但是對垃圾場土壤的研究表明

22、，CO2能夠取代氧氣，從而導(dǎo)致植物處于厭氧環(huán)境中難以存活，充滿了填埋氣的還原態(tài)土壤環(huán)境可能提高某些痕量元素的水平，并且有可能濃度高至對植物有毒性的水平。氧氣水平低土壤中的孔隙被水分和空氣交替占據(jù)。在降雨或灌溉之后，水分取代空氣，占據(jù)了土壤中孔隙。由于重力的作用將水分從較大的孔隙中拽出來，使空氣得以進去。植物生長是否良好取決于在降雨和灌溉的間歇是否有足夠的大孔隙保持空氣以及是否有足夠的小孔隙保持水分。因為植物根系氧氣的供給依賴于土壤保持空氣的能力，任何減少土壤孔隙的過程對植物生長都是有害的。重型機械對土壤的壓實，尤其是對于結(jié)構(gòu)很差的填埋場覆蓋土，使得植物的生長更加困難。有機質(zhì)含量低我國大多數(shù)土壤

23、中有機質(zhì)的含量為15%而薄沙地則<0.50%，在一般耕地耕層中有機質(zhì)含量只占土壤干重的0.52.5%，耕層以下更少，但它的作用卻很大。土壤有機質(zhì)是構(gòu)成土壤肥力的重要因素之一，它和礦物質(zhì)緊密地結(jié)合在一起，對土壤的物理化學(xué)性狀影響很大。由于土壤有機質(zhì)具有較大的陽離子吸持容量，并能整合或絡(luò)合許多重金屬，所以，富含有機質(zhì)的土壤可以降低植物對重金屬的可利用性。土壤有機質(zhì)的組成很復(fù)雜，按其分解程度大體可分為三大類 44：a.新鮮有機質(zhì)分解很少，仍保持原來形態(tài)的動植物殘體b.半分解有機質(zhì)動植物殘體的半分解產(chǎn)物及微生物的代謝產(chǎn)物c.腐殖質(zhì)有機物質(zhì)經(jīng)分解和合成而形成的腐殖質(zhì)其中，腐殖質(zhì)是指新鮮有機質(zhì)經(jīng)過微

24、生物分解轉(zhuǎn)化所形成的黑色膠體物質(zhì)，一般占土壤有機質(zhì)總量的8590%以上。腐殖質(zhì)的作用主要有以下幾點：a.作物養(yǎng)分的主要來源，腐殖質(zhì)既含有氮、磷、鉀、疏、鈣等大量元素，還有微量元素，經(jīng)微生物分解可以釋放出來供作物吸收利用。b.增強土壤的吸水、保肥能力，腐殖質(zhì)是一種有機膠體，吸水保肥能力很強，一般粘粒的吸水率為5060%，而腐殖質(zhì)的吸水率高達400600%；保肥能力是粘粒的610倍。c.改良土壤物理性質(zhì)，腐殖質(zhì)是形成團粒結(jié)構(gòu)的良好膠結(jié)劑，可以提高粘重土壤的疏松度和通氣性，改變砂土的松散狀態(tài)。同時，由于它的顏色較深，有利吸收陽光，提高土壤溫度。d.促進土壤微生物的活動，腐殖質(zhì)為微生物活動提供了豐富的

25、養(yǎng)分和能量，又能調(diào)節(jié)土壤酸堿反應(yīng)，因而有利微生物活動，促進土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化。e.刺激作物生長發(fā)育，有機質(zhì)在分解過程中產(chǎn)生的腐殖酸、有機酸、維生素及一些激素，對作物生育有良好的促進作用，可以增強呼吸和對養(yǎng)分的吸收，促進細胞分裂，從而加速根系和地上部分的生長。陽離子交換容量低陽離子交換容量(CEC)和土壤吸附和保持營養(yǎng)物質(zhì)的能力有關(guān)。膠體狀有機物和粘土是土壤中陽離子交換位的主要來源。陽離子被吸附在土壤膠體帶負電荷的表面位置，被吸附的陽離于不會從陽離子交換位上被淋洗掉，但是可以被其他陽離子交換。交換位上大量發(fā)現(xiàn)的陽離子有Ca2+, Mg2+、H+、Na+、 K+和AI3+。許多必須的營養(yǎng)物都必須依賴于

