基于土壤重金属生态修复的社区花园植物景观设计

陈蓉蓉 金荷仙

社区花园是社区居民在公共场所种植蔬菜、花卉或进行其他公共活动的绿地，是城市绿地的景观形式之一[1]。社区花园来源于18世纪末的英国，具有经济效益、社会效益和生态效益，在世界各地广受欢迎[2-3]。其所在场地能保持较高活力，生物多样性也高于城市公园[4]。调研发现，国内社区花园普遍具有种植作物的场地，传统的农耕文明引发人们对种植的渴望，以果蔬种植活动为代表的园艺活动能极大促进社区居民之间的互动与交流，推动城市可持续发展和自然教育发展[5]。作为能够提供公众参与园艺活动和可食用植物种植的场所，其环境质量不可避免会对人体产生影响。重金属是土壤环境健康主要的污染物之一，其既会在作物中积累进入食物链，也会以颗粒形式经呼吸、摄入和接触等途径进入人体从而影响健康[6]。国外相关研究发现，社区花园中存在一定的重金属生态风险[7]，集中在Cu、Zn、Pb、Cd、Ni等重金属元素，与社区内的建筑油漆[8]、农业施肥[9]或交通活动[10]等有关。在对杭州某地区的社区花园土壤进行调研时同样发现(图1)，调研的62个社区花园中，80%存在重金属污染，其中22.6%存在中度污染，14.5%存在重度污染，多来源于交通、农业活动和生活垃圾，As、Pb、Zn的污染较为突出。

图1 杭州某地区社区花园土壤重金属综合污染空间分布图

重金属以游离态存在于土壤中，主要通过物理、化学或生物的手段从土壤中提取或固定，以植物修复为代表的生物修复方法被认为是最经济安全且可持续的土壤重金属修复方法[11]。1983年Chaney提出超富集植物可用于治理土壤重金属污染，目前已发现有400多种超富集植物可被用于重金属污染治理[12]。Blaylock在温哥华地区进行As污染治理，将普通地被替换为超富集植物蜈蚣草，修复的同时增加场地内绿化面积[13]。张金婷等通过种植樟树、香根草、海州香薷和伴矿景天修复冶炼厂周边土壤，降低场地内Cu和Cd的生态风险[14]。罗连等在超富集植物能修复重金属土壤的实践基础上，调研钢铁厂自然环境和现存植物组成情况，从景观的角度提出构建乔-灌-草相结合的生态-经济型植物群落来进行生态修复[15]。但目前重金属植物修复的研究集中于垃圾填埋场、工业区或矿区等场地，且以富集植物的选用为主，并未提出植物配置方式或植物景观模块以同步实现重金属污染生态修复和景观营造，生态性的重金属修复植物景观营造研究仍处于萌芽阶段。

社区花园作为提供景观观赏和互动体验的空间，生态思维在其设计中的运用有助于人居环境更具观赏性和可持续性。目前虽对社区花园内土壤重金属污染关注度开始上升，但基于其生态修复下的景观营造实践较少。令人赏心悦目并具有恢复场地生态功能才是自然植物设计的关键[16]。本文在分析居住区绿地的设计原则基础上，提炼基于土壤重金属生态修复的社区花园植物景观营造目标和原则，以浙江为代表性地区，主要针对Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As 7种重金属提出社区花园的植物景观营造策略，以期对未来社区花园的景观设计提供借鉴。

1 基于土壤重金属生态修复的社区花园植物景观设计目标与原则

1.1 目标体系

1)促进生态可持续。生态可持续的社区花园建设可以从污染修复-环境提升、废物利用-资源最大化、稳定生物圈-有机更新3个方面落实。植物的生态效益是促进社区花园可持续发展最直接的作用者，充分利用植物的景观、修复、经济等价值，低耗高效地完成生态可持续的目标。

2)提高生物多样性。城市化和绿地集约化发展降低了物种多样性，而丰富的生物物种是构建健康生物圈的重要基础。增加社区花园生物种类，一是需要在保护场地内原生物种基础上，增加场地内作物和景观植物的多样性；二是需要促进场地内间作套种、斑块异质性和多层种植，从而恢复并提升生态系统服务。

3)营造景观多元化。社区花园设计时不同主题、功能和景观设计能够吸引更多居民参与社区花园活动。有别于城市公园的景观规划，社区花园的营造以提供农艺活动和增加邻里交流为需求，根据当地的需求和特色从组成单元、功能分区、景观空间、设施构建等内容，基于土壤重金属生态修复的社区花园植物景观营造还需根据社区花园的空间分布、污染情况、功能需求等不同的条件分别进行设计，实现场地景观的异质化。

