生态智慧引导下的太原市棕地修复逻辑与策略
2019-11-30王云才薛竣桓
王云才 薛竣桓
棕地(brownfield),泛指因人类活动而存在已知或潜在污染的场地,其再利用需要建立在基于目标用途的场地风险评估和修复基础之上[1]。2017年《住房和城乡建设部关于加强生态修复城市修补工作的指导意见》将修复利用废弃地列入“修复城市生态,改善生态功能”的重要内容。伴随着城市战略转型发展,工业企业搬迁改造,公众对环境质量日益提高的要求,加之城市化对于土地的迫切需求,以及棕地对环境和健康的危害,城市棕地修复已成为城市生态系统山、水、林、田、湖、草生命共同体构建的重要内容,棕地生态修复实践已全面展开。但城市棕地生态修复既不是一个孤立的小的生态空间样本,也不是一个单纯的景观美化样本,更不是直接就做一个生态修复工程方案。棕地生态修复首先需要立足城市生态系统的整体性和战略性及棕地在城市生态系统中的特殊地位和作用来确定修复棕地的策略。因此城市棕地的生态修复需要“诊断特征与问题—辨识致病机理—筛选针对性策略”的修复逻辑,充分利用生态智慧建立整体性的棕地修复逻辑与框架,对棕地在城市总体格局修复、山体修复、水体修复、绿地修复中做出总体安排。生态实践智慧是“人类(个人、人群乃至社会)在对人与自然互利共生关系深刻感悟的基础上、成功从事生态实践的能力”[2]。自古以来,生态智慧一直引导着人类聚居实践,也为当代的城市生态修复建立棕地修复的正确逻辑和生态实践提供思想和范式。
1 城市棕地生态修复需要生态智慧的引导
1.1 生态智慧引导下的城市棕地生态修复逻辑
城市棕地与普通的城市土地开发相比,需要面对污染隐蔽性强、难于识别、修复耗资巨大且技术有待成熟、修复周期长且具有不确定性等特殊挑战,要求实践者利用包括水文、土壤、气候、生物、社会等领域的生态知识与经验,应用于具体的城市棕地修复的规划、设计、营造和管理的实践中。要求实践者具备一种因地制宜、正确从事具体生态实践的能力,即生态智慧[3]。
1 生态智慧引导下的城市棕地生态修复的逻辑框图Logic framework of urban brownfield restoration under the guidance of ecological wisdom
在当今典型“城市病”的病症和病理考察的基础上,针对城市生态系统中关键的大气、土壤、气候、水体和生物五类生态因子和山地、绿地、湖泊、湿地、河流等生态空间以及工矿用地、仓储用地等污染性用地之间存在的复杂系统关系,分析诊断诱发城市棕地问题的影响机制和治病机理,构建“生态问题—生态因子”的关系模型,以建立城市生态系统健康性为目标,以城市潜在棕地为对象,以改善城市内部土地资源供给状况,活化棕地功能、美化城市环境为基本出发点,建立棕地与空气净化、土壤改善、缓解热岛、调节逆温、净化水质、恢复生境、提升生物多样性等城市生态健康性之间的关系和路径。学习当地传统生态智慧,运用现代生态学知识和技术,结合当地城市的生态条件,因地制宜构建修复逻辑。修复框架主要体现在:1)保护与修复城市生态空间体系(山地、城市绿地、河流湖泊、草地、水库坑塘、农田等),提升城市生态空间生态系统服务能力,满足城市发展中日益增加的对自然生态服务的需求,降低城市生态风险;2)利用大型绿地显著的降温原理形成的温差和空气梯度原理在城市大尺度大气循环的内部(城市内外)促进空气流动过程,减少逆温过程,逐步改善大气环境;3)以水质改善为关键,通过土壤污染治理,减少污染排放,增加尾水处理。通过全面开展水体治理,增加城市可用水量,提升水体景观质量,增加城市水景观的亲和性,并通过水源涵养修复地表水系网络和地下水;4)以复合类生境修复为关键,通过绿地、水体、棕地等生境的治理并通过水绿融合等途径营造多样性的城市生境,促进城市生物多样性的改善,实现城市可持续发展(图1)。
