淮南市大通老垃圾填埋场植物生态修复研究

摘要：总结了垃圾填埋场植物生态修复面临的主要环境问题及影响因素（主要包括气体污染、土壤污染、垃圾渗滤液、最终覆土层厚度、最终覆土层的土壤特性等），介绍了垃圾填埋场植物生态修复机理、生态修复的概念及生态修复过程中应注重的生态学原理。结合淮南市大通老垃圾填埋场实际情况，并参照国内外垃圾填埋场植被重建的一般步骤，探讨了淮南市大通老垃圾填埋场植物生态修复的可行性和总体方案，确定了以本土植物为主，适当搭配外来物种，兼顾生物多样性和景观多样性的植被重建的实施方案，并进行了效益评价分析，对城市生活垃圾填埋场生命终期封场的生态恢复技术进行了有益探索。

关键词：垃圾填埋场；生态修复；耐受性；植物重建

中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：16749944（2013）08021204

1引言

垃圾填埋场是采用卫生填埋方式下的垃圾集中堆放场地，垃圾卫生填埋场因为建设和运行成本较低、管理要求适合中国国情、无害化程度较好等原因而在国内被广泛应用。但是城市卫生填埋场对环境有很大的潜在危害，例如大量土地被占用，管理不当导致破坏环境、土地和水质[1]，导气不当引发爆炸事故影响居民生活，甚至造成人员伤亡。填埋场运行至设计库容后，应及时进行封场[2]。封场后进行生态修复和植被重建。生态恢复后垃圾填埋场所形成的植被层能美化周边环境，防止填埋气和恶臭扩散到大气中；防止雨水冲蚀土壤，利于收集导排地表径流[3]，而且植被恢复所形成的小范围绿地生态系统，也能够有效净化空气区域环境、减少污染。良好的植被重建与恢复对保持公众对垃圾填埋处理方法的认同与支持具有重要意义，也利于树立大众和青少年的环保意识。在国外，为改善和美化填埋场及其周边环境，填埋场在封场及植被重建后，经过适当的技术和工程处理，可以作为农田、牧场、公园、林地甚至自然保护区等用地[4]。

2大通垃圾场封场概况

淮南市大通垃圾填埋场位于淮南市东部九大塌陷区内的北部，陈巷村西侧，九大路东50m处，总占地面积110000m2（约165亩）。根据《生活垃圾填埋场封场工程项目建设标准》（建标124-2010），本工程的封场规模为Ⅱ类。

本次淮南市大通老垃圾场封场工程的主要目标是彻底解决老垃圾场对周围的环境污染问题，减少老垃圾场渗滤液和填埋气体对周围环境的影响，同时把老垃圾场打造成为淮南市生态公园，作为市民休闲娱乐的公共场所。主要表现在以下几个方面。

2.1环境保护目标

通过渗滤液收集导排系统的建设，有效避免渗滤液的外排，削减进入项目区域内水系的污染物总量，从而保护水体水质及区域内生态环境；通过封场覆盖系统及场顶绿化，能够杜绝垃圾外露，增加项目区域内的绿地率；通过地表雨水径流导排系统的建设，有效导出垃圾场表层清洁雨水，并通过合理疏导，实现区域内水资源的充分利用。

2.2污染防治与减排目标

通过渗滤液处理系统的建设，使渗滤液处理至达到国家标准后再排放；通过填埋气体收集导排系统以及火炬燃烧系统的建设，使填埋气体燃烧后再进行排放。通过以上措施，生活垃圾、渗滤液以及填埋气体无害化处理率均达到100%。

2.3生态保护目标

通过生态恢复及景观改造工程，修复生态系统植被，丰富物种资源，建立一个生态系统稳定的生态绿洲，使得填埋场内水质改善，边坡稳定，动植物丰富。先期恢复完成后，可进行合理的开发和利用，作为具有教育意义的、个性鲜明的、崭新的主题性环保教育园，寓教于乐，普及环保知识，提升公众环保意识，改善周边地区社会经济发展的条件，提高社区群众生活水平，最大限度地保护区内生物多样性，使之免遭人为干扰和破坏，使得封场后的填埋场与城市总体规划适应，改善区域环境，提升城市政府用地整体景观形象。

