一、垃圾填埋堆放场的地质环境微生物生态分析
生态环境是指特定地段中的全部生物和物理环境相互作用的任何统一体。也就是一个相互进行物质和能量交换的生物和非生物部分构成的相对稳定的系统，它是生物与环境之间构成的一个功能整体，是整个地球生物圈能量和物质循环的一个功能单位。微生态系统即为在微观地质环境中微生物细菌与微域地质环境构成的生态系统，研究它可以反映整个宏观的地质环境的变化及其生态效应。
由于垃圾填埋与堆放改变了原有地质环境中的生态系统，造成了非天然条件下生态系统中的生物演化与演替的较大波动。这些微生物的演替过程，即是垃圾产生各种微生物作用与地球化学作用的过程。特别是在水的参与下，微生物一方面可以对某些有毒有害的物质进行分解和降解，但另一方面由于其分解的不彻底，易解析出或化合成对人类有害的甚至是有毒的物质，它们一旦逸出或随水渗入地下或流入地表水体，均会对环境造成污染，对人类产生危害。
在垃圾的分解过程中，某些元素呈离子状态被分离出来，或又产生了新的化合物，特别是在微生物及地球化学作用下，使垃圾填埋体涉及的介质环境和地质环境发生变化，如pH值和Eh值随生成物质的变化而改变，温度也随分解和化合中能量形式的转换而上升，这些地质环境的变化，反过来又影响着各种作用的方向和进程，尤其是微生物的演替。因此，在垃圾填埋场及其周围地质环境中，物质成分和微生物地球化学作用是非常复杂而又不断地变化着，直至在该环境所限定的条件下，经过长期作用，而达到新的平衡。水是垃圾分解演化中不可缺少的物质，也是一切生命物质的主要组成部分。影响北京市垃圾填埋场的主要水体是大气降水和浅层地下水，加之有机垃圾在降解过程中产生的水，它们一同作为垃圾场环境中的物质循环载体，一方面对垃圾污染物在生物作用下进行降解，另一方面又对地质环境造成污染并使其迁移扩散。由于微生物细菌的微小并可随水的运移而迁移，在其迁移过程中通过其生命的代谢活动参与各种生物化学反应，在一定条件下，微生物代谢活动可以催化有机酸的形成，从而能促进重金属污染质与有机酸形成络合物而迁移进入地下水。另一方面在微生物作用下，可使许多有机物和某些元素得到转化和降解。
土壤包气带土体是微生物细菌生活的大本营，也是污染物质进入环境的一个重要媒介和载体。许多污染物质在进入土壤包气带土体后被其以物理机械吸附、胶体物理化学吸附、化学沉淀等方式作用截留，使其在土体中含量不断积累。虽然土体中的大量微生物可以转化和降解许多的污染物质，但受自然地理条件和营养物质等环境因素的影响，以及垃圾仍在不断的累积和分解释放污染物质，进入土体和地下水中的量在不断增加，这就造成污染范围的不断扩大，因此，垃圾对环境的污染将成为主导过程。对北京市周边地区的垃圾填埋堆放场的地质环境和水环境要素的调查与分析表明（表5-1），垃圾淋滤液一般为浅黄到褐黑色，大多为黑色、恶臭，pH为7.5～8.5左右，Eh值在－118～200mV左右，总溶解固体含量TDS一般大于1000mg/L，溶解氧DO大多含量较低，为0.7～6.2mg/L。地表水及与淋滤液混合水，主要受淋滤液的影响而定，如淋滤液含量大则与淋滤液的水质相似，否则水质稍好一些。地下水的情况较为复杂，受其各种条件的控制，有些地段污染较重，水质变化较大，有些地段较好尚未受到污染，但从pH值、Eh值和溶解氧来看，均是微生物细菌生长的良好环境，适宜多种微生物细菌的生长和繁衍。
二、垃圾场地质环境微生物细菌的分布状况分析
我们对北京市周边的不同类型垃圾填埋堆放场的不同位置不同地点采集了56组各类水样和13组土样进行了微生物细菌的鉴定测试，具体选择了几种能够反映垃圾填埋堆放场环境与物质变化的微生物细菌群，如细菌总数、大肠菌群、硝化细菌、反硝化细菌、硫酸盐还原菌、铁细菌等。培养测试结果见表5-1、5-2。