1.2 生态智慧引导的城市棕地修复框架
城市可持续发展需要生态智慧的思想和范式,在城市社会—生态系统下考虑城市发展目标与现状问题的联系和矛盾,初步构建生态智慧引导的城市棕地修复框架。一方面,基于城市社会、经济、生态的可持续发展要求,探讨城市在转型发展中对棕地修复的需求和目标[4-5],明确城市土地资源释放、生态安全保障体系、工业遗产保护等总体规划定位。针对城市、工厂和矿区等多尺度空间,确定棕地发展目标的主次关系,建立通过需求分级和机制深化完善城市棕地需求和目标的技术依据[6]。另一方面,棕地问题作为各类影响因子的表征,在识别问题主次的基础上,针对城市棕地所具有的生态空间安全性、生态景观时空性和生态功能多样性等基本属性,把握诱发生态问题的主要影响因子,确定影响因子对棕地生态属性的影响对象,将目标深化贯穿到棕地生态属性,进而对棕地修复进行指导,指标筛选强调目标导向和问题导向兼顾,如棕地修复率、棕地复绿率、I类土壤环境质量达标率等,通过构建修复指标体系实现问题与目标的匹配,保障目标以点对点的形式进行深化修复,并依据对指标的评价分析,检验是否满足主次目标的要求,为进一步完善修复实践奠定基础(图2)。
2 生态智慧引导下的城市棕地生态修复实践框架Practical framework of urban brownfield restoration under the guidance of ecological wisdom
2 太原市棕地的问题诊断与症结辨识
2.1 太原市棕地的问题诊断
2.1.1 适应城市战略转型发展的棕地潜在压力大
太原市是典型的以煤炭资源及煤炭—钢铁、煤炭—化工为主要产业链发展的传统资源型解决城市,但随着煤炭资源的潜力下降和生态文明建设的需要,严格控制的煤炭开采使传统产业模式不能适应现代城市发展的需要。太原市的转型发展已成为历史的必然选择,目前城市中工矿企业的搬迁和土地置换也成为未来城市建设中的重要趋势。围绕新旧动能转换和老工业城市创新能力建设,加快疏解非都市工业产能,着力发展创意研发、产品设计、技术服务、营销管理等环节和业态。太原市目前有太原河西南部化工区、太原河西中部化工区、太原河西北部化工区、太原西山煤电区、太原东山矿区、太原迎向工业区6个高污排放区以及众多的分散工业用地,都不能满足未来太原市城市发展的要求,从而逐步释放出一系列的工业用地成为城市棕地,城市棕地的潜在压力巨大。
2.1.2 城市棕地类型多、差异大且面积广
针对太原市传统工业区特征和工业用地的分布特征,结合城市发展规划和工业用地周边的用地类型及发展潜力,利用高精度遥感影像对产生严重干扰的工业用地面积和构成进行识别,从类型上来看太原市目前主要潜在棕地类型有矿业用地、热电厂、机械厂、污水处理厂、化工设备制造厂、化工厂、焦化厂、煤气厂、机械制造厂、探矿机械厂、化肥厂、水泥场选煤厂等。涉及化学原料及化学品制造、火力发电、炼胶厂、燃气生产和供应、金属制品业、金属冶炼及延压加工、机械制造、煤矿开采和洗选业、军事工业、水污染治理10类,总面积约24.9 km2,潜在棕地类型多且面积广。在潜在棕地内部的用地结构上,道路及硬化地面面积10.8 km2、建筑面积9.0 km2、绿化面积5.1 km2。在太原市城市发展转型过程中,通过土地利用调整挖掘城市存量土地资源,实现城市的有机更新和满足城市发展的新目标。
2.1.3 存在不同程度的土壤污染
