利用植物技術提升城市生態環境質量

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，預計到2050年，全球城市化率有望達68%，而可持續城市化是城鎮成功發展的關鍵。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。一旦污染物負荷超過了自然環境的自凈能力，生態平衡遭到破壞，就會造成環境污染和生態退化，嚴重影響人居環境和可持續發展。

城市土壤是城市中人們從事社會生產活動的重要物質基礎，是不可缺少、難以再生的自然資源。城市化過程中大規模的工程建設、交通運輸、污染物排放，尤其是不當的土地利用和管理等，使城市土壤遭受了劇烈影響，有些甚至是不可逆的。重金屬作為一種持久性有毒污染物，進入城市土壤后在土壤中遷移轉化，易被植物或微生物吸收利用，繼而通過食物鏈、揚塵或手-口直接接觸進入人體，引起人體各種生理功能改變，導致各種急、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修復已經成為城市生態環境建設亟需解決的關鍵問題之一。

城市土壤重污染治理迫在眉睫

2016年5月，國務院頒布《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，標志著我國開始切實加強土壤污染防治，推動土壤資源永續利用，保障公眾健康，推進生態文明建設，促進經濟社會可持續發展。

重金屬是城市環境中的典型污染物，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主要來源于機動車輪胎磨損產生的含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城市，工業、交通、生活等所產生的大量污染物進入土壤，使得城市土壤的各種性質發生了變化。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，工業遺留地土壤中的Cu、Pb和Zn以極度或重度復合污染為主。所有這些持續存在的金屬污染具有隱蔽性、滯后性、累積性、形態多樣性等特點，對動植物和人類健康構成重大風險，已成為城市生態系統中一個緊迫的健康問題。

植物修復技術應運而生

土壤污染修復技術的研究起步于20世紀70年代后期，在過去的40年間，歐、美、日、澳等國家或地區紛紛投資巨額資金研究土壤修復，積累了豐富的現場修復技術與工程應用經驗，已經形成了包括物理修復、化學修復、生物修復及其聯合修復的技術體系，出現了污染土壤的原位生物修復技術和基于監測的自然修復技術等研究新熱點。但是，相比于歐美40多年的發展，我國污染土壤修復產業尚屬新興行業，還沒有很好的基礎積累和技術儲備。

植物修復是20世紀80年代以后逐步發展起來的、主要用于清除環境中有毒有害污染物的綠色修復技術，其顯著優點是在工程中可以原位實施，經濟、高效且不造成二次污染，符合人類可持續發展的最終目標。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，將植物收獲并進行妥善處理（如灰化回收）后可將重金屬移出土體，達到污染治理與生態修復的目的。與傳統的物理、化學處理方式相比，植物修復避免了大量的掘土工作和交通運輸，成本低，更適合于大規模的應用；植物修復以陽光為能源，不僅可以去除土壤中的重金屬、空氣中的污染物，還可以保養或改善土壤結構、肥力和生物多樣性，有利于土壤生態系統的保持；處理危險廢物的設施較小，還可以回收重金屬；植物對污染地景觀有美學價值，對環境基本上沒有破壞作用，易為公眾所接受。所以，植物修復被認為是一種低投資、多功能、可持續且生態安全的途徑。

外籍專家在辰山植物園試驗場收割植物

適應城市土壤的植物選擇

尋找與開發大生物量、富集重金屬能力強的修復植物是植物修復技術走向工程應用的首要任務。雖然目前已發現了500多種超富集植物，能耐受、富集高濃度的特定重金屬，但多數超富集植物在大田環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或室內盆栽試驗中得到，多數為草本植物種類，由于其生物產量較小，重金屬遷移總量相對不高，從而限制了超富集植物大規模的田間應用，也很難解決大面積的土壤污染修復。為解決超富集植物富集總量小的問題，目前更多研究關注生物量高、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、持續收獲”的修復模式，故還要求樹種耐受頻繁地刈割干擾和極強的萌蘗能力。

為了降低植物修復成本、提高植物修復效率和機械化水平，加拿大蒙特利爾大學Labrecque團隊通過多年努力，篩選出修復能力較強的柳樹品種，開發了柳樹微插穗修復技術，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修復團隊于2015年與Labrecque團隊合作，開展城市土壤Cu、Pb、Zn污染下植物響應和花灌木種類篩選。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。

綠化植物的合理選用與建設是城市生態園林建設體系中至關重要的一部分，更是城市環境可持續發展的基礎所在。綠化植物在美化城市環境的同時，也可以發揮環境修復的功能。上海地區的珊瑚樹、紫薇、木芙蓉、女貞和龍柏的樹種富集重金屬能力較強；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，現有城市綠化植物種類已經適應城市條件，在品種選育、植物栽培以及病蟲害防治等方面有豐富的經驗，而且可以產生木材或生物質能源，產品不進入食物鏈，應該成為植物修復技術的新趨勢。

因此，應發揮綠化樹種的多種生態功能，將綠化樹種的篩選應用、種植養護和環境修復功能緊密結合起來，選擇耐受污染環境、具有污染物富集能力且耐收割易萌蘗的綠化植物，共同維護城市的生態環境質量。

植物創造美好的城市生活

“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設施，在改善城市生態環境、美化市容、調節城市生態平衡中發揮著主導作用。生物多樣性是實現生態可持續發展的基礎，而植物多樣性是基礎的基礎，植物園應該義不容辭地承擔起生物多樣性保護的責任，做好植物多樣性的宣傳、保護、研究工作，不斷產出科研成果并為社會服務。

上海辰山植物園圍繞“國內領先、國際一流”發展目標，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；開發重點類群的綠化應用技術，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。在積極引進消化國外成熟植物技術的同時，以修復型木本植物開發為抓手，發揮植物技術在城市生態建設中的作用，為城市居民提供植物的多種生態系統服務，支撐城市經濟社會的可持續發展，創造美好的城市生活。