1.2 营造原则

关于社区花园的景观营造原则，本文从社区花园的定义出发，结合《城市园林绿地系统规划》(第三版)中规划设计内容，制定社区花园景观设计原则。

1)生态性原则。社区花园需充分结合所处环境情况，选择能净化空气与水土、改善城市小气候、降低噪声功能的植物。场地的主要功能是为了满足耕种欲望、接受自然教育、增加互动体验。另外从社区花园本身要具有的园艺种植功能出发，在除耕种区域以外的景观设计范围内，着重对土壤污染进行修复提升，在满足遮阳庇荫、防风防噪的基础上，尽可能地增加人们的互动体验感。但因社区花园主要为居住区周边零散的用地，中大乔木在小地块不宜种植，应以低矮灌木和地被植物作为景观营造主体。

2)教育性原则。国内社区花园多以自然教育为主要功能。社区花园的植物选择需要满足以下基础条件：选取本土或在当地稳定生长的植物；避免有飞毛飞絮、花果有毒的植物；选择叶片、树干、果实、花卉具有特色的植物，满足自然教育功能；选择能够吸附土壤重金属污染和有机物污染的植物。即植物景观设计应根据色彩、株高、形态进行综合配置，以达到吸引儿童注意力的目的。此外宜选用花粉或花蜜等易吸引昆虫的植物，以建立植物-昆虫多方位的自然教育内容。科普指示牌和昆虫箱等构筑物可结合植物属性进行合理设置。

3)共享性原则。社区花园以“共建共享”为理念。一方面要增强居民建设参与感。可由居民主导、专业设计团队指导的方式，依据居民自身需求和愿景对花园内部植物景观配置进行设计，但需引导设计风格一致性。另一方面要增强居民活动体验感。设计时要充分考虑居民的互动参与，提供开展园艺活动、自由耕种的空间。在整体谋划和功能划分上要以居民的便捷性和参与及时性为标准，加强每个功能区的可达性和联通性。满足所有使用人群的功能诉求和便利性，例如，针对行动不便的老人、残疾人和儿童，设计无障碍通道，设置坐凳、遮阳用的林荫等。

社区花园土壤重金属生态修复植物景观设计目标体系如图2所示。

图2 社区花园土壤重金属生态修复植物景观设计目标体系

2 社区花园生态景观营造的植物选用类型

社区花园可以种植生产性作物，与单纯农田或农业园的区别在于它同时具备景观植物，并可供公众参与活动。园林景观植物的融入不仅使社区花园环境更美观，还使其破除集约化经营导致的生物多样性缺失和生态系统的不稳定性[17]。从生态的角度而言，社区花园的植物选择除生产性植物之外，应具有服务于生产性作物健康高产生长的功能性植物(也叫次生植物)和提取固定重金属的修复性植物。在进行社区花园植物配置时，生产性作物、功能性植物、修复性植物都应基于观赏功能的基础上合理搭配，根据选用植物的主要功能和特点进行详细描述。

2.1 生产性作物

生产性作物是社区花园园艺活动中最主要的植物类型。常见于社区花园的生产性作物，多为一年生作物，按其生长季节和可食用部位对浙江地区常见的生产性作物进行不完全统计(表1)。浙江社区花园常见的生产性作物春夏以瓜果为主，秋冬以蔬菜为主，四季皆有种植。以叶和果实为主要观赏部位，色彩集中在绿、红和黄三色。除爬藤作物外，株高分布在30～100cm。

表1 社区花园生产性作物名录表

2.2 功能性植物

功能性植物主要能够与生产性作物之间产生协同关系，有助于生产性作物更优质生长，可以从养分供给、病虫害防治、吸引传粉动物3个方面产生积极影响。

1)养分供给主要是功能性植物(伴生植物)通过固氮、固磷或生成养分，满足生产性作物生长所需。如豆科等根瘤植物通过固氮提高氮元素的利用率[18]；禾本科植物具有较强的养分再利用能力，减少与生产性作物在土壤中的养分竞争[19]。

2)部分植物可以通过释放化学元素或气味来驱赶病虫，如芹菜(Apium graveolens)[20]、万寿菊(Tagetes erecta)[21]；屏障植物种植在场地边缘可以防止蚜虫的传播，如太阳花(Portulaca grandiflora)、芝麻(Sesamum indicum)等[22]；此外还有诱集植物，虽具较大应用潜力，但因难以控制害虫动向不常在实践中使用[23]。

