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退化废弃污染地生态修复这些典型案例可参考

北极星环境修复网  来源:《国土空间生态修复》  作者:吴次芳 肖武等  2020/8/7 10:16:25  我要投稿  

北极星环境修复网讯:本节内容为退化废弃污染地生态修复案例介绍。

欧美国家的棕地修复经验及成果

(一)棕地的概念

棕地这一概念由美国于20世纪90年代率先提出,美国环境保护署将棕地定义为“拥有开发潜力,但由于土地有毒、有害或存在风险的物质、污染物而面临开发障碍的已开发地块”。美国对棕地的定义特指工业及商业地块,这种理解方法获得了世界上许多国家的认同。加拿大政府将棕地定义为因过去行为导致环境污染,但仍有再开发或其他经济可能性的废弃、闲置或未利用商业、工业地块(尤指城市区域的)。英国的棕地概念与美国大致相同,认为棕地是废弃的工业用地。但在英国城乡规划话语中,棕地这一概念拥有更为复杂的理解,棕地和已开发土地之间存在显著的差异。其中,已开发土地表示用于住宅建设的土地,不包括农用建筑、废矿、在建项目和烂尾楼等。尽管不同国家对于棕地的定义各有偏重,但我们依然可以总结出棕地的主要特征:

1)土地闲置。棕地多为工厂、商业或工矿建筑废弃后的土地,处于闲置状态。因此从经济社会维度上看,棕地是对土地资源的浪费。

2)土地受污染。受工业化学品、废矿、建筑垃圾、生活垃圾等影响,棕地的土壤遭到物理、化学和生物层面的污染与破坏。从生态角度看,棕地的存在反映了土地被破坏的事实。

(二)棕地分布现状

从全球范围来看,棕地大多分布于城市或城镇工业区,如废弃工厂、废旧商业建筑,以及因冶炼而污染的地块之上。城市的旧居民区中也存在零星的棕地地块,如干洗店、加油站等,这些生活配套会产生高浓度污染物,对土地造成破坏。碳氢化合物、生活垃圾、溶剂、农药、杀虫药、重金属等都会导致绿地变为棕地。从美国及欧洲国家的情况来看,较早开始工业化进程的国家面临的棕地问题更加严峻(表5-1),棕地地块数量多、面积大、分布广,成为国家和地区发展的硬伤,世界各地政府和民众都不得不直面棕地生态修复和再开发的难题。

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(三)美国的棕地修复工作

在美国发展的早期阶段,大量土地被开发用于工业建设。传统的工业企业为美国经济腾飞做出巨大贡献的同时,亦对生态、健康和可持续发展产生了让人无法回避的负面作用。为了降低棕地土壤污染及土地闲置对社会经济、生态、健康的影响,美国于1980年开始颁布相关法案,使得棕地的评估、修复及相关责任主体确定得到了法律层面的肯定。

表5-2为1980年以来涉及棕地有关工作的法律法规(王凯等,2017)。

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作为棕地修复及开发的基础与准则,相关法律法规的确定为多元主体提供了行动框架,但地区在实际开展棕地修复与再开发项目时,依然会面临许多阻碍。为帮助地区解决行动过程中的技术困难及资金短缺问题,EPA积极向具有开发潜力的棕地项目提供援助。自棕地项目开展以来,EPA累计为880个项目提供2.25亿美元的资助,其中1.867亿美元用于202个项目的资金支持,4270万美元支出用于238块棕地的土地清洁(这个数字好像不对,但原文中确实是这样的表达)。从总体上看,EPA在棕地项目上每支出1美元能够带动私人投资2.5美元,而重新利用1公顷棕地能够节约4.5公顷绿地。

工业城市是棕地数量最多、最集中的地带。工业城市最初依靠资源、人口、技术等要素的聚集而形成,由于缺乏环境保护意识和能力,诸如钢铁厂、纺织厂、电镀厂等工厂的生产导致大量土地遭受污染。棕地在城市的爆发似乎是城市历史进程难以规避的结果,企业退出城市并未解决土地污染的问题,曾经区位优势显著的厂址成为闲置的棕地。当前国际上大多数国家对于城市的棕地治理采取修复发展至商业、住宅、休闲等用地的模式。出于棕地优越的交通、配套等区位优势,将棕地进行一定的生态修复,而后成为服务密集人口的区域,是符合社会经济发展要求的举措。

匹兹堡市的沉没与辉煌正是反映了工业城市与棕地之间相生相离关系的典型。位于宾夕法尼亚州的匹兹堡市曾是享誉全球的“钢铁之都”,然而随着时代的发展,众多缺乏竞争力的钢铁企业相继退出匹兹堡,“钢铁之都”一时间变成了堆满废弃厂房的“锈带城市”。20世纪80年代,匹兹堡市开始进行城市转型升级,棕地的修复与再开发成为核心工作之一。经过几十年的改造与发展,曾经遍布城市的废弃厂房所在地块现如今林立着高端的住宅、商店和写字楼:Squirrel工厂附近的废渣堆成为价值24300万美元的住宅开发项目;曾经位于匹兹堡南部的LTV工厂成为集高端娱乐、零售、写字楼和住宅为一体的综合体(Southside Works);Herr.s岛位于Allegheny河西岸,这块面积为17公顷的地块曾经是用于运输牲口的农用车站,经过改造后以包含亲水商业中心、制造业、娱乐设施和大型住宅区的“华盛顿码头”华丽亮相。根据福布斯发布的数据显示,匹兹堡市多次获得全美最适宜居住城市的称号,“锈带城市”成为以医疗、金融和高科技产业为主的全新都市。

