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在处理水土流失及生态资源的问题上,国内正努力研究先进的方法。通过多年的研究实践,生态修复技术已经被人们所看好,此方法与现实实际相符,有很强的针对性,可以让存在的问题得到有效解决。将生态修复技术运用到现代园林艺术当中,可找到问题的根本且可以总结出相关的规律,进而使发挥出最佳的效果。
1.生态修复技术的简介
当我国政府部门的园林管理者要对生态环境展开建设性的设计规划时,通常会遵从生态修复的知识概念来开展生态景观的设计及规划。并且,选择正确有效的生态修复技术,以完成设计规划的实施,它的内容一般包括了以下3个方面:第一,生态恢复的整个过程应确保每一个生态系统之稳定性;第二,生态恢复的整个过程应保障自然物种之多样性及生态性,让生态系统始终保持平衡;第三,生态恢复的整个过程应对生态环境结构加以科学的规划,让所有生物全部都受到科学调配。同时保持它原本的风貌,杜绝发生环境萧条问题。要想让生态恢复目标得以顺利实现,那么园林管理者就必须严格遵从科学性的原则,始终持着可持续发展这一重要思想,进而让已受到损耗的自然环境得到优化。
2.生态修复技术与现代园林艺术的关系
对生态环境进行修复的目的并不只是要求其恢复到最初的一种状态,而是要恢复其原始性的生态平衡。如此一来,就要求我们政府部门的园林管理人员充分地利用现代园林艺术的知识理念对生态修复的结果加以科学的调整与改进,促使其实现最佳的生态平衡。所以,生态修复技术和现代园林艺术二者间不但有内在的联系,而且还存在实质上的差异,二者分别在不同的领域发挥出修复生态环境的功效。
3.生态修复技术的种类
3.1单项生态修复技术
单项性的生态修复技术通常具有以下3种修复方式。第一,植物的修复。该修复技术全面兼顾了“人为因素”及“自然因素”,在遵从正确的操作方法后,让生态系统迅速得到平衡,可以使受到破坏的自然环境得到控制及再生,同时这一方法对于原生态的重建具有非常显著且独特的作用,可看性也非常的强。第二,微生物的修复。实际上,在生态修复的技术之中,微生物这一生态修复技术有着极其重要之地位,其主要借助于微生物在特定前提下的转化来实现生态平衡的目的。而且微生物修复技术之中的微生物也只是一个统称而已,其包括了细菌和真菌等。第三,化学修复。不难看出,化学修复是一种在现实中普遍运用的技术,其借助于在受破坏的环境之中提炼出相关的化学物质进而来完成对生态环境的修复功效。
3.2复合生态修复技术
近年来,人们开始对复合性生态修复技术越来越关注,单一的修复技术具有一定的局限性,而运用复合的生态修复技术则可以弥补单一技术的不足,取长补短,可以更好地发挥各种生态修复技术的优势,提升生态修复效率及质量。
4.如何实现生态修复技术在现代园林艺术中的应用
4.1应用是遵循的原则
怎样把生态修复技术更加科学地应用到现代园林艺术当中去是园林管理人员需要面对的首要问题,要想实现生态恢复的终极目标,那么就必须遵从生态修复技术运用于现代园林艺术中的几个原则:
(1)应该站在以的视角来看待环境问题,当对环境做出规划的时候,除了应全面考虑环境规划的基本原理与方法的适应性,同时还要从生态系统的全局来看待环境问题,切忌将目光局限于当前的规划工程项目当中。在规划理念方面,要和国家政府的政策与理念保持高度一致与统一,让生态环境确实得到保护与发展。
(2)全面拓宽绿化的面积。其实,让生态修复水平得到有效提升的关键因素就在于增加绿化的面积。现今,全球气温正不断升高,以至于水平面也随之而上升。但是,植物却可借助光合作用的功效把空气里边的二氧化碳变成氧气,所以绿化面积是否达标具有决定性作用,然而,这一重要因素在这之前是极少被重视的与考虑的。政府部门应该顾虑到近年来国内土地运用实情,然后找到更为强劲的植被实施绿化面积的进一步扩张。与此同时,在植物的规划过程中,管理者应该借助空间之优势来实现绿化面积的扩增的目的。借助空间的科学分布以及植物的正确分配,来决定绿化面积扩增的大与小。
