摘要：为研究垃圾焚烧厂对周围植物的汞污染状况，分析了深圳市清水河垃圾焚烧厂周围优势植物茎叶以及土壤的总汞浓度。结果表明，该垃圾焚烧厂周围的优势植物均受到一定程度的汞污染，叶总汞浓度为0.0309～0.2467mg•kg-1，平均值为0.0948mg•kg-1，所选择的6种优势植物叶总汞的浓度：台湾相思>豺皮樟>马占相思>大叶相思>木荷>梅叶冬青;茎总汞浓度为0.0074～0.1196mg•kg-1，平均值为0.0417mg•kg-1。同种植物茎叶总汞浓度呈显著正相关，而植物茎叶的总汞浓度与土壤总汞浓度并无显著相关性;在该垃圾焚烧厂主导风向的下风向，距污染源的距离和地形差异共同对烟气扩散浓度产生影响，而植物茎叶总汞浓度变化则与烟气扩散浓度的空间分异格局基本吻合。上述结果充分证明，本研究区内烟气-叶的交互作用在植物与环境的汞交换中占据主导地位。
关键词：汞;垃圾焚烧;植物;累积
随着我国城市化进程的不断加快，城市生活垃圾总量急剧增长。在众多垃圾处理工艺中，焚烧处理在垃圾减量化、无害化、资源化方面具有明显的比较优势。但是在垃圾焚烧处理过程中不可避免地排放出二次污染物。其中，有毒有机污染物已经引起了人们的高度重视和广泛研究，而对挥发性重金属汞污染的关注却较少。事实上，生活垃圾的焚烧已经成为部分地区大气中汞的主要污染源之一。研究表明，在北美地区汞的垃圾焚烧释放量占当地总汞排放比例达到40%，中南美约34%，西欧约28%，非洲约30%。虽然我国生活垃圾焚烧污染控制标准GB18485-2001规定，烟气汞的排放限值为0.2ng/m3，但由于我国城市生活垃圾采用混合收集的方式，大量的含汞废物如废电池、荧光灯、温度计等均混入生活垃圾，使得烟气汞的排放浓度较高。已有研究表明，植物是陆地生态系统中汞的重要输入输出环节，植物对汞的吸收机制复杂，受许多因素影响。不同的植物，以及同种植物的不同器官对汞的吸收能力有明显的差异。目前，国内已有垃圾焚烧厂汞污染的相关报道，研究表明垃圾焚烧厂的运行对周围环境造成了一定程度的汞污染，但对垃圾焚烧厂周围植物汞污染的空间分布特征鲜见详细阐述。为了全面认识垃圾焚烧厂周围植物汞的污染特征及环境分布情况，本研究以深圳市清水河垃圾焚烧厂为例，在系统分析焚烧厂周围不同植物和土壤污染程度的同时，详细探讨了汞污染的空间分布，以期解析垃圾焚烧过程的汞排放与厂区周围植物汞污染之间的关联关系。
1材料与方法
1.1研究区概况
深圳市位于我国南部沿海地带，地理坐标为东经113°46′～114°37′，北纬22°27′～22°52′。属亚热带季风气候，夏季盛行东南季风，冬季以东北季风为主，图1为深圳市风玫瑰图。近20年来年平均气温位于22.5～23.9℃之间，年降雨量为1299.4～2747.3mm，年日照时间为1574.0～1975.0h，年平均湿度为70.0%～76.0%。
清水河垃圾焚烧厂位于深圳市罗湖区清水河街道，是国内第一座采用焚烧发电技术处理城市生活垃圾的处理厂。该厂始建于1985年，目前日处理生活垃圾约600t[16]，发电厂内烟囱主体高度60m。厂区南方、西方和北方三面环山，东面地形相对平坦，为居民生活区;西北方向隔山约1～2km为日均处理生活垃圾3500t的深圳市下坪垃圾填埋场。
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1.2采样布点
根据深圳市风玫瑰图所示，当地主导风向为东南偏东和东北偏北。为考察风向对可挥发性汞污染分布的影响，结合垃圾焚烧厂周边地形特征，以污染源为中心，以2个主导风向的下风向为轴，按垂直十字交叉的方式确定东北(NE)、东南(SE)、西南(SW)和西北(NW)4个采样方向。取样点设置以主导风向的下风向为主，并根据植物分布特点，在距污染源200m～2km范围内，在NE、SW、NW3个采样方向分别选取了4、11和11个采样点如图2所示，使用GPS导航系统定位，并记录各采样点的高程信息(精确至1m)。
图2研究区域等高线图及采样布点示意
1.3样品采集