（一）垃圾场影响水体中的微生物细菌分布状况
从表5-1中可看出，垃圾淋滤液中，细菌总数，大肠菌群数是最高的，一般细菌总数在n×105～6个/mL，大肠菌群在n×103～4个/L。垃圾淋滤液与地表混合水一般视其混合的比例不同含量有所变化，大部分采样是在地表水的稀释作用下细菌的含量比淋滤液略低一些，但总的来说也是较高的，细菌总数一般在n×104～7个/mL，大肠菌群在n×102～4个/L。从垃圾场周边的地表水采集样品来看，随着距垃圾场距离的不同而污染程度不同，细菌总数一般在n×102～3个/mL，大肠菌群在n×101～2个/L。地下水也同样随距垃圾场距离及包气带厚度和岩性的不同，微生物细菌的含量也不同，一般距离越近包气带岩性较粗渗透性好，则受污染较重，细菌总数在n×101～2个/mL。大肠菌群在0～n×102个/L。
从我们选择的采样点看大部分地下水已经受到垃圾填埋场的污染，如果按饮用水标准看，垃圾填埋场周围许多浅层地下水中的细菌总数和大肠菌群数均已超标不能饮用，此仅从细菌指标来分析，结合其他水质分析，可能污染的程度会更大一些，应引起人们的高度关注。另外，不同垃圾类型其污染情况也不相同，如房山温庄子西的钢渣垃圾填埋场淋滤液采集的样品细菌总数很低，为3.6个/mL，大肠菌群为0个/L，如从细菌指标看则对环境造成污染不大，但在其他方面则污染也很严重，金属元素对某些生物起到了抑制和杀灭作用，对许多农作物也能造成危害。从表5-1中其他培养细菌来看，也基本反映了垃圾填埋场对环境的影响，有机污染高，一些异养菌菌量就大，其作用就强。如反硝化菌，硫酸盐还原菌等。某些金属离子污染严重或含有硫化物污染则铁细菌和排硫杆菌活动就强。硝酸盐含量高则硝化、反硝化作用就强，菌数就大。
（二）垃圾场影响土体中的微生物细菌分布状况
从表5-2不同垃圾填埋场的不同位置深度采集土壤样的微生物细菌培养测定结果看出，表层土的细菌总数和大肠菌群数量较大，随深度的加大则减少，其他细菌也有相同的反映，但由于总的取样深度不大，有些细菌变化不大，如硝化菌、脱氮菌等。但异养菌还是有所变化的，它是随着土体中有机物含量及颗粒大小、环境条件的变化而变，当然也与其他因素有关，如氧化还原环境，pH值，温度等等。但总体是与环境中某些物质变化有密切关系，如有机污染等均可引起微生物细菌数量上的变化。另外从图5-1中也可明显看出，垃圾堆放场边缘地带包气带土壤中，几种细菌数量随深度变化的情况。如细菌总数，在表层由于受垃圾堆放场的有机污染，在0.25m处细菌数量较大，随后从0.75～2.25m较为稳定。但在2.75m处又有增大的趋势。大肠菌群的变化则受垃圾堆放场影响较为明显，表层数量最大，到2.75m处则减少为零。这也反映了土壤包气带土体对大肠菌群的过滤净化作用还是较明显的。其他几种细菌的变化趋势也有许多相同之处，基本上和细菌总数的变化情况类似。只是不同的细菌在某个部位略有变化，受局部微域变化而变化。从这些细菌在土壤包气带中的菌数变化，也可得出环境条件对微生物分布及活动的影响，并且不仅是随深度的变化而减小，而是随某些特定的地层环境而变化，这些变化也有助于包气带土体对污染物质的阻控与净化。我们也可以利用包气带土体的某些特征层位对污染物质加以阻控。总之，从北京市周边地区垃圾填埋场环境中的微生物细菌的调查研究，可以得出，垃圾填埋场地已经对其周边的环境造成了不同程度的污染。但污染程度和范围尚还不是很大，究其原因，一是大部分垃圾填埋场地都是近几年开始堆放的，时间不算很长；二是包气带和含水层均有一定的环境容量，对污染物质有一定物理和地球化学的吸附、过滤、氧化分解及化合、鳌合等作用；三是在微生物细菌的作用下，使许多污染物质降解转化等等。