(3)针对各种情况选择相应的解决办法。切忌按部就班,实施生态修复的过程中,规划人员必定要面对各种性质各异的设计方案,譬如,街道的绿化、工业园区的的绿化以及居民区的绿化等。所以,相关的管理人员必须结合实际情况之需要展开有效的针对性强的规划。就街道绿化规划而言,除了要考虑其的生态修复的功效,还要顾及其整个市区的市容市貌,精心设置一个即满足生态修复要求又满足市容市貌的需要的规划方案。对工业园区进行规划的过程中,必须着重考虑环境污染控制之功能,种植一些具有这一作用的植被。而对于居民区则要注意减少污染及构造和谐的氛围。
4.2具体的应用方法
在全面准确地明白了生态修复技术在现代园林艺术中的注意事项之后,则需要在实际中进行实施,其中具体的应用方法主要有以下几种:在排水方面,现代中绿化部分的排水功能主要依靠地表排水和排水设备进行排水。在规划实施时,通常会种植大量的植物,以此来解决水流对地面的影响。为了有效的解决该问题,在实施的过程中往往会采用铺地植物实施种植以及在合适的地方配备具有挡水功能、操作性强的工具,让其在减弱水流速度方面发挥出其的作用。对于护坡的方面,可以运用水景护坡方法,即对坡面添加能够靠近边岸之水面,采用驳岸与护坡方式对坡面进行保护。所用的植物一般是运用种类多样、性能各异的植物给予栽培,从而有效防止水流慎入。在对道路进行设计规划方面,一般是运用多种材料对道路路面实施保护,这样可以避免水土发生流失。
关键词:生态措施 生态系统 水下森林
1、 工程概况
本工程是一个以城市景观为主的城市内湖,生态修复湖面320000m2,清淤完成后平均水深1.74m,库容55700m3,集雨面积达16.59km2。随着环湖土地大量开发,周边污染源源不断进入,湖区水位并没有明显降低,湖面已被水浮莲密集覆盖,通过水质检测其主要水质指标全部超标,已经成为严重富营养化的湖泊,极大影响了湖泊的城市景观效果,为改善湖区周边的人居环境质量,实施湖泊的综合整治工程已势在必行。
2、 综合治理技术措施
从以往富营养化水体的治理与修复实践案例分析,采用单一技术治理富营养化水体的成效有限,因而选择采用外源与内源控制,工程与生态措施相结合的综合治理方案。
目前,此湖正在实施污水截流,初期雨水截流及净化,生态引水及底泥疏浚等综合整治工程。通过以上综合整治措施,可以有效控制外源污染的输入量和污染物的富集与释放,增强底泥对水体的净化能力,增加水体的复氧能力,使湖区水体水质在较短时间内有明显改善。但湖区内必须建立健康的水生生态系统,才能长期有效地控制内源污染。
3、水质和污染源分析
通过下表的水质检测数据可以看出,其主要水质指标全部超标,显示为劣Ⅴ类水质。
根据资料查阅及现场踏勘,此湖目前存在的主要污染源还有:地表径流污染和污水处理站尾水污染。其中地表径流污染主要由于其周边集雨面积较大,尤其是农村生活社区、农田及绿化地表径流是该湖污染负荷的主要来源。近几年,该地区降雨径流监测显示,各类城市降雨径流中的氮磷浓度差异较大,总氮,硝态氮,氨态氮与总磷的平均含量范围分别为1.96~6.77mg/L、0.62~4.89mg/L、0.35~1.18mg/L和0.04~0.66mg/L。
根据现有的污水处理站的资料分析,现有3座污水站尾水排放入湖,排放量为32800m3/d,排放标准为一级A。
4、 水体生态修复技术措施
此湖水体生态治理主要含6个部分:?生态拦截 ?污水处理站尾水入湖口处理措施
?水下地形改造 ④底质改良 ⑤生态系统构建 ⑥漂浮湿地。
4.1 生态拦截
4.1.1 生态集雨
湖区水体其中的主要污染为面源地表径流,采用雨水生态收集过滤渠净化路面及绿化带来的入湖污染负荷。
4.1.2 环湖生态湿地带
对于不易收集或集中入湖的漫流形式的地表径流,采用构建环湖生态湿地带的技术措施,过滤初级地表径流。