在考察4个方向上植物分布特征后，选取较常见的6种优势树种：大叶相思(Acaciaauriculaeformis)、台湾相思(Acacia confuse)、马占相思(Acacia mangium)、梅叶冬青(Ilex asprella)、豺皮樟(Litsea rotundifolia)、木荷(Schima superb)。在各采样点10m×10m范围内，每个树种选择3～4棵，树龄在5a以上，其中树叶为老叶，树茎<1.5cm，每棵分别采集茎、叶各约0.5kg，总共采集茎、叶各2kg，分别混合均匀后装入密封袋内保存，采集茎叶样品共88个。同时在各样点采集土壤样品，土壤样品分两层采样，上层为0～10cm，记作A层;下层10～20cm，记作B层，采集土壤样品共52个。以深圳市仙湖植物园为对照点，采集大叶相思(Acacia auriculaeformis)、台湾相思(Acacia confuse)、马占相思(Acacia mangium)、梅叶冬青(Ilex asprella)、豺皮樟(Litse arotundifolia)5种植物的茎和叶，对照点内各树种分别选择2～4样点，将不同样点的各树种茎、叶样品分别混匀后进行分析。
1.4样品分析
植物样品采集后，先后用自来水和去离子水冲洗干净表面灰尘，然后烘干(65～70℃)至恒重，再粉碎过60目筛，取0.25g用硝酸-双氧水在最佳的消解条件下进行微波消解。土壤样品经自然风干、磨碎过100目筛，取0.20g用反王水-双氧水在最佳的消解条件下进行微波消解。利用日本岛津FIMS400测汞仪(检测下限0.02ng/mL)分析样品中的汞浓度。每批(12个)样品同时用相同方法测定空白和平行样品，每个样品测定3次，误差在±5%之内。用标准柑橘叶(GSB-11，汞含量(158±24)ng/g，国家标准物质中心)和标准黄色红壤(GBW07406，汞含量(72±7)ng/g，国家标准物质中心)测定精确度。每消解一批样品分别用上述2种标准物质进行质量控制，测定值在标准值范围内。
1.5数据分析
利用SPSS15.0统计分析软件进行相关分析，相关分析以显著性水平达到0.05为显著(标记为3)，达到0.01为极显著(标记为33)。
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2结果与分析
2.1植物总汞浓度分析
不同植物对汞的吸收能力差异较大(见表1)。从茎总汞浓度来看，台湾相思最高，豺皮樟、梅叶冬青、木荷差异不大，最低的2种植物是马占相思和大叶相思。从叶总汞浓度来看，台湾相思最高，其次为豺皮樟和马占相思，梅叶冬青最低。由此可见，在6种优势植物中，台湾相思的汞吸收能力最强，豺皮樟次之。
表1植物茎叶总汞浓度/mg•kg–1
该厂区周围优势植物茎叶总汞浓度显著高于对照点同种植物茎叶总汞浓度，研究区优势植物茎叶总汞浓度平均值与对照点同种植物总汞浓度比值范围：茎为1.45～4.21，叶为1.54～3.68。这表明该垃圾焚烧厂周围植物已受到一定程度的汞污染。汞在植物茎叶中的富集也具有明显的差异(见图3)，通常为叶总汞浓度大于茎总汞浓度。二者的比值范围为1.22～3.63，比值大小依次为马占相思>大叶相思>台湾相思>豺皮樟>木荷>梅叶冬青。统计检验结果显示，叶总汞浓度与茎总汞浓度呈显著正相关，相关系数为0.58833，各优势植物的相关系数分别为：大叶相思0.8313、台湾相思0.6753、豺皮樟0.7323、梅叶冬青0.96133。上述结果表明，植物叶对周围环境中的汞吸收能力较强，且叶、茎对汞的吸收有一定的相互作用。
2.2植物总汞的富集系数分析
富集系数是指植物体内某种重金属浓度与土壤中同种重金属浓度的比值。富集系数反映植物对重金属的富集能力，富集系数越大，则富集能力越强。表2为研究区内植物茎叶对A层土壤(0～10cm)和B层土壤(10～20cm)总汞的富集系数。结果显示，茎对A、B2层土壤总汞的富集系数较低，且不同植物没有明显的差异，只有台湾相思对A、B层土壤总汞的富集系数>1，分别为1.20、1.391而叶对A、B2层土壤总汞的富集系数较高，最高为台湾相思，分别为2.80、3.39。
表2植物茎叶总汞富集系数
虽然富集系数能够反应植物对土壤中重金属的富集能力，但是相关分析表明，研究区内土壤和植物茎叶总汞浓度不具有明显的相关性。由此可见，虽然植物可以从土壤中吸收富集汞，但土壤并不是植物吸收富集汞的唯一来源。
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2.3植物总汞的空间分布特征