太原市存在14家从事煤矿开采和洗选业的企业,煤矿开采和洗选业给土壤带来较严重的重金属污染。也存在5家从事化学原料及化学品制造业的企业,除重金属外,还给土壤带来挥发性有机物、半挥发性有机物及持久性有机物污染。太原市有较多从事机械制造业的企业,机械制造业除给土壤带来重金属污染外,还有较严重的石油烃污染。太原市棕地的土壤污染存在重金属污染、有机物污染、石油烃污染等多种污染物交叉的情况,如何采用棕地修复的方法友好且长期地恢复土壤,使土壤适宜植物的生长,是太原市棕地修复面临的重大问题。
2.2 太原市棕地生态问题的症结辨识
太原市城市棕地是以煤炭及煤炭发电、煤化工以及钢铁产业链条为特色形成的,棕地主要存在安全性、功能性和景观性三大生态表征。安全性主要基于工业生产所造成的土壤污染。功能性主要是不能适应城市扩张和更新后的新环境以及造成的城市用地不合理性。景观性主要是工业及仓储景观与现代服务和生活性城市景观环境的不匹配性,是城市景观脏乱差的主要因素。但在三大棕地生态表征指标中,棕地的安全性是最为本质的因素,是棕地生态修复的首要环节。在安全性的基础上根据城市土地区位理论进行棕地的功能性修复,确立合理的土地利用;同时开展棕地的景观化修复,并通过景观修复进一步强化功能性和建立棕地长期自我修复的安全机制。
3 生态智慧引导下的太原市棕地生态修复策略
3.1 生态智慧引导下的棕地生态修复策略框架
从太原市城市生态的问题特征和致病机理的研究来看,太原市的城市绿地率高,但绿量低和水资源稀缺且水质差的两个关键生态关系及其产生的生态效应是太原市城市生态系统修复中最关键的两个环节。太原市的潜在棕地面积约为25 km2,潜在棕地的修复将为城市生态建设提供丰富的用地空间,进而改善城市生态系统质量和提高城市生态系统的健康性。因此太原市城市生态系统修复需要通过提升绿量来综合调节城市热岛效应、城市逆温效应、城市雾霾效应并通过提升城市两侧山地的绿化强化冷岛效应,加大与中心城区的温度梯度,促进东西向下山风的形成,加快城市山地与中心城区的空气流动。与此同时,通过山区的绿量提升和森林植被恢复,加强水源涵养和调蓄能力;通过水质治理扩大水资源再生利用,扩大水源供给,从而快速形成水绿的良性循环,从根本上改善城市生态系统。鉴于此,太原市城市综合的生态修复策略应总体坚持以下原则(图3):1)以安全性为本,兼顾景观性和功能性用地的修复再生;2)土壤质量、水环境质量和人群健康是棕地修复的3个关键维度;3)棕地的修复需要在城市生态系统健康性的要求下与城市山地、绿地、水体生态修复建立协同路径;4)在棕地修复过程中尽可能地以绿地多元化修复途径为主,结合河流、湿地、湖泊的水体修复,建立“水绿棕”的综合体修复模式,提升服务性。
3.2 城市棕地安全性修复:分期分类多元化污染物处理
在未来太原市的转型发展中,对太原市的潜在棕地可以分为近期搬迁和安置、部分搬迁两种类型。对规模较小、影响较大、位于城市内部的工厂实施近期搬迁。对规模大、影响较大和位于城郊接合部的企业多采用部分功能搬迁的差异性办法。对搬迁后的土地依据土壤污染物的主要成分和污染程度,分为可直接利用的土地、简单物理处理后可利用的土地(清洗、淋溶等)、简单生物处理后可利用的土地(植物修复、微生物修复等)、必须异地修复的土地(客土法)、无法修复的土地(对污染土壤实施封装)、有生物毒性的土地(土壤焚烧)等,结合修复周期分别实施土壤污染处理,实现棕地污染物的多元化途径。主要策略包括:1)对挥发性有机物、半挥发性有机物、重金属、持久性有机污染物、氰化物污染的场地采用异地修复、物理处理的途径;2)对重金属、氯代有机物混合污染物以及重金属、石油烃混合污染物的场地采用物理处理、生物处理的途径;3)对单纯重金属污染物场地采用物理处理途径;4)对半挥发性有机物、重金属、挥发性有机物的混合污染物以及持久性有机污染物、半挥发性有机物、重金属、农药的混合污染物场地采用异地修复途径。在通过土壤污染处理改善土壤质量的同时,处理好土壤水环境的保护,对就地治理的土壤根据污染状况,对场地分别做好透水层、不透水层和黏土层的处理,防止通过地表水和地下水将污染扩大。
