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关键词:生态修复 水环境
课题:秦皇岛市社科联项目
201206167 秦皇岛生态城市指标体系构建、评价与生态城市建设对策研究 201206166 秦皇岛生态城市建设现状与对策研究
秦皇岛市科技局项目
2012025A128秦皇岛市北戴河及相邻地区近岸海域环境综合整治保障机制研究
一、生态恢复技术在环境科学中的应用现状
生态修复技术应用在环境科学中的应用主要是用于各种受损生态系统如河流、湖泊、水库、海洋等水生生态系统、草原、森林、矿区等陆地生态系统的恢复重建过程中。[6-8]
目前广泛应用的污染水体整治工作如驳岸景观、河床硬化、综合调水及引流冲污等方法都难以解决水体生态系统重建与水体功能的再现问题。 因此,从 20 世纪 70 年代后开始采取水污染治理与生态修复相结合的方法,强调水环境生态系统的修复逐渐成为受污水体治理的主导思路。
二、生态恢复主要技术与方法
(一)生态修复技术概念
生态修复的概念
所谓环境生态修复,是指使受损生态系统的结构和功能恢复到被破坏前的自然状况,强调在不断减少污染源的前提下,采用生态方法改善环境质量,提升环境自净能力,还原生态系统的结构,恢复生态系统在区域的结构功能[19]。
(二)生态修复技术与方法
1、污染水体生态恢复的工程技术
(1)植物修复技术
植物修复技术是以植物(如水草、水生花卉等)忍耐和超量积累某种或某些化学物质的理论为基础,利用植物及其共生生物体系清除水体中的污染物的环境污染治理技术。
①植物萃取技术
利用金属积累植物或超积累植物将水体中的金属萃取出来,富集并运输到植物可收割部分。
②根际过滤技术
利用超积累植物或耐重金属植物从污水中吸收、沉淀和富集有毒金属。
③植物固化技术
利用耐重金属植物或超积累植物降低重金属的活性,从而减少因重金属扩散而进一步污染环境的可能性。
(2)动物与微生物修复技术
水生动物群落的恢复是水体生态系统恢复的重要内容,同时亦是维持重建水生植物群落结构和功能稳定的重要机制。
CBS是Central Biological System(集中式生物系统)的简称,由美国CBS公司的科学家开发研制,并得到广泛成功应用,是一种高科技的生物修复水体的方法,是利用微生物生命过程中的代谢机理,将废水中的有机物分解为简单的无机物,从而去除有机污染物的过程。
②采用EM技术进行水体修复
EM为高效复合微生物菌群的简称,是一种由酵母菌、放线菌、乳酸菌、光合菌等多种有益微生物经特殊方法培育而成的高效复合微生物菌群。EM技术时日本琉球大学教授比嘉照夫先生于20世纪80年代初开发成功的一项微生物技术。EM菌群是由5科10属80多种对人类有益的微生物复合培养而成的多功能微生物菌群。其物理性状为棕褐色液体,包含有光合细菌、醋酸杆酶、放线菌、乳酸菌和酵母菌5大类微生物。EM菌群在其生长过程中能迅速分解污水中的有机物,同时依靠相互间共生增殖及协同作用,代谢出抗氧化物质,生成稳定而复杂的生态系统,抑制有害微生物的生长繁殖,激活水中具有净化水功能的原生动物、微生物及水生植物,通过这些生物的综合效应从而达到净化与修复水体的目的。
2、富营养化湖泊的生态修复技术[14-19]
(1)恢复水生植被
控制营养物的生物措施包括扩大天然营养物汇点对营养物的滞留,削减营养物向营养生成带的再循环和内负荷,外源负荷的削减必须与湖泊内过程相吻合,即将营养物保持为初级生产者所不能利用的化学形态或滞留于湖内不能利用的位点。控制外源营养负荷,除利用和恢复水陆交错带的湿地和湖泊沿岸带的大型植物和微生物的作用,发展费用较低的半天然的人工湿地也是一种可行途径。对于水质明显恶化的水体沉水植被不易恢复,即使恢复也难以维持。因此我们必须通过根际系统的净化,控制面源污染,或是通过生物量的收获消除内负荷,美化环境。重建以沉水植物为主的水生植被对以武汉东湖为代表的长江中下游富营养化浅水湖泊的恢复至关重要。因此必须将工程措施与生态措施结合起来。在重建水生植被的早期,也必须根据湖泊水生植被自身的演替规律和水生植物的生理生态特征选择耐污性强的r-选择型植物作为先锋种类,然后逐步对水生植被的结构加以优化。
(2)优化水产养殖结构,恢复生态系统平衡
一般说来,湖泊退化的表征有藻类过度增长、水生植被衰退、污染输入超过水体自净能力及净化能力下降、水质恶化、食物链丧失等。对于这些问题,必须采取相应的人为措施促进湖泊的恢复,防止水体的进一步污染,降低富营养化水平。大型枝角类及植食性鱼类虽然可以降低藻类现存量,提高水体透明度,但在长期尺度上不能根本解决问题,必须进行湖泊生态系统的整体优化,提高和恢复生物多样性,进而提高系统的稳定性。在湖泊富营养化的过程中,水生植物群落本身也发生演替变化,以适应不同的营养水平和水环境条件。
在水体富营养水平高,透明度低,加上水华大量发生,草食性鱼类摄食等因素的作用下,沉水植物损失,湖泊进入浮游植物占优势的状态,我国称之为藻型湖泊,表现为湖水浑浊、生物多样性降低,湖泊的利用价值、美学价值和野生生物保护价值也随之下降。但并非每一个湖泊都符合这一模式顺序发展。由上述演替过程分析,对于长江流域富营养化浅水湖泊的生态恢复必须以沉水植物为主的水生植物重建为重点,将工程措施和生态调控措施结合起来。对外源与内源污染负荷的削减是有效的生态调控措施的前提。在重建水生植被的早期必须根据湖泊水生植被自身的演替规律和水生植物的生理生态特征,选择耐污性强的,选择型植物作为先锋种类,然后逐步对水生植被的结构加以优化。
3、海洋生态修复---海藻的应用
海藻是海洋生态环境的生态修复者,大力发展海藻养殖,可以减少海洋富营养化,修复已遭到破坏的海洋生态系统,保护海洋生物资源。
海藻通过从海洋环境中不断吸收氮和磷,当生长到一定大小,可以被人们很容易地从海区收获到陆地,这种收获本身就是把大量吸收和储存在海藻中的氮和磷从海洋中除去。这种除氮和磷的方式必须存在两大前提:其一是该种海藻具有较高经济价值,而且经济价值越高越容易被栽培和收获。其二该种海藻可大规模栽培生产且收割方便。海洋微藻也能从海洋中吸收氮和磷,但由于其个体小难以收获,因此难以充当现代海洋生态修复者,只能作为生态平衡成分之一。
参考文献
[1] 罗永. GIS 技术在环境科学中的应用[J]. 内蒙古科技与经济,2009 年,2:6~7.
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[4] 叶建锋,操家顺.生态修复技术在保护水库水源地中的应用[J].环境科学与技术,2004 ,27(2):61~63.