表5-1 水样微生物细菌培养测试结果表
表5-2 土样微生物细菌培养测试结果表
三、垃圾场地环境中的地质微生物细菌地球化学作用分析
在垃圾填埋堆放场中，虽然发生着极其复杂的化学作用，但纯化学作用是比较缓慢的。可是在其环境条件下极适合多种微生物的孳生，由于其自身代谢的需要，大大加速了垃圾的分解和新物质的生成过程，特别是对有机物的降解作用。垃圾一旦进入填埋场，微生物的分解过程就开始了，第一步是好氧分解，消耗其中的氧气，产生大量的热。第二步进行厌氧分解，产生甲烷和二氧化碳等气体。
现将我们分析研究的几种微生物细菌的地球化学作用简述如下：
（一）硝化细菌（bact.nitro bacter）
硝化细菌是好气性自养细菌，适宜于中或弱碱性环境生长，不能在强酸性条件下生长。在其代谢活动过程中能氧化亚硝酸盐为硝酸盐，一般氨在硝化菌的氧化过程中先被氧化为亚硝酸，再氧化为硝酸。在此过程中，硝化细菌获得了其生命所需要的能量，反应式如下：
城市垃圾地质环境影响调查评价方法
从上式中可以看出氨氧化成硝酸的过程是由两类不同的硝化菌进行的，先是由亚硝化菌（Nitrosomonas）将氨氧化成亚硝酸，而后由硝化细菌再将亚硝酸氧化为硝酸。硝化细菌在自然界氮循环中起着十分重要的作用，也是垃圾填埋场中氮化物转化的主要环节之一。
图5-1 垃圾场表层土中微生物随深度的分布曲线
（二）反硝化细菌（denitrifying bacteria）
利用硝酸盐中的氧氧化有机物，还原硝酸盐为亚硝酸盐并最终为N2，有机物氧化为CO2。反硝化过程可用下式表示：
4KNO3+5C有机（反硝化菌）→ 2K2CO3+3CO2+N2
反硝化细菌是在硝酸盐与有机物同时存在而氧气不足，溶解氧含量低于0.5mg/L的情况下进行繁殖代谢作用的。氮化物可在硝化菌、亚硝化菌、反硝化菌作用下不断地进行转化。如垃圾中的有机物在氨化微生物作用下形成大量氨，氨被硝化菌氧化成亚硝酸盐和硝酸，由反硝化菌还原成氮气。
（三）硫酸盐还原菌（desulfovibrio）
硫酸盐还原菌为厌氧性细菌，其最适宜pH值为7～8.5,Eh值为－100mV以下。它能将硫酸盐还原为H2S。这种菌含有氢化酶，这种酶是一种以用氢元素还原硫酸盐的生物催化剂，在环境中含有机物质时，可以加速硫酸盐的还原作用，生成大量的H2S，其反应式如下：
Ca SO4+CH3COOH→ Ca CO3+H2S+CO2+H2O
在垃圾填埋过程中含有大量的有机物及硫酸盐类，在该菌的作用下，产生大量H2S，使垃圾场产生恶臭，污染环境。
（四）排硫杆菌（th.thioparus）
排硫杆菌是好气性细菌，可以在中性环境中pH为7～7.4条件下繁殖，在其生命过程中同化空气中的CO2和碳酸盐中的碳，能氧化硫化物及硫，生成硫酸盐及硫酸，也能氧化硫代硫酸盐成硫酸盐，并从中取得能量。并可以氧化其他硫化物。其反应式如下：
2Na2S2O3+O2（排硫杆菌）→ 2Na2SO4＋能量
或2S+2H2O+3O2（排硫杆菌）→ 2H2SO4＋能量
当环境中有硫化氢存在时，也可以发生氧化作用，反应式如下：
2H2S+202（排硫杆菌）→ 2H2S2O3+H20
该菌在垃圾堆埋场中含有硫化物时，使硫化物转化为硫酸盐或硫酸，导致生成酸性环境，参与金属元素的迁移作用，造成地下水的污染等等。
（五）脱氮硫杆菌（th.denitrificans）
脱氮硫杆菌是兼性厌氧菌，能在中性或弱碱性条件下发育，最适宜pH为7～7.3，它能同化在水中CO2和碳酸盐中的碳，利用硝酸盐氧化硫及氮化物，并能还原硝酸盐为亚硝酸盐，对硫化物及氮化物的转化起着重要作用，其反应式如下：
6KNO3+5S+2Ca CO3（脱氮硫杆菌）→ 3K2SO4+2Ca S04+3O2+3N2+2CO2＋能量
