基于土壤重金屬生態(tài)修復(fù)的社區(qū)花園植物景觀設(shè)計

陳蓉蓉 金荷仙

社區(qū)花園是社區(qū)居民在公共場所種植蔬菜、花卉或進行其他公共活動的綠地，是城市綠地的景觀形式之一[1]。社區(qū)花園來源于18世紀末的英國，具有經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益，在世界各地廣受歡迎[2-3]。其所在場地能保持較高活力，生物多樣性也高于城市公園[4]。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)社區(qū)花園普遍具有種植作物的場地，傳統(tǒng)的農(nóng)耕文明引發(fā)人們對種植的渴望，以果蔬種植活動為代表的園藝活動能極大促進社區(qū)居民之間的互動與交流，推動城市可持續(xù)發(fā)展和自然教育發(fā)展[5]。作為能夠提供公眾參與園藝活動和可食用植物種植的場所，其環(huán)境質(zhì)量不可避免會對人體產(chǎn)生影響。重金屬是土壤環(huán)境健康主要的污染物之一，其既會在作物中積累進入食物鏈，也會以顆粒形式經(jīng)呼吸、攝入和接觸等途徑進入人體從而影響健康[6]。國外相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，社區(qū)花園中存在一定的重金屬生態(tài)風險[7]，集中在Cu、Zn、Pb、Cd、Ni等重金屬元素，與社區(qū)內(nèi)的建筑油漆[8]、農(nóng)業(yè)施肥[9]或交通活動[10]等有關(guān)。在對杭州某地區(qū)的社區(qū)花園土壤進行調(diào)研時同樣發(fā)現(xiàn)(圖1)，調(diào)研的62個社區(qū)花園中，80%存在重金屬污染，其中22.6%存在中度污染，14.5%存在重度污染，多來源于交通、農(nóng)業(yè)活動和生活垃圾，As、Pb、Zn的污染較為突出。

圖1 杭州某地區(qū)社區(qū)花園土壤重金屬綜合污染空間分布圖

重金屬以游離態(tài)存在于土壤中，主要通過物理、化學(xué)或生物的手段從土壤中提取或固定，以植物修復(fù)為代表的生物修復(fù)方法被認為是最經(jīng)濟安全且可持續(xù)的土壤重金屬修復(fù)方法[11]。1983年Chaney提出超富集植物可用于治理土壤重金屬污染，目前已發(fā)現(xiàn)有400多種超富集植物可被用于重金屬污染治理[12]。Blaylock在溫哥華地區(qū)進行As污染治理，將普通地被替換為超富集植物蜈蚣草，修復(fù)的同時增加場地內(nèi)綠化面積[13]。張金婷等通過種植樟樹、香根草、海州香薷和伴礦景天修復(fù)冶煉廠周邊土壤，降低場地內(nèi)Cu和Cd的生態(tài)風險[14]。羅連等在超富集植物能修復(fù)重金屬土壤的實踐基礎(chǔ)上，調(diào)研鋼鐵廠自然環(huán)境和現(xiàn)存植物組成情況，從景觀的角度提出構(gòu)建喬-灌-草相結(jié)合的生態(tài)-經(jīng)濟型植物群落來進行生態(tài)修復(fù)[15]。但目前重金屬植物修復(fù)的研究集中于垃圾填埋場、工業(yè)區(qū)或礦區(qū)等場地，且以富集植物的選用為主，并未提出植物配置方式或植物景觀模塊以同步實現(xiàn)重金屬污染生態(tài)修復(fù)和景觀營造，生態(tài)性的重金屬修復(fù)植物景觀營造研究仍處于萌芽階段。