关键词:水污染;植物修复;环境
中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1674-0432(2012)-04-0146-2
基金项目:新疆维吾尔自治区高校科研重点项目:“伊犁河流域土壤重金属环境地球化学基线研究”(课题编号:XJEDU2010157)
氮、磷等营养物质和有机污染是我国水污染的两个主要方面,我国经济建设和水利现代化进程快速发展,国家已经确立了本世纪末基本修复全国水生态环境的目标。而这一目标的实现,需要对现代生态修复技术的不断研究更新应用,完善水污染环境的治理工作。植物修复技术就是目前水污染治理中一项较为实用的技术,并且已经在我国的江、河、湖、海和水库等水污染环境治理中开始广泛应用。
1 植物修复技术
1.1 定义
植物修复技术是指通过绿色植物及其根际的土著微生物共同作用,实现对环境污染的清除,是目前一种较新的原位治理技术,其主要机理就是通过植物及其根际土著微生物的代谢活动来对环境中的污染物进行吸收、积累或者降解转化。
1.2 特点
植物修复技术相比于其他的水污染环境处理方法,主要有以下几方面的特点:
(1)植物修复技术能够在现场进行,这使得治理污染过程中的运输费用得以减少,同时降低了人类和污染物直接接触的机会。
(2)能够有效地处理水体中的有机污染物、重金属污染物和富营养化物质。
(3)可以使水体营养达到平衡,使水体的自净能力得到改善。
(4)具有较低的工程造价,耗能少甚至是不需要耗能。
(5)不需要在水体治理过程中加放药剂,防止了水体的二次污染。
1.3 植物修复技术类型
1.3.1 植物挥发 植物吸收一些容易挥发的污染物后会在表面组织中将污染物挥发掉。空气中的活性羟基可以将植物茎叶挥发出的物质分解掉。植物自身不能降解污染物质,而是将污染物所处的环境进行转移,减少污染物总量。
1.3.2 植物固定 植物在吸收有毒有害污染物后,可以将其汇聚在植物体内,比如根、茎、叶中,将污染物的活动性降低,防止其扩散到周围的水体中,也就是植物对污染物起固定作用。随着植物的死亡腐烂,这一部分被固定的污染物会被重新释放到自然环境中。
1.3.3 植物提取 植物根系可以从土壤中将有机或者重金属污染物转移到植物的地上部分,通常是指那些累积大于叶片干重0.01%的Cd或者0.1%的Cu、Zn、Pb、Co、Ni,或者1.0%的Mn植物。
1.3.4 植物降解 通过植物或植物与微生物对有机污染物进行降解。植物通过同化过程对污染物质进行降解,只是污染物的转换场所,并不对污染物进行存储固定,在植物死亡后,大部分污染物已经被降解为无毒性物质或无机物,可以有效地避免二次污染。
1.3.5 根系过滤 植物根系聚集着大量的微生物,特别是在距离跟表面1-3毫米的地方,这些微生物是没有种植过土壤的3-4倍。一些有机物能够结合植物使重金属的降解得到促进,还能使一些有机污染物矿化。
2 植物修复技术应用的要求
2.1 水环境的要求
2.1.1 水环境的条件 并不是说植物修复技术是万能的治理技术,其有着自身的适用性,该技术对水体的动力条件和水质现状都是有要求的。通常来说,植物修复技术在水流较缓的宽浅水体,不超过3m的水深中较为适用。另外,实践研究表明,水流的流速以及水力停留时间也影响着植物修复技术的运用。因为生物种群可以适应一定的环境胁迫,所以,植物修复技术对水质也有着一定的要求,污染高负荷的水环境不利于植物修复的进展。
2.1.2 水生植物的选型 水污染环境植物修复技术的核心是水生植物,水生植物不同会呈现不同的水体污染吸收能力和吸收效果,并且大型水生植物藻类的不同会使得抑制效应不同,对不同的水生植物藻类也使得同种水生植物的作用不同。而且,营养效率在过长的生物调控过程中较低。另外,分泌物浓度不同使得其对藻类的他感效果不同。因此,在水污染环境不同的治理情况下,对水生植物的选择非常重要。
2.1.3 护坡生态建设 在植物修复技术的使用中,江河湖库的护坡建设也对其效果有着很大的影响。一直以来,人们对于防洪、通航等这类河道自身的功能较为注重,所以我国许多地方的护坡建设中普遍使用混凝土材料护坡、衬砌河床、截弯取直的做法。然而,这些做法实际上对土壤和水体的关系产生了割裂,分离了生物环境,水系和土地及生物环境相分离,对自然环境的生态链产生了破坏,造成了生态环境的不和谐。护坡生态建设对生态修复有很好的效果,主要是在对初期坡面稳定和坡面植被保绿保活有所保证的基础上,遵循自然规律,通过人为手段使坡面植被群落的演替速度加快,将坡面与当地生态环境相互融合。护坡生态建设具有抗蚀、保水、增加截流面源以及坡面强度等功能,提供给植物足够的生长养分和良好的生长环境。
2.1.4 资金投入 在污染问题的治理中,资金投入始终是个大问题,植物修复技术也是这样。第一,植物修复技术自身的特点原因使得这是一个长期漫长的过程,在技术开始阶段的资金投入可能不是最大的,但之后的技术、管理、维护等方面需要资金不断投入。第二,在我国的社会经济发展过程中,经济效益是每个工程都要首先考虑的,在污染治理时,首先想的是少投入、快见效、实用性强的处理技术,对环境可持续发展有所忽略。第三,国家在筹措生态资金时,实施了一些必要的鼓励政策,但是其效果并不是很好。
不难看出,水污染中植物修复技术的使用受资金的制约,资金的保障是植物修复技术实施的关键。
2.2 植物修复技术的要求
2.2.1 植物修复技术的关键性研究 对不同类型植物去除不同污染物的基础性研究是使植物修复技术优势充分发挥的关键,可以对水生植物的优化选择因地制宜,发展为一个完善的修复系统。并且在污染物被水生植物所吸收的最佳时期,人工收割及时进行,达到永久去除污染物的目的。我国在这方面相较于发达国家仍具有一定的落后性,所以,对关键技术的基础性研究加强是非常重要的。
2.2.2 培养复合型人才 植物修复技术是一项较为复杂的学科,它涉及到多个学科,比如生物学科、环境学科、景观学、现代水利工程学、生态学等,作为一门新兴技术,它对于人才素质有着很高的要求。特别对于我国来说,地域广阔,水域环境有着极大的不同,使用植物修复技术对水污染进行处理,对这类人才的需求更是非常迫切。目前来说,这方面人才的培养还是很薄弱的,对我国植物修复技术的使用有着一定的制约。
2.2.3 水环境的生态管理 当今社会,生态化成为了发展的一种自然趋势,在管理上,生态化管理也成为了一种发展方向。虽然目前其机制还没有成熟,也没有可以借鉴和采用的固定模式,但相比于其他的管理,其具有自身的特点:第一,水体完整的生态保护一定要对有效性、持续性和整体目标进行强调。第二,执行时,水环境管理人员要有敏锐的洞察力并且受过专业的培训,这才能在执行上给予其足够的权利。第三,生态管理中,要对基本流量、水质和水体自身的生态现状有所兼顾。提高水环境生态管理的宣传力度,使民间企业能够积极参与进来,并且对公众参与水环境生态保护活动进行推动。利用这些措施,对环境生态保护管理僵化的情况进行改善,为环境问题提供政策决策依据。
3 结语
水作为人类生存的根本物质基础,其污染问题对人类生存发展有着重要影响,对水污染问题的解决是当前社会重点关注的话题。植物修复技术作为一项新兴技术,以其效果好、投资少、管理维护方便的优点,在水污染环境处理中有着广泛应用。
参考文献
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[2] 刘音,张升堂.被污染水体的植物修复技术研究进展[J].安徽农业科学,2009,(15).