该菌在垃圾堆放场中对硝酸盐的还原起着重要的作用。
（六）铁细菌（iron bacteria）
铁细菌是好气性细菌，是参与金属元素氧化作用的重要微生物，它能使亚铁化合物氧化成氢氧化铁而沉淀，其反应式如下：
2Fe2++n H2O+1/2O2→ Fe2O3·n H2O+4H＋
铁细菌不仅氧化Fe（OH）2，而且可以直接氧化Fe3。因为它们具有加速Fe2＋转化为Fe3＋的酶。因此大大加速了天然水中铁等金属的沉淀速度，在垃圾场的环境中可使铁、锰等许多金属元素受到微生物氧化作用。
（七）细菌总数
细菌总数是反映异养菌的一大类细菌的总数，他们包括了好氧和厌氧的许多细菌，是降解转化有机化合物的主要细菌菌群。并且细菌总数往往与环境受有机物污染的程度呈正相关关系，它是评价环境污染程度的一个重要指标之一。该类菌群的地球化学作用主要是能将环境中的各类大分子有机物进行降解，转化为简单有机化合物或无机物，为其他个性细菌提供易利用的营养物质。由于重金属及某些其他有毒物质对细菌有抑制和杀灭作用，因此可造成该类污染环境中的细菌总数减少，并不能排除已被这些物质所污染。我国饮用水标准规定，每毫升水中，细菌总数不得超过100个。
（八）大肠菌群（coliform,group，简称colifrom）
大肠菌群为饮用水、食品等细菌学常规检验的指标之一，也是评价环境污染程度的重要指标之一，世界各国的水质、食品等卫生标准对此都有明确规定，我国饮用水水质标准中规定大肠菌群每升水中不得大于3个。大肠菌群是指一类好氧或兼性厌氧、能发酵乳糖，在乳糖培养基中经37℃，24小时培养，能产酸产气的细菌，该菌是肠道中最普遍和数量最多的一类细菌，所以将其作为粪便污染的指示菌。即根据水中大肠菌群细菌的数目来判断环境中是否受粪便所污染，并间接推测受肠道病原菌污染的可能性。环境中它的多少可反映污染物的主要来源，垃圾堆放场含有大量的粪便，因此，含有大量的该类细菌。
通过对上述几种菌群的分析，表明微生物细菌不仅是对垃圾堆放场的污染物质进行降解净化的主要物质，而且也是地质环境好坏的重要标识性指标之一，它的多寡反映了污染的程度及污染的类型等。因此可以认为微生物细菌是地球表层物质转化循环的转换器，是地质环境质量好坏的指示器，也是提供环境信息的传感器。
四、结论
通过对北京市周边地区垃圾填埋场的微生物细菌的调查与分析，我们可得出以下几点认识：
（1）微生物细菌是反映地质环境质量好坏的重要指示性生物，也是评价地质环境受到污染程度的指标之一，也可用来分析污染物质的来源与种类。
（2）微生物细菌的地球化学作用是垃圾填埋场污染物质降解、转化、净化的主要生物作用之一，它对污染物质的降解和净化是其他物理、化学作用不可比拟的，也是其他生物作用不可替代的重要作用。
（3）从垃圾填埋场及周边地区微生物细菌的区系调查结果来看，在其垃圾场周围的地质环境均有不同程度的污染。有些地段还很严重，已经污染了浅层地下水，如沈家坟、单店、北天堂等许多垃圾场周边的地下水及混合水中均有大肠杆菌的检出，有的数量还较大。反映了受生活垃圾的严重污染。
（4）通过对浅部土壤包气带的微生物细菌的区系调查分析，土壤包气带是阻控污染物质的天然屏障，也是微生物细菌生活繁衍的大本营。尤其是包气带土体中的某些特定层位，可作为阻控污染物质的人为利用层位，对污染物质加以阻控。
（5）该次研究属多学科跨学科的研究领域，其工作难度和工作量都较大，在时间短、任务重的情况下完成颇为不易。当然也还存在许多不足之处，还有许多的科学问题和难题需要我们去探索和解决，建议今后在开展此类调查工作中继续增强对微生物地球化学作用方面的调查与研究工作，特别是对垃圾污染物的净化与修复方面的研究工作。