3 生态智慧引导下的太原市棕地生态修复的策略框架Policy framework of urban brownfield restoration under the guidance of ecological wisdom
3.3 城市棕地功能性修复:分类利用城市功能活化
结合太原市城市发展战略和城市总体规划以及都市区规划,综合考虑棕地所在的城市功能区、周边用地现状和用地规划、交通现状和交通规划、棕地污染物类型和污染程度、棕地水环境条件等多种因素,将太原市潜在棕地的功能活化为:1)社区公园用地。改善社区环境,丰富周边社区生活的公共开放空间,优化社区公园布局。2)城市郊野公园用地。在环城建设城市环城生态带,综合发展满足城市需求的生态、城市游憩休闲、景观治理等综合服务功能的用地空间。3)防护绿地。在不能搬迁的重点工业片区与其他城市功能区之间建立防护隔离带,有效控制影响扩散。4)对没有污染或轻度无毒类污染的场地通过进一步土地整治和绿化修复,成为城市居住区用地。5)对化工类工业搬迁后可结合城市规划用地和城市功能区规划修复为商业用地,满足城市周边地区的商业发展需求,为城市更新注入商业活力。6)部分位于城市居住集中地区的工业用地在整体搬迁后可借鉴场地再生和文化新业态以及城市文化复兴需要进一步修复为公共艺术场地和城市体育用地,塑造城市文化,拓展城市发展新业态。
3.4 城市棕地景观性修复:去棕还绿优选抗污染植物群落
结合棕地在城市转型中功能区的发展和城市更新趋势,强化植物群落景观的设计,进一步完善棕地功能修复措施。景观修复的机制在于一方面根据功能性建立差异性植物选择机制,包括棕地修复为郊野公园、综合公园、社区公园的植物配置;棕地修复为居住区用地的植物配置;棕地修复为体育用地、艺术场地的植物配置;棕地修复为商业区用地的植物配置;棕地修复为防护绿地的植物配置。另一方面通过植物群落营建并重点优选抗污染植物,广泛应用到棕地城市植物群落的建设中,通过植物长期的生长过程,富集土壤中剩余的污染物并储存在植物体内,从而强化安全性和功能性修复并避免污染物二次污染。结合太原市地处中温带半干旱的黄土区的独特自然条件,太原市推荐广泛使用的棕地生态修复的抗污染植物种类有:1)落叶乔木类主要有垂柳(Salix babylonica)、馒头柳(Salix matsudana‘Umbraculifera’)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、国槐(Sophora japonica)、龙爪槐(Sophora japonica‘Pendula’)、合欢(Albizia julibrissin)、栾树(Koelreuteria paniculata)、丝棉木(Euonymus maackii)、梓树(Catalpa ovata)、白蜡(Fraxinus chinensis)、洋白蜡(Fraxinus pennsylvanica)、元宝枫(Acer truncatum)、臭椿(Ailanthus altissima)、榆树(Ulmus pumila)、金丝垂柳(Salix alba‘Tristis’)、毛刺槐(Robinia hispida)、红花刺槐(Robinia pseudoacacia‘Decaisneana’)、香花槐(Robinia pseudoacacia‘Idaho’)、小叶朴(Celtis bungeana)、龙桑(Morus alba‘tortuosa’)、构树(Broussonetia