关键词:重金属;土壤重金属污染;生物修复技术
土壤重金属污染问题越来越引起人们的关注,它具有长期性、累积性、潜伏性和不可逆性等特点。土壤一旦遭受重金属污染,不仅危害大、治理成本高,而且较难以消除。 “十二五”期间,我国将元素铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)和砷(As)列为重金属污染防控的重点元素。2014年4月,环保部和国土部联合的《全国土壤污染状况调查公报》显示,全国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染严重。全国第二次土地调查结果显示,我国中重度污染耕地大约为5000万亩。
被重金属污染的土壤不仅对作物的生长发育、产量及品质有影响,而且会通过食物链放大富集进入人体,极低浓度就能破坏人体正常的生理活动,损害人体健康[1]。土壤污染影响到整个人类生存环境的质量。重金属污染已成为一个亟待解决的环境问题。
1、土壤中重金属的来源及危害
土壤中重金属的来源可分为天然来源和人为来源。天然来源是由于土母质本身含有重金属,不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。人为来源主要是来自人类的工农业生产活动以及生活垃圾,工矿业废弃地土壤环境问题突出,黑色金属、有色金属、皮革制品、造纸、石油煤炭、化工医药、矿物制品、金属制品和电力等行业,重污染企业用地及周边土壤存在超标现象。
近年来,突发性的环境污染事件骤增,特别是重金属污染事件。突发的环境事件会导致重金属在短时间内高浓度地进入环境,产生严重的污染。2008年,我国相继发生了贵州独山县、湖南辰溪县、广西河池、云南阳宗海等多起砷污染事件。2009年8月以来,又发生了陕西凤翔儿童血铅超标、湖南浏阳镉污染及山东临沂砷污染事件。2014年,湖南衡东县儿童血铅超标事件,300多名儿童被查出血铅含量超标。据美国学者统计表明,城市儿童血铅与城市土壤铅含量呈显著的指数关系[2]。据统计,我国约有3万多公倾土地受汞的污染,有1万多公倾土地受镉的污染,每年仅生产“镉米”就达5万t以上,而每年因污染而损失的粮食约1200万t,严重影响了我国的粮食生产和食品安全[3]。这些重金属污染事件有些是由于管理不当、交通事故等人为原因导致的,有些则是环境长期受到污染、污染物含量超过环境容量而突然爆发的结果。“砷毒”“血铅”“镉米”等重金属污染事件频发,让重金属污染成为最受关注的公共事件之一。重金属污染问题已日益严重,土壤重金属的治理和修复已迫在眉睫。
2.重金属土壤污染治理生物修复技术
目前,国内外较成熟的土壤重金属污染修复技术有物理修复法、化学修复法和生物修复法等,本文主要就土壤重金属修复领域的研究热点生物修复技术进行重点介绍。生物修复技术主要有植物修复技术、微生物修复技术、农业生产修复技术和组合修复技术。
2.1植物修复技术
根据Cunningham等人的定义,植物修复是利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物,使其对环境无害[4]。根据机理的不同,土壤重金属污染的植物修复技术有3中类型:植物固定、植物挥发和植物提取。目前研究最多且最有发展前景的植物修复技术为植物提取。植物提取是指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上,该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力,将植物收获并进行妥善处理(如灰化处理)后即可将该重金属从土体中去除,达到治理污染与生态修复的目的,这种特定的植物被称为超积累植物。植物修复法成本低,可有效避免二次污染,对环境扰动小。目前,全球已发现的超积累植物大约500种,大部分是关于镍的超富集植物。在我国已经发现宝山堇菜、龙葵、马蔺、三叶鬼针草对Cd有富集作用,蜈蚣草[5]和大叶井口边草[6]对As有富集作用,圆锥南芥[7]属多重金属富集植物,对Pb、Zn、Cd均有富集作用。植物修复技术可同时修复土壤及周边水体;成本低;能够美化环境,可提高土壤的肥力。植物修复技术的缺点:超富集植物个体矮小,生长缓慢,修复周期很长;超富集植物对重金属具有较强的选择性和拮抗性;植物收割后,需要进行特殊处理,否则易造成二次污染;异地引种将对当地的生物多样性构成潜在威胁。适用于大面积农田土壤修复。
2.2微生物修复技术
微生物修复技术是利用微生物(如藻类、细菌、真菌等)的生物活性对重金属的亲和吸附或转化为低毒产物,从而降低重金属的污染程度。微生物不能降解和破坏重金属,但可通过改变它们的化学或物理特性而影响金属在环境中的迁移与转化。研究证明,土壤中铬可以在微生物还原作用、生物吸附、富集等作用下降低其生物可利用性和毒性,以达到修复铬污染土壤的目的[8]。微生物修复效果好、投资小、费用低、易于管理与操作、不产生二次污染。但是微生物修复的专一性强,很难同时修复多种复合重金属污染土壤;应用难度大。
2.3农业生态修复技术
农业生态修复包括农艺修复和生态修复,前者是改变耕作制度,调节种植作物品种,种植不进入食物链的植物,选择能降低土壤重金属污染的化肥,或增施能够固定重金属的有机肥等来降低土壤重金属污染;后者调节土壤水分、养分、pH值和土壤氧化还原状况及气温、湿度等生态因素,调控污染物所处环境介质,但该技术修复周期长、效果不明显。农业生态修复技术环境友好,代价小。但需要大量的调研,基础研究,改变种植习惯。适用于大面积低污染农田土壤。
2.4组合修复技术
植物组合修复技术是将植物修复技术与其他土壤重金属污染治理方法(比如物理、化学等修复技术)综合利用形成的组合技术,与单一重金属治理技术相比,植物组合修复技术具有独特的优点。有代表的有螯合剂-植物组合修复技术,螯合剂与土壤中的重金属发生螯合作用,形成水溶性的金属―螯合剂络合物,改变重金属在土壤中的赋存形态,提高重金属的生物有效性,强化植物对重金属的吸收。另外还有基因工程-植物组合修复技术及微生物-植物组合修复技术等。
3、展望
随着社会的发展进步,人们对土壤重金属污染的认识越来越深刻,越来越重视,如何防控和治理土壤重金属已成为人们关注的焦点。在今后的土壤重金属污染治理中,首先应以源头控制,即有效地降低重金属污染物的排放,这主要有赖于国家环境政策与法规的不断完善和工矿企业技术革新的落实。其次就是土壤的修复技术,针对土壤污染的复杂性、多样性及复合性,在修复时要综合考虑污染物的性质、土壤条件、投资成本等各方面的因素,从单一的修复技术向多数联合的修复技术、综合集成的工程修复技术发展,选择最适合的修复技术或组合, 达到高效、节约的双重效果。
参考文献
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关键词:河道治理;河流生态修复;治理原则
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.244
1 河道治理存在的困难
我国非常注重对水资源的利用,并采取多种措施进行了河道整治,让河道为城市化进程发展发挥作用。但随着人为且不符合自然规律的干涉整治,河流生态系统遭受到乐氐钠苹担即河流出现污染、干涸等问题。因此为了使河道以正常的生态特征促进我国经济的发展,人类需要进行河流生态修复。河道属于自然生态系统中的重要组成部分,其本身具备自我生态修复的能力,然而人们常常采用人为治理的方式,对河道自我生态修复造成影响,致使河流生物逐渐迁徙,甚至死亡。人们在对河道进行整治时,会使河流、水质、植被等都产生影响,这些都是保障河流生态环境的因素,如果其受到影响,则河流生态环境则会受到破坏。
随着社会的发展,人们针对河道治理的措施越来越多,如采用各种技术和设施,使河流转向、断开、加深、拉直等,导致河道的形态被强行改变。河道形态的改变,会影响城市地下水的生态性,使城市供水出现问题。河道本身蜿蜒曲折,符合自然规律,但采用人为整治的方式,导致河道储蓄洪水能力遭受到破坏。人们采用混凝土进行改造,致使自然水体之间不能完成互动,增加洪水发生期间洪水的破坏力,同时也会增加泄洪难度。因此在进行河道治理和改造时,要考虑河道原本的形态,满足自然规律下河流本身的形态。
