利用植物技术提升城市生态环境质量

胡永红

《2018年世界城市化展望》报告显示：今天世界上55%的人口居住在城市中，预计到2050年，全球城市化率有望达68%，而可持续城市化是城镇成功发展的关键。事实上，城市是污染源，生活在城市中的人们利用资源，向自然界排放各种污染物。一旦污染物负荷超过了自然环境的自净能力，生态平衡遭到破坏，就会造成环境污染和生态退化，严重影响人居环境和可持续发展。

城市土壤是城市中人们从事社会生产活动的重要物质基础，是不可缺少、难以再生的自然资源。城市化过程中大规模的工程建设、交通运输、污染物排放，尤其是不当的土地利用和管理等，使城市土壤遭受了剧烈影响，有些甚至是不可逆的。重金属作为一种持久性有毒污染物，进入城市土壤后在土壤中迁移转化，易被植物或微生物吸收利用，继而通过食物链、扬尘或手-口直接接触进入人体，引起人体各种生理功能改变，导致各种急、慢性疾病，包括慢性中毒、致癌和致畸等。因此，城市土壤重金属污染的生态修复已经成为城市生态环境建设亟需解决的关键问题之一。

城市土壤重污染治理迫在眉睫

2016年5月，国务院颁布《土壤污染防治行动计划》；2019年1月，《中华人民共和国土壤污染防治法》也开始实施，标志着我国开始切实加强土壤污染防治，推动土壤资源永续利用，保障公众健康，推进生态文明建设，促进经济社会可持续发展。

重金属是城市环境中的典型污染物，我国所有城市土壤的镉（Cd）、铜（Cu）、铅（Pb）和锌（Zn）浓度已超过了背景值。交通运输是城市土壤Cu、Pb、Zn污染的主要来源，其中Pb主要来源于含Pb汽油的燃烧，Zn主要来源于机动车轮胎磨损产生的含Zn粉尘。城市人口高度集中，与土壤直接或间接接触的概率较高，城市土壤尤其是表土层的重金属污染更容易对人体健康造成危害。

上海是我国最大的综合性工业城市，工业、交通、生活等所产生的大量污染物进入土壤，使得城市土壤的各种性质发生了变化。上海城市土壤重金属污染研究表明，Pb、Zn、Cd、Cu、铬（Cr）、锰（Mn）平均值均超过上海市土壤背景值，单项污染指数评价表明Pb、Zn、Cd已成为重度污染，Cu处于中等污染程度，工业遗留地土壤中的Cu、Pb和Zn以极度或重度复合污染为主。所有这些持续存在的金属污染具有隐蔽性、滞后性、累积性、形态多样性等特点，对动植物和人类健康构成重大风险，已成为城市生态系统中一个紧迫的健康问题。

植物修复技术应运而生

土壤污染修复技术的研究起步于20世纪70年代后期，在过去的40年间，欧、美、日、澳等国家或地区纷纷投资巨额资金研究土壤修复，积累了丰富的现场修复技术与工程应用经验，已经形成了包括物理修复、化学修复、生物修复及其联合修复的技术体系，出现了污染土壤的原位生物修复技术和基于监测的自然修复技术等研究新热点。但是，相比于欧美40多年的发展，我国污染土壤修复产业尚属新兴行业，还没有很好的基础积累和技术储备。

植物修复是20世纪80年代以后逐步发展起来的、主要用于清除环境中有毒有害污染物的绿色修复技术，其显著优点是在工程中可以原位实施，经济、高效且不造成二次污染，符合人类可持续发展的最终目标。其原理是将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，这些植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，将植物收获并进行妥善处理（如灰化回收）后可将重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的。与传统的物理、化学处理方式相比，植物修复避免了大量的掘土工作和交通运输，成本低，更适合于大规模的应用；植物修复以阳光为能源，不仅可以去除土壤中的重金属、空气中的污染物，还可以保养或改善土壤结构、肥力和生物多样性，有利于土壤生态系统的保持；处理危险废物的设施较小，还可以回收重金属；植物对污染地景观有美学价值，对环境基本上没有破坏作用，易为公众所接受。所以，植物修复被认为是一种低投资、多功能、可持续且生态安全的途径。

