垃圾填埋場地下徑流對土壤理化性質和重金屬含量的影響

李苗，王敏

（江蘇省徐州環境監測中心，江蘇 徐州 221018）

世界人口增長及高強度工業活動催生大量的生活垃圾和工業廢物。目前，垃圾處理廣泛采用填埋法，然而垃圾填埋場的滲濾液對土壤安全存在潛在威脅。滲濾液通常會泄漏到地表水、地下水和土壤等環境中，對植物和動物造成不利影響[1-3]。垃圾填埋場是環境中重金屬污染的主要來源之一。

垃圾填埋場土壤重金屬污染是全球關注的問題[4-6]。垃圾填埋場內及附近土壤中的鉛、汞和鎘等金屬可被植物和其他生物吸收而產生副作用。垃圾填埋場的部分垃圾含有重金屬，隨著腐蝕和燃燒，這些重金屬可能最終進入底層土壤，隨后被淋溶到附近的水體中，從而危害植物和動物的健康[7-8]。垃圾填埋場重金屬會顯著影響土壤的理化性質，并改變土壤的養分平衡，最終影響生物多樣性[9-10]。因此，必須對垃圾填埋場土壤進行風險評估，確定重金屬含量[11-12]。本文以徐州市雁群垃圾填埋場為研究對象，分析垃圾填埋場內及周圍土壤的重金屬污染程度，明確其對土壤理化性質的影響。研究結果可為環境保護決策提供參考。

1 研究方法

1.1 研究地點

徐州市地處江蘇省北端，屬于溫帶季風氣候區。夏熱多雨，冬寒干燥，降雨多集中在夏季，往往形成春旱、夏澇、秋旱，有時旱澇急轉。年平均氣溫為14.3 ℃；年平均降水量為866.7 mm，集中在每年的6—8月，年最大降水量為1 213.4 mm，最大日降水量為216.7 mm；年平均蒸發量約為1 787 mm。徐州市全年盛行東風，風向以正東為主，其次為東偏北、東偏南，其他方向均較少。

1.2 土樣采集

徐州市雁群垃圾填埋場地下徑流流向為自東向西，在垃圾填埋場中心、正東方向20 m 處和正西方向20 m 處采集土樣。3 個采樣點分別簡稱為填埋場、正方向（正西方向為地下徑流正方向）、反方向（正東方向為地下徑流反方向）。使用土壤螺旋鉆，在每個區域距地表0～30 cm 處采集土壤樣品。每個區域采集5 個土壤樣品，采集的土壤樣品集中在一起混合，待土樣充分混合后，分樣裝入塑料袋進行實驗室分析。同時，進行容重、通氣孔隙度的測定。為對比分析垃圾填埋場對土壤的影響，采用相同采樣方法，在距離該場地1 km 處（對照點）采集土壤對比樣。

1.3 實驗室分析

土壤樣品前處理參照《土壤環境監測技術規范》（HJ/T 166—2004）。在進行理化分析之前，從研究地點采集的土壤樣品都經過風干、粉碎和篩網篩分。其中，過2 mm 篩的樣品用于土壤質地、酸堿度與電導率測定，過100 目篩的樣品用于土壤有機質、全氮和全磷測定，過200 目篩的樣品用于土壤重金屬測定。

pH 測定采用電位法，土壤全氮測定采用半微量凱氏法。土壤全磷測定采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法。土壤有機碳含量測定采用重鉻酸鉀氧化-分光光度法。土壤樣品中砷（As）、鉛（Pb）、銅（Cu）、鋅（Zn）的測定采用波長色散X 射線熒光光譜法，鎘（Cd）的測定采用石墨爐原子吸收光譜儀。容重和通氣孔隙度測定采用環刀法，質地測定采用虹吸法。

1.4 重金屬檢測

在垃圾填埋場各采樣點土壤重金屬污染評價中，采用地質累積指數評估其土壤重金屬含量相對于正常土壤的水平[9]。

式中：Igeo為地質累積指數；Cn為待測土壤樣品中重金屬n的含量；Bn為重金屬n的含量參考值；1.5為修正系數。

土壤重金屬地質累積指數采用的分類方法[10]為：Igeo＜0，表示土壤未污染（0 級）；0 ≤Igeo＜1，表示土壤未受污染至中度污染（1 級）；1 ≤Igeo＜2，表示土壤中度污染（2 級）；2 ≤Igeo＜3，表示土壤中度至重度污染（3 級）；3 ≤Igeo＜4，表示土壤嚴重污染（4 級）；4 ≤Igeo＜5，表示土壤嚴重至極度污染（5 級）；Igeo＞5，表示土壤極度污染（6 級）。