人为进行河道治理,势必会对自然生长的植物产生影响,很多植物会因为河道改造而逐渐死亡,对自然环境产生不良影响。如果城市主张发展旅游经济,被破坏后植物会影响城市的美感,导致其旅游经济受到影响。而且如果不针对河流和植物进行修复,则会导致城市自然环境越来越差。
2 河道治理的原则
如今人类的生产生活对自然环境的影响越来越大,且人类为了加大水资源的利用率,而采用人为整治的方式,强行对河道进行改造,致使河道生态系统受到严重的破坏。因此在进行河道治理时,不能够强行采用人为方式进行生态修复,而是需要满足自然规律和河流原本生态系统的情况下,适当地采用人为方式进行生态修复。如通过植物改造河岸的方式,进行河道的治理。河道治理工程比较复杂,且需要耗费较大的精力和较长的时间。我国应当注重对各个国家先进治理经验的学习,根据河道实际情况,制定详细的治理规划。除了考虑河道的特征外,还需要结合城市特征和发展规划,进行河道治理规划。在进行河道治理时,不能单单只考虑河道生态系统或城市经济发展,应当综合考虑所有的因素,保障各个因素的协调发展。人们之所以进行河道治理,是希望河道能够最大化满足人们的需求,因此在进行河流生态修复时,要考虑人类的需求。如果城市发展和生态环境出现矛盾,则需要着重考虑生态环境,避免生态环境恶化,影响城市的发展。但仍然需要注意,河道治理不仅仅是自然生态系统的一部分,也是城市规划发展的重要组成部分。
3 河流生态修复技术
3.1 河道形态的修复
人为进行河道修复主要是进行缓坡或低坡的改造,将已经难以发挥作用的拦河坝拆除。同时为了保障河流水体的流动性,需要建设通道,促使河流恢复生态流动的连续性。另外还可以通过建造和埋设沟壑的方式,确保水体流动性更加符合自然规律。为了使河道的泄洪能力得到提升,应当进行堤线和滩地高度的改造,使河流具有增多的流动空间。
3.2 河床断面的修复
人们在进行河床断面的修复时,主要是针对护岸和护坡进行改造。人们之前在进行河道改造时,会在河床上铺设硬质材料,不利于河流生态修复,因此需要将硬质材料拆除,并结合河道实际情况采用石头或鱼巢的方式,进行河床生态修复。另外,还可以根据河道的径流进行河道的拓宽,可以根据相应的分级方式,将河道径流分为多个不同的等级,随后径流级别进行改造。针对已经暴露时间较长的河床,可以通过种植植物的方式,保障河床的生态型建设。通过种植植物进行河床的改造,还可以增加河道的美观性,并对河流水质净化起到作用,符合城市发展规划和生态系统修复的要求。
3.3 河流水质的修复
生态浮床技术、河道曝气技术、外流引水稀释冲刷技术及底泥疏浚等都是目前水质修复的常用方法,生态浮床技术主要是利用水生植物进行河水水质的修复,即通过水生植物及其他物种的关系,提高人工生态系统的作用,以达到降低河流污染的目的。河道曝气的主要作用是河流水质实现自我净化的能力,即通过加速复氧过程,提高河流生物的活性。外流引水稀释冲刷技术,主要是通过引入外流,降低河流的污染负荷,但通过外流引水的方式,会导致河流本身水质受到影响。底泥疏浚的主要作用是清除河流底部的毒害物质。在城市的发展中,工业废水和生活废水对水资源污染效果比较严重,因此在进行河流水质的修复时,还要进行各类废水的控制,避免因为废水过多,污染过于严重,而导致河流水质修复无法产生作用。
3.4 河流生态修复材料的应用
植物是最常用的河流生态修复材料,如芦苇具有净化水质的作用,且其对生长条件的要求不高,因此可以通过大范围种植,促进河流生态系统的修复。另外生物相容型材料具有透气透水等优势,满足多类植物的生长需求,同时其还具备吸附微生物的作用,达到水质净化的目的,因此可以使用发材料进行河流生态修复。
4 结束语
综上所述,随着城市的发展,人们为了使水资源满足生产生活需求,而对河道进行整治,导致河流生态系统受到破坏,出现水资源污染、干涸等情况,因此需要进行河流生态修复。通过上述分析可知,河流生态修复属于复杂且耗费时间较长的工程,需要进行完善的规划,确保河道具有生态性,并满足人类的需求。
参考文献:
[1]徐世辉.基于河道治理的河流生态修复的探讨[J].农民致富之友,2014(18):288.
关键词:生态修复 生态护坡 河道
河道生态修复是利用生态工学原理、技术,通过河道水污染控制、水量和水流态的调节,河道河底和岸坡的形态结构的生态改造,恢复河道生物多样性,重建河道生态系统的结构和功能,使之达到良性的自然生态平衡。面对社会发展的需要,面对水利工程建设新的理念,如何更好的发挥与造就河道各项功能,使水环境、水景观、水文化更适应社会发展需求,并与其协调发展,在总结的基础上,值得我们进一步探讨。本文着重从生态护坡与水质生态修复两方面阐述河道的生态修复理念和措施。
1生奈护坡技术
生态护坡是一种新型的护岸技术,它集防洪效应、生态效应、自净效应和景观效应于一体,是融现代水利工程学、生物科学、环境科学、生态学、美学等学科于一体的水利工程。
1.1 河道生态护坡建设原则
河道生态护坡建设因地制宜,强调近自然特征,重建河道坡岸植被缓冲带,其建设原则为:(1)生态边坡必须能够营造一个适合陆生植物、水陆两生植物、水生动植物生长的生命环境;(2) 生态护坡应满足渠道功能和堤防的稳定要求,并降低工程造价,尽量采用自然材料,减少刚性结构,避免二次环境污染;(3)护坡栽种植物的选择应充分考虑到栽种植物与周边环境的协调、地域适应性及生态平衡的问题,选择对土壤要求低,抗病虫害能力强,易维护管理的品种【1】。
1.2生态护坡类型
生态护坡是既满足河道护坡功能,又有利于恢复河道护坡系统生态平衡的系统工程。生态护坡技术可以归纳为3种:
1.2.1全自然护岸
全自然护岸又叫全植被护岸,通常是指在经过平整处理的岸坡上,种植不同品种的护坡植物而形成的护岸,通过植被根系力学效应和水力学效应来固土保土、防止水土流失和绿化坡岸,具有生态和景观的双重功能【2】。可以采用土壤生物工程技术和水生植物全(半) 技术,对河道开展以生态修复和稳定坡岸为目标的全自然护岸技术,使河岸土壤侵蚀得到有效控制,坡岸的结构稳定性增强;同时河岸生境得到改善,本地植物快速恢复,生物多样性增加,河岸植物群落结构由单一结构向复杂结构转变,生态稳定性得到增强【3】。全自然护岸中植被防护能力有限,适用于护坡角度较小、河流流速平缓、防洪需求较低的河段。但这类护岸接近自然状态下的护岸,对坡岸平衡生态体系影响小,自然融合能力较强,完整地保留了陆地与河流的物质、能量、信息等交换能力,也为多种物种的生存和繁衍提供了栖息地, 施工快速、简便,造价也十分低廉。
1.2.2半自然护岸
半自然护岸是利用一定的工程措施,采用植被与石材、木材等自然材料相结合,使坡面既有一定的防洪能力,又为植被生长提供适宜的基质【4】。结合植被使用的天然材料通常有石块、卵石、木桩等,使用的组合形式多种多样。如安徽某农业观光园区河用草皮、水生植物、木桩营造了一个具有江南水乡特色的水景观,半自然的生态护坡为村民提供了休闲的地方,为发展旅游观光农业提供了良好的环境。如半自然护岸修复中,对坡面做削坡和压实处理之后抛石,抛石护岸是既省资金又施工方便的一种施工工艺。在半自然护岸中,石材、木材等自然材料的使用起到了一定的框架和加固作用,岸坡的稳定性和抗冲刷能力得到了提高,随后通过植被根系的加筋纠结作用,以及植被茎叶的缓冲吸能作用,使坡岸能有效抑制暴雨、径流对坡岸的冲刷作用。
1.2.3多自然护岸