社區(qū)花園作為提供景觀觀賞和互動體驗的空間，生態(tài)思維在其設(shè)計中的運用有助于人居環(huán)境更具觀賞性和可持續(xù)性。目前雖對社區(qū)花園內(nèi)土壤重金屬污染關(guān)注度開始上升，但基于其生態(tài)修復(fù)下的景觀營造實踐較少。令人賞心悅目并具有恢復(fù)場地生態(tài)功能才是自然植物設(shè)計的關(guān)鍵[16]。本文在分析居住區(qū)綠地的設(shè)計原則基礎(chǔ)上，提煉基于土壤重金屬生態(tài)修復(fù)的社區(qū)花園植物景觀營造目標和原則，以浙江為代表性地區(qū)，主要針對Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As 7種重金屬提出社區(qū)花園的植物景觀營造策略，以期對未來社區(qū)花園的景觀設(shè)計提供借鑒。

1 基于土壤重金屬生態(tài)修復(fù)的社區(qū)花園植物景觀設(shè)計目標與原則

1.1 目標體系

1)促進生態(tài)可持續(xù)。生態(tài)可持續(xù)的社區(qū)花園建設(shè)可以從污染修復(fù)-環(huán)境提升、廢物利用-資源最大化、穩(wěn)定生物圈-有機更新3個方面落實。植物的生態(tài)效益是促進社區(qū)花園可持續(xù)發(fā)展最直接的作用者，充分利用植物的景觀、修復(fù)、經(jīng)濟等價值，低耗高效地完成生態(tài)可持續(xù)的目標。

2)提高生物多樣性。城市化和綠地集約化發(fā)展降低了物種多樣性，而豐富的生物物種是構(gòu)建健康生物圈的重要基礎(chǔ)。增加社區(qū)花園生物種類，一是需要在保護場地內(nèi)原生物種基礎(chǔ)上，增加場地內(nèi)作物和景觀植物的多樣性；二是需要促進場地內(nèi)間作套種、斑塊異質(zhì)性和多層種植，從而恢復(fù)并提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

3)營造景觀多元化。社區(qū)花園設(shè)計時不同主題、功能和景觀設(shè)計能夠吸引更多居民參與社區(qū)花園活動。有別于城市公園的景觀規(guī)劃，社區(qū)花園的營造以提供農(nóng)藝活動和增加鄰里交流為需求，根據(jù)當?shù)氐男枨蠛吞厣珡慕M成單元、功能分區(qū)、景觀空間、設(shè)施構(gòu)建等內(nèi)容，基于土壤重金屬生態(tài)修復(fù)的社區(qū)花園植物景觀營造還需根據(jù)社區(qū)花園的空間分布、污染情況、功能需求等不同的條件分別進行設(shè)計，實現(xiàn)場地景觀的異質(zhì)化。

1.2 營造原則

關(guān)于社區(qū)花園的景觀營造原則，本文從社區(qū)花園的定義出發(fā)，結(jié)合《城市園林綠地系統(tǒng)規(guī)劃》(第三版)中規(guī)劃設(shè)計內(nèi)容，制定社區(qū)花園景觀設(shè)計原則。

1)生態(tài)性原則。社區(qū)花園需充分結(jié)合所處環(huán)境情況，選擇能凈化空氣與水土、改善城市小氣候、降低噪聲功能的植物。場地的主要功能是為了滿足耕種欲望、接受自然教育、增加互動體驗。另外從社區(qū)花園本身要具有的園藝種植功能出發(fā)，在除耕種區(qū)域以外的景觀設(shè)計范圍內(nèi)，著重對土壤污染進行修復(fù)提升，在滿足遮陽庇蔭、防風防噪的基礎(chǔ)上，盡可能地增加人們的互動體驗感。但因社區(qū)花園主要為居住區(qū)周邊零散的用地，中大喬木在小地塊不宜種植，應(yīng)以低矮灌木和地被植物作為景觀營造主體。

2)教育性原則。國內(nèi)社區(qū)花園多以自然教育為主要功能。社區(qū)花園的植物選擇需要滿足以下基礎(chǔ)條件：選取本土或在當?shù)胤€(wěn)定生長的植物；避免有飛毛飛絮、花果有毒的植物；選擇葉片、樹干、果實、花卉具有特色的植物，滿足自然教育功能；選擇能夠吸附土壤重金屬污染和有機物污染的植物。即植物景觀設(shè)計應(yīng)根據(jù)色彩、株高、形態(tài)進行綜合配置，以達到吸引兒童注意力的目的。此外宜選用花粉或花蜜等易吸引昆蟲的植物，以建立植物-昆蟲多方位的自然教育內(nèi)容?？破罩甘九坪屠ハx箱等構(gòu)筑物可結(jié)合植物屬性進行合理設(shè)置。

