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城市绿地系统规划:绿色海绵的水污染排除效果与重金属降解研究

【摘要】:城市绿地对地表径流污染和水体中的污染物及有毒物质有很好的排除效果,尤其是植被缓冲带、绿地中的坑塘和人工湿地,对城市地表径流污染具有较好的截流与净化效果。此外,还有一些园林植物能在体内吸收、积累重金属污染物而不受害,或经生理生化过程而将污染物质同化降解。研究小组在一片厚15 cm、在镉含量为4.7 mg/km2的室外土壤上种植了大量的叶芽筷子芥,1年后这片土壤中镉的含量减少到2.6 mg/km2。

城市化进程中,城市建设用地不断扩张,高强度的人类活动强烈干扰着原有自然生态系统,导致了地表地理过程以及景观结构的强烈变化。城市地区下垫面特性的改变,尤其是不透水下垫面比例的增加,显著改变了原有的自然水文生态过程,导致了一系列的城市雨洪生态与环境危机,集中表现为洪涝灾害频发、水环境持续恶化以及水资源严重短缺。城市绿地具有雨洪调蓄、径流削减、水质净化、清洁水源提供等方面的生态系统服务价值,对于解决城市面临的雨洪生态与环境危机具有重要的生态意义,是城市雨洪控制利用与综合管理中的“绿色海绵”。

1)调蓄雨洪

单纯依赖灰色雨水基础设施,往往造成暴雨径流短时无法及时排放,城市洪涝灾害频发。城市绿地作为非硬化下垫面,可以降低城市径流系数,降低暴雨径流量和峰值,防止水土流失,同时城市绿地(自然坑塘、湿地、雨水花园、浅草沟等)具有雨洪调蓄的功能,可以显著降低洪涝灾害的发生频率,自然地管理暴雨,并可以通过自然渗透回补地下水,“土地是可以像海绵一样吸收水,起到蓄洪作用的”。

2)净化水体

城市水体污染,主要有点源污染(工业废水、生活污水)和非点源污染(地表径流污染)两大来源。工业废水和生活污水在城市中多通过管道排出,较易集中处理和净化;而大气降水形成地表径流,冲刷和带走了大量地表污物,进入城市河道或水体,其成分和水的流向难以控制,许多则渗入土壤,继续污染地下水。(https://www.chuimin.cn)

城市绿地对地表径流污染和水体中的污染物及有毒物质有很好的排除效果,尤其是植被缓冲带、绿地中的坑塘和人工湿地,对城市地表径流污染具有较好的截流与净化效果。华东师范大学课题组选取了上海市临港新城4种不同类型的自然坑塘,比较其在夏季对降雨径流污染的截留效应以及水质净化效果,结果表明:自然坑塘对降雨径流污染具有较好的截留效应,自然坑塘对于水质的净化处理效果总体较好,研究期内4个自然坑塘的TP平均净化率分别为46.4%、4.6%、57.6%、57.4%;TN平均净化率分别为34.7%、40.7%、46.4%、26.9%;COD平均净化率分别为21.6%、40.5%、47.3%、-4.3%。另外,草地可以大量滞留许多有害的金属,吸收地表污物;树木的根系由于呼吸作用,可以吸收水中的溶解质,降解土壤的重金属,并能分泌杀菌素,减少水中细菌含量。相关研究表明,水流在经过30~40 m宽的林带后,由于树木根系和土壤的作用,平均每升水中的细菌含量要比不经过林带的减少1/2。

此外,利用植物对城市生活污水的处理,既能收到良好的效果,又可节省物化方法处理污水的资金投入和运行成本,是一种有效的净化水体的途径。当前利用水生植物能吸收水体中的铅、汞、铬、铜等重金属污染物的人工湿地污水处理技术在国内外引起了充分重视,应用较多的水生植物有凤眼莲、浮萍、芦苇、香蒲、水葱等,其中尤以芦苇为多,例如:上海市南汇区(现浦东新区)建成的采用湿地生态处理技术的污水处理厂,以大片芦苇湿地为污水二级生态处理系统,充分发挥植物对水体的净化作用,其日处理污水能力达5万t,许多城市还规划、建设了兼有生态、游憩和科普功能的湿地公园。

3)净化土壤

城市受到污染的土壤中常含有各种重金属盐类、酚类化合物、氰化物、有机酸、染料和农药等有毒物质,这些都会污染土地,进而危害人体健康,其中重金属污染物的问题尤为突出。有植物根系分布的土壤,好气性细菌比没有根系分布的土壤多几百倍至几千倍,故能促使土壤中的有机物迅速无机化,既净化了土壤,又增加了土壤肥力,有些植物根系的分泌物还能杀死大肠杆菌等细菌,从而减少对人类造成的伤害。除森林有较强的净化作用外,草坪也是城市土壤净化的重要地被物,城市中裸露的土地种植草坪后,不仅可以改善地上的环境卫生,也能改善地下的土壤卫生条件。此外,还有一些园林植物能在体内吸收、积累重金属污染物而不受害,或经生理生化过程而将污染物质同化降解。日本科技人员发现一种名为叶芽筷子芥的十字花科植物可以有效净化被镉污染的土壤。研究小组在一片厚15 cm、在镉含量为4.7 mg/km2的室外土壤上种植了大量的叶芽筷子芥,1年后这片土壤中镉的含量减少到2.6 mg/km2。5年后,土壤中镉含量减少到原来的1/5,而且收割后的叶芽筷子芥经高温处理后,其中所含的镉还可以被回收。