利用植物技術(shù)提升城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量

胡永紅

《2018年世界城市化展望》報告顯示：今天世界上55%的人口居住在城市中，預(yù)計到2050年，全球城市化率有望達(dá)68%，而可持續(xù)城市化是城鎮(zhèn)成功發(fā)展的關(guān)鍵。事實上，城市是污染源，生活在城市中的人們利用資源，向自然界排放各種污染物。一旦污染物負(fù)荷超過了自然環(huán)境的自凈能力，生態(tài)平衡遭到破壞，就會造成環(huán)境污染和生態(tài)退化，嚴(yán)重影響人居環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展。

城市土壤是城市中人們從事社會生產(chǎn)活動的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是不可缺少、難以再生的自然資源。城市化過程中大規(guī)模的工程建設(shè)、交通運(yùn)輸、污染物排放，尤其是不當(dāng)?shù)耐恋乩煤凸芾淼龋钩鞘型寥涝馐芰藙×矣绊懀行┥踔潦遣豢赡娴摹Ｖ亟饘僮鳛橐环N持久性有毒污染物，進(jìn)入城市土壤后在土壤中遷移轉(zhuǎn)化，易被植物或微生物吸收利用，繼而通過食物鏈、揚(yáng)塵或手-口直接接觸進(jìn)入人體，引起人體各種生理功能改變，導(dǎo)致各種急、慢性疾病，包括慢性中毒、致癌和致畸等。因此，城市土壤重金屬污染的生態(tài)修復(fù)已經(jīng)成為城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)亟需解決的關(guān)鍵問題之一。

城市土壤重污染治理迫在眉睫

2016年5月，國務(wù)院頒布《土壤污染防治行動計劃》；2019年1月，《中華人民共和國土壤污染防治法》也開始實施，標(biāo)志著我國開始切實加強(qiáng)土壤污染防治，推動土壤資源永續(xù)利用，保障公眾健康，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展。

重金屬是城市環(huán)境中的典型污染物，我國所有城市土壤的鎘（Cd）、銅（Cu）、鉛（Pb）和鋅（Zn）濃度已超過了背景值。交通運(yùn)輸是城市土壤Cu、Pb、Zn污染的主要來源，其中Pb主要來源于含Pb汽油的燃燒，Zn主要來源于機(jī)動車輪胎磨損產(chǎn)生的含Zn粉塵。城市人口高度集中，與土壤直接或間接接觸的概率較高，城市土壤尤其是表土層的重金屬污染更容易對人體健康造成危害。

上海是我國最大的綜合性工業(yè)城市，工業(yè)、交通、生活等所產(chǎn)生的大量污染物進(jìn)入土壤，使得城市土壤的各種性質(zhì)發(fā)生了變化。上海城市土壤重金屬污染研究表明，Pb、Zn、Cd、Cu、鉻（Cr）、錳（Mn）平均值均超過上海市土壤背景值，單項污染指數(shù)評價表明Pb、Zn、Cd已成為重度污染，Cu處于中等污染程度，工業(yè)遺留地土壤中的Cu、Pb和Zn以極度或重度復(fù)合污染為主。所有這些持續(xù)存在的金屬污染具有隱蔽性、滯后性、累積性、形態(tài)多樣性等特點(diǎn)，對動植物和人類健康構(gòu)成重大風(fēng)險，已成為城市生態(tài)系統(tǒng)中一個緊迫的健康問題。

植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生

土壤污染修復(fù)技術(shù)的研究起步于20世紀(jì)70年代后期，在過去的40年間，歐、美、日、澳等國家或地區(qū)紛紛投資巨額資金研究土壤修復(fù)，積累了豐富的現(xiàn)場修復(fù)技術(shù)與工程應(yīng)用經(jīng)驗，已經(jīng)形成了包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)及其聯(lián)合修復(fù)的技術(shù)體系，出現(xiàn)了污染土壤的原位生物修復(fù)技術(shù)和基于監(jiān)測的自然修復(fù)技術(shù)等研究新熱點(diǎn)。但是，相比于歐美40多年的發(fā)展，我國污染土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)尚屬新興行業(yè)，還沒有很好的基礎(chǔ)積累和技術(shù)儲備。

植物修復(fù)是20世紀(jì)80年代以后逐步發(fā)展起來的、主要用于清除環(huán)境中有毒有害污染物的綠色修復(fù)技術(shù)，其顯著優(yōu)點(diǎn)是在工程中可以原位實施，經(jīng)濟(jì)、高效且不造成二次污染，符合人類可持續(xù)發(fā)展的最終目標(biāo)。其原理是將某種特定的植物種植在重金屬污染的土壤上，這些植物對土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，將植物收獲并進(jìn)行妥善處理（如灰化回收）后可將重金屬移出土體，達(dá)到污染治理與生態(tài)修復(fù)的目的。與傳統(tǒng)的物理、化學(xué)處理方式相比，植物修復(fù)避免了大量的掘土工作和交通運(yùn)輸，成本低，更適合于大規(guī)模的應(yīng)用；植物修復(fù)以陽光為能源，不僅可以去除土壤中的重金屬、空氣中的污染物，還可以保養(yǎng)或改善土壤結(jié)構(gòu)、肥力和生物多樣性，有利于土壤生態(tài)系統(tǒng)的保持；處理危險廢物的設(shè)施較小，還可以回收重金屬；植物對污染地景觀有美學(xué)價值，對環(huán)境基本上沒有破壞作用，易為公眾所接受。所以，植物修復(fù)被認(rèn)為是一種低投資、多功能、可持續(xù)且生態(tài)安全的途徑。

