城市废弃垃圾场生态恢复技术研究程晓东

第一章引言

1.1 选题背景及意义随着中国城市化进程的加快，城市产生的垃圾量不断增加。中国2006 年城镇生活垃圾清运

量为1.48 亿吨，2/3 的城市被垃圾环带包围。据不完全统计，目前我国城镇生活垃圾年产生量超过1.7 亿吨，占世界垃圾总产生量的26.5%，是世界上垃圾包袱最重的国家。而且

由于我国城市规模扩大，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长率

8%～10%的速度迅猛增加[1]，数量庞大的城市生活垃圾已对城市的生态环境构成日益严重的威胁，尤其对于我国中小城市，由于早期的垃圾场大部分没有完全按照卫生填埋的要求运

行，使得现在许多期满的废弃垃圾场对城市生态环境产生严重的威胁。

我国城市中废弃垃圾场暴露出严重的环境问题：

（1）废弃垃圾场占地面积大，造成大量土地资源的浪费；

（2）废弃垃圾场产生的渗滤液及填埋气己成为周边地区水环境和大气环境重要污染源，严

重威胁人类的健康；

（3）废弃垃圾场堆放的垃圾严重影响了周边生态景观。城市废弃垃圾场如果没有人工干预，它会缓慢进行自发的次生生态演替过程，但是人为因素

有目的地介入能够加速并优化垃圾场的植被恢复进程，对废弃垃圾场进行生态恢复可以实现

如下目标：

（1）废弃垃圾场植被恢复可以提高蒸腾作用，有效防止直接降水的下渗和地表径流，减少

渗滤液的产生量；

（2）减少甲烷和恶臭气体的排放量，降低甲烷等温室气体对全球温室效应和周边人居环境

的影响，具良好的生态环境效益；

（3）有利于城市观生态重建和土地资源的恢复再利用。

我国在垃圾场的治理领域起步较晚，现在还没有从真正意义上实现城市废弃垃圾场的生态恢

复[2-4]。因此，开展城市废弃垃圾场生态恢复技术研究已成为当前环境污染治理领域的迫切要求。

1.2 国内外城市垃圾场污染治理与生态恢复技术研究动态

1.2.1 国外城市垃圾场污染治理与生态恢复技术研究动态国外对城市废弃垃圾场的关注和研究比中国开始的要早一些，国外有关学者早强碱(pH 值

10.5)或受金属污染的土壤上有较强适应性。齐齐哈尔市某一废弃垃圾场自1994 年开始封场绿化，在开始筹备覆土绿化的生态恢复工程前[16]，按照不同植物对垃圾堆体覆盖土壤

后的生态适宜性，遵循先绿后好的原则，先种植较容易生存的植物，在这些先锋植物对生境

进行影响改善后，逐渐引入生态效应和观赏性更高的植物类群，使恢复后的生态系统不断向

较理想的顶极群落演替。

综上所述，在生态恢复技术研究过程中，针对城市废弃垃圾场的生态恢复技术还没有进行过

具体深入的研究，很多时候还是停留在植被的选择，没有结合具体的工程措施控制垃圾场的

环境污染。本课题提出的城市废弃垃圾场生态恢复技术，不单是传统意义上的植被恢复，而

是在植被恢复的基础上结合相应的工程措施，提出“植物修复+渗滤液处理后回灌”的生态

恢复新思路，应用生态恢复理论，采取合理的工程措施，建立良性互动的生态系统，达到控

制城市废弃垃圾场污染、实现垃圾场生态平衡的目的。

1.3 课题研究主要内容目前，我国城市废弃垃圾场的生态恢复技术还处于初级阶段，本文通过对城市废弃垃圾场环境污染的调查分析，掌握了渗滤液、填埋气等污染物的污染规律，运用生态学原理及植物修