26、土壤的陽離子交換容量來獲得。土壤的有機質(zhì)含量低的話，就無法保持營養(yǎng)物并防止其從植物根部被淋洗掉。土壤中有機質(zhì)含量一般在25%。表3-7說明了土壤質(zhì)地和陽離子交換容量的一般關(guān)系。營養(yǎng)水平低土壤肥力指的是土壤中可獲得的植物生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)水平。有16種營養(yǎng)物質(zhì)被認為是植物生長所必需的，表3-8中列出的是它們的元素名和植物能利用的離子形態(tài)。H、C和O來源于空氣和水；N來源于空氣和土壤；其余均來源于土壤。N、P和K被稱為常量營養(yǎng)元素，可以從士壤和所施肥料中大量吸收。微量營養(yǎng)元素(痕量元素)是從土壤中少量吸收的；但是，盡管植物生長僅需少量此類元素，一旦缺少仍舊會對植物生長發(fā)育產(chǎn)生負面影響。垃圾場最終

27、覆蓋用土通常來自于最穩(wěn)定可靠且最廉價的途徑，因此，由于經(jīng)濟上的考慮，填埋場覆蓋土土質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)含量經(jīng)常都比較差。持水能力低土壤的持水能力取決于土壤的物理性質(zhì)，尤其需要著重考慮土壤的質(zhì)地和壓實程度。在降雨或灌概的過程中，土壤中較大的孔隙被水充滿。水分逐漸由于重力作用從土壤中滲出，于是空氣取代了水在較大孔隙中的位置。水由于毛細管力被保持在較小的土壤孔隙中。含有最佳水分適合植物生長的土壤的質(zhì)地必須中等，并且有理想的大小孔隙之比。重型機械對填埋場覆蓋土的壓實使得土壤孔隙尺寸減小，并阻止了水分的入滲和保持。土壤含水率低土壤含水率低和土壤持水能力是相關(guān)的。土壤含水率低有兩個原因：壓實和土壤的不連續(xù)性。壓實

28、是現(xiàn)代化填埋作業(yè)中必不可少的操作步驟，但是卻使土壤的孔隙空間減少，從而破壞了上壤的結(jié)構(gòu)。如果沒有足夠的孔隙空間，土壤的持水能力就會下降，徑流流失也增加，于是土壤變得干早并且會遭到侵蝕。一般來說，垃圾場附近的土壤和垃圾場中的土壤相比，徑流流失要少，而且入滲的水分也更多。土壤的不連續(xù)性是由于填埋作用中垃圾和土壤的分層填埋造成的，從而阻礙了水分在一般土壤剖面中的垂直運動。土壤溫度高廢棄垃圾場的土壤溫度最高有過超過100 (約38)的報道。盡管這樣的高溫并不常見，但是和其他與土壤有關(guān)的問題聯(lián)系在一起，過高的土壤溫度會給植物的生存帶來很大的壓力。土堆壓實過密在垃圾填埋場的日常作亞中，為了工程上的需要，每

29、天都要用重型機械將垃圾和土壤分層壓實。另外，土壤作為填埋場最終覆蓋系統(tǒng)的一部分也要被壓實。這樣必然導(dǎo)致土壤的孔隙率和滲透率下降，水和空氣無法通過土壤剖面，從而植物根系也無法得到生長所必需的空氣和水分。土壤結(jié)構(gòu)差土壤結(jié)構(gòu)指的是土壤顆粒的聚合情況。有機質(zhì)、鐵氧化物、碳酸鹽粘土和硅石都可以是聚合劑。有機質(zhì)是改善土壤結(jié)構(gòu)促進植物生長的最佳聚合材料。大部分由均一尺寸顆粒組成的土壤持水能力低，會影響植物生長。加入堆肥之類的有機質(zhì)可以形成一種適于植物生長的顆粒狀土壤，大多數(shù)土壤中的有機質(zhì)含量需要在25% 。（2）廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)中植被的選擇與試種本地植物與外地植物的選擇從長期來看，將廢棄垃圾場場址恢復(fù)至本

30、地的生態(tài)水平可以提供城市地區(qū)最需要的戶外空地和綠化帶，因此使用本地植物就是必要的。地區(qū)性植物指的是那些自然生長在某個地理區(qū)域里的植物。地區(qū)性植物是最適合當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境的品種。非本地植物也可以用于廢棄垃圾場的生態(tài)恢復(fù)，在非常相似的氣候條件下生長的植物是最適合的。例如，桉樹原產(chǎn)于澳大利亞，但在美國的加州也廣泛種植。加州和澳大利亞都有地中海氣候，這兩個地區(qū)的植物是非常容易互換的。選擇木本植物需要考慮的因素在選擇木本植物用于垃圾場植被重建的時候，需要考慮生長速率、樹的大小、根的深度、耐澇能力、菌根真菌和抗病能力等因素。a.生長較慢的樹種比生長迅速的樹種更容易適應(yīng)填埋場的環(huán)境，因為它們需要的水分較少，這在

