垃圾填埋場生態修復與景觀設計研究進展

李成，康霄，祁哲瑋，崔大正，張華

(1.山東建筑大學 藝術學院，山東濟南250101；2.山東建筑大學 市政與環境工程學院，山東濟南250101)

0 引言

隨著城市化進程的加快，垃圾填埋場逐步進入城市核心發展區域。 自然堆填的垃圾處理方式易引發場區及周邊生態環境問題、影響城市土地價值發展[1]。 在此背景下，以創造開放式綠地空間為目標的垃圾填埋場景觀改造成為趨勢，因其造價相對較低、功能調整性強，為城市景觀發展提供了新方向[2]。 國內外已有若干垃圾填埋場再生實踐案例，如以色列希瑞亞填埋場、美國紐約清溪公園及杭州天子嶺生態公園、上海老港郊野公園等，對城市景觀資源的再利用、生態系統的修復、人居環境質量的提高具有重要意義[3]。

垃圾填埋場的景觀改造通過工程技術緩解、消除污染問題，打破填埋場原有的環境限制，利用景觀設計手段賦予場地美學內涵[4]。 現有改造案例多圍繞垃圾填埋場區后期復綠空間，對工程措施的聯動發展考慮較少，對場地文脈的重視不足，區域特征發展較弱。 文章從環境工程和風景園林學科出發，針對垃圾填埋場特殊場地面臨的生態環境問題與景觀再生發展現狀，總結其景觀化的污染控制工程措施；依據場區填埋堆體、硬質設施、水系條件等填埋場基址要素，以“近自然化”的設計理念為指導，提出植物生態修復設計策略與景觀美學設計理論和方法，整合自然與人文要素，以期構建人工與自然生態系統復合穩定的生態綠地空間[5]。

1 垃圾填埋場的環境現狀和景觀再生發展

1.1 垃圾填埋場的環境現狀

垃圾填埋場區衍生的生態環境問題主要體現在大氣環境、水環境、土壤環境等方面。 填埋堆體在厭氧降解進程中會產生甲烷、二氧化碳及少部分痕量氣體混合物，嚴重影響場區內部及周邊的大氣環境、動植物的生存環境。 垃圾堆體產生的可溶于水污染物如氮、鹽以及金屬組分等滲入河渠，對近場區水體及地下水環境安全造成威脅[6]。 垃圾填埋土與一般常規的土壤相比，其氮、磷等營養物質及有機質含量較高[7－8]，其銅、鋅等重金屬成分明顯阻抑植物生長[9]。 垃圾堆體在發酵過程中會導致地溫升高，破壞了植物的呼吸頻率，甚至燒傷根系而致其死亡[10]。 垃圾中難以通過化學或生物降解作用的有毒物質長期殘存在土壤中，還會破壞土壤的自然生理結構和自身營養物質的循環。

城市內部、周邊被垃圾填埋場侵占的土地資源影響城市一定區域的發展。 填埋堆體的氣味問題直接影響了周邊環境及其發展規劃，裸露的垃圾堆體形態對于場區附近居民生理及心理造成負面影響。垃圾堆體的自我降解使堆體固相損失，產生沉降現象。 填埋氣體在填埋堆體內無法自行輸出，如不加管控會導致堆體內部壓力積聚而引發爆炸，由此可能會帶來安全隱患。 此外，腐敗的填埋場內滋生的蚊蠅、鼠類等有害生物極易傳播疾病，對人居環境衛生安全造成威脅。