papyrifera)、紫椴(Tilia amurensis)、悬铃木(Platanus acerifolia)、黄栌(Cotinus coggygria)、梧桐(Firmiana simplex)、大叶白蜡(Fraxinus rhynchophylla)、楸树(Catalpa bungei)、玉兰(Magnolia denudata)、青檀(Pteroceltis tatarinowii);2)常绿乔木主要有侧柏(Platycladus orientalis)、白皮松(Pinus bungeana)、龙柏(Sabina chinensis‘Kaizuca’)、圆柏(Sabina chinensis)、女贞(Ligustrum lucidum);3)落叶灌木主要有月季(Rosa chinensis)、紫薇(Lagerstroemia indica)、木槿(Hibiscus syriacus)、锦带花(Weigela florida)、接骨木(Sambucus williamsii)、小叶女贞(Ligustrum quihoui)、卫矛(Euonymus alatus)、枸橘(Poncirus trifoliata);4)常绿灌木主要有凤尾兰(Yucca gloriosa);5)宿根花卉主要有两色金鸡菊(Coreopsis tinctoria)、金鸡菊(Coreopsis drummondii)。
4 讨论与结论
对于传统资源枯竭型城市所广泛存在的城市生态问题来说,生态修复不能仅仅由局部的生态治理开始,而首先应当是建立在整个城市生态系统框架下的整体修复策略。整体修复策略不仅要明确城市生态格局的修复,明确山地、水体、绿地、棕地等在城市生态系统中的角色和相互关系,明确城市生态问题的致病机理,在不同尺度上对城市生态系统的关键问题进行诊断,寻求最关键的致病因素或环节。城市生态修复就如同中国传统中医防病治病的逻辑,城市生态修复是“城市病”的形成机理和途径。每个城市的特点不同,发展过程不同,发展阶段不同,面临的生态问题和生态挑战也不同,城市生态修复路径也就不同[7]。因此,城市生态修复中的生态智慧策略也就各具针对性。因地制宜作为生态智慧的重要原则,因此太原市的城市生态修复和棕地修复需要生态智慧的引导,建立符合太原市独特生态关系的生态修复框架和体系。太原市棕地的修复正是这一生态思想和生态智慧的生态实践。从太原市生态修复的格局修复、山体修复、水体修复、绿地修复和棕地修复的总体实践来看,棕地修复是太原市生态修复中能够加快城市功能合理化,活化用地,整治城市环境等城市战略转型过程中的重要环节。因此太原市城市棕地的问题诊断、生态问题产生的机理、生态修复的逻辑和生态修复策略具有完全的地方性和针对性,既服务于城市生态系统发展目标,也服务于中国生态园林城市和森林城市的建设的政策目标[8-9]。从太原市棕地修复的研究来看,还有以下问题有待进一步讨论和研究:1)就棕地本身的修复而言,棕地的去污染,用地功能更新和景观再生都容易实现,但受限于棕地污染的量,污染物很难被资源化利用,存在大量二次污染的风险。如何彻底实现棕地的修复和杜绝二次污染还缺乏可行的保障途径。2)从生态系统的多尺度关联来看,棕地生态修复对城市生态修复的贡献效应和制约作用还不明确。棕地修复并不意味着城市生态系统得到有效修复,需要和山地、水体、绿地以及城市生态格局等一起综合考虑才能确定合适的棕地修复率、复绿率和土壤环境质量指标[10],实现生态修复的生态效益最大化。
注释(Notes):
文中所有数据都来自作者负责的《太原市生态修复规划》中的实际调查数据,因涉及相关保密原则,文中隐去具体的棕地名称。
图片来源(Sources of Figures):
文中图片均为作者绘制。