城市固体废物处置区土壤的物理和化学表征

《Land Degradation & Development》：Physical and Chemical Characterization of Soil in Urban Solid Waste Disposal Area

　　

废物产生及其在适当场所的后续处置在巴西一些市镇仍存在局限性。因此，对这些区域的环境监测至关重要，因为它有助于保护环境。本研究旨在分析垃圾填埋场土壤的化学和物理参数。为此，研究人员在10个采样点采集了土壤样本，分析了三种深度（0、50和120 cm）下七种化学元素（镉、铅、钴、铜、铬、镍和锌）的浓度。此外，还测定了粒度、渗透性和最优含水率。结果表明存在一种贫瘠红色氧化土（Oxisol）。该土壤含51.00%粘土、28.00%粉砂和21.00%砂，被归类为粘质土壤，具有32.70%的最优含水率和2.11×10^?7 cm·s^?1的渗透性，因此符合现行法规规定的数值。化学元素显示铜和镍元素发生变化，其中铜可能源于自然来源，归因于母质及其风化产物。至于镍，其数值与在同一地质建造中进行的研究所得结果相似。统计分析表明，不同深度之间无差异。因此，研究人员得出结论，废物处置活动并未改变土壤的自然质量，这可能是由于自然保护系统（通过低渗透性的粘质土壤）的作用。

**论文解读：城市固体废物处置区土壤的物理和化学表征**

**研究背景与问题**
土壤是一种缓慢更新的资源，由岩石风化形成，并作为废物处置工程中的天然过滤和物质钝化载体。当前，巴西部分市镇在废物产生及后续适当处置方面仍存在局限性，不当处置（如不规范填埋）易导致渗滤液中的重金属污染土壤和水资源。因此，对废物处置区进行环境监测，特别是分析土壤的物理和化学属性，对于评估土壤质量、预防污染扩散至关重要。现有研究强调，土壤的物理化学性质（如粒度、渗透性、重金属背景值）受母质、气候等因素影响，不同地质条件下土壤的天然防护能力差异显著。该研究旨在分析巴西南部一个卫生填埋场土壤的物理和化学特征，评估废物处置活动是否改变了土壤的自然质量，为区域环境管理提供科学依据。论文发表于《Land Degradation》。

**研究方法概述**
研究人员在巴西南里奥格兰德州西北部的一个填埋场（由公共联合体管理，服务12个市镇，约78,569名居民）开展研究。该区域位于乌拉圭河水文区（U-30），气候为Cfa型（湿润亚热带），年均降雨量1800 mm。当地土壤为贫瘠紫色氧化土（Oxisol），高度风化，富含高岭石和铁氧化物。研究共设置10个采样点（P1–P9位于填埋区内，P10为外部对照点），使用荷兰钻在0、50和120 cm深度采集土壤样本，总计30个样品。采用美国环保署（USEPA）SW 846-3050B方法，结合火焰原子吸收光谱法（F-AAS）分析铜、锌、钴、铬、镉、镍和铅的浓度；依据NBR标准测定粒度（NBR 7181/2025）、最优含水率（NBR 7.182/2016）和渗透性（NBR 14,545/2021）。通过R软件进行方差分析（ANOVA）、主成分分析（PCA）和置换多元方差分析（PERMANOVA），评估点位和深度对金属组成的影响。

**研究结果**
**3.1 物理参数**
土壤粒度分析显示：粘土51.00%、粉砂28.00%、砂21.00%，被归类为粘质土壤（Dystrophic RED LATOSOL）。最优含水率为32.70%，渗透性为2.11×10^?7 cm·s^?1，低于NBR 13,896/1997和NBR 15,849/2010规定的5×10^?5 cm·s^?1限值。低渗透性可阻碍污染物垂向迁移，是废物处置的理想特性。

**3.2 化学参数**
与FEPAM（2014）规定的质量参考值（QRV）相比，铜（Cu）在几乎所有采样点（除个别深度外）均超过QRV（203 mg·kg^?1），镍（Ni）在部分点略超QRV（47 mg·kg^?1），锌（Zn）在个别点超过QRV（120 mg·kg^?1）。镉（Cd）、钴（Co）、铬（Cr）和铅（Pb）浓度均低于QRV。通过对比区域文献（如Huge et al. 2013；Motta et al. 2019），Cu、Zn、Ni浓度与同地质建造（Serra Geral Formation）的自然背景值一致，表明高浓度可能源于玄武岩风化的自然来源，而非填埋活动。

**统计分析**
方差分析（ANOVA）显示，不同深度（0、50、120 cm）之间以及不同提取层（按地形高程划分）之间金属浓度无显著差异（p > 0.05）。主成分分析（PCA）排除Cd后（因63.3%样品为0），前两个主成分解释73.2%方差（PC1: 53.5%，PC2: 19.8%），PC1与Cu、Ni、Zn、Co相关，PC2与Cr相关。PERMANOVA证实点位因素显著（F = 3.10，p = 0.0005，R² = 0.582），而深度因素不显著（F = 0.33，p = 0.951，R² = 0.024），表明金属空间变异主要源于水平方向异质性，而非垂直深度。

**讨论与结论**
研究表明，填埋场土壤的物理特性（低渗透性、粘质质地）提供了天然防护屏障，可有效限制污染物向下迁移。化学元素分析中，Cu、Ni、Zn的局部超标可归因于母岩（玄武岩）风化，而非废物处置活动。统计结果支持点位间差异源于自然背景空间变化，深度无差异进一步证实活动未造成垂直污染。研究结论为：该填埋场运营未改变土壤的自然质量，土壤具备适宜运营的天然条件。结论部分翻译如下：基于分析结果，研究人员得出结论，所分析的填埋场呈现天然土壤保护状态，渗透性、粒度和化学分析均符合现行法规要求。至于在各深度和层位分析的重金属浓度，铜元素数值较高，部分点位锌和镍也较高，但这可由其源自基性火山岩风化的自然背景所解释。因此，研究人员认为，该活动运营未改变物理环境的自然质量，土壤具备运营的天然条件。