多自然护岸是利用工程措施,较大规模地使用混凝土、高分子材料及药剂等人工材料与植物结合形成一个具有较大抗侵蚀能力的护岸结构【5】。随着材料科学的发展,多自然护岸出现了很多不同的结构类型。常用的有生态石笼和生态袋。生态石笼用网塑结构框将石块固定在河岸上,是集石笼结构的稳定性,卵石等填料的净水性、水生植物的保护性和净水性为一体的新型护岸结构,该新型护岸结构兼有景观功能、生态功能和亲水功能;生态袋是用高分子聚丙烯及其它材料制成,耐腐蚀性强,抗UV,不降解,对植物友善。具有透水不透土的过滤功能,既能防止填充物(土壤和营养成分混合物) 流失,又能实现水分在土壤中的正常交流,并且随着根系的生长,边坡稳定性加强,维护费用降低。多自然护岸对生态干扰较大,施工较为复杂,造价也相对较高,但护岸作用明显而牢固,也有相应的生态功能。多用于对护岸抗冲击能力要求较高,或坡岸陡峭不适合修建以上两种类型护岸的河道岸坡。
2水质生态修复技术
水质修复主要从生态一生物修复技术考虑。
2.1生态调水
通过水利设施(闸门、泵站等) 的调控引入污染水域上游或者附近的清洁水源冲刷稀释污染水域,以改善水环境质量。河道整治在治本的同时,治标的措施也各种开展,通过内河水闸积极引清调水,改善水质。
2.2曝气复氧
曝气复氧是人工向水体中充入空气或氧气,加速水体复氧过程,以提高水体的溶解氧,修复和增强水体中好氧微生物的活力,促进有机污染物的降解速度,从而改善受污染水体的水质,进而修复水体的生态系统。通过生物治理和曝气复氧逐步修复水生态系统,可以提高河水的自净能力,水质明显改善。具体方法为:一是采用“生态坝”的方法,对污水进行阻截过滤,营造出一个相对独立的水环境;二是在河中安上了曝气增氧的装置,增加水中的含氧量可以抑制藻类繁殖;三是在水边、水面和水下种植“三水植物”,发挥这些植物天然的自净能力,并放养了螺蛳、鱼虾蚌等生物,优化水体水生生物的多样性。
2.3底泥疏浚
底泥疏浚是水域污染治理中普遍采用的措施之一,一般而言,疏浚污染底泥意味着将污染物从水域系统中清除出去,可以较大程度地削减底泥对上覆水体的污染贡献率,进而解决内源释放而造成的二次污染。这种方法较为简单,而且应用已较多。生态疏浚仍处于研究和开发当中,但已经有一些生态疏浚的方法和技术被投入使用。这种疏浚技术充分遵循了自然界的自身规律,通过强化自然界自身的自净能力去治理被污染水体,这是人与自然和谐相处的治污思路,也是一条新的技术路线,是人们遵循生态系统自身规律达到治污目的的一种尝试。
2.4生物修复技术
生物修复指生物(特别是微生物) 对环境中的污染物进行吸收或氧化降解,从而减少或最终消除环境污染的受控制或自发的过程。污染水体的生物修复技术主要包括投加菌种、投加营养物、提高生物可利用性、人工投放动物或植入植物等修复方法。还包括生物操纵技术、人工生物膜技术、湿地净化技术等。
3结语
生态修复是河道治理的发展趋势和新需要,既要满足行洪防洪的基本需要,又要尽可能地从生态的、可持续的角度来看待河道的修复。河流生态修复具有多学科交叉性,修复方案要从多方面进行完善,今后对河道的开发和治理一定要在保护河流生态环境的前提下进行,坚决避免先破坏后修复的不合理模式。要用生态的手段来解决生态的问题,使可持续性发展的生态理念在河道建设中得到落实和体现。
参考文献
[1]顾秋平,徐乃文,徐国强.生态护坡技术在生态河道建设中的应用研究[J].上海水务,2008,(3).
[2]孙字.河道植物护岸技术[J].水科学与工程技术,2005,(1).
[3]赵广琦,奉树成,邵飞,毕华松.植物护坡及其生态效应研究[J].园林科技,2008,(4):31-38.
关键词:水体生态环境;水生植物;植物修复净化;存在问题
一、水体生态环境的恶化现状
城市化的推进引起了一系列人口急剧增长、环境破坏严重的问题,直接导致了一些极具破坏城市开发性的行为不断发生,比如生产生活的污水的乱排乱放,垃圾的随处堆积,水环境被随意的填埋、污染,这些行为都直接使水体生态环境遭到了严重破坏,一潭活水变成发臭的死水; 现代的防洪措施也改变了河床的形态和水文规律,使河道消失;不合理的修建水库,使河岸自身的水量调节能力变弱,使流域自然生态功能失调,破坏了相关的生态系统平衡。
二、水生植物在水体环境中存在问题
水生植物净化作用的处理方式主要有两种,即净化塘和人工湿地系统。净化塘是以某种水生植物占绝对优势而组成的特殊水生生态系统,这个系统通过水生植物群落的阻滤、沉降、吸附等物理作用以及植物体的吸收、积累等作用而达到对污水的净化效果。而人工湿地系统是利用水生植物治理污水的又一发展方向,由于建造和运转费用低、维护简单、效果好,且为众多野生动物提供了栖息地。在国外,这些技术已经广泛的运用处理于市政、工业、农业和城市暴雨径流废水技术,但这些技术在国内却还处于起步阶段。
总的来说,目前应用的水生植物种类比较单一,而本土水生植物的诸多优势可以弥补目前水生植物多样性。其次,某些水生植物如凤眼莲、千蕨菜等具有高入侵性,容易抢占其它物种的生存空间,严重威胁本地物种的生存。再者水生植物配置只片面地追求艺术美感,往往忽略了植物群落生态学、微观生态学等角度来考虑植物与植物间的搭配是否合理,这个也是值得我们考虑的问题之一。
三、水生植物在水体生态环境中的净化修复作用
植物修复是指以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的理论为基础,利用植物及共存微生物体系清除环境中污染物的一门环境污染治理技术。水生植物修复技术就是以水生植物忍耐和富集某种或某些有机、无机污染物为理论基础,利用水生植物或其与微生物的共生关系,清除水环境中污染物的一种环境生物技术。
在自然界中最好的水净化莫过于通过自然的沙石和水生动植物的相互作用。水生植物能够有效地净化水体,提高水体的自净能力,让“死水”变成“活水”。通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用可以净化土壤或水体中的污染物,达到净化环境的目的,是一种很有潜力的绿色技术。
利用水生植物进行水体净化修复主要是利用水生植物的吸收和富集、吸附、沉降、过滤及抑制藻类生长的作用,并且多种水生植物的组合作用对水体环境的修复作用也是不容小觑的。
水生植物的生长环境只要求水质的PH值为6~8,在其生长过程中需要大量的N、P及微量元素,是再生能力很强的绿色能源植物,在生活污水或养殖业排放的污水中可以更加速生长。水生植物有重要的生态功能,水草茂盛则水质清澈,水产丰盛,水体生态稳定;缺乏水草则水质浑浊,水产缺乏,水体生态不稳定。
四、水体净化植物选择的主要原则
1.适地适种
利用水生植物来净化水体,“使人与环境、生物与环境、生物与生物、社会经济发展与资源环境以及生态系统与生态系统之间协调发展”是它的重要特点,特别是将人类作为系统的一个组成部分而不是独立于外。 同时不同地区具有不同的环境背景,存在地域的差异和特殊性等,因此优先选用本土植物, 慎重引入外来植物, 避免引发生物安全性问题。
2.具有抗逆性
由于水生的植物根系长期浸泡在水中并接触浓度较高且变化较大的污染物, 因此, 选用的水生植物应具有抗逆性,即耐污能力, 耐盐能力, 抗冻、抗热能力, 抗病虫害能力强的物种, 有助于水体生态系统的健康稳定发展。
3.净化能力强
污水中的化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总氮(TN)、总磷(TP)和非离子氨等主要是靠附着生长在水生植物根区表面及附近的微生物去除的, 因此选择选用根系发达、茎叶茂密的植物,一方面是植物的生物量较大, 另一方面是植物体内污染物的浓度较高。
4.观赏性
水体是城市公园景观的重要组成部分,因此选择具有较高观赏性的植物,通过合理的群落配置,营造富有诗情画意、环境优雅的湿地植物景观。
5.综合利用价值高
资源化程度高,即植物便于再利用,如作饲料、肥料、沼气、药材等。
五、结束语
对于不同生活型的水生植物,普遍认为漂浮植物吸收能力强于挺水植物,沉水植物最差。利用水生植物对被污染水体中的污染物进行净化、吸收、分解,并通过不同的水生植物及组合来适应不同的受污染的水体,可是污染水体得到有效地净化并能保持水体纯净,而且净化效果稳定,所以在污水净化修复中,可以使用不同的微生物的组合来达到目的。
参考文献:
【1】慈维顺.芦苇湿地对生态环境的作用.天津农林科技.2011
【2】周晓慧,许伟,高慧.植物修复在水环境生态修复中应用.黑龙江环境通报.2011
