垃圾填埋场生态修复与景观设计研究进展

李成，康霄，祁哲玮，崔大正，张华

(1.山东建筑大学 艺术学院，山东济南250101；2.山东建筑大学 市政与环境工程学院，山东济南250101)

0 引言

随着城市化进程的加快，垃圾填埋场逐步进入城市核心发展区域。 自然堆填的垃圾处理方式易引发场区及周边生态环境问题、影响城市土地价值发展[1]。 在此背景下，以创造开放式绿地空间为目标的垃圾填埋场景观改造成为趋势，因其造价相对较低、功能调整性强，为城市景观发展提供了新方向[2]。 国内外已有若干垃圾填埋场再生实践案例，如以色列希瑞亚填埋场、美国纽约清溪公园及杭州天子岭生态公园、上海老港郊野公园等，对城市景观资源的再利用、生态系统的修复、人居环境质量的提高具有重要意义[3]。

垃圾填埋场的景观改造通过工程技术缓解、消除污染问题，打破填埋场原有的环境限制，利用景观设计手段赋予场地美学内涵[4]。 现有改造案例多围绕垃圾填埋场区后期复绿空间，对工程措施的联动发展考虑较少，对场地文脉的重视不足，区域特征发展较弱。 文章从环境工程和风景园林学科出发，针对垃圾填埋场特殊场地面临的生态环境问题与景观再生发展现状，总结其景观化的污染控制工程措施；依据场区填埋堆体、硬质设施、水系条件等填埋场基址要素，以“近自然化”的设计理念为指导，提出植物生态修复设计策略与景观美学设计理论和方法，整合自然与人文要素，以期构建人工与自然生态系统复合稳定的生态绿地空间[5]。

1 垃圾填埋场的环境现状和景观再生发展

1.1 垃圾填埋场的环境现状

垃圾填埋场区衍生的生态环境问题主要体现在大气环境、水环境、土壤环境等方面。 填埋堆体在厌氧降解进程中会产生甲烷、二氧化碳及少部分痕量气体混合物，严重影响场区内部及周边的大气环境、动植物的生存环境。 垃圾堆体产生的可溶于水污染物如氮、盐以及金属组分等渗入河渠，对近场区水体及地下水环境安全造成威胁[6]。 垃圾填埋土与一般常规的土壤相比，其氮、磷等营养物质及有机质含量较高[7－8]，其铜、锌等重金属成分明显阻抑植物生长[9]。 垃圾堆体在发酵过程中会导致地温升高，破坏了植物的呼吸频率，甚至烧伤根系而致其死亡[10]。 垃圾中难以通过化学或生物降解作用的有毒物质长期残存在土壤中，还会破坏土壤的自然生理结构和自身营养物质的循环。

城市内部、周边被垃圾填埋场侵占的土地资源影响城市一定区域的发展。 填埋堆体的气味问题直接影响了周边环境及其发展规划，裸露的垃圾堆体形态对于场区附近居民生理及心理造成负面影响。垃圾堆体的自我降解使堆体固相损失，产生沉降现象。 填埋气体在填埋堆体内无法自行输出，如不加管控会导致堆体内部压力积聚而引发爆炸，由此可能会带来安全隐患。 此外，腐败的填埋场内滋生的蚊蝇、鼠类等有害生物极易传播疾病，对人居环境卫生安全造成威胁。

1.2 垃圾填埋场的景观再生发展

国外对于垃圾填埋场的景观改造研究基于工业社会的环境问题背景下产生，最早起源于对固废堆弃地的改造。 1863 年，法国巴黎垃圾填埋场改造为英国自然风景式园林，为垃圾填埋场的景观改造指明了方向[11]。 20 世纪中叶，随着人口增加与人居环境问题的出现，垃圾填埋场的渗滤液处理及填埋气的污染管控逐渐受到重视[12]。 20 世纪70 年代，西方工业革命快速发展，层出不穷的环境问题迫使人们开始关注垃圾填埋场的受损生态系统，并从生态学的角度揭示近代工业污染对生态环境的影响[4]。 1972 年召开的人类环境大会表示，垃圾填埋场作为二次污染源，其生态恢复措施成为发达国家关注的焦点[13]。 20 世纪80 年代，美国、德国对废弃地生态系统重建的研究更为深入，相关理论研究及修复案例得到更快发展。 美国学者[14－15]针对重金属污染土地的修复措施，提供了植物修复方案，标志着垃圾填埋场生态复绿进入新阶段，也为场地景观重建、植物造景带来契机，使废弃地的生态修复融入了美学价值。 美国环保局[12]针对已关闭卫生填埋场植被重建，提出了规范步骤。 “国际恢复生态学会”的成立使生态恢复的相关理论研究更加系统性和科学性，垃圾填埋场的生态恢复发展随之规范化。20 世纪90 年代，发达国家对于垃圾填埋场的改造模式已经逐渐成型，填埋场恢复计划咨询系统(Landfill Restoration Plan Advisor，LRPA)则是针对垃圾填埋场重建目标建立的决策机制，为后续设计师采取修复技术及设计方案提供参考，有利于规划设计时采取更科学合理的措施[16]。