3垃圾填埋场植物生态修复面临的主要

环境问题3.1气体污染

对填埋场填埋气回收利用价值及安全性评估十分必要。垃圾填埋场的填埋物会产生二氧化碳、甲烷、硫化氢等大量气体，并形成恶臭[5]。这些气体对环境和植物生长产生不同程度的影响：二氧化碳改变土壤酸性，影响植被生长；甲烷是一种易燃、易爆的气体，当含量达到5%～15%时就会引发爆炸[6]，而且土壤中的甲烷会排挤氧气，导致植物根系缺氧，以致根系腐烂，影响植物生长。所以建立填埋场导排气系统能有效地减少土层中填埋气体的量，有利于植物的生长。

3.2土壤污染

在填埋场进行封场时，应考虑垃圾厌氧发酵后形成垃圾层塌落导致表面覆盖层开裂的情况，做好防护措施。生活垃圾的毒害性和难降解性使得其在填埋后很长一段时间都难以降解且极易产生有毒物质，这些物质长期残留在土壤，影响土壤肥力，改变土壤结构和性质，破坏了土壤的碳、氮有效循环，阻碍了植物根系的生长发育，并积累在植物体内。

3.3垃圾渗滤液

垃圾渗滤液是由于雨水及地表水等渗入填埋场，加上垃圾的化学降解和生物化学作用，产生的一种含有高浓度悬浮物和高浓度无机和有机成分的液体[7]。垃圾渗滤液含有大量的重金属、病毒、细菌等有毒物质且营养元素比例失调。覆盖和导流系统失效时，渗滤液随雨水溢出，严重影响植物的生长，给生态恢复带来很大困难，在进行植物修复前，渗滤液收集导排系统的建设非常必要。

3.4其他污染

垃圾填埋后开始发酵，会产生较高的地温，对填埋场的复垦及植被生长产生高温危害，阻碍植被重建。高温容易导致植物烧根，不利植物生长。另外，填埋场还能引起一系列的鼠害、虫害以及其他伤害，破坏被重建的效率和进程[8]。

2013年8月绿色科技第8期

吴东彪，等：淮南市大通老垃圾填埋场植物生态修复研究环境与安全

4垃圾填埋场植物生态修复机理

4.1生态修复技术的概念

生态修复技术是根据通过一定的生物、生态以及工程的技术，根据生态学原理，人为地切断和改变生态系统退化的主导因子，使生态系统的结构、功能和潜力尽快恢复到正常乃至更高的水平[9～11]。

植物修复技术作为生态恢复技术的重要手段，是一种环境友好的污染治理技术，是从生态学原理角度来解决污染问题，对实现人与自然和谐发展具有重要的实践意义[12]。用植被进行修复，是从与自然接触界面角度，构建环境友好型垃圾填埋场，使得封场表层成为绿色的会呼吸的生态皮，可以与自然友好呼吸传递信息，有效地避免鼠蝇有害生物富集。

4.2垃圾填埋场生态修复过程中应注重的生态学原理

4.2.1整体性原理

整体性原理指的是，系统是由若干要素组成的具有一定新功能的有机整体，各个作为系统子单元的要素一旦组成系统整体，就具有独立要素所不具有的性质和功能。城市老垃圾填埋场封场生态恢复研究作为一个整体的生态系统，应该从整体观出发，统筹兼顾，协调当前与长远、局部与整体、开发利用和污染治理之间的和谐关系。

4.2.2生态位原理

在城市老垃圾填埋场封场生态恢复过程中，应组建乔、灌、草多个种群组成的生物群落，在生态恢复中要避免引进相同的生态位物种，尽可能使生态位相同的物种错开，合理安排生态系统中物种及其位置，避免种群间的直接竞争，保证群落稳定[13]。