关键词:矿山生态修复;技术;方法;理论
矿产作为我国重要的资源其开采程度越来越高,在矿产资源被高度开采的情况下是矿山生态环境的严重破坏,这种对生态环境的损害是在矿产开采中不可避免的。目前由于矿山生态遭到破坏所产生的环境问题主要有土壤结构损坏、森林植被遭到破坏、地质灾害频发、水资源受到污染、气候环境变化、土地生态退化、生物减少等情况,而这些因素造成了严重的生态失衡问题,长时间作用下会致使矿上生态功能结构的衰退,严重时还会致使矿山变为荒山。因此必须要通过修复、重建、复垦等方式来改善矿山生态环境,避免因矿山环境受到破坏而造成严重生态问题。
1 矿山生态修复工程的发展
1.1 矿山生态修复的概念
在矿山因过度开发或是过度损坏后其生态结构及功能出现衰退及消失等情况就需要进行生态修复来对矿山生态进行改善,以此来避免矿山因生态功能完全消失而变为荒山。目前在我国的矿山生态修复中将因生产建设或是自然灾害损毁的矿山归类为需要进行整治修复的区域,采用适当的治理措施来帮助矿山重新恢复为可进行活动及具备基本生态功能的状态。对于矿山生态的修复其并不是要求使矿山生态环境完全恢复成受到破坏之前的生态原貌,其主要是根据矿上生态系统的结构功能来恢复其所必须的部分,以此来保证矿山可以回归为可利用的状态。
1.2 矿山生态修复的理论
目前在矿山生态修复工程中主要应用的是生态演替理论,此理论主要是指在生态恢复中通过矿山中各类植物的演替及发展来形成一个完整且稳定的生态部落,此种理论的应用决定了在矿山生态修复中的整体性原则、稳定性原则、协调性原则,以此来保证矿山可以形成一个完整的生态循环系统。由于在生态演替的过程中其需要经过一个较为漫长的阶段,为此在矿山生态修复的过程中需要有人工的参与,这样才能有效减少生态演替的时间。同时在矿山生态修复工程中其包含了生态原理、植物原理、生物原理及控制原理等,可以说其属于一种综合性多层次工程。为此必须要以科学的角度矿山生态进行理解,并选用适当的恢复方案来对生态结构进行改善,从而使矿山可以具备生物多样性等生态特点。
2 矿山生态修复的处理方法
2.1 对矿山生态结构进行稳定
根据矿山的生态结构及地质环境,其在实际中可以采用物理及化学两种方式来对矿山生态进行稳定,具体实用措施有以下内容。
物理处理主要是对矿山生态进行前期的生态修复,由于在排矸场就采矿区都经过了长期的开采及生产活动,因此其地质存在不稳定的情况。在排矸场主要应用熟土进行掩埋工作,而在采矿区则是进行填充工作,这样可以有效提高矿山地表景观区的稳定性。
化学处理则是利用稳定剂来处理尾矿,在应用稳定剂后尾矿会经由化学反应出现一层保护膜,利用这层保护膜可以有效的提高尾矿的稳定性,避免出现侵蚀的情况。但是此种方法在使用中具有一定的缺陷,其因化学药剂而极易造成生态污染,并且整体成本略高,不适宜大规模使用。
2.2 进行矿山植被修复的方法
进行植被修复是最有效的矿山生态修复方法,根据矿山生态修复的需要其在实际中可以采用直接种植及覆土种植两种措施,在实际中对植被修复方法的选用需要根据矿山土壤情况及土壤肥力等进行合理选择。
直接种植在应用中具有成本低、操作简单等优点,但是在实际中其要求矿山地质需要具备一定的营养条件,且土壤结构可以满足植物生长的基本条件,但是在许多废弃矿山中其土地多为裸地,地表无植物存活或是存活量较少,其土壤内部微生物及其它有益生物存活率量较少,不适宜直接种植。因此直接种植的方式仅适用于矿山土壤生态损坏程度较低的区域。
覆土种植在实际中需要对地表生态修复区域进行覆土工作,并且要保证覆土的厚度满足植物生长需要,为此其成本较高,覆土厚度需要达到5cm-10cm。在进行植被修复时可以采用种植豆科植物来降低成本,或是选用适地性良好的植被种子。
2.3 进行矿山土壤生物修复的方法
在土壤生态结构中其内部生物起到了非常重要的作用,其可以有效的提高土壤肥力,改善土壤结构,为此对于土壤生物的修复需要从微生物及土壤动物两个部分来开展。
土壤中微生物不仅可以有效调动土壤活性,还可以促使土壤养分快速分解,提高土壤有机物含量,同时一些微生物还可以分解污染物及垃圾,有效的减少污染问题,并且对微生物进行修复还可以提高矿山生态修复水平,使整个生态系统更加完整。同时对于微生物的修复需要根据矿山原有生态中微生物的种类进行恢复,避免引进不同的微生物造成生态结构受到破坏,影响植物生长。
土壤动物可以有效的疏松土壤结构,并且多数土壤动物会对落叶及枯枝进行分解,通过分解这些残枝,使土壤肥力得到提高,进而使植被土壤可以形成完整的营养循环。因此在矿山生态修复中对土壤动物的修复也是其在实际中需要重点控制的部分。
3 进行矿山生态修复的技术措施
对于矿山生态修复工程需要依据科学的修复理念及发展观开展相应的工作,本着可持续发展的观念并结合与自然和C共处的观念来制定相应的规划,在考虑生态环境本身所具有的自愈能力来选用适当的技术措施对生态环境修复进行科学、合理的布局,并且对于技术的使用需要对其经济性及适用性进行考虑,从而保证在矿山生态修复中可以满足其多方面的实际需求。
3.1 采矿区生态修复
坑下开采矿山应采用减轻地表沉陷的开采技术,并推广使用充填采矿工艺。尽量减少地表沉陷面积,对已造成地面裂缝的地方,应采取废石充填和表土覆盖,最后恢复植被。露天矿开采后,多形成坡度陡的岩石边坡,以及宽度不大的台阶,因此,在对露天采矿区进行生态修复时,要对其形成的坡面进行不同程度处理,对边坡坡度大于75°的,在保证边坡稳定的前提下,进行生态环境修复措施。
3.2 排土场复垦
排土场生态环境修复,首先要保证边坡稳定,其次采取工程措施与植物措施相结合,主要是植树种草。对存在安全隐患的边坡要进行工程措施处理,其主要包括修建拦河坝、削坡开级、修建抗滑桩、深空预应力锚、长锚杆加固等工程措施。排土场植物措施所选择的植物树种要抗性强、品质好,栽植树木的方法主要包括堆土袋、挂网绿化、植生袋、植生盘等。排土场修复为林地时,应在其表层覆土,厚度应大于30cm;若采用坑栽,可在坑内填入少量的客土;在边坡小于35°的人工挖土缓边坡地带可种植一般的林木。
3.3 尾矿库复垦
在进行尾矿库复垦工作时需要在保证其完全闭库后且整个工程设施都稳定后进行相应的处理工作,根据其实际的性质对复垦工作进行调整。无论尾矿为酸性还是碱性,要根据场地的利用方向对其进行深度处理;尾矿中含有放射性、有毒物质时,应根据其含量水平确定是否有必要设置隔离层,并尽可能深度覆盖;尾矿所含盐分较大时,应对其进行除盐处理,或者深度覆盖处理。同时,要在尾矿库周围设置排水设施,排水设施必须满足一定防洪标准。根据国内外的生态修复成果,对尾矿库进行生态修复时需要在其表层覆盖厚度大于5cm的土壤,并设置各项防止水土流失的措施。
3.4 排矸场生态修复
排矸场生态修复首要工作是对以坡地和丘陵为主的排矸场进行边坡稳定,主要措施包括水平阶整地,稳定坡面,降低矸石山的相对高度。在矸石堆放前,必须对沟底进行推平、夯实处理,堆放矸石以3m为一层进行分层堆放,且台阶的宽度要大于3m。堆放顺序为从沟里向沟口进行,层层压实,同时在沟口设置拦渣坝和浆砌石排水沟。在边坡地带以15m为间隔设置导流渠,且层与层之间错落布设排列呈“品”字状;其次在排矸场上进行表土覆盖;最后根据土壤的性质和当地气候条件选择适宜的植被栽植。
4 结束语
对废弃矿山进行生态修复需要经历一个长期的过程,为此必须要根据矿山生B修复工程的实际需求制定出完善的处理规划。在进行矿山生态修复之前需要对矿山生态受到破坏的程度、矿山类型、生态特点等进行全面的调查,根据调查的结果进行全面的综合性规划。对于矿山生态修复必须要遵循其生态修复原理从土壤、植被、生物等多方面进行改善,采用适当的技术措施对矿山生态进行修复,以此来保证矿山生态修复工程进展的顺利性。以上根据矿上废弃后的特点从多角度提出了在实际中对不同区域采用的不同生态修复方法,以此来保证生态修复的有效性,使矿山生态结构可以满足持续、平衡发展的需求,并具备应有的生态功能。
参考文献
[1]金一鸣.矿山废弃地工程绿化技术模式生态修复效益研究[D].北京林业大学,2015.