外籍專家在辰山植物園試驗場收割植物

適應(yīng)城市土壤的植物選擇

尋找與開發(fā)大生物量、富集重金屬能力強(qiáng)的修復(fù)植物是植物修復(fù)技術(shù)走向工程應(yīng)用的首要任務(wù)。雖然目前已發(fā)現(xiàn)了500多種超富集植物，能耐受、富集高濃度的特定重金屬，但多數(shù)超富集植物在大田環(huán)境下提取重金屬的效果并不理想。超富集植物的篩選大部分在野外受污染區(qū)或室內(nèi)盆栽試驗中得到，多數(shù)為草本植物種類，由于其生物產(chǎn)量較小，重金屬遷移總量相對不高，從而限制了超富集植物大規(guī)模的田間應(yīng)用，也很難解決大面積的土壤污染修復(fù)。為解決超富集植物富集總量小的問題，目前更多研究關(guān)注生物量高、生長迅速、易于管理的速生樹種（如柳樹和楊樹），形成了“一次種植、短期輪作、持續(xù)收獲”的修復(fù)模式，故還要求樹種耐受頻繁地刈割干擾和極強(qiáng)的萌蘗能力。

為了降低植物修復(fù)成本、提高植物修復(fù)效率和機(jī)械化水平，加拿大蒙特利爾大學(xué)Labrecque團(tuán)隊通過多年努力，篩選出修復(fù)能力較強(qiáng)的柳樹品種，開發(fā)了柳樹微插穗修復(fù)技術(shù)，摸索出春季非休眠插條的最佳采收和定植時間及微插穗的最佳長度。上海辰山植物園植物生態(tài)修復(fù)團(tuán)隊于2015年與Labrecque團(tuán)隊合作，開展城市土壤Cu、Pb、Zn污染下植物響應(yīng)和花灌木種類篩選。快速生長的植物對去除重金屬具有良好的潛力，木芙蓉、海濱木槿和傘房決明可以推薦用于重金屬污染土壤植物修復(fù)。

綠化植物的合理選用與建設(shè)是城市生態(tài)園林建設(shè)體系中至關(guān)重要的一部分，更是城市環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)所在。綠化植物在美化城市環(huán)境的同時，也可以發(fā)揮環(huán)境修復(fù)的功能。上海地區(qū)的珊瑚樹、紫薇、木芙蓉、女貞和龍柏的樹種富集重金屬能力較強(qiáng)；南方綠化樹種垂枝榕、菩提樹、鳳凰木和南洋杉分別對Pb、Cd、汞（Hg）、砷（As）的積累作用較大。相比于自然野生尚未馴化的超富集植物，現(xiàn)有城市綠化植物種類已經(jīng)適應(yīng)城市條件，在品種選育、植物栽培以及病蟲害防治等方面有豐富的經(jīng)驗，而且可以產(chǎn)生木材或生物質(zhì)能源，產(chǎn)品不進(jìn)入食物鏈，應(yīng)該成為植物修復(fù)技術(shù)的新趨勢。

因此，應(yīng)發(fā)揮綠化樹種的多種生態(tài)功能，將綠化樹種的篩選應(yīng)用、種植養(yǎng)護(hù)和環(huán)境修復(fù)功能緊密結(jié)合起來，選擇耐受污染環(huán)境、具有污染物富集能力且耐收割易萌蘗的綠化植物，共同維護(hù)城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

植物創(chuàng)造美好的城市生活

“城市，讓生活更美好”是中國2010年上海世界博覽會的主題，更是人類追求城市生活的宗旨。城市綠化是城市中唯一有生命的綠色基礎(chǔ)設(shè)施，在改善城市生態(tài)環(huán)境、美化市容、調(diào)節(jié)城市生態(tài)平衡中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。生物多樣性是實現(xiàn)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，而植物多樣性是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，植物園應(yīng)該義不容辭地承擔(dān)起生物多樣性保護(hù)的責(zé)任，做好植物多樣性的宣傳、保護(hù)、研究工作，不斷產(chǎn)出科研成果并為社會服務(wù)。

上海辰山植物園圍繞“國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流”發(fā)展目標(biāo)，自2010年開園以來，履行“精研植物、愛傳大眾”的使命，收集和保育植物資源約1.1萬余種；開發(fā)重點(diǎn)類群的綠化應(yīng)用技術(shù)，為城市綠化提供了豐富的植物資源，建立了適合長三角城市特殊生境條件的綠化技術(shù)。在積極引進(jìn)消化國外成熟植物技術(shù)的同時，以修復(fù)型木本植物開發(fā)為抓手，發(fā)揮植物技術(shù)在城市生態(tài)建設(shè)中的作用，為城市居民提供植物的多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，支撐城市經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，創(chuàng)造美好的城市生活。