單一污染物植物配置的維度研究

(西安建筑科技大學(xué) 陜西 西安 710055)

土地資源是與人類生存息息相關(guān)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類不可或缺且不可再生的寶貴資源，也是人類生活生產(chǎn)環(huán)境的重要組成部分。一方面，重金屬污染的日漸嚴(yán)重，導(dǎo)致人們對(duì)土地矛盾也日漸激化。另一方面，我國(guó)國(guó)家層面高度重視促進(jìn)城市轉(zhuǎn)型升級(jí),在2015年的中央城市工作會(huì)議上指出“城市雙修”，即城市修補(bǔ)和生態(tài)修復(fù)，提倡用生態(tài)的方法修復(fù)棕地污染。而植物吸附作為生態(tài)治理手段具有良好的吸收重金屬的能力，恰好滿足人民的需要和政策的導(dǎo)向。因此根據(jù)植物生長(zhǎng)的必要條件，是否具有親水性，對(duì)植物配置進(jìn)行平面維度和豎向維度上的研究，從而更好的使植物的發(fā)揮凈化功能。

一、二維空間平面維度植物配置

二維空間橫向維度植物配置指植物在場(chǎng)地中的橫向配置組合。以有水域的場(chǎng)地為例，由于水域中的水位會(huì)有漲有退，所以這里按場(chǎng)地內(nèi)的水土關(guān)系橫向分為由遠(yuǎn)水區(qū)域、近水區(qū)域、臨時(shí)淹沒區(qū)域和必存水區(qū)域四部分組成。遠(yuǎn)水區(qū)指水域內(nèi)的水無論漲退都無法觸及土壤且土壤相對(duì)干燥的區(qū)域；近水區(qū)指緊挨臨時(shí)淹沒區(qū)，雖然常水位不會(huì)漫過土壤，但由于離地下水近或貼近水域而土壤濕度較高的區(qū)域；臨時(shí)淹沒區(qū)指水域內(nèi)的水漲潮時(shí)會(huì)淹沒而退潮時(shí)土壤裸露的區(qū)域；必存水區(qū)域則指退潮時(shí)仍有水流存在且常年存在的區(qū)域。

根據(jù)植物對(duì)生存水環(huán)境的要求和常見植物排布規(guī)律總結(jié)出其排布規(guī)律，遠(yuǎn)水區(qū)域種植陸生植物，近水區(qū)域種植濕生植物，臨水區(qū)種植水陸兩生的植物，必存水區(qū)域種植水生植物群落。重金屬污染場(chǎng)地在植物配置時(shí)，要按照此規(guī)律進(jìn)行配置，才能使植物更好的存活生長(zhǎng)并有效吸收水土中的重金屬。

遠(yuǎn)水區(qū)域的植物由于不喜濕不耐澇，土壤中的水分對(duì)其吸收重金屬的能力沒有明顯影響，但是其他區(qū)域中水分的多少對(duì)植物吸附重金屬有較大影響。濕生植物在淹水條件和非淹水條件下吸收重金屬的能力存在差異，淹水環(huán)境能提高植物地上部分的生物量和重金屬的吸附能力，其中濕地植物吸附Pb、Zn、Cd效果非常明顯[1]。

(一)遠(yuǎn)水區(qū)域。遠(yuǎn)水區(qū)域的耐旱陸生植物群落，一般由耐旱的大喬木、小喬木、大灌木、小灌木以及草本藤本植物組成，此區(qū)域植物的顯著特點(diǎn)是不喜濕不耐澇，排水不暢會(huì)對(duì)其生長(zhǎng)造成威脅。雖然其不能依托水分的增長(zhǎng)加大吸收量，但由于陸生植物除草本外，絕大多數(shù)植株比水生植物體量大，其富集量，重金屬承載量往往也比水生植物要多。

(二)近水區(qū)域。近水區(qū)域即使常年最高水位土壤也不會(huì)被水淹沒，土壤常年保持濕潤(rùn)，可以栽植耐澇陸生植物，一般由耐澇的大喬木、小喬木、大灌木、小灌木以及草本藤本植物，這些植物較為親水。若耐澇不耐旱則配置這類植物時(shí)要注意其生存環(huán)境與水密切相關(guān)，土壤濕潤(rùn)則能保證其正常吸收重金屬污染物；若耐澇又耐旱則可大面積在陸地種植，也是種植時(shí)的優(yōu)選樹種，具有護(hù)養(yǎng)成本低，存活率高的特點(diǎn)，如垂柳。

(三)臨時(shí)淹沒區(qū)域。臨時(shí)淹沒區(qū)域的面積較小，這類區(qū)域常被水流沖刷，也是土壤和水流交換介質(zhì)的地方，土壤中的污染物往往通過雨水沖刷和水流漲退進(jìn)入水體當(dāng)中，也會(huì)通過交界處把水中的污染物吸附到土壤當(dāng)中，這類區(qū)域多以灘涂沼澤的形式出現(xiàn)，是環(huán)境中生態(tài)脆弱的一環(huán)，需要重點(diǎn)修復(fù)。在臨時(shí)淹沒區(qū)一般種植能水陸兩生的濕生植物，挺水植物或沼生植物，此類植物多不能夠忍受較長(zhǎng)時(shí)間的水分不足，需要水淹沒根部，是抗旱能力極低的陸生植物。此類植物無水不活，水量充足則能增加其吸收重金屬污染物的量。中國(guó)科學(xué)院將10種常見濕生植物進(jìn)行淹沒和非淹沒的植物吸收重金屬實(shí)驗(yàn)，植物淹沒比非淹沒情況下吸收重金屬(鉛、鋅、鎘)積累量分別提高了143%—4161%，5.65%—1637%， 25.5%—474%。