面临棘手的棕地问题,小规模的城市、社区、乡村与大城市相比往往更加缺乏足够的资金支持和技术支撑。EPA的棕地项目能够为规模较小的社区、农村社区及部落提供资金、技术方面的支持,帮助上述社区推进棕地的土地清洁和再开发工作。2010~2017年,EPA为超过2200个社区提供了棕地复兴支持资金。从图5-4的基金申请成功率来看,不同规模的社区都有较高概率能够成功获得EPA的支持和帮助。在EPA及其他基金或组织的支持下,小规模社区、农村社区及部落成功实现了棕地的修复与再开发,使棕地重新以商业用地、居住用地及农业用地等形态运作,发挥了促进经济增长、推动社会发展、增加就业机会等多方面的作用。表5-3列举了5个成功的小规模社区、农村社区及部落的棕地修复及再开发案例。

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中国盐碱地的生态修复案例

土地的盐碱化是一个全球性问题,中国作为世界上盐碱土分布最多的国家之一,面临着较为严峻土地盐碱化形势。全国土壤普查办公室发布的数据显示,中国盐碱地面积约为3600万公顷,占全国可利用土地的4.88%,其中西部盐碱土地占全国的69.03%(杨劲松等,2016)。依据盐碱地分布地区生物气候等环境因素差异进行划分,大致可以将中国的盐碱地分为滨海盐土与滩涂、黄淮海平原盐碱地、东北松嫩平原盐碱地、半漠境内陆盐土及青新极端干旱的漠境盐土等5个片区(张建锋,2008)。塔西甫拉提(2001)按照地理范围将中国的盐碱地划分为5个区域,各区域的分布范围详见表5-4。不同片区的盐碱地成因不同、成分有差异,因此修复的方式和侧重点有所不同。

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(一)盐碱地生态修复的工程及农艺措施

从古代经验到现代科学,人们对于盐碱地的认识及改良已有漫长的历史。相传公元前2200多年大禹治水时,先人们便用沟渠排灌网对盐碱地进行改良,并在《禹贡》这本农书上对盐碱土进行了分类和描述。现在,致力于修复盐碱地的工程措施和农艺措施依然存在,并且在不断地经验积累和科学探索中得到了进一步优化。

以滨海盐碱地的工程措施为例。滨海盐碱地是中国主要盐碱地类型之一,受海水运动、土壤蒸腾、围海造田、围湖造盐及滨海湿地破坏等因素影响,滨海区域易形成盐碱地(枚德新等,2013),其表现出土壤盐含量高、地下水水位高、土壤自然脱盐率低等方面的特点(黄明勇等,2009)。盐碱地形成的主要原因是土壤水盐运动的不平衡,与内陆盐碱地相比,沿海半湿润土壤盐碱化地区水分循环活跃,对水体进行修复也显得更为重要。

中国目前主要采用雨水冲淋、蓄水补水的方式对滨海盐碱地进行水体修复。如上海市崇明岛的东滩湿地公园通过雨水收集湖区来收集雨水,并通过一条长达6千米的北高南低流动水径进入南面的盐碱地块。天津经济技术开发区再生水景观河道的水体修复工程通过“再生水景观河道复合生物-生态强化水面流湿地净化系统”的利用,对滨海地区的水体进行修复,控制过多盐分进入土壤,防止土地盐碱化的加剧(枚德新等,2013)。除建设利用水利工程外,滴灌、喷灌、管灌等灌溉工程以及其他工程修复也是盐碱地生态修复的常用工程措施。

盐碱地修复的工程措施往往需要较大的人力、物力投入,而面临逐渐破碎化的盐碱地景观,农艺措施能够更好地满足实际修复时碎片化管理、资金投入相对较小的需求。利用“土层置换”和“秸秆阻断”联合的方法能够改善土壤容重、含水量等物理性质,降低土壤可溶性盐的含量(宫秀杰等,2014),而深翻和深松措施能够改善土壤的渗透性,有利于土壤盐分的淋洗和植物根系的生长(高淑梅等,2011)。深耕细耙能够有效防止土壤板结,改善土壤的团粒结构,增强土壤透水透气性,降低盐分带来的危害(张建锋,2008)。