1.2 垃圾填埋場的景觀再生發展

國外對于垃圾填埋場的景觀改造研究基于工業社會的環境問題背景下產生，最早起源于對固廢堆棄地的改造。 1863 年，法國巴黎垃圾填埋場改造為英國自然風景式園林，為垃圾填埋場的景觀改造指明了方向[11]。 20 世紀中葉，隨著人口增加與人居環境問題的出現，垃圾填埋場的滲濾液處理及填埋氣的污染管控逐漸受到重視[12]。 20 世紀70 年代，西方工業革命快速發展，層出不窮的環境問題迫使人們開始關注垃圾填埋場的受損生態系統，并從生態學的角度揭示近代工業污染對生態環境的影響[4]。 1972 年召開的人類環境大會表示，垃圾填埋場作為二次污染源，其生態恢復措施成為發達國家關注的焦點[13]。 20 世紀80 年代，美國、德國對廢棄地生態系統重建的研究更為深入，相關理論研究及修復案例得到更快發展。 美國學者[14－15]針對重金屬污染土地的修復措施，提供了植物修復方案，標志著垃圾填埋場生態復綠進入新階段，也為場地景觀重建、植物造景帶來契機，使廢棄地的生態修復融入了美學價值。 美國環保局[12]針對已關閉衛生填埋場植被重建，提出了規范步驟。 “國際恢復生態學會”的成立使生態恢復的相關理論研究更加系統性和科學性，垃圾填埋場的生態恢復發展隨之規范化。20 世紀90 年代，發達國家對于垃圾填埋場的改造模式已經逐漸成型，填埋場恢復計劃咨詢系統(Landfill Restoration Plan Advisor，LRPA)則是針對垃圾填埋場重建目標建立的決策機制，為后續設計師采取修復技術及設計方案提供參考，有利于規劃設計時采取更科學合理的措施[16]。

進入21 世紀后，歐美國家對棕地的系統性研究推動了垃圾填埋場的景觀改造發展。 風景園林學者開始與生態學、經濟學、社會學等多學科專家協同探討垃圾填埋場的改造方案，并取得了顯著的生態、經濟和社會效益。 國外針對垃圾填埋場的景觀改造模式初步成型，以環境可持續發展理念為中心思想，使場地初步恢復成自給自足的生態系統，以大地藝術為主要藝術形式，統籌考慮生態修復過程的影響因子，將材料的再利用和場地的教育功能加入到場地景觀設計當中。

我國對于垃圾填埋場的改造較晚，20 世紀末才進入萌芽階段。 初期發展階段以規范封場技術為主導，即采取合理的工程技術手段進行覆蓋封場。 80年代后期，杭州天子嶺垃圾填埋場成為我國第一座符合國家衛生填埋場技術標準的大型生活垃圾填埋場。 郭如美等[17]提出了非正規垃圾填埋場滲濾液不規范處理造成的地下水污染修復措施，包括頂部覆蓋層、垃圾分層填埋、地表入滲水導流、帷幕防滲、底層集排系統、底部襯層等原位場區修復工程。 杜松等[18]研究結果表明通氣管徑為DN100 的填埋管裝置中，填埋堆體選用準好氧填埋技術的降解速率最快，甲烷等溫室氣體的治理效果和排放速率也有明顯改善。 在填埋場原有基礎上進行修復是從污染根源上解決不規范場區的環境問題。 在垃圾開采技術方面，由于我國對礦化垃圾進行填埋開采與處理的穩定化歷史持續時間不長，填埋場的礦化垃圾開采尚未完全列入填埋場工程的建設計劃。 目前，僅中國上海老港、黎明和北京三林塘等填埋場對垃圾資源開采做過一些積極的嘗試。 在垃圾堆體治理措施方面，采用好氧生物反應器為核心，促進垃圾堆體進行好氧反應的穩定化技術。 垃圾治理的周期短是其最為明顯的特點和優勢，一般厭氧氣體和自然滲濾液的降解至穩定的時間約為50 ～100 年，而采用好氧修復技術可使其在1 ～3 年內完成。 由此技術排出的氣體產物為二氧化碳，有效降低了傳統厭氧過程中產生甲烷的危害性[19]。 另外，垃圾滲濾液可通過回灌直接消耗在場區內部，水質也得到了改善，外排量減小，污染治理強度隨之降低[20]。 我國首個應用實例是北京海淀區的黑石頭垃圾填埋場[21]。