[2]冯少华,陈炜,祁冉,等.矿山生态修复方法及工程措施研究[J].科技创新导报,2016,13(23):26.
关键词:污染土壤;危害;植物修复;技术
植物修复是利用某些植物对土壤重金属的超量吸收挥发以及对土壤中有机污染物降解等特殊功能,并与根际微生物协同作用,进行原位修复污染土壤的方法,这种方法费用低,效果显著,不影响环境,是一种极具发展潜力的“绿色产业”。植物修复的对象是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤及水体的一项绿色技术。
一、土壤污染的含义以及危害
土壤污染是指有毒有害污染物的数量和速度超过了土壤的容纳能力和净化速度,而通过多种途径进入土壤。造成土壤的物理、化学和生物学性质、组成及性状等发生变化,使土壤的自然动态平衡遭到破坏,从而导致土壤自然功能失调、土壤质量恶化、严重影响作物的生长发育和产品的质量,从而产生一定的环境效应,并可通过食物链对生物和人类构成危害。土壤污染的危害包括隐蔽性和滞后性、累积性和不可逆性、不易治理性和后果严重性。
二、植物修复技术的含义
植物修复技术包括利用植物超积累或积累的植物吸取修复,利用植物代谢功能的植物降解修复、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态功能的植物稳定修复、利用植物转化功能的植物挥发修复、利用植物根系吸附的植物过滤修复等技术;重金属、农药、石油和持久性有机污染物、炸药、放射性核素等是被植物修复的污染物。这种技术的应用关键在于筛选具有高产和高去污能力的植物,摸清植物对土壤条件和生态环境的适应性。
三、植物修复的研究和机理
1.植物修复的研究。植物修复是一项绿色技术,它是利用植物修复有毒重金属、有机物、放射性核素污染土壤、沉积物、地表水和地下水,是一项利用太阳能动力的处理系统。作为早期有机污染植物修复的研究对象是石油烃类,其修复机理已有较清楚的认识。
2.植物修复机理。植物修复技术是一种绿色的修复技术,已经引起人们极大兴趣和关注,植物修复技术是污染土壤修复技术中发展最快的领域。当前进行的土壤污染的植物修复机理包括植物提取作用、根际降解作用、植物挥发等作用。
3.植物修复技术的局限性。植物修复既是一种符合公众心理需求的新技术,是一条绿色的,生态的净化途径,而且也是一种经济有效的净化的方案。该技术对环境扰动少,可以说是真正意义上的“绿色修复技术”。但是植物修复技术也具有其局限性,这种局限性主要表现在:(1)目前发现的超富集植物所能累积的元素大多较单一,而土壤污染通常是多元素的复合污染。(2)超富集植物生产比较缓慢,生物量低,而且生长周期比较长,因此从土壤中提取的污染物的总量有限。(3)目前发现的超富集植物几乎都是野生植物,人们对其农艺性状、病虫害防治、育种潜力以及生理学等方面的了解还不够深刻,所以难以优化栽培和培育。(4)犹豫超富集植物的根系比较浅,只能吸收浅层土壤中的污染物,对较深层土壤中的污染物则无能为力。(5)异地引种对生物多样性的威胁,要引起足够的重视,这是一个不容忽视的问题。(6)植物器官往往会通过腐烂、落叶等途径使重金属污染物重返土壤,因此要将富集重金属的超富集植物进行收割并作为废弃物妥善处理。
4.植物修复技术发展前景
(1)植物修复涉及一系列技术,包括不同的植被类型,其作用对象、修复机理和能力都是不相同的。(2)利用放射性同位素标记技术,加强研究植物体内各种生理生化代谢途径对污染物胁迫下的适应性反应,如光合反应、呼吸代谢、激素应激对污染物胁迫是如何做出适应性改变的,还要加强研究污染物胁迫下植物次生代谢途径反应以及逆境信号传导途径。(3)从分子生物水平加强对植物解毒机理等基础理论的研究。应重点围绕根系来探索解毒机制和污染物在植物体内的运输机制,植物吸收污染物首先要经过根系,因此,要了解植物、土壤、微生物整个体系下各物质之间的相互作用。(4)植物一微生物联合修复技术可以成为一种很有发展前途的新型生物修复技术,需进一步完善其理论体系、修复机制和修复技术。
水源短缺加剧
导致汾河水源短缺情况加剧的主要原因一是降水减少、经济社会发展对水资源需求量增加等,引起汾河中下游干流河道断流;二是工业和城市生活严重依赖地下水开采,以及农业用水增加,致使地下水严重超采,造成水位急剧下降;三是污水垃圾处理水平低,中水价格不合理,回用规模小,加剧水资源的短缺;四是植被被破坏,土壤储存水分能力下降;五是煤炭等矿产资源的过度开采,造成水资源的严重破坏。
生物多样性急剧减少
汾河中下游流域的生物多样性在人为因素影响下急剧减少,主要是河道乔灌木的过度砍伐,造成了大量动物、植物、微生物受到威胁;其次是为了提高粮食产量和加大畜牧业的发展,人们过度开垦和过度放牧,造成生物所需的食物大大减少;三是捕捞业的发展,人工过度的捕捞使得生物数量大大降低,很多种类已经绝迹;四是山西工业化的发展造成环境污染,很多不能适应环境的生物被很快淘汰。
生态修复技术概述
水环境生态修复技术是通过调控水生态环境中相互制约又相互促进的各环境影响因子,促使其形成平衡和稳定的生态系统为目标。生态修复技术包括利用培育的高等植物或培养、接种的微生物的生命代谢活动,对水体中污染物进行富集、转化、吸收及降解,使水质得到净化的相关技术。该技术具有修复效果稳定、低耗能或不需耗能、工程造价相对较低、运行成本低廉以及不形成二次污染等特点,主要用于受污染而失衡的自然水生系统的修复。这类水生态修复技术在发达国家已经得到较为成功的应用,在我国也开始大量的应用,主要有土地处理、高效微生物固定化和人工湿地等技术。
1土地处理技术
废水的土地处理,是将一、二级处理出水用于农田、牧场或林木灌溉,或将原废水经土壤渗滤后回注于地下水等处理技术的总称。废水中通常含有农作物需要的各种营养成分。据我国一些城市污水的测定结果表明,污水中含T-N为30~90mg/L,NH3-N为20~50mg/L,P为3~4mg/L,K为5~40mg/L。上述养分经一级或二级处理后只有少量被除去,而大部分随出水排出。利用废水灌溉,不仅解决了农牧林业对水、肥两大要素的需求,并通过其中的腐植性提高土壤肥力和地温,可获得十分显著的增产效果,而且能除去人工生化处理难以除去的N,P营养物和难生化降解有机物,进一步降低COD,SS和病原菌,使废水资源得到再生。
2高效微生物固定化技术
高效微生物固定化技术是近年来随着废水处理的不断完善和需求而发展起来的新型技术。是指将经过培养的高效微生物、酶或菌藻共生群限制在特定的材料区域内部,达到提高微生物或酶的浓度,创造有利于生物代谢的环境,有效减少微生物流失,并使固液容易分离的目的。该类技术主要用于治理富营养化水体。
3人工湿地技术
人工湿地是在土地处理、稳定塘和生物滤池等污水处理技术基础上发展起来的一种人工构建并控制的、主要利用天然净化能力的污水处理和生态修复技术。它利用了微生物、湿生植物和动物等一系列生物的代谢活动,综合了物理的、化学的和生物的复杂过程,使污水中污染成分得以降解,并将其无害化或转化为可利用的物质。