31、填埋場覆蓋土中一般是一個限制性因素。b.個頭較小的樹(高度在1米以下)能夠在近地面的地方扎根生長，這樣就避免了和較深的土壤層中填埋氣的接觸。但是，淺根樹種需要更頻繁的澆灌。c.具有天生淺根系的樹種能適應(yīng)填埋場的環(huán)境。同樣，淺根的樹種需要頻繁的澆灌，并且易于被風(fēng)吹倒。d.在被填埋氣充滿或者淹水的情況下，土壤中除了含水率之外，其他的變化都比較類似。耐澇的植物比不耐澇的對填埋場表現(xiàn)出更強的適應(yīng)性，但如果栽種它們的話，就需要適當(dāng)?shù)墓喔取.菌根真菌和植物根系存在一種共生的關(guān)系，可以使植物攝取到更多的營養(yǎng)物。f.易受病蟲害攻擊的植物不應(yīng)當(dāng)栽種在廢棄垃圾場上。選擇草本植物需要考慮的因素除了木本植物之外，填

32、埋場植被重建也需要種植草坪。和其他植物一樣，草本植物也會受到土壤貧瘠和填埋氣的影響，但是它們比木本植物更容易種植。不管是本地的還是非本地的，草的根系都是纖維狀的并且很淺，從而使其比木本植物更容易在填埋場環(huán)境中存活下來。某些草本植物是一年生的，這意味著它們在一年或者更短的時間內(nèi)就完成了生命周期。因此，一年生的草本植物在一年中最適宜的時期生長并播種。例如，在美國西部的干早地區(qū)，一年生的草本植物在雨季最占優(yōu)勢。而在美國的東部，一年生草本植物則在溫暖的季節(jié)生長。如果需要，一年生的草本植物很容易再次播種。多年生草本植物存活時間在一年以上，但是它們的許多其他特征和一年生草本植物是相類似的。根系類型、生命周

33、期、快速繁殖等特征使得草本植物在不利的填埋場環(huán)境下更容易生長。螯合劑的使用一般說來大多數(shù)植物不會對自然界中有毒重金屬離子（如鉛、鎘、砷等）具有富集作用。如即使是生長于嚴重鉛污染的土壤或溶液中的植被，其地上部分含鉛量只有其干重的0.010.06%。這遠遠低于能夠?qū)ζ溥M行有效提取的要求。實驗表明在土壤中施用金屬離子螯合劑如EDTA可以增加植物對鉛的吸收。這發(fā)現(xiàn)為以后成功地對鉛和其它有毒金屬離子(用合適的螯合劑)的植物修復(fù)技術(shù)研究鋪平了道路，例如對鉛施用EDTA、對鎘施用EDTA的吸收可能比較有效。故要選擇合適的螯合劑來提高植物對重金屬離子的螯合效率，以提高其在植物內(nèi)的富集濃度。利用螯合劑輔助的植物

34、吸收技術(shù)45可以通過以下步驟來完成：a.分析土壤的污染情況，并選用合適的植物/螯合劑組合；b.在污染的土地上栽培所選植物；c.一旦栽培的植物達到合適的生物量，立即施用合適的金屬離子螯合劑，以促進植物對其的吸收和富集；d.經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕饘匐x子富集期(幾天或幾周)，收獲植物的全部生物量。如果所選植物和季節(jié)合適，還可以繼續(xù)進行下一輪的植物提取處理。實驗表明通過該方法每年可以從土壤中去除180530kg/ha 的鉛；收獲后，如果經(jīng)濟上合算，富集重金屬離子的植物殘體對其中的重金屬離子進行回收。垃圾場種植維護與管理為實現(xiàn)成功恢復(fù)，不僅要有良好的填埋氣排導(dǎo)系統(tǒng)，及較厚覆土層，還要施以合理的管護以保證植物正常生

35、長。吸取Gilman等46的建議，種植草本或其它類型植物時，要將其種子埋到土壤里面，而且在有高濃度填埋氣體的地方，還要撒上一層木屑(或石灰)以減少氣體侵蝕。要有計劃地進行大規(guī)模種植，如喬灌木最好在種草后的12 年以后再開始種植，因為如果草本植物因填埋氣體的大量釋放而無法生長時，其它深根系植物類群更加難以幸免。此外，還要實施長期護理及灌溉計劃才能保證這些植物在填埋場上成功地定居。綜上所述，在廢棄垃圾場的植被試種試驗過程中，初期選擇適合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鞯臏\根類耐性植物和野生先鋒草本植物，中后期選擇灌木和喬木，完成草灌喬的群落結(jié)構(gòu)過渡，并按照各個不同的功能區(qū)劃和綠化帶進行設(shè)計。一些草本、灌木和喬木植物見