隨著風景園林學科的興起，垃圾填埋場的景觀重建立足于“農田肌理”“土地循環利用”“環保示范”和“景觀生態學”等關鍵詞[22－24]，場地利用更具科學性、藝術性，如生態公園、大型林地、主題教育公園等。 隨著生態學理念的發展，胡建紅等[25]在垃圾填埋封場設計中引入植被修復方案；李勝等[26]分析了垃圾填埋場重建進程中植物配植、生態位的構建等，明確了鄉土植物的主導地位，提出“分期種植”的垃圾填埋場植被重建模式。 韓志威等[27]以溫州楊府山垃圾填埋場為例，對耐性樹種的選擇和后續景觀規劃設計提出建議。 目前相關專家已經通過實驗篩選了部分抗污染能力強、吸收能力強的植物對填埋場區進行生態恢復，并在實踐案例中獲得良好的效果。 圍繞關鍵詞“生態修復”，針對場區污染問題的研究，周良等[28]建議在修復植物的選擇上選擇如酢 漿 草 (Oxalis corniculata)、 苜 蓿 (Medicago Sativa)、 接 骨 木 (Sambucus williamsii)、 白 蠟 樹(Fraxinus chinensis)等吸附性較強的植物。 肖琨等[29]采用了生態的自我維穩與人工干預植被綠化相結合的修復措施，對湖南省武岡市的垃圾填埋場進行生態修復，充分利用場區土地資源，構建綠色生態的城市開放空間。

近年來，垃圾填埋場景觀改造相關理論日益豐富，場地設計方案更具綜合性。 郭湧[30]將設計研究理論引入景觀改造設計領域，運用完整方法體系，詳細的研究了城區內非正規垃圾填埋場的景觀改造。王雅琳[31]立足于垃圾填埋場封場階段，基于規范化的封場工程，從園林設計的組成方面，分析了具體的景觀設計手法。 李燕[32]以場地趣味性景觀為立足點，進一步探討了垃圾填埋場的場所精神與教育意義。 韓冬[33]以杭州天子嶺生態公園為例，構建了垃圾填埋場再生景觀的評價體系。 馮興保[34]基于城市景觀藝術設計視角，分析了場地與城市環境的協調發展。 鄭曉笛等[35]以以色列希瑞亞填埋場為例，從風景園林系統、環境衛生系統綜合角度進行解讀，為場地再生過程中跨學科合作提供了理論依據和實踐參考。

國內針對垃圾填埋場的景觀改造以污染控制工程、景觀再生設計為方向，呈分向細化發展態勢。 垃圾填埋場再生景觀的研究進入新階段，改造實踐多為解決急迫的生態問題而進行的復綠工程，工程完成后的可持續發展態勢較差，缺乏具有針對性的改造體系。 還需要借鑒國外成功案例，形成規范的指導思想和建設模式。 作為亟需修復改造再利用的特殊景觀，垃圾填埋場環境衛生工程措施與風景園林學科的交叉研究是場地重塑的關鍵。

2 垃圾填埋場景觀化的污染控制與生態修復

2.1 垃圾填埋場景觀化的污染控制

垃圾填埋場的生態修復與景觀營造是一項復雜的系統工程，需要多學科交叉融合共同推進。 針對景觀地形的改造基礎、水景營造的輔助條件、植被綠化的基本條件等方面，首先要采取污染控制工程措施，包括垃圾堆體的整形及處理工程、滲濾液及地表雨水導排系統、填埋氣導排系統、封場覆蓋工程，填埋堆體污染控制工程布置示意圖如圖1 所示。

圖1 填埋堆體污染控制工程布置圖

(1) 垃圾堆體的整形及處理

填埋場的整形處理為其穩定降解提供了基本條件，填埋堆體是后續景觀改造的地形基礎，維持其穩定狀態能夠有效地抵抗外界自然因素的影響。 針對堆體進行緩坡處理，能夠避免坡度過大的地形基礎造成的不穩定性影響，填埋工程規范要求堆體頂坡坡度≥5%，以利于雨水的排出，避免雨水下滲造成滲濾液增加[36]。 進行堆體整形前還需要做好應急方案，防止滑坡、裂縫等突發狀況，保證整形措施順利進行[37]。 在滿足工程規范的前提下，對堆體進行藝術化整形，為未來景觀構建提供適宜的空間結構。