4.2 污水处理站尾水入湖口处理措施
4.2.1 生态浮岛净化系统
采用生态浮岛净化入湖污水,在达到水质净化的同时,又具有较好的景观效果。
4.2.2 复合湿地净化系统
为最大量的削减污水处理厂的尾水,采用表流湿地深度过滤污水,提升水质量标准。表流湿地的净化作用主要体现在:植物吸收、微生物分解、物理吸附。
4.3 水下地形改造
借助清淤工程开展,营造合理的水下地形,由陆域、湖滨区(0-40cm)、浅水区(40-100cm)、过渡区(100-150cm)、深水区(150cm以上)组成的多生境条件的水下地形,有利于生物多样性的恢复。
4.4 底质改良
底质消毒主要是杀死一些土壤表面的藻类孢子以及一些有害病原菌;底质改良主要对底质 pH等进行改善。经过底质预处理,可中和底泥中的各种有机酸,改变酸性环境,起到除害杀菌、施肥、改善底质的作用,含有水生动、植物生长发育所需的全部常量元素和大部分微量元素,这些元素都以离子状态存在,能被水生动、植物所利用。
4.5 生态系统构建
4.5.1 沉水植物构建
沉水植物是水体中的生产者及动物生境条件的营造着,在水生态系统中具有重要作用。
本案从湖区水深及功能定位选取沉水植物的种类及栽培区域。
浅水区(0-80cm)构建水生草皮系统;过渡区(80-150cm)构建水生森林I型;深水区(150cm以上)构建水生森林II型。
4.5.2 水生动物生态系统的构建
完善生态系统的食物链和食物网结构,实现水体生物多样性。通过滤食浮游藻类,有效控制蓝藻水华; N、P通过藻类营养级转化,以鱼产量形式得到固定,进而达到净化水质目的。
4.5.3 水生微生物净化系统
水生微生物在水生态系统中具有重要作用,实现了营养物质(污染物)从有机向无机的转化,有效分解水体中的悬浮物、沉积物、动植物遗体、碎屑等,因此,在建设生态系统的最后,完善有益微生物的种类及数量。
4.5.4 滨水湿地带构建
湖区水系的景观功能是本案打造的重点,依据陆域景观的不同,合理搭配适生、水生植物形成自然、生态的湿地景观,同时兼顾一定的水质净化效果。
4.6 漂浮湿地
漂浮湿地是采用漂浮物质及种植土拼着而成,可以漂浮在水面上,可移动也可以固定,栽培植物的种类可以是草皮、水生植物甚至是小型的灌木等。在湖区内构建漂浮湿地,具有一定的水质净化效果,同时提升水域景观。
5、水体维护
5.1日常维护:枯死植物更新补植、残梗败叶及时清捞、收割长势茂盛植物、及时捕捞动物,并视具体情况适量补充。
5.2专业养护:定期对景观湖水质进行检测
检测指标:氨氮、亚硝氮、硝酸氮、总氮、总磷、 CODMn、叶绿素a、浮游植物、浮游动物等;检测频率:1次/季度,具体检测频率根据实际情况而定。
6.注意问题
1)流域面积比较大,流域范围内的降雨、人类活动、市政建设活动对湖泊水生态系统具有较大的影响和扰动。
2)恶劣天气如台风天气、潮水顶托、强降雨等,使湖区水位超过常水位较长时间和反复次数过多,对湖区清水水生态系统造成破坏。
3)人们的放生活动会影响清水生态系统。禁止随意投放草鱼、鳊鱼、鲤鱼等鱼类。
4)外来物种如罗非鱼、福寿螺等对水生态系统也有破坏作用。
5)生态建设所采用的水生动植物品种均为项目区域土著物种或历史曾有物种,杜绝使用外来种或入侵种,保证湖区的生态安全。
参考文献:
1.夏宏生,蔡明,向欣 人工湿地净化作用与微生物相关性研究【J】,广东水利水电,2008,3:4-8
2.郑涛,穆环珍,黄衍初等 非点源污染控制研究进展【J】,2005(2):31-34
3.贺锋,吴振斌 水生植物在污水处理和水质改善中的应用【J】,植物学通报,2003年06期
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
[1] 冯杏彪,蒋韬,刘滨东,等.污染水体的植物修复技术应用[J].科技致富向导,2011,(18).