进入21 世纪后，欧美国家对棕地的系统性研究推动了垃圾填埋场的景观改造发展。 风景园林学者开始与生态学、经济学、社会学等多学科专家协同探讨垃圾填埋场的改造方案，并取得了显著的生态、经济和社会效益。 国外针对垃圾填埋场的景观改造模式初步成型，以环境可持续发展理念为中心思想，使场地初步恢复成自给自足的生态系统，以大地艺术为主要艺术形式，统筹考虑生态修复过程的影响因子，将材料的再利用和场地的教育功能加入到场地景观设计当中。

我国对于垃圾填埋场的改造较晚，20 世纪末才进入萌芽阶段。 初期发展阶段以规范封场技术为主导，即采取合理的工程技术手段进行覆盖封场。 80年代后期，杭州天子岭垃圾填埋场成为我国第一座符合国家卫生填埋场技术标准的大型生活垃圾填埋场。 郭如美等[17]提出了非正规垃圾填埋场渗滤液不规范处理造成的地下水污染修复措施，包括顶部覆盖层、垃圾分层填埋、地表入渗水导流、帷幕防渗、底层集排系统、底部衬层等原位场区修复工程。 杜松等[18]研究结果表明通气管径为DN100 的填埋管装置中，填埋堆体选用准好氧填埋技术的降解速率最快，甲烷等温室气体的治理效果和排放速率也有明显改善。 在填埋场原有基础上进行修复是从污染根源上解决不规范场区的环境问题。 在垃圾开采技术方面，由于我国对矿化垃圾进行填埋开采与处理的稳定化历史持续时间不长，填埋场的矿化垃圾开采尚未完全列入填埋场工程的建设计划。 目前，仅中国上海老港、黎明和北京三林塘等填埋场对垃圾资源开采做过一些积极的尝试。 在垃圾堆体治理措施方面，采用好氧生物反应器为核心，促进垃圾堆体进行好氧反应的稳定化技术。 垃圾治理的周期短是其最为明显的特点和优势，一般厌氧气体和自然渗滤液的降解至稳定的时间约为50 ～100 年，而采用好氧修复技术可使其在1 ～3 年内完成。 由此技术排出的气体产物为二氧化碳，有效降低了传统厌氧过程中产生甲烷的危害性[19]。 另外，垃圾渗滤液可通过回灌直接消耗在场区内部，水质也得到了改善，外排量减小，污染治理强度随之降低[20]。 我国首个应用实例是北京海淀区的黑石头垃圾填埋场[21]。

随着风景园林学科的兴起，垃圾填埋场的景观重建立足于“农田肌理”“土地循环利用”“环保示范”和“景观生态学”等关键词[22－24]，场地利用更具科学性、艺术性，如生态公园、大型林地、主题教育公园等。 随着生态学理念的发展，胡建红等[25]在垃圾填埋封场设计中引入植被修复方案；李胜等[26]分析了垃圾填埋场重建进程中植物配植、生态位的构建等，明确了乡土植物的主导地位，提出“分期种植”的垃圾填埋场植被重建模式。 韩志威等[27]以温州杨府山垃圾填埋场为例，对耐性树种的选择和后续景观规划设计提出建议。 目前相关专家已经通过实验筛选了部分抗污染能力强、吸收能力强的植物对填埋场区进行生态恢复，并在实践案例中获得良好的效果。 围绕关键词“生态修复”，针对场区污染问题的研究，周良等[28]建议在修复植物的选择上选择如酢 浆 草 (Oxalis corniculata)、 苜 蓿 (Medicago Sativa)、 接 骨 木 (Sambucus williamsii)、 白 蜡 树(Fraxinus chinensis)等吸附性较强的植物。 肖琨等[29]采用了生态的自我维稳与人工干预植被绿化相结合的修复措施，对湖南省武冈市的垃圾填埋场进行生态修复，充分利用场区土地资源，构建绿色生态的城市开放空间。