(2) 滲濾液及地表雨水導排系統

此外，積極的引進熱帶、亞熱帶玉米種質資源并充分利用，也是對中國種質資源的有效補充。對于所引進的種質資源，其主要的利用途徑有兩種，分別是直接利用和間接利用。直接利用就是對引進的玉米種質資源進行適應性的改良，接著再利用100%的熱帶血緣自交系進行混合，讓其可以更好地適應本地的溫帶氣候條件。間接利用法則是利用引進的種質資源來進行系代隨機交配，有效地打破基因連鎖，接著再進行改良選育。

在垃圾填埋場中，垃圾滲濾液、地表水和雨水的收集和引導是垃圾無害化處理的重要組成部分。 垃圾堆體因污泥等原因導致透水性差，且垃圾滲濾液儲量大，需適當增加滲濾液排水設施。 垃圾堆下設滲濾液導排盲溝，盲溝內鋪設高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，HDPE)多孔管，將滲濾液收集至下游。 通過設置豎井，將滲濾液泵入調節池統一處理。 同時設置導流渠、排水溝、排水管網等導流排水設施，引導雨水排離堆體[38]。 收集和處理后的滲濾液可循環至填埋場用于植被灌溉，同時也可以作為景觀水體的設計基礎。

(3) 填埋氣導排系統

垃圾填埋堆體分解時釋放的可燃甲烷氣體可通過管道和控制閥收集并處理，回收利用后再作為場區能源。 在景觀施工準備期中，需要對整個填埋區的填埋氣排放系統進行綜合評價和檢查。 根據評價結果，對導排系統進行修復或重置，確保封場后的導排系統正常運行。 填埋氣一般采用垂直收集井連接水平盲溝的方式收集，根據垃圾堆產氣量設置垂直集水井間距，收集井最終與收集管網連接，主動收集后進入填埋氣處理裝置。 如果廢氣產生率高，還可利用填埋氣資源進行發電項目。 從風景園林角度對集氣井和部分外露管網進行景觀優化或遮擋，合理降低工程設施與景觀功能相互間的干擾。

(4) 封場覆蓋工程

填埋堆體需覆蓋人工材料，經由環境監測部門進行相關的技術檢測達標后，才可改造場地建設。還須考慮到溫度條件、植物根系對于覆蓋層的穿刺、覆蓋系統破損對于堆體穩定性的影響、水流等對覆蓋層的侵蝕等[39]。 常用HDPE 膜全方位覆蓋垃圾，在膜下鋪設碎石層引導填埋氣和滲濾液，在膜上設置土工布護膜；設置排水格柵引導地表雨水，最后覆蓋土壤。 表土的選擇對植物的生長和質量有很大的影響，直接影響到生態恢復的效果。 地表覆蓋材料的選擇主要取決于生態修復的投入效益和產出效益，不同的生態修復設計方案針對的填埋場也不同。以減少投入為優先考慮因素，設計方案采用棄土、活性污泥、礦渣、粉煤灰等，其中棄土為首選材料；以植物產出效益為主要目的的設計方案，應先選擇砂土作為覆蓋材料，再選擇壤土。 封場覆蓋工程為后續的場地生態恢復提供良好的生境條件，避免封場后發生二次污染。

2.2 垃圾填埋場的生態修復措施

景觀構建期的重點是場地生態系統的恢復與重建，以植物生態修復技術為主導，即在受污染場地運用特定的植物或植物群組降解或去除污染組分，包括周圍土壤或植物根系結構處污染物的固定、基于植物方法的干預措施等技術，通過植物作用協助塑造景觀空間。 以生態層疊加的作用方式，構成景觀設計的生態安全網，填埋堆體生態層示意圖如圖2所示。