3)共享性原則。社區(qū)花園以“共建共享”為理念。一方面要增強居民建設(shè)參與感?？捎删用裰鲗?dǎo)、專業(yè)設(shè)計團隊指導(dǎo)的方式，依據(jù)居民自身需求和愿景對花園內(nèi)部植物景觀配置進行設(shè)計，但需引導(dǎo)設(shè)計風格一致性。另一方面要增強居民活動體驗感。設(shè)計時要充分考慮居民的互動參與，提供開展園藝活動、自由耕種的空間。在整體謀劃和功能劃分上要以居民的便捷性和參與及時性為標準，加強每個功能區(qū)的可達性和聯(lián)通性。滿足所有使用人群的功能訴求和便利性，例如，針對行動不便的老人、殘疾人和兒童，設(shè)計無障礙通道，設(shè)置坐凳、遮陽用的林蔭等。

社區(qū)花園土壤重金屬生態(tài)修復(fù)植物景觀設(shè)計目標體系如圖2所示。

圖2 社區(qū)花園土壤重金屬生態(tài)修復(fù)植物景觀設(shè)計目標體系

2 社區(qū)花園生態(tài)景觀營造的植物選用類型

社區(qū)花園可以種植生產(chǎn)性作物，與單純農(nóng)田或農(nóng)業(yè)園的區(qū)別在于它同時具備景觀植物，并可供公眾參與活動。園林景觀植物的融入不僅使社區(qū)花園環(huán)境更美觀，還使其破除集約化經(jīng)營導(dǎo)致的生物多樣性缺失和生態(tài)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性[17]。從生態(tài)的角度而言，社區(qū)花園的植物選擇除生產(chǎn)性植物之外，應(yīng)具有服務(wù)于生產(chǎn)性作物健康高產(chǎn)生長的功能性植物(也叫次生植物)和提取固定重金屬的修復(fù)性植物。在進行社區(qū)花園植物配置時，生產(chǎn)性作物、功能性植物、修復(fù)性植物都應(yīng)基于觀賞功能的基礎(chǔ)上合理搭配，根據(jù)選用植物的主要功能和特點進行詳細描述。

2.1 生產(chǎn)性作物

生產(chǎn)性作物是社區(qū)花園園藝活動中最主要的植物類型。常見于社區(qū)花園的生產(chǎn)性作物，多為一年生作物，按其生長季節(jié)和可食用部位對浙江地區(qū)常見的生產(chǎn)性作物進行不完全統(tǒng)計(表1)。浙江社區(qū)花園常見的生產(chǎn)性作物春夏以瓜果為主，秋冬以蔬菜為主，四季皆有種植。以葉和果實為主要觀賞部位，色彩集中在綠、紅和黃三色。除爬藤作物外，株高分布在30～100cm。

表1 社區(qū)花園生產(chǎn)性作物名錄表

2.2 功能性植物

功能性植物主要能夠與生產(chǎn)性作物之間產(chǎn)生協(xié)同關(guān)系，有助于生產(chǎn)性作物更優(yōu)質(zhì)生長，可以從養(yǎng)分供給、病蟲害防治、吸引傳粉動物3個方面產(chǎn)生積極影響。

1)養(yǎng)分供給主要是功能性植物(伴生植物)通過固氮、固磷或生成養(yǎng)分，滿足生產(chǎn)性作物生長所需。如豆科等根瘤植物通過固氮提高氮元素的利用率[18]；禾本科植物具有較強的養(yǎng)分再利用能力，減少與生產(chǎn)性作物在土壤中的養(yǎng)分競爭[19]。