近年来，垃圾填埋场景观改造相关理论日益丰富，场地设计方案更具综合性。 郭湧[30]将设计研究理论引入景观改造设计领域，运用完整方法体系，详细的研究了城区内非正规垃圾填埋场的景观改造。王雅琳[31]立足于垃圾填埋场封场阶段，基于规范化的封场工程，从园林设计的组成方面，分析了具体的景观设计手法。 李燕[32]以场地趣味性景观为立足点，进一步探讨了垃圾填埋场的场所精神与教育意义。 韩冬[33]以杭州天子岭生态公园为例，构建了垃圾填埋场再生景观的评价体系。 冯兴保[34]基于城市景观艺术设计视角，分析了场地与城市环境的协调发展。 郑晓笛等[35]以以色列希瑞亚填埋场为例，从风景园林系统、环境卫生系统综合角度进行解读，为场地再生过程中跨学科合作提供了理论依据和实践参考。

国内针对垃圾填埋场的景观改造以污染控制工程、景观再生设计为方向，呈分向细化发展态势。 垃圾填埋场再生景观的研究进入新阶段，改造实践多为解决急迫的生态问题而进行的复绿工程，工程完成后的可持续发展态势较差，缺乏具有针对性的改造体系。 还需要借鉴国外成功案例，形成规范的指导思想和建设模式。 作为亟需修复改造再利用的特殊景观，垃圾填埋场环境卫生工程措施与风景园林学科的交叉研究是场地重塑的关键。

2 垃圾填埋场景观化的污染控制与生态修复

2.1 垃圾填埋场景观化的污染控制

垃圾填埋场的生态修复与景观营造是一项复杂的系统工程，需要多学科交叉融合共同推进。 针对景观地形的改造基础、水景营造的辅助条件、植被绿化的基本条件等方面，首先要采取污染控制工程措施，包括垃圾堆体的整形及处理工程、渗滤液及地表雨水导排系统、填埋气导排系统、封场覆盖工程，填埋堆体污染控制工程布置示意图如图1 所示。

图1 填埋堆体污染控制工程布置图

(1) 垃圾堆体的整形及处理

填埋场的整形处理为其稳定降解提供了基本条件，填埋堆体是后续景观改造的地形基础，维持其稳定状态能够有效地抵抗外界自然因素的影响。 针对堆体进行缓坡处理，能够避免坡度过大的地形基础造成的不稳定性影响，填埋工程规范要求堆体顶坡坡度≥5%，以利于雨水的排出，避免雨水下渗造成渗滤液增加[36]。 进行堆体整形前还需要做好应急方案，防止滑坡、裂缝等突发状况，保证整形措施顺利进行[37]。 在满足工程规范的前提下，对堆体进行艺术化整形，为未来景观构建提供适宜的空间结构。

(2) 渗滤液及地表雨水导排系统

此外，积极的引进热带、亚热带玉米种质资源并充分利用，也是对中国种质资源的有效补充。对于所引进的种质资源，其主要的利用途径有两种，分别是直接利用和间接利用。直接利用就是对引进的玉米种质资源进行适应性的改良，接着再利用100%的热带血缘自交系进行混合，让其可以更好地适应本地的温带气候条件。间接利用法则是利用引进的种质资源来进行系代随机交配，有效地打破基因连锁，接着再进行改良选育。

在垃圾填埋场中，垃圾渗滤液、地表水和雨水的收集和引导是垃圾无害化处理的重要组成部分。 垃圾堆体因污泥等原因导致透水性差，且垃圾渗滤液储量大，需适当增加渗滤液排水设施。 垃圾堆下设渗滤液导排盲沟，盲沟内铺设高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，HDPE)多孔管，将渗滤液收集至下游。 通过设置竖井，将渗滤液泵入调节池统一处理。 同时设置导流渠、排水沟、排水管网等导流排水设施，引导雨水排离堆体[38]。 收集和处理后的渗滤液可循环至填埋场用于植被灌溉，同时也可以作为景观水体的设计基础。

(3) 填埋气导排系统

垃圾填埋堆体分解时释放的可燃甲烷气体可通过管道和控制阀收集并处理，回收利用后再作为场区能源。 在景观施工准备期中，需要对整个填埋区的填埋气排放系统进行综合评价和检查。 根据评价结果，对导排系统进行修复或重置，确保封场后的导排系统正常运行。 填埋气一般采用垂直收集井连接水平盲沟的方式收集，根据垃圾堆产气量设置垂直集水井间距，收集井最终与收集管网连接，主动收集后进入填埋气处理装置。 如果废气产生率高，还可利用填埋气资源进行发电项目。 从风景园林角度对集气井和部分外露管网进行景观优化或遮挡，合理降低工程设施与景观功能相互间的干扰。