[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:生物技术 环境污染 治理 应用
在我国过去几十年的经济发展中,由于忽视了发展中的环境保护,目前环境状况十分严峻。近年来虽采取了大量控制措施,但环境质量下降的趋势仍在继续,我国成为世界上环境污染最为严重的国家之一。近年来,随着细胞融合技术、基因工程技术、分子生物技术等的发展,环境生物技术得到了进一步的发展。由现代生物技术和环境工程技术相结合的环境生物技术已在环境治理上发挥着重要的作用。生物技术产生、发展及演变与一系列的环境污染问题有着密切的联系。因此生物技术在环境领域的应用有着深远的发展前景,特别是对于寻求用低成本解决环境问题的发展中国家具有极大潜力。
1.现代生物技术的概况
现代生物技术是应用现代生物科学及工程原理,利用生命有机体来发展新产品或新工艺的一种技术体系。目前生物技术应用到农业医药卫生、食品工业和化学工业的发展,并在解决人类面临的粮食危机、环境污染和能源危机中起到了重要作用。因此,在世界各国均重视高技术发展的当代,生物技术最被人们看好,被列为优先发展的领域,已成为21世纪最重要的技术支柱之一。
目前利用生物技术治理环境污染,与化学、物理等其他技术比较,环境生物技术具有效率高、成本低、反应条件以及无二次污染等显著优点,能有效的遏制生态恶化趋势,促进自然资源的可持续利用。生物技术是最安全和最彻底消除污染的方法,同时还可以增强自然环境的自我净化能力;是有机废物资源化的首选技术,将有机污染物转化为沼气、酒精、有机材料、蛋白等;能改造传统生产工艺,实现清洁生产过程的生态化或无废化。
2.生物技术在环境保护中的应用
2.1生物技术在废水处理中的应用
利用生物技术,将利用在自然条件下生长、繁殖的微生物处理废水的技术,称为自然生物处理法,该法是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化作用从而使废水得到净化的处理方法,该技术被认为是一种经济有效的污水处理手段,它不但融合了生物自身的特点,如吸附性好、沉降性好和降解能力强等,而且符合生态学及可持续发展的观点。随着科学技术的进步、污染状况的加剧,环境标准的不断提高,使废水生物处理技术取得了很大进展,如吸附-降解生物处理技术、厌氧折流板反应器生物处理技术、间歇式活性污泥法生物处理技术、LINDE生物处理技术、升流式厌氧污泥床生物处理技术、废水生物脱氮除磷技术等都得到了充分开发[1]。
2.2生物技术在废气净化处理中的应用
目前采用的方法有生物过滤、生物洗涤和生物吸附法等。生物技术法与传统有机废气处理方法比较,具有成本低、效率高、安全性好和无二次污染等技术优点,国内外运用现代生物技术对废气净化处理得到了较为理想的效果。美国学者利用微生物代谢净化工业性恶臭气体效果显著,而且不产生二次异臭;德国研究者利用生物膜过滤处理含硫化氢的气体,硫化氢除去率达90%以上。魏在山等利用生物膜填料塔对橡胶再生脱硫过程所产生的低浓度有机废气处理试验结果表明:生物膜填料塔处理工业有机废气是可行的,当运行条件控制适当时,净化效率可保持在90%以上,能够实现达标排放,且投资省,运行费用低。
2.3生物技术在固体废弃物处理中的应用
目前,国内外固体废弃物常规处理方法主要有固积、掩埋、焚烧,其缺点是建设投资和运行费用高,在处理的过程中有同时对空气、土壤都有不同程度的污染。固体废弃物进行“无害化、资源化、减量化”处理,使其成为可用于农田的土壤改良肥料,以达到变废为宝的目的。经过生物技术处理的城市生活垃圾可作为作物生长的优质有机肥料,实现城市生活垃圾的部分资源化有利于生态环境的良性循环。近年来,国外采用机械快速堆肥工艺,发展用蚯蚓床处理有机垃圾和粪便、处理城市垃圾,不仅可以将城市有机废弃物转变为肥效高且无臭味的蚯蚓粪土而且还能获得大量蚯蚓作医药原料,加上蚯蚓体内蛋白质含量与鱼类相当,是畜禽和水产养殖业的优良饲料,可以收到一举数得之效果。