2)部分植物可以通過釋放化學(xué)元素或氣味來驅(qū)趕病蟲，如芹菜(Apium graveolens)[20]、萬壽菊(Tagetes erecta)[21]；屏障植物種植在場地邊緣可以防止蚜蟲的傳播，如太陽花(Portulaca grandiflora)、芝麻(Sesamum indicum)等[22]；此外還有誘集植物，雖具較大應(yīng)用潛力，但因難以控制害蟲動向不常在實踐中使用[23]。

3)城市植物景觀與傳粉昆蟲之間能通過促進有性繁殖或繁殖體傳播的方式，來加強場地內(nèi)植物繁衍和生物多樣性[24]。草花植物和蜜粉量多的植物是吸引傳粉動物的關(guān)鍵，如虞美人(Papaver rhoeas)、矢車菊屬(Cyanusspp.)、百日菊等植物。

2.3 修復(fù)性植物

此處的修復(fù)性植物針對能夠修復(fù)受重金屬污染的土壤，分為超富集植物-提取、高生物量植物-吸收和封隔植物-固定。

超富集植物指對一種或多種重金屬的提取能力超出普通植物10～100倍，目前研究得出能被超富集植物提取主要為As、Ni、Cd、Zn等重金屬；高生物量植物指生物量高，相較其他植物能吸取更多且范圍更廣的重金屬，且具有一定經(jīng)濟效益的非超富集植物，少量生物炭的使用能促進高生物量的重金屬吸收作用[25]；封隔植物指根系分泌物能聚集并固定重金屬的植物，雖不能提取重金屬并將其帶離，但能防止污染擴散，主要針對Cu、Pb、Cr等不易被提取帶離土壤的重金屬[13]。對浙江省常見的社區(qū)花園修復(fù)性植物進行統(tǒng)計得到表2。

表2 社區(qū)花園修復(fù)性植物名錄表

3 基于重金屬生態(tài)修復(fù)的社區(qū)花園植物生態(tài)景觀模塊設(shè)計

3.1 花園空間分區(qū)規(guī)劃

國內(nèi)社區(qū)花園因受可支配空間的限制，常分布于居住區(qū)或社區(qū)內(nèi)部、臨近獨棟建筑物等。針對不同形態(tài)和類型的社區(qū)花園，結(jié)合重金屬在社區(qū)花園內(nèi)積累特征，進行社區(qū)花園場地空間設(shè)計(圖3)。

圖3 社區(qū)花園場地空間設(shè)計圖

1)位于靠近道路或其他易產(chǎn)生重金屬地區(qū)，設(shè)置社區(qū)花園過濾帶。以大葉形的常綠喬木為主，利用較大的葉片面積對上層空間進行圍合，阻攔和過濾空氣中含重金屬的顆粒粉塵，如鵝掌楸(Liriodendron chinense)、楓香(Liquidambar formosana)等。中下層增設(shè)綠籬和草本植物，阻擋重金屬顆粒物進入對社區(qū)花園土壤產(chǎn)生污染。設(shè)置封隔地被植物以覆蓋邊緣土壤，避免沉積重金屬從土壤中滲出擴散。

2)社區(qū)入口花園設(shè)計時，植物配置需注意景觀色彩吸引力，可根據(jù)季節(jié)變換替換園林植物，或種植觀賞期較長的景觀植物?？拷肟诘牟糠直苊夥N植可食用蔬菜，設(shè)置過渡段以減弱重金屬在作物中堆積的可能性。從矮到高以富集地被-景觀草灌木-景石-富集喬木作為入口處正面植物配置景觀，背面可被使用作為可食性蔬菜種植的場地。

3)在居住區(qū)中心設(shè)置具有公眾共建共享的社區(qū)開放花園，地塊大且完整。因其具備多人參與的功能和需求，場地要進行分割并設(shè)置穿梭道路。人際相互交流的有效距離以個人距離為標準，為0.45～1.2m，社交距離大于1.2m[49]。因此地塊分割以1～5m2為宜，且地塊與地塊之間(包含道路)相距大于0.5m為宜，依場地大小酌情縮減。留部分空間作為造景和休憩活動使用，單獨地塊的植物選用依居民喜好自定，功能性植物宜在此處設(shè)置，包邊種植屏障植物以及見縫插針種植伴生植物，有助于生產(chǎn)性作物的生長。