圖2 填埋堆體生態層示意圖

(2) 地下水遷移層 宜選用深主根、高生長率的喜水植物構成地下水遷移層。 植物主根系統吸收地下水，水中污染物組分在根際區域的生物活動中被降解。 當種植群達到一定規模，可以影響地下水邊界的范圍及羽流方向，同時作為安全防護措施防止未來可能出現的污染入滲[41]。 還需要考慮水質平衡，實現有效抽取地下水所需要種植的樹木數量，配合滲濾液導排系統形成自產自銷的水處理模式。

(3) 雨水過濾層 場區道路及鋪裝場地等不透水區域表面的碎屑會被雨水攜帶并轉移，可采用植被洼地、滯留池等形式阻隔受污染的雨水。 其中，有機物可被降解釋放，無機污染物被固定在場地土壤內。 雨水過濾層能夠攔截不透水表面的雨水徑流，防止污染治理區域發生疊加污染現象。

(4) 原地消解層 垃圾填埋場產生的滲濾液可以通過滲濾液導排系統經調節池預處理后匯集到洼地池塘中，中水回用灌溉到種植地[42]。 被營養素污染的灌溉水可作為植物生長的肥料，污染組分在植物根部被植物降解、揮發或被限制、穩定在土壤中。垃圾填埋區多選用適宜中水灌溉的植物品種，有利于填埋堆體內滲濾液的消解。

(5) 濕地消解層 人工濕地技術在各類工業廢水的污染治理中得到了廣泛的應用，在改善水質的基礎上，通過理化反應達到污水凈化的目標[43]。 經處理的滲濾液可作為濕地補充水源，為提升場區景觀豐富度創造條件。 濕地生態系統與不同類型的有氧或無氧基質在同一處理序列中可以凈化水中的特定污染物，其中植物的修復作用支撐著水中微生物活性及土壤介質，將有機物、營養素和其他根系分泌物輸送到系統中。

(6) 多機質阻抑層 在垃圾填埋場地的邊緣處種植密實的植被緩沖區有助于緩解污染物進入空氣和地下水中的問題，在生態環境受到污染沖擊前建立緩沖屏障[44]。 除了污染修復功能之外，植被綠化區域還可作為重要的野生動物廊道。

3 垃圾填埋場的景觀設計理論與方法

垃圾填埋場具有量大面廣、分布離散且地域差距大等特點，景觀化改造的具體方式也需因地制宜。垃圾填埋場的景觀設計不再局限于植被復綠的基本需求，而是以生態復綠的城市公共空間代替原有受損基址，延伸發展為適應日常都市生活的城市公園、綠化廣場，形成“人工自然”的廣場空間。 基于生態優先原則，在景觀設計理論中融入近自然化的設計理念，充分考慮填埋堆體地形、硬質構筑物、環線步道等立體化的基址要素，形成具有山水格局的景觀空間結構，使填埋場區延伸到更廣闊的城市肌理之中，最終融入城市綠地及周邊自然系統。

3.1 填埋堆體營建自然化山地景觀

垃圾填埋堆體在整個規劃區域內占主導地位，形態上具有一定的山地美學特征。 在大多景觀改造實踐案例中，基于維護堆體安全穩定原則，地形處理以保留原有堆體為主。 作為景觀空間骨架，堆體整體形態可形成凸起的山體，堆體下部可營建微地形，與堆體相呼應，組織景觀空間、延續景觀視線，在豎向上帶來豐富的觀賞體驗。 堆體坡面延續工程護坡措施，配置多層次、自然化的植物軟性景觀[45]。 植物配植以鄉土植物群落式布局為主，常綠與落葉植物相結合，突出季相變化。 當坡面采用硬質材料護坡時，可對坡面進行雕刻、彩繪處理，結合旅游步道、臺階等基礎設施，營建迎合自然山體形態的硬質景觀。