(4) 封场覆盖工程

填埋堆体需覆盖人工材料，经由环境监测部门进行相关的技术检测达标后，才可改造场地建设。还须考虑到温度条件、植物根系对于覆盖层的穿刺、覆盖系统破损对于堆体稳定性的影响、水流等对覆盖层的侵蚀等[39]。 常用HDPE 膜全方位覆盖垃圾，在膜下铺设碎石层引导填埋气和渗滤液，在膜上设置土工布护膜；设置排水格栅引导地表雨水，最后覆盖土壤。 表土的选择对植物的生长和质量有很大的影响，直接影响到生态恢复的效果。 地表覆盖材料的选择主要取决于生态修复的投入效益和产出效益，不同的生态修复设计方案针对的填埋场也不同。以减少投入为优先考虑因素，设计方案采用弃土、活性污泥、矿渣、粉煤灰等，其中弃土为首选材料；以植物产出效益为主要目的的设计方案，应先选择砂土作为覆盖材料，再选择壤土。 封场覆盖工程为后续的场地生态恢复提供良好的生境条件，避免封场后发生二次污染。

2.2 垃圾填埋场的生态修复措施

景观构建期的重点是场地生态系统的恢复与重建，以植物生态修复技术为主导，即在受污染场地运用特定的植物或植物群组降解或去除污染组分，包括周围土壤或植物根系结构处污染物的固定、基于植物方法的干预措施等技术，通过植物作用协助塑造景观空间。 以生态层叠加的作用方式，构成景观设计的生态安全网，填埋堆体生态层示意图如图2所示。

图2 填埋堆体生态层示意图

(2) 地下水迁移层 宜选用深主根、高生长率的喜水植物构成地下水迁移层。 植物主根系统吸收地下水，水中污染物组分在根际区域的生物活动中被降解。 当种植群达到一定规模，可以影响地下水边界的范围及羽流方向，同时作为安全防护措施防止未来可能出现的污染入渗[41]。 还需要考虑水质平衡，实现有效抽取地下水所需要种植的树木数量，配合渗滤液导排系统形成自产自销的水处理模式。

(3) 雨水过滤层 场区道路及铺装场地等不透水区域表面的碎屑会被雨水携带并转移，可采用植被洼地、滞留池等形式阻隔受污染的雨水。 其中，有机物可被降解释放，无机污染物被固定在场地土壤内。 雨水过滤层能够拦截不透水表面的雨水径流，防止污染治理区域发生叠加污染现象。

(4) 原地消解层 垃圾填埋场产生的渗滤液可以通过渗滤液导排系统经调节池预处理后汇集到洼地池塘中，中水回用灌溉到种植地[42]。 被营养素污染的灌溉水可作为植物生长的肥料，污染组分在植物根部被植物降解、挥发或被限制、稳定在土壤中。垃圾填埋区多选用适宜中水灌溉的植物品种，有利于填埋堆体内渗滤液的消解。

(5) 湿地消解层 人工湿地技术在各类工业废水的污染治理中得到了广泛的应用，在改善水质的基础上，通过理化反应达到污水净化的目标[43]。 经处理的渗滤液可作为湿地补充水源，为提升场区景观丰富度创造条件。 湿地生态系统与不同类型的有氧或无氧基质在同一处理序列中可以净化水中的特定污染物，其中植物的修复作用支撑着水中微生物活性及土壤介质，将有机物、营养素和其他根系分泌物输送到系统中。

(6) 多机质阻抑层 在垃圾填埋场地的边缘处种植密实的植被缓冲区有助于缓解污染物进入空气和地下水中的问题，在生态环境受到污染冲击前建立缓冲屏障[44]。 除了污染修复功能之外，植被绿化区域还可作为重要的野生动物廊道。

3 垃圾填埋场的景观设计理论与方法

垃圾填埋场具有量大面广、分布离散且地域差距大等特点，景观化改造的具体方式也需因地制宜。垃圾填埋场的景观设计不再局限于植被复绿的基本需求，而是以生态复绿的城市公共空间代替原有受损基址，延伸发展为适应日常都市生活的城市公园、绿化广场，形成“人工自然”的广场空间。 基于生态优先原则，在景观设计理论中融入近自然化的设计理念，充分考虑填埋堆体地形、硬质构筑物、环线步道等立体化的基址要素，形成具有山水格局的景观空间结构，使填埋场区延伸到更广阔的城市肌理之中，最终融入城市绿地及周边自然系统。