4)社區(qū)內(nèi)宅旁花園主要考慮生產(chǎn)性作物和景觀作物的季相和色彩搭配，大面積的生產(chǎn)性作物可以在此處種植，但長時間肥料或農(nóng)藥的使用會產(chǎn)生重金屬累積。在選用生產(chǎn)性作物時，高生物量植物和超富集植物應(yīng)同時被使用，并在成熟后定期收割，改善長時間農(nóng)業(yè)活動導(dǎo)致的土壤重金屬富集現(xiàn)象。

5)與社區(qū)內(nèi)宅旁綠地不同的是，獨棟宅旁綠地面積較小，且對外敞開，受人為干擾較大。植物的選用一是要以低矮、小型灌木或草本花卉植物為主，著重考慮其景觀價值；二是植物具有重金屬耐受或富集能力。植物景觀中選用觀賞性生產(chǎn)作物為宜，外圍種植封隔植物，內(nèi)圍可種植少量兼具重金屬富集能力的生產(chǎn)性作物，如花生、油葵等。

3.2 重金屬污染分級規(guī)劃

基于內(nèi)梅羅(Nemerow)綜合污染指數(shù)將社區(qū)花園土壤重金屬污染分為輕度污染(1.0＜Pz≤2.0)、中度污染(2.0＜Pz≤3.0)和重度污染(Pz＞3.0)3個等級(表3)[50]，分為2類并提出相應(yīng)植物修復(fù)和景觀營造方案。當前土壤重金屬污染情況復(fù)雜，多以復(fù)合重金屬污染為主，植物生態(tài)景觀配置時要選取具有代表性的污染重金屬進行重點整治。

1)輕、中度污染地區(qū)，對環(huán)境風險和人體健康風險影響相對較小，處于可以通過自然或植物修復(fù)手段促進場地恢復(fù)至可被接受的風險程度。對于難以被提取的重金屬(As、Cd、Ni、Zn等)，選用高生物量植物和封隔植物作為景觀修復(fù)植物的選擇類型，如柳樹、楊樹等高生物量植物，無花果、野芥菜等封隔植物。配置方式為高生物量喬灌木-封隔草本花卉-生產(chǎn)性作物。對于可被提取的重金屬(Cu、Pb、Cr等)，采用封隔喬灌木-超富集/高生物量草本花卉-生產(chǎn)性作物的配置方式。超富集/高生物量花卉生長周期短、提取能力強，可在提取重金屬后被收割，并通過冶煉等手段產(chǎn)生經(jīng)濟效益[51]。在重金屬中度污染下易對植物產(chǎn)生脅迫，使用螯合劑和鈍化劑在一定程度上有助于超富集植物的提取和生產(chǎn)性作物正常生長。同時封隔植物能減少生產(chǎn)性作物對重金屬的吸收，保證食用安全。此區(qū)域能夠被用作大面積生產(chǎn)性作物種植，在緩解重金屬對生產(chǎn)性作物危害的同時，滿足社區(qū)花園功能和居民需求(表3)。

表3 輕、中度污染區(qū)域植物配置表

2)重度污染地區(qū)重金屬污染風險高且多呈現(xiàn)1～2種重金屬高濃度積累現(xiàn)象，與人接觸可能會產(chǎn)生重大健康風險。重度污染地域重金屬外源輸入嚴重，在進行規(guī)劃設(shè)計時首先應(yīng)考慮重金屬輸入方式的阻隔，主要分為空氣粉塵阻隔和地表徑流阻隔。對于大氣沉降造成土壤重金屬積累的途徑，主要位于社區(qū)花園邊沿，設(shè)計過濾帶；對于通過地表徑流輸入的途徑，滯留道的設(shè)置能有助于吸附或固定水體重金屬，降低輸入社區(qū)花園的含量。滯留帶可位于社區(qū)花園綠地地塊邊緣或低地勢區(qū)域，種植以封隔植物為主的修復(fù)性植物，用于固定由地表徑流帶來的重金屬，避免其向社區(qū)花園內(nèi)部擴散。