复机理，对城市废弃垃圾场生态恢复技术进行研究，因此决定从以下几方面进行研究：

一是通过对城市废弃垃圾场环境污染的调查分析并掌握：（1）渗滤液的组分特征、渗滤液在土壤和地下水中的迁移转化机理及渗滤液的产量估算方法；（2）填埋气危害成

分、填埋气的迁移过程及产量估算，综合渗滤液和填埋气的污染规律，为废弃垃圾场生态恢

复技术中采取的工程措施提供可靠依据；

二是城市废弃垃圾场生态恢复技术路线进行研究。主要是对生态恢复技术环节中垃圾场场地状况的调查、场地的改善与准备、植被的选择和试种及采取的工程措施进行研究；

三是针对保定市某废弃垃圾场现状，提出保定市某垃圾场生态恢复技术方案。

第三章城市废弃垃圾场生态恢复技术研究

3.1 城市废弃垃圾场生态恢复技术

3.1.1 城市废弃垃圾场生态恢复概述生态恢复亦称生态修复，国际上把其准确定义为：帮助退化、受损或破坏了的生态系统自我恢复的过程。生态恢复技术是解决环境污染，恢复被人类活动破坏了的生态系统，实现人类

社会可持续发展的重要手段之一。它是根据生态学原理并通过一定的生物、生态以及工程的

技术与方法，人为地改变和切断生态系统退化的主导因子或过程，调整、配置和优化系统内

部及其与外界的物质、能量和信息的流动过程及其时空秩序，使生态系统的结构、功能和生

态学潜力尽快地、成功地恢复到正常的或原有乃至更高水平[34-36]。

在课题研究中，对于城市废弃垃圾场的生态恢复既要依靠大自然的力量、充分发挥生态系统

的自我修复能力，又要结合人工治理，利用植被的修复手段并结合相应的工程措施，加快垃

圾场的修复周期，使其向稳定的生态系统发展。

3.1.2 城市废弃垃圾填埋场生态恢复原理

3.1.2.1 城市废弃垃圾填埋场生态学原理生态恢复汲取了生态学、系统工程学和经济学等多学科的理论，废弃垃圾场的生态恢复的技

术研究也要借助生态恢复理论，生态恢复理论注重垃圾场这个局部生态系统与外部生态系统

间的关系，注重生态系统内各组成成分之间相互联系及其相互影响的机制，注重生态系统生

物因子对污染物质的吸收与降解作用，注重各种恢复手段的协调性与综合性。其主要的生态

学原理[37]有：

（1）整体性原理。废弃垃圾场生态恢复研究作为一个有机整体的生态系统，要以整体观为

指导，在整体观指导下，统筹兼顾，统一协调当前与长远、局部与整体、污染治理与开发利

用之间的和谐关系。

（2）物质循环原理。通过实施废弃垃圾场植被恢复和渗滤液回灌工程，实行有计划地物质

迁移、能量转化工作，研究其自净能力和环境容量，充分发挥各种物质的生产潜力来增产和

节约，以促进物质的良性循环与再生利用。

（3）生态位原理。在自然群落中，一般由多个种群组成，它们的生态位是不同的，但也有

重叠，这有利于相互补偿充分利用各种资源，以达到最大种群生产力。根据生态位理论，在

生态恢复中要避免引进生态位相同的物种，尽可能使物种生态为理论依据。在生态恢复过程

中通过人工合理的干预为生态的自我修复和群落进化提供必要条件。如根据国内外的研究，

对垃圾场生态系统中的主要限制因子进行考察，有针对性的施肥、种植，对于其它限制因子

如酸碱度、重金属污染等也要采取相应措施，这些对垃圾场植物成功种植很重要[39]。（10）最小风险与最大效益原理。这要求我们认真研究被恢复对象，经过综合地分析论证，

