利用植物技术修复城市土壤重金属污染的步骤

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  随着城市规模的扩大和城市改造进程的加快,一些工矿企业逐渐从市区向外搬迁。搬迁后的土地大多具有不同程度的污染。其中重金属污染就是一个比较普遍的问题,如不加治理会对人体健康和生态系统造成严重的负面影响。

  植物修复技术是近年来环境修复的研究热点之一,即利用植物及其根部的微生物,通过吸收、转运、固定、分解或挥发等机制清除环境中污染物的一种环境治理技术。与传统的基于工程措施的修复方法相比,植物修复技术成本低廉,环境友好,利于土壤生态系统的保持,适合大规模的应用,同时具有美学价值等优点,适于修复中等浓度和低浓度的重金属污染。植物修复技术在矿区生态恢复中应用较多,而用于城市土壤重金属污染修复的例子还很少见。荷兰比克斯罗特汉姆(Buiksloterham)的土地修复案例为我们提供了一个有益的借鉴。

  比克斯罗特汉姆位于荷兰首都阿姆斯特丹的北部,历史上曾用作运河污泥堆放区、码头、金属加工业和化学工业区等,造成土壤中重金属及多环芳烃含量超标。现在市政当局要将这一地区改造为居民区和商业区。荷兰瓦赫宁根大学风景园林系Wilschurt等人将植物修复技术与景观设计及生物质生产相结合,欲将该区改造为适于居住的环境。尽管这仅是一个设计方案,但仍然可以给我们以启示。从这个案例中可以看出,利用植物技术修复城市土壤重金属污染可分为以下几步:

  1. 土壤污染状况调查 只有了解了土壤的污染状况,才能因地制宜采取适宜的修复策略和方法。调查内容包括:土壤的质地、结构、酸碱度、有机质含量等物化性质,重点是污染物的种类、浓度及分布范围。结果表明,该区主要的问题是锌含量超标,平均浓度为743毫克/公斤,最高可达10 952毫克/公斤。锌在区内各处分布不均匀,据此将治理区域分为:重度污染区、中度污染区和未污染的清洁区。

  2. 因地制宜制定相应的修复策略及临时的和长期的土壤利用规划 清洁区域不需要修复。中度污染的土壤可采用原位的植物修复技术,即直接将修复植物种植在污染区域内。重度污染区域及混合污染区域,利用植物进行原位修复需要的时间过长,与城市发展的速度不相适应,适宜采用异位修复法,即将污染的土壤挖出,移到他处,然后再进行修复。

  3. 修复植物的选择 选择适宜的植物是利用植物修复城市土壤重金属污染成功与否的关键。根据当地的气候条件、土壤性质及锌污染状况,同时考虑到当地的地下水位很浅,仅有0.9~1.5米,选取了三组修复植物。第一组为黑柳和美洲黑杨,通过树木的蒸腾作用降低地下水位,发挥植物稳定污染物的作用,防止污染物迁移或渗入地下水中。这组植物可种植于污染比较严重的区域。第二组植物为簇生发草、宽叶香蒲和蒿柳。利用这三种植物构建人工湿地,通过根系的过滤作用去除污染物。第三组植物为天蓝遏蓝菜、印度芥菜、菊芋、向日葵和杂交山杨。这组植物富集锌的能力较强。种植一定时间后收获这些植物,从而将锌从土壤中移除。这组植物可用于中度污染区域的修复。

  4. 与景观设计相结合 利用景观设计的方法将植物的修复功能与美化环境的作用有机结合起来。在该案例中具体实施有以下几点:(1)沿运河边利用第二组植物建造人工湿地,用于收集和修复污染的地下水和污染区域流出的雨水。在运河与湿地间修建一条人行道,可让行人更好地观赏湿地与运河及开放水域的风光。(2)利用修复植物将原来过宽的工业道路分割成机动车道、人行道和自行车道。同时利用绿篱来防止行人接触到路边的污染土壤。(3)在中度污染的区域,将修复植物混合种植,营建具有野趣的景观;在这些区域的周边种植黑柳和冬青树篱,限制行人进入;同时修建抬高的木栈道使行人可以进入公园欣赏景色,而又不与污染土壤接触。(4)在未污染的区域成片种植巨芒草,利用野草形成草坪贯穿期间,为公众提供休憩和玩耍的场所。

  5. 降低修复成本 成本控制是土壤修复实践中的一个重要方面。重度污染土壤及混合污染区的土壤需进行异位修复,为了避免土壤长途运输产生的费用,可利用本区内的清洁土壤置换污染土壤。而挖出的污染土壤可放置在本区运河上已不再使用的驳船里,进行长期的植物修复。将修复植物种植在驳船里,可以在运河边形成一个个浮动的花园。同时景观中的驳船还可以作为此地区的历史象征。

  6. 发挥植物修复的经济效益 修复污染的植物可以用来生产生物质。生物质通过运河运输到阿姆斯特丹西部的生物质发电厂,用以发电。同时定期收割污染区中的植物,可以防止植物死亡或凋落后体内积累的重金属重新回到土壤中。(1)在重度污染的区域内种植生物质产量较高的黑柳,形成“短轮伐期矮林”。在降低地下水水位、稳定土壤中污染物的同时,还可以获得大量的生物质。(2)中度污染区的植被也可收割用作生产生物质。(3)清洁区域内种植的巨芒草也是一种生物质产量很高的植物。

  从比克斯罗特汉姆的土壤修复案例中,我们可以看到利用植物修复城市土壤重金属污染要在土壤调查的基础上,制定相应的修复策略,选择适宜的修复植物,结合景观设计,因地制宜降低修复成本。其中选择适宜的修复植物是关键,除了选择一些对重金属具有富集或超富集能力的植物,还要充分发挥乡土植物的作用。此外,还可对土壤进行必要的改良,以降低重金属对植物的危害,促进植物的健康生长。与其他土壤修复技术的联合应用也是一个重要的方面,如重金属的钝化技术、电动修复技术、微生物修复技术及土壤动物修复技术等。

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