根據(jù)實調(diào)狀況，重度污染土壤仍能種植部分抗性強的植物。對于整體污染風險呈現(xiàn)重度污染的區(qū)域，進行平臺空間設(shè)計，選用與環(huán)境相結(jié)合的硬質(zhì)鋪磚，減少人與土壤接觸面積。在土壤邊緣種植生長緩慢且抗性強的喬木，同時也可選用具經(jīng)濟價值的高生物量植物和富集植物。封隔/耐受性喬灌木-高生物量/超富集灌草木-超富集草本花卉或地被-封隔地被植物的搭配方式在減弱重金屬擴散能力的同時降低土壤中的重金屬濃度(表4)。

表4 重度污染區(qū)域植物配置表

3.3 群落層次及植物組團配置

國內(nèi)社區(qū)花園受場地限制，地塊面積較小(10～1 000m2)。結(jié)合最佳靜態(tài)景觀視線距離設(shè)計方法，植物前低后高呈現(xiàn)30°，寬度2m的社區(qū)花園選用株高＜0.7m的植物為宜，以0.7m灌木-0.5m草花-地被的搭配方式為主。園林構(gòu)圖美學(xué)中以奇數(shù)株植物組團景觀營造為佳，主要以功能性植物和修復(fù)植物進行造景設(shè)計；生產(chǎn)性作物則采用定距形式，多以規(guī)則狀種植于場地中。

3株植物造景組團占地面積較小，分布于社區(qū)花園生產(chǎn)性作物種植圈內(nèi)，5株植物造景組團則可種于場地邊角形成背景。針對重金屬污染的修復(fù)，在造景植物修復(fù)植物與功能性植物選擇上以2:1或3:2的比例進行配置。對于面積更具整體性的社區(qū)開放花園區(qū)塊來說，5株植物更能營造具整體性和觀賞層次的景觀；社區(qū)內(nèi)宅旁花園和獨棟宅旁花園等小面積花園區(qū)塊則更適用3株植物組群。造景組團與生產(chǎn)性作物間距應(yīng)保持20cm以上，發(fā)揮重金屬提取或固定以及協(xié)同作用的同時，不過度吸收土壤養(yǎng)分導(dǎo)致生產(chǎn)性作物發(fā)育不良。此外造景組團與組團之間應(yīng)根據(jù)組團形成的覆蓋面積大小調(diào)整間距，便于在觀賞面呈現(xiàn)錯位分布(圖4)。

圖4 視線范圍及造景組團示意圖

4 結(jié)語

社區(qū)花園不僅是時代發(fā)展下誕生的新綠地景觀形式，更是城市更新中衍生出的共享開放社區(qū)理念的實物載體。居民“共建共享”理念參與設(shè)計和管理以及可食用蔬菜的種植成為社區(qū)花園的亮點之一。社區(qū)花園土壤重金屬污染會因參與園藝活動時，通過與土壤的親密接觸或因可食用蔬菜對重金屬的吸收而導(dǎo)致重金屬進入人體，從而對健康造成危害。有效的植物配置能夠在促進景觀提升的同時改善環(huán)境條件，探究基于重金屬土壤生態(tài)修復(fù)下的社區(qū)花園植物景觀設(shè)計，是多學(xué)科融合下以風景園林的途徑進行場地修復(fù)和景觀提升的重要策略，最終打造集生態(tài)可持續(xù)、生物多樣性和景觀多元化為一體的社區(qū)花園，促進社區(qū)煥發(fā)生機與活力、城市生態(tài)與景觀協(xié)同發(fā)展，并為以后的社區(qū)景觀建設(shè)和生態(tài)城市建設(shè)提供理論借鑒。

注：文中圖片均由作者繪制。