将废弃垃圾场生态恢复工程的风险降到最低，同时，要考虑生态恢复的经济效益和收益周期，

保持最小风险并获得最大效益，实现生态效益、经济效益和社会效益的统一。

3.1.2.2 城市废弃垃圾场植物修复机理分析在英文中，植物修复一词为“phytoremediation”，它有希腊词“phyton”(植物)和拉丁词

“remediare”(修复)两词合成，意指一个系统中某些植物与土壤微生物联合作用将污染物转

化成一种无害的、通常是有价值的形态。植物修复技术作为生态恢复技术的一项重要手段,是绿色的、环境友好的污染治理技术，是

从生态学原理高度解决污染，对实现人与自然的和谐发展具有重要的实践意义[40]。从资

源角度看，在植物修复技术用于废弃垃圾场治理过程中，生活垃圾是可供植物生长的良好有

机肥源。通过植物生长，不但起到固土保水，改良土质，改善土壤生态环境的作用，而且也

不会造成环境的二次污染，故植物修复技术被称为绿色修复技术。植物修复的技术体系内容

见表3-1。

植物修复就是利用植物根系不仅能为微生物分泌营养物质、活化微生物以降解污染物，而且

能吸收转化污染物。对此，超富集植物的发现和植物超富集的机理对于生物修复技术的发展

十分重要，这些植物的理想选择应具有以下特征：

1 在污染物浓度较低时也有较高的积累速率；

2 具有在体内积累高浓度污染物的能力；

3 能同时积累几种金属；

4 生长快和生物量大的特点；

5 具有较强的抗虫抗病能力[41]。表3-2列出了几种典型的超富集植物。

（1）植物修复技术中重金属的降解机理：

①植物吸收和过滤：吸收是利用一些植物对重金属的吸收和在地上部分的积累，并通过收

获地上部分来达到减少土壤中重金属的目的；过滤是利用植物根系的吸收能力和巨大的表面

积去除重金属。这类植物是由太阳能驱动的金属泵，能将土壤中的重金属经根系吸收蓄积在体内的超量积累植物和诱导的超量积累植物。柳属的某些物种能大量富集Cd；芥子草等对

Se、Pb、Cr、Cd、Ni、Zn、Cu具有较强的累积能力；Robinson报告了高生物量Ni超累积植物，吸收提取Ni量可达168kg/ha；高山萤褐类可吸收高浓度的Cu、Co、Mn、Pb、Se、Cd

和Zn。

②植物固定：是利用植物固定土壤中的大量有毒金属，以降低其生物有效性并防止其进入

地下水和食物链，从而减少对环境和人类健康的污染风险。但在这一过程中，土壤中的重金

属含量并没有减少，只是形态发生变化，如果环境条件发生改变，重金属的生物可利用性可

能又会发生改变。

③植物挥发：是利用植物根系的吸收能力将污染物吸入体内后又将其转化为气态物质，释

放到大气中。由于植物挥发只适用于挥发性的污染物，因而其应用受到限制。但是效果还是明显的。如一些金属（如硒、砷和汞等）可以被生物甲基化形成挥发性的气态释放入大气。

一些农作物比如水稻、花椰菜、大麦和苜蓿等都有较强的挥发硒的能力。

（2）植物降解有机污染物的机理：

①植物的直接吸收和降解作用。植物从土壤中直接吸收有机物，然后将没有毒性的中间代

谢体储存在植物组织中，从而去除环境中的中等亲水性有机污染物.当然也需注意：有害化

学物质如果未被植物降解而直接吸收后累积存在于植物体内，则对当地的野生动物和人们成

为了另一种潜在的威胁[42]，但通过环境管理应能解决此问题。

②分泌物和酶的作用。植物根系的分泌物除增加根际系统有机质、增强生物活性外，还有

一种作用是对生物恢复最有利的，即增加根系系统的共代谢基质（孙铁珩等，2004）。此外，

植物根系释放到土壤中的酶可直接降解有关化合物，且降解地还非常快，植物死亡后酶释放到环境中仍可继续发挥分解作用。在植物根区，微生物种类和生物量明显比根外土壤多，近

年研究发现，随着植物根区微生物的密度增加，多环芳烃降解速率也明显加快。

③强化根区的矿化作用。植物可以促进微生物的转化作用，已被很多研究所证实。植物根

区的菌根真菌与植物形成菌根共生体，植物为微生物提供生存场所并可转移氧气使根区的好

氧转化作用能正常进行。

总之，研究植物在土壤修复中的作用需考虑的问题有：

（1）植物根系的结构和年龄对有毒物降解的影响；

（2）植物根系的转化动态，包括根在分解过程中有毒物质释放的可能性；

（3）根系释放的非生物物质的溶解性；

（4）根际微生物群落在腐殖化过程中的作用。表3-3列出了覆盖土壤—植被系统对垃圾场

中主要污染物的净化机理。