人工湿地技术的可行性分析
1人工湿地水质净化机理
人工湿地床基具有巨大表面积、特定的化学组成和无数的植物根系及其代谢产物(氧、生物活性物质),为污染物的过滤截留、物理和化学吸附、化学分解和沉淀、生物摄取和氧化分解、矿化等提供了很好的条件。污水中的有机物主要依靠人工湿地床基内的物理和生物、化学的综合过程去除;不溶性有机物被过滤截留、水解、生物摄取和氧化分解;溶解有机物直接被水解、生物摄取和氧化分解;氨氮在床基中大部分通过硝化—反硝化生化过程被去除,部分氨氮和硝氮通过植物吸收而去除;有机氮主要呈悬浮状,被床基过滤截留,并通过生化作用矿化为氨氮、硝氮,进而通过植物吸收和硝化—反硝化过程去除;污水中磷大多以正磷酸盐形式存在,并主要通过人工湿地床基中的钙、铁、铝离子沉淀固着,以及植物的吸收过程去除,沉淀固着在床基中的磷可通过床基料更换而移出;污水中一些微量的金属通过人工湿地床基的吸附或沉淀作用去除,被湿地植物吸附、吸收去除。污水中大部分病原菌和病毒被人工湿地床基好氧微生物摄食分解,部分被植物根系分泌物杀灭。
2人工湿地的类型分析
从工程设计的角度出发,按照系统布水方式的不同或水在系统中流动方式不同划分为表面流人工湿地(自由表流湿地和构筑表流湿地)、潜流人工湿地(水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和复合式潜流湿地)。不同类型的人工湿地对特征污染物的去除效果不同,具有各自的优缺点。表面流人工湿地和自然湿地类似,污水从湿地表面流过,在流动的过程中得到净化。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点,但占地面积较大,水力负荷率较小,去污能力有限。
垂直潜流人工湿地是指污水从湿地表面纵向流向填料床的底部,床体处于不饱和状态,氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。其硝化能力高于水平潜流人工湿地,可用于处理氨氮含量较高的污水。其缺点是对有机物的处理能力不如水平潜流人工湿地系统,落干/淹水时间较长,控制相对复杂,夏季有孳生蚊蝇的现象。水平潜流人工湿地因污水从一端水平流过填料床而得名,它由一个或多个填料床组成,床体填充基质,床底设有防渗,防止污染地下水。与表面流人工湿地相比,水平潜流人工湿地的水力负荷较大,对BOD5、CODcr、SS、重金属等污染指标的去除效果好,而且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象,有利于在北方地区的冬季运行。
沈阳环境科学研究院开发的复合流式潜流人工湿地技术(以水平流为主,与垂直流结合)中的复合流湿地结构由底至上分别为防渗区、导淤区、主控区及种植区。与其他类型人工湿地相比,复合流式潜流人工湿地的水力负荷大,对BOD5、CODcr、SS、氮磷等污染指标的去除效果好,而且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象,特别是能有效地解决湿地系统的淤堵问题和北方地区的冬季运行问题。
3人工湿地生态修复适用性分析
从汾河流域亟待解决的主要生态环境问题来看,主要是水污染的治理、生物多样性的恢复以及水资源的保护和利用问题。而人工湿地的技术特点正是以不同类型的湿地系统的营建和组合来实现河流水质的净化、生物栖息地的营建和水源涵养与保护,这从形式到内容都与汾河生态修复的总体目标相一致。再从该技术的经济可行性和技术成熟性来看,人工湿地技术是目前水质净化与生态修复技术中投资较低,且便于维护管理的实用技术。目前,我国已经颁布实施了《人工湿地污水处理工程技术规范》,使人工湿地生态治污技术进入到标准化、规范化的阶段,在河道与湖泊水体净化和生态修复方面已有很多成熟应用的经验。从人工湿地类型特点的适用性来看,水平潜流人工湿地和复合流式潜流人工湿地的选用有利于处理污染负荷较高的水体,适宜净化目前汾河中下游严重污染的水质。表面流人工湿地处理负荷虽然较低,但便于在汾河滩地应用,对河水水质有较好的缓冲调整作用,有利于汾河流域生物多样性的改善与营建。
因此,可根据汾河及其支流的不同河道特点、河床与滩地的可利用性、不同河段的水质污染状况和生态修复目标,在不同河段将潜流湿地与表流湿地优化组合,合理布设。对于汾河太原出境处的严重污染河段还可考虑适当的预处理措施,以保证水质达标及湿地系统的入水要求。综上,结合汾河流域的生态环境问题和人工湿地生态修复的技术特点,以人工湿地为主要技术手段实施该流域的生态修复是可行的。
汾河流域污染治理和生态修复的对策
1源头治理调整布局和优化结构
对生活污水及工业废水要进行源头治理,坚决杜绝未经处理直接向汾河排污。在沿岸几个重点排污城市应增扩建污水厂,扩大处理规模,中小城市也应因地制宜地建设合适规模的污水处理厂或污水处理设施。工业废水应当根据各个企业的产品及所产废水性质区别对待,经过处理的废水,有回用条件的应该回用,不能回用的也要实行达标排放,应坚持“谁污染,谁治理”的原则,从污染源上治理汾河水污染。对于汾河中下游流域的污水治理,应结合实际情况,建议污水先通过城市污水厂处理,再通过湿地系统处理后排放入河,这样对于水环境容量较低、自净能力较弱的汾河来讲是十分必要的,有利于汾河的断面达标。特别是人工湿地技术,不但成本低,而且植物根系土壤可以涵养水分,大量植被的形成有利于生物数量与种类增多,同时可营建生态景观,恢复人与自然和谐相处的生态环境。
2加快汾河支流流域治理
汾河支流是汾河全流域的重点水源补充,直接影响着汾河流域的水生态环境,与其生态修复息息相关,故针对汾河支流应采取有效的治理措施。第一,对汾河支流流域内的污染源进行治理,从源头上对排入汾河支流的污水进行治理,降低入河的水质指标,为汾河支流的生态修复做准备;第二,以人工湿地技术为主,在汾河支流干线实施生态修复,提高水环境容量;第三,在汾河支流入汾河河口处营建河口人工湿地,利用潜流湿地、功能表流湿地和景观表流湿地相结合的方式进一步改善汾河的支流水质,同时营造湿地景观环境,提高汾河流域河口环境质量。
3落实汾河流域干流人工湿地生态修复工程
以汾河流域干流殊区域重点段生态修复为基础,以人工湿地生态修复技术为依托,加快落实汾河整个流域干流人工湿地生态修复工程,改善汾河水水质指标,增强汾河的自净能力。通过湿地工程的营建,流域内的植被系统逐渐得到修复,野生动物系统也会随之得到恢复,有效地提高了生物多样性,从而使汾河流域生态环境从根本上得到修复。
4提高全民水忧患意识,依法保护水资源
水是生命的源泉,是人类生存的命脉。水利,是农业的命脉,也是工业和整个国民经济的命脉,是国民经济的基础产业和基础设施。因此,必须加大宣传力度,增强全民水忧患意识,强化水利基础产业的重要地位。加大环保宣教力度,提高环保法律法规的普及,提高全民的环境意识和法制观念。公众要通过扩展环境权益来提高环境意识,把个人的环境意识的提高过程与对人们切身利益的保护和改善联系起来,自觉参与环境管理。