3.2 近填埋堆體區域體現景觀藝術

垃圾填埋場具有獨特的場所特征，場地內遺留污染控制設施、硬質道路、工作廠房等基礎設施均可保留再利用，降低投入成本，根據規劃需求進行合理變形；原有場地及構筑物通常布局合理，能夠滿足基本使用需求。 景觀設計師可充分利用垃圾中的可回收、可再生資源，作為景觀硬質設施的設計原料，從色彩、材質、功能、造型等多方面進行趣味性景觀設計，發揮其獨特的景觀價值。 如利用垃圾填埋場場地遺留的鐵架廢棄物，穩固堆接成景觀墻，墻體表面攀援植物環繞，與周圍自然環境融合的同時，引發參觀者對于垃圾廢棄物的思考[46]；場地內遺棄的施工腳手架內放置集裝箱，形成觀鳥塔及可移動的景觀構筑物等，最大化利用原有場地元素進行景觀藝術表現。

垃圾填埋場內獨特的構成元素正是后工業景觀設計的靈魂所在，景觀設計者需要充分挖掘場地內涵與文脈發展，提煉、運用到場地景觀改造中。 以場地中典型的設施或遺跡為基礎，打造獨特的視覺景觀形象，賦予受污染場地新的景觀藝術主題，重塑場地記憶與活力。

3.3 水系與洼地的濕地景觀設計

垃圾填埋場的水系營造與雨洪管理相輔相成，構建濕地景觀不僅能夠維護堆體安全、加速消解滲濾液污染組分，對于植物生長、景觀營造也有積極作用。 場地內匯集的雨水、預處理后的滲濾液、地下水等構成濕地水源，通過曝氣方式增加溶氧，使植物區微生物在富氧與缺氧環境的交替作用下發揮凈化效用。 垃圾填埋場的人工濕地通常可選用蘆葦(Phragmites communis)、燈心草(Juncus effusus)、香蒲(Typha orientalis)等去污性強、具有較高觀賞性的植物搭配種植，在濕地生態系統穩定后，還可作為生態教育場所，豐富景觀功能。

垃圾填埋場區的外圍是城市環境與填埋場區的過渡空間，最大化保留原有植被系統，配植功能性與觀賞性兼具的喬木種類，保證植物群落的穩定性。在出入口、近居民區、近主道路等區域，適量栽植敏感的監測植物，如小葉女貞(Ligustrum quihoui)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、垂枝梅(Prunus mume)等，通過觀測植被對于環境變化的適應和響應，保障場區內外環境穩定性，同時提升場區內部景觀風貌，滿足外部城市空間觀賞需求。

4 展望

基于以風險管控為目標的環境衛生系統與以生態景觀營造為目標的風景園林系統為主體，針對地形、水體、植被等景觀要素總結了景觀化污染控制工程與植物生態修復設計、景觀設計理論與方法。 以環境工程策略先行介入場地，完成場地污染治理，形成低成本、最優化的設計基礎；植物生態修復技術可有效輔助工程措施推進污染控制進程，拓展景觀設計發展空間，以期構建工程技術與景觀美學融合優化模式。

垃圾填埋場是城市空間內存在的土地形式，從污染場地轉變為可利用場地是一項重要的研究課題。 垃圾填埋場廢棄地應與城市相融，發揮其激發城市活力的作用，有賴于城市與垃圾填埋場地的緊密聯系。 當城市環境以及人們的生活、工作、娛樂方式改變時，改造后的廢棄地可能會喪失原有吸引力而面臨再次衰敗的命運。 針對這一特殊場地的景觀改造，今后應注重其可持續發展，實現其生態、文化、藝術三者協同發展。 改造過程需要多學科學者的共同努力，包括景觀規劃、環境工程、環境科學、地質學、結構工程等方面的專家和學者的協同參與。 多學科融合是形成垃圾填埋場最佳規劃設計方案的根基，了解設計場地內不同污染源的組分與程度，提出針對性的有效治理方式，明確各種生態修復方式對景觀塑造的影響。 垃圾填埋場的生態修復與景觀改造不再是限制在一定范圍內的孤立作業，而是由點及面、由廢棄地景觀改造帶動周邊場地與城市共同發展，為生態、社會、經濟、文化開拓新的空間。