4.2.3食物链原理

食物链是物质循环和能量流动的重要途径。随着城市老垃圾填埋场封场生态系统的不断恢复，物质循环和能量流动会更加畅通。为防止覆土层招鼠类等有害动物的破坏，可以选择种植适宜植物，起到抑制效果，如牛蒡子、接骨木、十大功劳等。环境的改善可为蛇类等爬行动物提供生存地，也可为鸟类等飞行动物提供栖息场所。

4.2.4物种相互作用原理

在城市老垃圾填埋场封场生态恢复的物种配置上要遵循个体竞争理论，使生态系统各物种达到互惠共生，系统内部有机体大大减少物质和能量损耗，减小风险，获得最大的整体功能效益。

4.2.5物种多样性原理

复杂的生态系统是最稳定的，其主要特征就是食物网纵横交织，生物组成种类繁多而均衡。生物多样性丰富，其抗外界干扰能力也越强，在城市老垃圾填埋场封场恢复和重建中，必须考虑物种多样性的因素，所采用的生物配置必须在立地条件的基础上，利用本地物种与外地种相结合，木本与草本植物相结合的方法，在不同地点给予不同配置。

4.2.6生物演替假说

根据植被演替理论，植被的正向演替是通过生态系统反馈能力、抵抗力和恢复力实现。填埋场生态恢复，最有效的群落演替是顺应生态系统演替发展规律进行的，经过一系列的阶段，从先锋群落达到中生性顶极群落[14]。

4.2.7最小风险与最大效益原理

认真研究填埋区生境状况，综合分析论证，将城市老垃圾填埋场封场生态恢复工程风险降到最小。同时，应该要考虑生态恢复的经济效益和收益周期，以求保持最小风险并获最大效益，实现生态效益、经济效益和社会效益的统一。

4.2.8环境容量总体可控原理

在区域环境容量总体指标要求下，最大程度降低因垃圾填埋场未封场而造成的环境污染，控制污染物的不利影响，以防危害区域大气、地表水（地下水）、土壤和生态系统的质量和平衡。

5垃圾填埋场植物修复的实施

从成功的案例中总结出植被恢复的主要方法为直接植被法和覆土植被法，所要解决的问题主要是物理条件、土壤的毒性、营养条件、合适物种。在自然和人工条件的介入下，填埋场封场后，会发生一种类似于次生生态演替的过程，其过程通常是：适应性物种进入—土壤肥力缓慢累积—结构缓慢改善—毒性缓慢下降—新物种进驻—新的环境条件改变—群落驻扎—填埋场生态环境改善—其他用途[13]。

5.1最终覆土层厚度的确定

填埋场因不同的开发目的而要求相对的植被类型，而不同的植被类型要求基质厚度也不一样。目前在垃圾填埋场封场设计规范中，只是提出基本封场的表层土的厚度。进行植物修复前，先确定最终覆土层厚度，然后进行植物的选种和栽种。Ettala[15]指出，根据所种植的不同植被类型决定覆土层的厚度将填埋场的建设费用大大降低。Gilman等[16]认为，草本植物需要基质厚度为60cm左右，而树木则需要90cm以上。

本次淮南市大通老垃圾填埋场最终覆土层平均土层厚60cm，部分区域达90cm，下部是土工合成材料作为隔水层。

5.2土壤营养状况测定及立地条件改造

选种植物前先测定覆土层土壤营养状况。测定指标主要包括营养物水平、电导率、土壤容重和有机物含量等。根据测定决定要添加的肥料、石灰及有机物的量。最终覆土层土壤的理化性质是妨碍填埋场植被恢复的重要因素之一。

由于该填埋场是简易填埋并经过多次扩容，填埋场堆积形体很不规则，所以需要对场地进行平整，平整需根据地形地势特点，要求便于导气管铺设，有利于排水和水土保持，保证堆体稳定，平整后形体简单，便于覆盖层的铺设并考虑一定的景观要求。同时，堆体改造要考虑土地再利用的可能性。

大通垃圾填埋场封场后成山体状，通过改造和平整，挖沟修筑成台田地形，增大了散热表面积，边坡坡度1∶3，从现状地表往上每隔一阶设置宽为2m的马道，山顶坡度不低于5%，改造后适于进行植被重建。