3)城市植物景观与传粉昆虫之间能通过促进有性繁殖或繁殖体传播的方式，来加强场地内植物繁衍和生物多样性[24]。草花植物和蜜粉量多的植物是吸引传粉动物的关键，如虞美人(Papaver rhoeas)、矢车菊属(Cyanusspp.)、百日菊等植物。

2.3 修复性植物

此处的修复性植物针对能够修复受重金属污染的土壤，分为超富集植物-提取、高生物量植物-吸收和封隔植物-固定。

超富集植物指对一种或多种重金属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为As、Ni、Cd、Zn等重金属；高生物量植物指生物量高，相较其他植物能吸取更多且范围更广的重金属，且具有一定经济效益的非超富集植物，少量生物炭的使用能促进高生物量的重金属吸收作用[25]；封隔植物指根系分泌物能聚集并固定重金属的植物，虽不能提取重金属并将其带离，但能防止污染扩散，主要针对Cu、Pb、Cr等不易被提取带离土壤的重金属[13]。对浙江省常见的社区花园修复性植物进行统计得到表2。

表2 社区花园修复性植物名录表

3 基于重金属生态修复的社区花园植物生态景观模块设计

3.1 花园空间分区规划

国内社区花园因受可支配空间的限制，常分布于居住区或社区内部、临近独栋建筑物等。针对不同形态和类型的社区花园，结合重金属在社区花园内积累特征，进行社区花园场地空间设计(图3)。

图3 社区花园场地空间设计图

1)位于靠近道路或其他易产生重金属地区，设置社区花园过滤带。以大叶形的常绿乔木为主，利用较大的叶片面积对上层空间进行围合，阻拦和过滤空气中含重金属的颗粒粉尘，如鹅掌楸(Liriodendron chinense)、枫香(Liquidambar formosana)等。中下层增设绿篱和草本植物，阻挡重金属颗粒物进入对社区花园土壤产生污染。设置封隔地被植物以覆盖边缘土壤，避免沉积重金属从土壤中渗出扩散。

2)社区入口花园设计时，植物配置需注意景观色彩吸引力，可根据季节变换替换园林植物，或种植观赏期较长的景观植物。靠近入口的部分避免种植可食用蔬菜，设置过渡段以减弱重金属在作物中堆积的可能性。从矮到高以富集地被-景观草灌木-景石-富集乔木作为入口处正面植物配置景观，背面可被使用作为可食性蔬菜种植的场地。

3)在居住区中心设置具有公众共建共享的社区开放花园，地块大且完整。因其具备多人参与的功能和需求，场地要进行分割并设置穿梭道路。人际相互交流的有效距离以个人距离为标准，为0.45～1.2m，社交距离大于1.2m[49]。因此地块分割以1～5m2为宜，且地块与地块之间(包含道路)相距大于0.5m为宜，依场地大小酌情缩减。留部分空间作为造景和休憩活动使用，单独地块的植物选用依居民喜好自定，功能性植物宜在此处设置，包边种植屏障植物以及见缝插针种植伴生植物，有助于生产性作物的生长。

4)社区内宅旁花园主要考虑生产性作物和景观作物的季相和色彩搭配，大面积的生产性作物可以在此处种植，但长时间肥料或农药的使用会产生重金属累积。在选用生产性作物时，高生物量植物和超富集植物应同时被使用，并在成熟后定期收割，改善长时间农业活动导致的土壤重金属富集现象。

5)与社区内宅旁绿地不同的是，独栋宅旁绿地面积较小，且对外敞开，受人为干扰较大。植物的选用一是要以低矮、小型灌木或草本花卉植物为主，着重考虑其景观价值；二是植物具有重金属耐受或富集能力。植物景观中选用观赏性生产作物为宜，外围种植封隔植物，内围可种植少量兼具重金属富集能力的生产性作物，如花生、油葵等。

3.2 重金属污染分级规划

基于内梅罗(Nemerow)综合污染指数将社区花园土壤重金属污染分为轻度污染(1.0＜Pz≤2.0)、中度污染(2.0＜Pz≤3.0)和重度污染(Pz＞3.0)3个等级(表3)[50]，分为2类并提出相应植物修复和景观营造方案。当前土壤重金属污染情况复杂，多以复合重金属污染为主，植物生态景观配置时要选取具有代表性的污染重金属进行重点整治。