外籍专家在辰山植物园试验场收割植物

适应城市土壤的植物选择

寻找与开发大生物量、富集重金属能力强的修复植物是植物修复技术走向工程应用的首要任务。虽然目前已发现了500多种超富集植物，能耐受、富集高浓度的特定重金属，但多数超富集植物在大田环境下提取重金属的效果并不理想。超富集植物的筛选大部分在野外受污染区或室内盆栽试验中得到，多数为草本植物种类，由于其生物产量较小，重金属迁移总量相对不高，从而限制了超富集植物大规模的田间应用，也很难解决大面积的土壤污染修复。为解决超富集植物富集总量小的问题，目前更多研究关注生物量高、生长迅速、易于管理的速生树种（如柳树和杨树），形成了“一次种植、短期轮作、持续收获”的修复模式，故还要求树种耐受频繁地刈割干扰和极强的萌蘖能力。

为了降低植物修复成本、提高植物修复效率和机械化水平，加拿大蒙特利尔大学Labrecque团队通过多年努力，筛选出修复能力较强的柳树品种，开发了柳树微插穗修复技术，摸索出春季非休眠插条的最佳采收和定植时间及微插穗的最佳长度。上海辰山植物园植物生态修复团队于2015年与Labrecque团队合作，开展城市土壤Cu、Pb、Zn污染下植物响应和花灌木种类筛选。快速生长的植物对去除重金属具有良好的潜力，木芙蓉、海滨木槿和伞房决明可以推荐用于重金属污染土壤植物修复。

绿化植物的合理选用与建设是城市生态园林建设体系中至关重要的一部分，更是城市环境可持续发展的基础所在。绿化植物在美化城市环境的同时，也可以发挥环境修复的功能。上海地区的珊瑚树、紫薇、木芙蓉、女贞和龙柏的树种富集重金属能力较强；南方绿化树种垂枝榕、菩提树、凤凰木和南洋杉分别对Pb、Cd、汞（Hg）、砷（As）的积累作用较大。相比于自然野生尚未驯化的超富集植物，现有城市绿化植物种类已经适应城市条件，在品种选育、植物栽培以及病虫害防治等方面有丰富的经验，而且可以产生木材或生物质能源，产品不进入食物链，应该成为植物修复技术的新趋势。

因此，应发挥绿化树种的多种生态功能，将绿化树种的筛选应用、种植养护和环境修复功能紧密结合起来，选择耐受污染环境、具有污染物富集能力且耐收割易萌蘖的绿化植物，共同维护城市的生态环境质量。

植物创造美好的城市生活

“城市，让生活更美好”是中国2010年上海世界博览会的主题，更是人类追求城市生活的宗旨。城市绿化是城市中唯一有生命的绿色基础设施，在改善城市生态环境、美化市容、调节城市生态平衡中发挥着主导作用。生物多样性是实现生态可持续发展的基础，而植物多样性是基础的基础，植物园应该义不容辞地承担起生物多样性保护的责任，做好植物多样性的宣传、保护、研究工作，不断产出科研成果并为社会服务。

上海辰山植物园围绕“国内领先、国际一流”发展目标，自2010年开园以来，履行“精研植物、爱传大众”的使命，收集和保育植物资源约1.1万余种；开发重点类群的绿化应用技术，为城市绿化提供了丰富的植物资源，建立了适合长三角城市特殊生境条件的绿化技术。在积极引进消化国外成熟植物技术的同时，以修复型木本植物开发为抓手，发挥植物技术在城市生态建设中的作用，为城市居民提供植物的多种生态系统服务，支撑城市经济社会的可持续发展，创造美好的城市生活。