5.3耐性树种的筛选

植物在垃圾填埋场上生长面临着复杂的环境压力，因此，树种的选择尤为关键。浅根系草本植物能够在填埋气体较多的地方生长，因为最终覆土层下的表层中填埋气体的浓度相对较低[17]。填埋场最终覆土层通常处于干旱的状态[18]，选择对填埋气具有耐性且能抗旱的植物就显得非常重要，而不是仅选用浅根系的物种，因为这些植物对干旱环境往往非常敏感[19]。因此，应考虑用不同类型植物（如乔—灌—草）的组合以达到最佳的复垦效果[20]。此外，选择耐性树种时还应考虑复垦后的填埋场用途、所填埋的固体废弃物的种类等方面特性等。

5.4植被重建

植被重建在选种时应根据垃圾填埋场具体情况进行分析，区划不同区块，根据立地条件，选种适应性强的耐受植物进行试种。

本次针对淮南市大通老垃圾填埋场植被重建，在选择植物时遵循以下几个原则：选择生长快、适应性强、抗逆性好、成活率高的植物；选择具有改良土壤能力的固氮植物；尽量选择当地优良的乡土树种和先锋树种；选择树种时要考虑其经济价值和树种的多功能效益，最主要的是要抗旱、耐湿、耐贫瘠、抗污染、抗病虫害等。

植被重建模式的核心是“分阶段种植”。在现有植物基础上，优先选择乡土树种，根据植物各自的生长习性与条件，进行分期建设，以遵循“前期改良、中期成长、后期稳定”的建设思路，促进垃圾填埋场恢复区的覆绿与美化。

5.4.1恢复初期

主要采用草本植物，因为草本植物抗性较强、适应性较强，根系发达，对土壤有一定的改良作用，能为乔灌木以及其他植物的生长创造条件，并且能够改变填埋场封场后整体的景观[21]。首先选用豆科植物进行大面积绿化种植，豆科植物本身能改良土壤，并创造良好的土壤条件（天子岭）；然后，引入次生演替较快的且适应能力很强的先锋树种，改善单一的草本植物景观，并且能够加速改良土壤，通过吸收和蒸腾作用截流雨水，改善区域小环境，为其他植物生长创造良好条件。

植物群落构建模式为：刺槐+枸树+紫穗槐+红叶石楠+四季青+牛蒡子+鸡眼草+羊茅。

5.4.2恢复中期

根据地区立地条件状况，选择树型小、浅根系、耐涝、不易发生病虫危害，对老鼠、蚊蝇等有抑制性的的植物，并且按照各个功能区划和绿化带设计，进行批量化园林绿化种植，达到绿化美化环境的作用。

植物群落模式为：湿地松+柳杉+臭椿+接骨木+夹竹桃+毛竹+紫叶小檗+酢浆草。

5.4.3恢复后期

依据园林绿化和谐对称的美学原理，建设层次丰富、高低错落、疏密有间的人工植物群落，形成四季常绿、三季有花、色彩丰富的绿地景观。经过艺术加工构图，使得多姿多彩的植物创造出幽邃旷阔的各色意境，形成别具风格的园林景色。

植物群落模式：海棠+珊瑚朴+女贞+十大功劳+黄连木+鸢尾+苜蓿+羊茅。

6城市老垃圾填埋场封场生态恢复效益

分析6.1生态效益

项目实施后，垃圾填埋区不良的环境将得到根本改变，生态系统将得以重构，并成为城市的“绿肺”，变成淮南最优美宜人的城市环保主题公园。

现状区域城市绿化覆盖率30%，通过本项目实施，将提高到32%；区域城市人均公共绿地面积现状为18.7m2，通过本项目实施，将提高到20m2。通过大范围的植绿增绿，可节约能源，吸收大气中二氧化碳，改善大气和水源质量，减少洪水径流，减弱噪声，遏制土地沙化，减少浮尘天气，改善空气质量。植物以其庞大的树冠和多毛的枝叶可以减缓风速，使空气中的粉尘滞留在枝叶上，下雨时随雨水流到地面，起到防风、固沙、防尘作用，使空气变得清新。据初步测定，每亩树林地一年可滞留粉尘6t左右，恢复区植被森林可以年滞尘990t。由于植物具有蒸腾吸热和减少太阳辐射的作用，一般可以使治理后的塌陷区室外温度比市中心区降低1℃～4℃，空气中的相对湿度会增加5%～12%，降低热辐射强度，降低老城区“热岛效应”，成为淮南市“绿色天然空调”。