2 結果與討論

2.1 化學性質

該垃圾填埋場不同采樣點土壤的化學分析結果如表1所示。各采樣點土壤樣品的pH介于7.67～8.19，填埋場的pH 最高（8.19），其次是正方向（7.84），而反方向（7.67）最低，這表明填埋場的土壤呈偏堿性。研究表明，作物生長需要大量的氮（N）、磷（P）和鉀（K）[13-14]。經分析，全磷含量與土壤pH 變化趨勢類似，填埋場全磷含量最大，為0.102%，其次是正方向（0.057%），而反方向全磷含量最小，為0.043%。不同采樣點土壤樣品的全氮含量存在顯著差異，填埋場為0.45%，正方向和反方向分別為0.19%和0.16%。不同采樣點土壤速效鉀含量有顯著差異，填埋場為248.0 mg/kg，正方向為108.0 mg/kg，反方向為93.6 mg/kg，填埋場速效鉀含量為對照點的2.97 倍。各采樣點土壤有機碳（OC）含量介于2.36%～6.10%，差異顯著，其中填埋場最高（6.10%），為對照點的4.42倍。各采樣點土壤的電導率（EC）差異顯著，介于0.131～0.197 mS/cm，其中填埋場電導率最高。這說明該垃圾填埋場不存在鹽害現象，但是養分比較缺乏。

表1 不同采樣點土壤的化學性質

2.2 物理性質

該垃圾填埋場不同采樣點土壤的物理分析結果如表2 所示，各采樣點的土壤質地均為粉質黏土。不同采樣點土壤容重存在顯著差異，填埋場為1.31 mg/m3，反方向為1.52 mg/m3，正方向為1.55 mg/m3。3 個采樣點的孔隙度介于2.17%～2.45%。經分析，城市垃圾分解會產生有機質，使得土壤中有機磷含量不斷增加，可能導致填埋場土壤容重顯著降低與孔隙度增加[12]。

表2 不同采樣點土壤的物理性質

2.3 重金屬含量分析

垃圾填埋場的垃圾組成和微生物分解率對土壤中重金屬含量有顯著影響。經測定，該垃圾填埋場不同采樣點的土壤重金屬含量如表3 所示。不同采樣點土壤重金屬含量的排序均為Zn ＞Cu ＞Pb ＞As ＞Cd。從土壤中5 種重金屬含量來看，各采樣點都明顯高于對照點，分別為對照點的24.70 倍、19.12 倍、13.97 倍、12.04 倍和10.48 倍。這表明垃圾填埋場土壤受到垃圾滲濾液中重金屬的嚴重污染。徐州市于2021 年啟動垃圾分類，之前未對垃圾進行分類處理，而有害垃圾可能含有Zn、Cu、Pb、As、Cd 等重金屬。這些重金屬在土壤里發生物理、化學、生物作用，導致土壤重金屬累積，從而造成嚴重的重金屬污染[15]。

表3 不同采樣點土壤的重金屬含量

2.4 地質累積指數

經計算，該垃圾填埋場不同采樣點土壤中重金屬的地質累積指數結果如表4 所示。結果表明，該垃圾填埋場土壤中不同重金屬（As、Pb、Cd、Cu 和Zn）的地質累積指數介于1.12～4.04，這說明土壤受到中度到嚴重的重金屬污染。地質累積指數的分級顯示，填埋場的重金屬污染程度最高，其次是正方向，而反方向的污染程度最低。

表4 不同采樣點土壤中重金屬的地質累積指數及分級

2.5 多變量相關性分析

研究土壤理化性質與重金屬含量的協同作用，可揭示它們在土壤中的活動規律。該垃圾填埋場土壤理化性質與重金屬含量的相關性分析結果如表5 所示。土壤中As 與Pb、Cu、Zn 含量顯著正相關（概率P＜0.05），皮爾遜相關系數r接近1，表明四者來源可能相同。Cd 與Cu、Zn 含量密切相關（P＜0.05），r均為0.998，表明三者來源可能相同。表5 結果表明，土壤理化指標與pH、P、EC 不存在較強的相關性（P＞0.05）。土壤中N 與K、OC 呈強正相關（r=1，P＜0.05），表明土壤中OC 含量增加顯著提高了N和K 的含量。

3 結論

本文以徐州市雁群垃圾填埋場為例，在不同采樣點采集土壤樣品進行理化分析。從不同采樣點來看，填埋場土壤的營養成分含量最高，其次是正方向，反方向最低。各采樣點土壤樣品的pH 介于7.67～8.19，最適宜微生物活動，吸收營養成分。該垃圾填埋場土壤中，氮、磷、鉀含量較高，可能與處理較多的生活垃圾有關。填埋場有機碳含量高，對土壤容重和孔隙度有顯著影響。填埋場區域土壤中存在As、Pb、Cd、Cu 和Zn 等重金屬。重金屬含量排序為Zn ＞Cu ＞Pb＞As ＞Cd，不同采樣點中，填埋場重金屬含量最高。總體來看，Zn 含量最高（1 860 mg/kg），而其余重金屬（As、Pb、Cd 和Cu）則不大于401 mg/kg。研究表明，反方向和正方向的土壤重金屬地質累積指數均為2級，土壤處于中度污染。重金屬可能被作物吸收，因而該垃圾填埋場周圍不適合開展農業活動。環境監測單位有必要對垃圾填埋場區域進行定期監測，以減少不斷增加的污染物（重金屬）可能造成的環境風險。