隨著城市規模的擴大和城市改造進程的加快,一些工礦企業逐漸從市區向外搬遷。搬遷后的土地大多具有不同程度的污染。其中重金屬污染就是一個比較普遍的問題,如不加治理會對人體健康和生態系統造成嚴重的負面影響。
植物修復技術是近年來環境修復的研究熱點之一,即利用植物及其根部的微生物,通過吸收、轉運、固定、分解或揮發等機制清除環境中污染物的一種環境治理技術。與傳統的基于工程措施的修復方法相比,植物修復技術成本低廉,環境友好,利于土壤生態系統的保持,適合大規模的應用,同時具有美學價值等優點,適于修復中等濃度和低濃度的重金屬污染。植物修復技術在礦區生態恢復中應用較多,而用于城市土壤重金屬污染修復的例子還很少見。荷蘭比克斯羅特漢姆(Buiksloterham)的土地修復案例為我們提供了一個有益的借鑒。
比克斯羅特漢姆位于荷蘭首都阿姆斯特丹的北部,歷史上曾用作運河污泥堆放區、碼頭、金屬加工業和化學工業區等,造成土壤中重金屬及多環芳烴含量超標?,F在市政當局要將這一地區改造為居民區和商業區。荷蘭瓦赫寧根大學風景園林系Wilschurt等人將植物修復技術與景觀設計及生物質生產相結合,欲將該區改造為適于居住的環境。盡管這僅是一個設計方案,但仍然可以給我們以啟示。從這個案例中可以看出,利用植物技術修復城市土壤重金屬污染可分為以下幾步:
1. 土壤污染狀況調查 只有了解了土壤的污染狀況,才能因地制宜采取適宜的修復策略和方法。調查內容包括:土壤的質地、結構、酸堿度、有機質含量等物化性質,重點是污染物的種類、濃度及分布范圍。結果表明,該區主要的問題是鋅含量超標,平均濃度為743毫克/公斤,最高可達10 952毫克/公斤。鋅在區內各處分布不均勻,據此將治理區域分為:重度污染區、中度污染區和未污染的清潔區。
2. 因地制宜制定相應的修復策略及臨時的和長期的土壤利用規劃 清潔區域不需要修復。中度污染的土壤可采用原位的植物修復技術,即直接將修復植物種植在污染區域內。重度污染區域及混合污染區域,利用植物進行原位修復需要的時間過長,與城市發展的速度不相適應,適宜采用異位修復法,即將污染的土壤挖出,移到他處,然后再進行修復。
3. 修復植物的選擇 選擇適宜的植物是利用植物修復城市土壤重金屬污染成功與否的關鍵。根據當地的氣候條件、土壤性質及鋅污染狀況,同時考慮到當地的地下水位很淺,僅有0.9~1.5米,選取了三組修復植物。第一組為黑柳和美洲黑楊,通過樹木的蒸騰作用降低地下水位,發揮植物穩定污染物的作用,防止污染物遷移或滲入地下水中。這組植物可種植于污染比較嚴重的區域。第二組植物為簇生發草、寬葉香蒲和蒿柳。利用這三種植物構建人工濕地,通過根系的過濾作用去除污染物。第三組植物為天藍遏藍菜、印度芥菜、菊芋、向日葵和雜交山楊。這組植物富集鋅的能力較強。種植一定時間后收獲這些植物,從而將鋅從土壤中移除。這組植物可用于中度污染區域的修復。
4. 與景觀設計相結合 利用景觀設計的方法將植物的修復功能與美化環境的作用有機結合起來。在該案例中具體實施有以下幾點:(1)沿運河邊利用第二組植物建造人工濕地,用于收集和修復污染的地下水和污染區域流出的雨水。在運河與濕地間修建一條人行道,可讓行人更好地觀賞濕地與運河及開放水域的風光。(2)利用修復植物將原來過寬的工業道路分割成機動車道、人行道和自行車道。同時利用綠籬來防止行人接觸到路邊的污染土壤。(3)在中度污染的區域,將修復植物混合種植,營建具有野趣的景觀;在這些區域的周邊種植黑柳和冬青樹籬,限制行人進入;同時修建抬高的木棧道使行人可以進入公園欣賞景色,而又不與污染土壤接觸。(4)在未污染的區域成片種植巨芒草,利用野草形成草坪貫穿期間,為公眾提供休憩和玩耍的場所。
5. 降低修復成本 成本控制是土壤修復實踐中的一個重要方面。重度污染土壤及混合污染區的土壤需進行異位修復,為了避免土壤長途運輸產生的費用,可利用本區內的清潔土壤置換污染土壤。而挖出的污染土壤可放置在本區運河上已不再使用的駁船里,進行長期的植物修復。將修復植物種植在駁船里,可以在運河邊形成一個個浮動的花園。同時景觀中的駁船還可以作為此地區的歷史象征。
6. 發揮植物修復的經濟效益 修復污染的植物可以用來生產生物質。生物質通過運河運輸到阿姆斯特丹西部的生物質發電廠,用以發電。同時定期收割污染區中的植物,可以防止植物死亡或凋落后體內積累的重金屬重新回到土壤中。(1)在重度污染的區域內種植生物質產量較高的黑柳,形成“短輪伐期矮林”。在降低地下水水位、穩定土壤中污染物的同時,還可以獲得大量的生物質。(2)中度污染區的植被也可收割用作生產生物質。(3)清潔區域內種植的巨芒草也是一種生物質產量很高的植物。
從比克斯羅特漢姆的土壤修復案例中,我們可以看到利用植物修復城市土壤重金屬污染要在土壤調查的基礎上,制定相應的修復策略,選擇適宜的修復植物,結合景觀設計,因地制宜降低修復成本。其中選擇適宜的修復植物是關鍵,除了選擇一些對重金屬具有富集或超富集能力的植物,還要充分發揮鄉土植物的作用。此外,還可對土壤進行必要的改良,以降低重金屬對植物的危害,促進植物的健康生長。與其他土壤修復技術的聯合應用也是一個重要的方面,如重金屬的鈍化技術、電動修復技術、微生物修復技術及土壤動物修復技術等。