(二)盐碱地生态修复的生物措施

在土地修复的各项技术路径中,大家普遍认为生物措施是最为有效且符合生态修复要求的举措,当然盐碱地的生态修复也不例外。过去的盐碱地的土壤修复以物理、化学措施为主,如修建排水网促进水系流通,通过农艺措施改良土壤物理结构,运用抬高地形、冲洗压盐、沸石等土壤改良剂等物理措施调控土壤水盐运动等方式,以期达到修复盐碱地的目的。物理措施对土壤的负面作用较小,通常与生物措施搭配使用,但化学措施可能会对土壤环境产生一定的破坏与污染,因此需要谨慎使用。盐碱地生物修复措施主要指利用植物、动物及微生物的特性,防止土壤盐碱化加剧或减轻盐碱化程度的措施。

种植抗盐植物是盐碱地生态修复中运用最广泛的修复措施。白蜡、竹柳、香花槐、芨芨草、小果白刺、盐爪爪、碱蓬、芦苇、赖草、藜、獐毛、贝加尔针茅、叶线菊、羊草、拂子茅、星星草等都是在中国一些盐碱地能够种植的品种(夏江宝等,2015;王世林等,2019;张树文等,2010)。根据盐碱地的成因、分布的不同,植物种植的种类也有所差异。

松嫩平原是世界三大苏打盐碱地分布区之一,也是中国苏打盐碱地的主要分布区域(张巍等,2009)。研究证明,松嫩平原土壤的碱度在原种植向日葵的田块实行大豆、玉米轮作后显著下降(杨帆,2014)。张永宏(2005)在宁夏银北盐碱地对红豆草、苜蓿、聚合草、小冠花和苇状羊茅进行了比较实验,认为种植盐生植物能够增加地面的覆盖度,有效抑制土壤返盐。实验发现,种植红豆草的0~20厘米土层土壤脱盐率最高,达56.5%,其次是苜蓿、聚合草和小冠花,脱盐率分别为46.0%,25.0%和22.2%。植物品种的选择是修复盐碱地的重要因素,而植物的种植方式同样会对修复效果产生影响。柽柳是典型的泌盐植物,其茎叶结构以特殊的泌盐腺体能够保证自身在盐碱地良好生长。王世林等(2019)在位于河西走廊西端的甘肃省酒泉市肃州区荒漠盐碱地进行了实验,分析不同行间距柽柳土壤的水盐分布特征,探讨不同行间距种植方式对盐碱地土壤改良、修复的作用。研究发现,行间距6米的柽柳林中植被状况最佳,对土壤的保水作用最好,特别是针对浅层土壤。

除了直接对盐碱土进行生物修复外,一些学者和修复案例将关注点转移至水体部分,期望通过对水体进行生物修复进而达到修复盐碱地的目的。Heetal.(2010)认为,芦苇、空心莲子草、千屈菜等浮床植物能够有效降低河道中的盐分,控制过多盐分进入土壤。王健等(2019)通过对甘肃省草窝滩镇水产养殖场的水体及土壤进行取样分析发现,饲养黄金鲫能够降低周边土壤盐度,水产养殖生态修复技术在一定程度上能够降低一些盐碱地的盐度。

微生物修复是植物修复与动物修复之外的生物修复途径之一,并成为近年研究的热点。固氮蓝藻在盐碱地改良上有极大的地优势及应用潜力,不仅具有投入低的优点,而且能改变土壤的结构,使得土壤的理化性质得到本质上的改善。由于固氮蓝藻具有优秀的耐盐性和调节渗透压的能力,通过在土壤中施加蓝藻生物菌肥可以降低土壤的pH值、电导率和可交换性钠,提高水力传导率及土壤孔隙度并提升土壤总氮含量、总磷含量和总硫含量(张巍等,2008)。

盐碱地生态修复方法获得了越来越多人的认可与现实中的实践,但这远非解决人类与盐碱地之间矛盾的充分路径。首先,盐碱地的生态修复要避免从一个极端走向另一个极端的情况,避免生态修复成为生态破坏。如在甘肃盐碱地进行水产养殖试验时,大多数鱼类会因为9月、10月盐碱地酸度和碱度达到峰值而死亡(王健等,2019)。因此在选择养殖品种时,需要充分考虑其可行性与有效性。生态修复必须符合当地生态规律,运用科学的技术与方法探索实践国土空间生态修复规律与路径,防止生态修复演变为更具杀伤力的生态污染和生态破坏。

另外,当提及生态修复时,往往人们将盐碱地视作与“淡土”相对应的土壤类型,并忽视其作为资源有价值的一面。实际上,盐碱地作为一种资源,能够为盐生植物提供生长的沃土,为盐碱农业的发展提供基质。例如宁夏河套地区已经成为枸杞种植的集中区,枸杞的种植也为当地带来了较高的经济收益。因此,当自然原因主导土地盐碱化时,人类过多且不科学的干预可能会导致盐碱地的未来演化朝更加不可预测的方向进行。或许转变对盐碱地的态度与认识,是对盐碱地进行生态修复的同时人们需要关注思考的。正如有识之士所言,“对于中国盐碱地的治理改造和开发利用,应当改变传统思想,运用生态修复原理,变不利因素为有利条件,尽快跳出盐碱地治理开发的‘怪圈’,促进盐碱地区农业和生态持续健康发展”。

原标题:退化废弃污染地生态修复,这些典型案例可参考!

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