生长在不同地点的同种植物总汞浓度同样存在空间差异，对其空间分布特征进行研究，可以从另一个角度分析该垃圾焚烧厂对周围植物的影响。所采集的6种植物主要分布在主导风向下风向，即西北和西南方向;东北方向只采集了大叶相思和台湾相思，且样品数量较少。所以，本研究只讨论主导风向下风向西北、西南2个方向植物总汞的空间分布特征。
2.3.1西北方向
西北方向采样点分布在人为干扰较小的山林中，且与山脊走向基本一致。在西北方向上主要采集了梅叶冬青、豺皮樟、木荷和马占相思。图4(a)为这4种植物叶总汞浓度的空间分布特征，可以看出梅叶冬青和豺皮樟叶总汞浓度最高值出现在西北550m，而木荷和马占相思由于在西北550m处没有分布，其叶总汞浓度的最高值分别出现在西北500m和600m。随着距该厂烟囱距离的增加，梅叶冬青、豺皮樟、马占相思叶总汞浓度为一个先升高后降低的过程，而木荷叶总汞浓度则呈下降趋势。4种植物茎总汞浓度[图4(b)]与叶总汞浓度变化情况大致相同，但在900m处豺皮樟茎总汞浓度有所增加。总之，在西北方向上，随着距该厂烟囱距离的增加，植物叶和茎总汞浓度均呈现先升高后降低的趋势，最大值出现在距离烟囱约550m处。
2.3.2西南方向
西南方向植物样品主要在受人为干扰较小的山上采集，所采集植物为台湾相思。图5中台湾相思茎叶总汞浓度变化出现2个峰值，第1个出现在西南400～500m，第2个峰值出现在西南1100～1500m，结合采样点高程数据分析显示，汞的扩散与周边地形密切相关。在西南方向1100～1250m为迎风坡，随着海拔高度的上升，植物茎叶总汞浓度也在增加;通过山脊后，在1300～1400m处茎叶总汞浓度随着海拔高度的降低而降低，在西南1450m处地形坡度有所放缓，茎叶总汞浓度有小幅度回升;之后又随着海拔高度降低而下降。
3讨论
3.1植物茎叶汞污染状况
初步对比分析不难发现，清水河垃圾焚烧厂周围植物叶总汞浓度显著高于Rasmussen等[18]研究的Ontario地区植物叶总汞含量。国外大多数地区所报道的植物总汞浓度集中在0.010～0.015mg•kg-1，平均值在0.024mg•kg-1[18～21]。清水河垃圾焚烧厂周围6种优势植物茎叶总汞浓度平均值均显著高于国外同类报道的平均值，同时显著高于背景值，表明研究区内的植物已经受到一定程度的汞污染。
3.2植物茎叶总汞浓度与土壤总汞浓度的关系
植物可以通过根吸收土壤中的汞并将其运输到茎和叶，而叶还可以通过气孔与大气中的汞进行交换。研究表明，大气-叶之间的相互作用占植物中汞输入输出的主导地位。茎的气孔比叶的气孔小，所以对汞的吸附性明显降低。本研究中叶总汞浓度均高于茎总汞浓度，且叶与茎总汞浓度与土壤总汞浓度没有显著相关性，进一步证实了上述研究结论。不同植物种类茎叶总汞浓度的显著差异则表明植物对汞的吸收，还与植物自身种类等因素有关。
3.3植物茎叶总汞浓度的空间关系
鉴于大气-叶之间的相互作用占植物对环境汞输入输出的主导地位，本研究中植物茎叶中的汞应主要来源于垃圾焚烧厂所排放的烟气，样点距离污染源的水平距离和风向是植物汞污染的重要影响因子。根据高斯模型推算，本研究中烟囱高度为60m，烟尘最大落地浓度点应出现在离污染源500～700m之间。实测结果显示，在样点环境条件基本均匀的西北方向上，4种植物茎叶总汞浓度呈先升高后降低的空间变化趋势，最大值出现在距离烟囱550m处，与上述最大烟尘落地浓度估算较为吻合。然而在地形变化较为复杂的西南方向上，植物茎叶总汞浓度出现2个峰值，且与局部地形变化基本吻合，表明地形条件差异影响了烟气扩散浓度的空间分异格局，进而影响了植物茎叶总汞浓度的空间分异格局。植物茎叶总汞浓度的空间分异格局也从另一个侧面证明了大气-叶之间的汞交换对植物汞污染的显著影响。
4结论
(1)本研究所调查的垃圾焚烧厂周围植物受到了一定程度的汞污染，所选择的几种优势植物茎叶总汞浓度均显著高于对照点同类植物茎叶总汞浓度。
(2)不同种植物对汞的吸收能力不同，台湾相思对汞的吸收能力最强，同种植物茎叶总汞浓度呈现显著正相关。
(3)植物叶对汞的富集系数较高，茎对汞的富集系数较低。植物茎叶总汞浓度与土壤总汞浓度没有显著相关性，大气-叶之间的相互作用占植物中汞输入输出的主导地位。
(4)焚烧厂主导风向的下风向，地表环境条件较为均匀区域，植物茎叶总汞浓度主要受烟气落地浓度空间分异的影响;地形条件差异较大区域，植物茎叶总汞浓度变化与高程的空间分异趋势基本一致。
延伸阅读：
原标题：深圳市清水河垃圾焚烧厂周围地区优势植物的汞污染研究