1)轻、中度污染地区，对环境风险和人体健康风险影响相对较小，处于可以通过自然或植物修复手段促进场地恢复至可被接受的风险程度。对于难以被提取的重金属(As、Cd、Ni、Zn等)，选用高生物量植物和封隔植物作为景观修复植物的选择类型，如柳树、杨树等高生物量植物，无花果、野芥菜等封隔植物。配置方式为高生物量乔灌木-封隔草本花卉-生产性作物。对于可被提取的重金属(Cu、Pb、Cr等)，采用封隔乔灌木-超富集/高生物量草本花卉-生产性作物的配置方式。超富集/高生物量花卉生长周期短、提取能力强，可在提取重金属后被收割，并通过冶炼等手段产生经济效益[51]。在重金属中度污染下易对植物产生胁迫，使用螯合剂和钝化剂在一定程度上有助于超富集植物的提取和生产性作物正常生长。同时封隔植物能减少生产性作物对重金属的吸收，保证食用安全。此区域能够被用作大面积生产性作物种植，在缓解重金属对生产性作物危害的同时，满足社区花园功能和居民需求(表3)。

表3 轻、中度污染区域植物配置表

2)重度污染地区重金属污染风险高且多呈现1～2种重金属高浓度积累现象，与人接触可能会产生重大健康风险。重度污染地域重金属外源输入严重，在进行规划设计时首先应考虑重金属输入方式的阻隔，主要分为空气粉尘阻隔和地表径流阻隔。对于大气沉降造成土壤重金属积累的途径，主要位于社区花园边沿，设计过滤带；对于通过地表径流输入的途径，滞留道的设置能有助于吸附或固定水体重金属，降低输入社区花园的含量。滞留带可位于社区花园绿地地块边缘或低地势区域，种植以封隔植物为主的修复性植物，用于固定由地表径流带来的重金属，避免其向社区花园内部扩散。

根据实调状况，重度污染土壤仍能种植部分抗性强的植物。对于整体污染风险呈现重度污染的区域，进行平台空间设计，选用与环境相结合的硬质铺砖，减少人与土壤接触面积。在土壤边缘种植生长缓慢且抗性强的乔木，同时也可选用具经济价值的高生物量植物和富集植物。封隔/耐受性乔灌木-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减弱重金属扩散能力的同时降低土壤中的重金属浓度(表4)。

表4 重度污染区域植物配置表

3.3 群落层次及植物组团配置

国内社区花园受场地限制，地块面积较小(10～1 000m2)。结合最佳静态景观视线距离设计方法，植物前低后高呈现30°，宽度2m的社区花园选用株高＜0.7m的植物为宜，以0.7m灌木-0.5m草花-地被的搭配方式为主。园林构图美学中以奇数株植物组团景观营造为佳，主要以功能性植物和修复植物进行造景设计；生产性作物则采用定距形式，多以规则状种植于场地中。

3株植物造景组团占地面积较小，分布于社区花园生产性作物种植圈内，5株植物造景组团则可种于场地边角形成背景。针对重金属污染的修复，在造景植物修复植物与功能性植物选择上以2:1或3:2的比例进行配置。对于面积更具整体性的社区开放花园区块来说，5株植物更能营造具整体性和观赏层次的景观；社区内宅旁花园和独栋宅旁花园等小面积花园区块则更适用3株植物组群。造景组团与生产性作物间距应保持20cm以上，发挥重金属提取或固定以及协同作用的同时，不过度吸收土壤养分导致生产性作物发育不良。此外造景组团与组团之间应根据组团形成的覆盖面积大小调整间距，便于在观赏面呈现错位分布(图4)。

图4 视线范围及造景组团示意图

4 结语

社区花园不仅是时代发展下诞生的新绿地景观形式，更是城市更新中衍生出的共享开放社区理念的实物载体。居民“共建共享”理念参与设计和管理以及可食用蔬菜的种植成为社区花园的亮点之一。社区花园土壤重金属污染会因参与园艺活动时，通过与土壤的亲密接触或因可食用蔬菜对重金属的吸收而导致重金属进入人体，从而对健康造成危害。有效的植物配置能够在促进景观提升的同时改善环境条件，探究基于重金属土壤生态修复下的社区花园植物景观设计，是多学科融合下以风景园林的途径进行场地修复和景观提升的重要策略，最终打造集生态可持续、生物多样性和景观多元化为一体的社区花园，促进社区焕发生机与活力、城市生态与景观协同发展，并为以后的社区景观建设和生态城市建设提供理论借鉴。

注：文中图片均由作者绘制。