3.1 填埋堆体营建自然化山地景观

垃圾填埋堆体在整个规划区域内占主导地位，形态上具有一定的山地美学特征。 在大多景观改造实践案例中，基于维护堆体安全稳定原则，地形处理以保留原有堆体为主。 作为景观空间骨架，堆体整体形态可形成凸起的山体，堆体下部可营建微地形，与堆体相呼应，组织景观空间、延续景观视线，在竖向上带来丰富的观赏体验。 堆体坡面延续工程护坡措施，配置多层次、自然化的植物软性景观[45]。 植物配植以乡土植物群落式布局为主，常绿与落叶植物相结合，突出季相变化。 当坡面采用硬质材料护坡时，可对坡面进行雕刻、彩绘处理，结合旅游步道、台阶等基础设施，营建迎合自然山体形态的硬质景观。

3.2 近填埋堆体区域体现景观艺术

垃圾填埋场具有独特的场所特征，场地内遗留污染控制设施、硬质道路、工作厂房等基础设施均可保留再利用，降低投入成本，根据规划需求进行合理变形；原有场地及构筑物通常布局合理，能够满足基本使用需求。 景观设计师可充分利用垃圾中的可回收、可再生资源，作为景观硬质设施的设计原料，从色彩、材质、功能、造型等多方面进行趣味性景观设计，发挥其独特的景观价值。 如利用垃圾填埋场场地遗留的铁架废弃物，稳固堆接成景观墙，墙体表面攀援植物环绕，与周围自然环境融合的同时，引发参观者对于垃圾废弃物的思考[46]；场地内遗弃的施工脚手架内放置集装箱，形成观鸟塔及可移动的景观构筑物等，最大化利用原有场地元素进行景观艺术表现。

垃圾填埋场内独特的构成元素正是后工业景观设计的灵魂所在，景观设计者需要充分挖掘场地内涵与文脉发展，提炼、运用到场地景观改造中。 以场地中典型的设施或遗迹为基础，打造独特的视觉景观形象，赋予受污染场地新的景观艺术主题，重塑场地记忆与活力。

3.3 水系与洼地的湿地景观设计

垃圾填埋场的水系营造与雨洪管理相辅相成，构建湿地景观不仅能够维护堆体安全、加速消解渗滤液污染组分，对于植物生长、景观营造也有积极作用。 场地内汇集的雨水、预处理后的渗滤液、地下水等构成湿地水源，通过曝气方式增加溶氧，使植物区微生物在富氧与缺氧环境的交替作用下发挥净化效用。 垃圾填埋场的人工湿地通常可选用芦苇(Phragmites communis)、灯心草(Juncus effusus)、香蒲(Typha orientalis)等去污性强、具有较高观赏性的植物搭配种植，在湿地生态系统稳定后，还可作为生态教育场所，丰富景观功能。

垃圾填埋场区的外围是城市环境与填埋场区的过渡空间，最大化保留原有植被系统，配植功能性与观赏性兼具的乔木种类，保证植物群落的稳定性。在出入口、近居民区、近主道路等区域，适量栽植敏感的监测植物，如小叶女贞(Ligustrum quihoui)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、垂枝梅(Prunus mume)等，通过观测植被对于环境变化的适应和响应，保障场区内外环境稳定性，同时提升场区内部景观风貌，满足外部城市空间观赏需求。

4 展望

基于以风险管控为目标的环境卫生系统与以生态景观营造为目标的风景园林系统为主体，针对地形、水体、植被等景观要素总结了景观化污染控制工程与植物生态修复设计、景观设计理论与方法。 以环境工程策略先行介入场地，完成场地污染治理，形成低成本、最优化的设计基础；植物生态修复技术可有效辅助工程措施推进污染控制进程，拓展景观设计发展空间，以期构建工程技术与景观美学融合优化模式。

垃圾填埋场是城市空间内存在的土地形式，从污染场地转变为可利用场地是一项重要的研究课题。 垃圾填埋场废弃地应与城市相融，发挥其激发城市活力的作用，有赖于城市与垃圾填埋场地的紧密联系。 当城市环境以及人们的生活、工作、娱乐方式改变时，改造后的废弃地可能会丧失原有吸引力而面临再次衰败的命运。 针对这一特殊场地的景观改造，今后应注重其可持续发展，实现其生态、文化、艺术三者协同发展。 改造过程需要多学科学者的共同努力，包括景观规划、环境工程、环境科学、地质学、结构工程等方面的专家和学者的协同参与。 多学科融合是形成垃圾填埋场最佳规划设计方案的根基，了解设计场地内不同污染源的组分与程度，提出针对性的有效治理方式，明确各种生态修复方式对景观塑造的影响。 垃圾填埋场的生态修复与景观改造不再是限制在一定范围内的孤立作业，而是由点及面、由废弃地景观改造带动周边场地与城市共同发展，为生态、社会、经济、文化开拓新的空间。