36、附表中表2、表3。3.1.3.4 城市廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)過程中的工程措施（1）廢棄垃圾場生態(tài)恢復(fù)工程中滲濾液處理后回灌垃圾滲濾液回灌處理是將在垃圾場底部收集到的滲濾液用泵送到垃圾場的頂端，經(jīng)過不同程度的處理，從覆蓋層表面重新灌入垃圾場，由于重力作用滲濾液向下滲，達到灌溉植被的作用，同時也對垃圾場內(nèi)土層中污染物質(zhì)進行洗滌，達到了減少垃圾場對環(huán)境污染的目的。滲濾液的主要處理工藝：生物處理技術(shù)；物化處理技術(shù)；聯(lián)合處理技術(shù)。根據(jù)滲濾液成分的復(fù)雜和多樣化，常采用組合工藝聯(lián)合處理。處理工藝流程的選用應(yīng)符合因地制宜原則, 根據(jù)垃圾場所在地的氣候特征、周圍環(huán)境、滲濾液水量、水質(zhì)特性、處理程度及投資情況決定。滲

37、濾液回灌法有如下特點：大幅度減少滲濾液中的污染物；減少滲濾液量，可通過蒸發(fā)和被植物吸收，減少滲濾液處理量，降低滲濾液處理的投資和運轉(zhuǎn)費用；提高垃圾降解速率，加速穩(wěn)定化進程；加快垃圾場沉降速率，增大垃圾場總沉降幅度，提高垃圾場的使用效率。滲濾液回灌處理正迎合了垃圾場生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的需求，既給予植被營養(yǎng)成分，又使垃圾場的滲濾液得到處理。滲濾液回灌工藝流程圖見圖3-2垃圾場滲濾液回灌過程見圖3-2。滲濾液回灌有益于加快微生物的培養(yǎng)繁殖和處理能力的形成，過程是：滲濾液通過覆蓋土層時，土層將滲濾液中處于懸浮和溶解狀態(tài)的有機物截留下來，在土壤顆粒表面形成一層薄膜，膜里充滿著細菌，它能吸附滲濾液中有機物，在好

38、氧細菌作用下，將滲濾液中有機物轉(zhuǎn)化成無機物，如NH3、硝酸鹽和磷酸鹽等；土地上生長的植物，主要通過根系吸收滲濾液中水分和被細菌礦化的無機養(yǎng)分，再通過光合作用轉(zhuǎn)化為植物的組成成分。凈化后的滲濾液多次循環(huán)，浸潤下面的垃圾并帶出污染物質(zhì)，最終實現(xiàn)灌溉地表植被的目的，同時也實現(xiàn)垃圾場內(nèi)土層凈化。根據(jù)劉兆昌，張?zhí)m生等的研究表明僅土地系統(tǒng)（土壤厚1.5米）的處理效率就較高見表3-9。為防止土壤微生物污染，主要措施是對滲濾液先導(dǎo)入調(diào)節(jié)曝氣池進行殺菌處理。許多研究證實：通過土剖面后，滲濾液中污染物的濃度迅速下降；利用砂質(zhì)土壤處理垃圾場滲濾液可以去除60以上的COD和總氮。王琪等通過模擬實驗進一步得知，滲濾液回灌可以將滲濾液中有機物濃度大大降低，CODCr去除率最高可達到95%。滲濾液中揮發(fā)性脂肪酸（VFA）、COD、 BOD、TOC在垃圾填埋層作用下降解較快；滲濾液回灌能夠促使硫酸根離子被還原為H2S，H2S再與滲濾液中的一些重金屬離子反應(yīng)生成硫化物沉淀，大大降低重金屬離子的濃度。未實施回灌的垃圾場其維護期一般在20年以上甚至上百年，而進行回灌的垃圾場其維護期可大大地縮短，滲濾液處理量大大地減少，甚至有可能不用進一步處理就達到排放標(biāo)準(zhǔn)；與不回灌的垃圾相比產(chǎn)甲烷速度也高出2倍以上；據(jù)估計進行回灌的垃圾場其維護費僅為滲濾液現(xiàn)場處理垃圾場的45%?；毓嗉夹g(shù)在我國起步較晚