6.2经济效益

通过对填埋场环境综合治理与生态修复，可以盘活城市“瘫痪”土地，重新焕发生机，让花卉、林木种苗业也得到大发展，淮南有条件跨入安徽省重要花卉城市。城市森林建设的林副产品可带来直接经济效益，并且可为旅游资源的开发带来可观的经济收益，城市森林建设可促进地方经济和社区发展，增强城市和周边地区经济活力。

6.3社会效益

环境与经济是统一的，良好的环境可以促进经济的发展。项目区域综合治理后，生态环境得到了极大的改善，居民生活环境更加美好，身体健康状况得到改善，为淮南市人民的生活创造更好的条件。通过植物生态修复，减少因环境对农业造成的损失，减少发病率，从而降低医疗保健费用，同时创造良好的投资环境，带动旅游业等第三产业的发展，为淮南市GDP的增长作出贡献，推动了淮南市社会精神文明进步和满足人们全面发展的要求。建成的生态公园及绿地，可以提高城市形象，改善城市投资环境，吸引外来投资，城市将步入良性可持续发展阶段。

7结论

（1）垃圾填埋场的植被重建影响因素主要包括填埋气体、最终覆土层厚度、覆土层土壤特性、渗滤液和植物种类等几个方面。从植物生长角度看：需要注重适宜各种植物生长的土壤基底条件，诸如厚度、土壤养分含量的关系等；从封场角度看，需要最少的覆土厚度和快速沥水条件。

（2）一般填满场的生态恢复是在填埋场最终封场后进行的，如果能够在封场工程设计和施工时兼顾生态修复及植被重建工作，结合垃圾填埋场的实际情况，选择合适的修复方法和植被类别，将有利于加快填埋场的生态恢复和植被重建过程，达到生态修复的预期效果，同时也大大降低后续维护成本。

（3）植物修复对土壤的肥力和水体的水质、气候、湿度、盐度、酸碱度等条件有一定的要求和条件。植物修复过程，致使环境的pH值、Eh、溶解氧、微生物等组成一个有异于非根际的特殊环境，这种环境具有较高水平的微生物活性、多样性与生物量，有效改善区域环境质量。

（4）植物的生态修复过程中关键是植被的选择，首先应采用当地生长快、适应性强、抗逆性强的乡土植物。如本文所选植物牛蒡子、接骨木、十大功劳等都具有抑制鼠患的作用；柳杉、臭椿能吸收二氧化硫；刺槐、女贞能吸收氟化氢；夹竹桃能吸收氯气等。其次，尽量使用乡土植物。乡土植物更能适应当地环境，风险小，而且种植和维护成本低，本项目在植物选种时控制本土植物比例在80%以上，适当选取外来种，构建复合立体的乔—灌—草群落结构。在生态修复和植物构建时，关键要筛选出超富集植物，因为超富集植物根系能够分泌营养物质来活化微生物以降解污染物，并能吸收转化污染产物。在选择外来植物的时候，要严格注意防范外来植物入侵，以免引起当地生态环境破坏。

（5）植物修复技术是一种实用而较为廉价的绿色治理技术，可用于大面积的污染治理，具有较高的环境美学价值，既可消除环境中的污染物，又能美化生活环境，清洁并储存可利用的太阳能，易于社会所接受，具有明显的生态效益、经济效益和社会效益。参考文献：

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收稿日期：20130620

作者简介：李万霞（1979—），女，重庆人，工程师，硕士，主要从事海洋环境与渔业水质监测工作。