(四)必存水區(qū)域。必存水區(qū)域是常年有水的區(qū)域，分為淺水區(qū)和深水區(qū)，在淺水區(qū)可以種植高大挺水植物，即使?jié)q潮也不能沒過植株本身。在深水區(qū)，由淺至深可以依次種植浮水植物和沉水植物。只要生存在水中，此類植物往往吸收重金屬的能力極好。

另外，這四個(gè)區(qū)域在各自區(qū)域內(nèi)的植物配置中，首先要注意植物的種植密度與平面層疊關(guān)系，避免植物相互爭(zhēng)奪養(yǎng)分、陽光，水生植物更要避免種植過密導(dǎo)致植物缺氧死亡，造成場(chǎng)地在重金屬污染的基礎(chǔ)上二次污染。其次要遵循一至二種具有凈化功能的優(yōu)勢(shì)物種為主，其他凈化植物或能增加凈化植物凈化能力的植物為輔的策略，避免引入環(huán)境中沒有的新植物品種進(jìn)行混植，容易對(duì)原生物群落造成威脅，從而不利于景觀營(yíng)造的感官效果。

以上論述是按棕地場(chǎng)地內(nèi)有水域的情況進(jìn)行分析研究的，若場(chǎng)地內(nèi)無水域可按遠(yuǎn)水區(qū)域進(jìn)行植物配置。

二、三維空間豎向維度植物配置

三維空間豎向維度的植物關(guān)系主要指植物垂直地面方向的配置研究，分為地上部分、地下部分、水域部分。地上部分主要是植物之間高低錯(cuò)落的遮蔽關(guān)系，地下部分主要包括植物根系的扎根形態(tài)和深度要求。植物根系是植物吸收重金屬的關(guān)鍵，不同的根形根深影響著吸收重金屬的量和范圍。水域部分則重點(diǎn)關(guān)注水生植物對(duì)水體深度和水下土深度的要求。

(一)地上部分植物的遮蔽關(guān)系。植物具有向陽性，即使是陰性植物也并不是一點(diǎn)陽光都不需要，植物的蒸騰作用促進(jìn)植物內(nèi)部水體循環(huán)，帶動(dòng)吸收土壤中的重金屬污染。因此陽性植物適宜種植在污染場(chǎng)地的陽坡或平坦暴露的土地上，在垂直維度上應(yīng)該盡可能避免植物重疊種植，要給低矮的喜陽植物留充足的日照時(shí)間，而陰性植物則適宜種植在陰坡或喜陽植物的下方尋求遮蔽。喬冠草的垂直分布一般依次分為陽性——陰性——陰性，陽性——陽性——陽性，陽性——陰性——陽性，陽性——陽性——陰性，陰性——陰性——陰性五種。

(二)地下部分不同植物根系的要求。在土壤適宜的條件下，樹木的根多數(shù)集中分布在地下40cm到80cm深度范圍內(nèi)。具有吸收功能的根則分布在20cm左右深的土層里。就樹種而言。根系在地下分布的深淺差異甚大。深根性樹種，能更充分的吸收、利用土壤深處的重金屬污染物且耐旱抗風(fēng)能力較強(qiáng)。淺根性樹種，能適應(yīng)含水量較高的條件，但抗風(fēng)抗旱抗暴雨能力弱，吸收的多為淺層重金屬污染物?？梢詫⑸罡灾参锱c淺根性植物進(jìn)行混交種植，取長(zhǎng)補(bǔ)短，達(dá)到最大范圍吸收地下污染的目的。

(三)水域部分水體深度的要求。不同的水深植物雖然對(duì)水深有一定要求，但是由于水生植物結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，其垂直效果并沒有陸生植物那么明顯。同一生長(zhǎng)習(xí)性的水生植物由于其種類的差異，對(duì)水深要求也不相同。一般情況下，我們將水深范圍劃作四個(gè)層次，第一層次0-100毫米，適于濕生植物的生長(zhǎng);第二層次50-500毫米，適于挺水植物生長(zhǎng);第三層次200-1500毫米，適于根生浮葉植物的生長(zhǎng);第四層次200-2000毫米，適于沉水植物的生長(zhǎng)。

三、結(jié)語

針對(duì)重金屬污染棕地植物配置，本文在平面維度將棕地分為遠(yuǎn)水區(qū)域、近水區(qū)域、臨時(shí)淹沒區(qū)域、必存水區(qū)域進(jìn)行植物配置分析。在豎向維度上針對(duì)植物的遮蔽關(guān)系、植物根深、水深要求進(jìn)行植物配置分析。以期對(duì)重金屬污染棕地的治理有理論借鑒意義。