2.4生物技术在环境污染修复中的应用
生物修复是指在不破坏自然生态系统,维持其原貌的前提下,有效地利用自然净化能力并强化其分解污染物的能力,使其得以修复。该法是利用生物的生命代谢活动减少存在于环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化,从而使污染了的环境能够部分或完全恢复到原初状态的过程,它包含有植物修复和微生物修复两种。
生物修复技术是80年代以来产生和发展的清除和治理环境污染的生物工程技术,生物特有的分解有毒有害物质的能力,去除污染环境如土壤中的污染物,达到治埋环境污染的目的。生物修复技术最成功的例子是应用投加营养和高效降解菌对油轮泄漏造成的污染进行处理,取得非常明显的效果,使得近百公里海岸的环境质量得到明显改善。此后该技术被不断扩大应用于环境中其他污染类型的治理。国外对生物修复技术非常重视,研究证明采用微生物分解有毒有害物质的生物修复技术是治理大面积污染区域的一种有价值的、可行的、有效的和优越的方法。随着生物技术的发展,生物修复的内涵也不断丰富,近年来还研发了真菌修复、植物修复以及无机污染物的生物修复等技术。生物修复的种类也日益增多,可分为土壤生物修复、地下水生物修复、沉积物生物修复和海洋生物修复等[2]。
3.结束语
生物技术作为一项有效的环境污染治理措施受到越来越多的关注,其在环境污染治理、生物修复技术方面都得到了广泛的应用并取得了一定效果。随着技术的进步,对难以生物降解的有机物可利用微生物的共代谢作用进行污染物降解;还可利用微生物诱变育种、原生质体融合和基因工程创建高效工程菌应用于环境污染治理等,这些都是环境污染生物治理的有效手段。环境污染的治理和控制将随着新理论、新方法的运用而日臻完善。
参考文献:
关键词:河道;污染;生态修复
中图分类号:X143文献标识码:A文章编号:16749944(2014)10002402
1引言
河道是包括河堤、护坡、河床、水体、微生物和动植物的复杂生态系统,既是防洪排涝、引水抗旱的重要通道,又是休闲娱乐和观赏旅游的场所。自从进入工业革命之后,人们一味追求经济的发展,大量工业废水、农业污水和生活污水直接排入河流,加上河流管理和维护的缺失,河道普遍出现形状单一、河道结构硬化、水环境恶化、河流生态系统严重破坏、河道景观严重散失等问题[1]。然而,河道环境基础设施的建设远远滞后于经济的发展,如何进行河道生态修复建设是当前河道生态修复亟待解决的问题。因此,河道生态修复技术的进步对于河道生态修复具有十分重要的意义。
2河道生态修复的原则
河道生态修复是在坚持自然原则、生态原则、整体景观原则的基础上达到改善河流水质、优化河流景观、设计合理的空间的目标[2,3]。
2.1自然原则
自然原则是河道生态修复的关键。河道生态修复材料的选择方面应尽量运用自然材料,例如,运用木桩、抛石、沉石进行护坡护岸,在河堤上采用乔、灌、草立体防护,河道内可以通过营造适宜的生物栖息环境来净化河道水资源,在一定程度上可以改善河道污染的现状,缓解河道污染的问题。
2.2生态原则
生态原则,就是要充分考虑河流的生物多样性。在采取因地制宜发展稳定塘、人工湿地及生物栅等处理技术的同时,应重视河岸植被建设,为水生动物的生存繁衍提供合理空间,确保水体适合分解微生物的生存。水生动植物和微生物可以提高水域生物净化能力,从而有效控制水体污染物,使河道生态系统的物质循环和能量流动处于良性状态。
2.3整体景观原则
整体景观原则,就是从整体景观的宏观概念出发,整体上把握河道景观的现状以及河道污染情况,将治理、修复、净化与环境景观美化有机结合,进行立体修复,进而实现生态环境、社会以及经济效益的最大化。
3河道生态修复技术
河道生态修复主要目标是净化水质、优化河流景观和设计合理的空间。目前改善河流的水质主要技术手段有物理修复、化学修复和生物修复3种方法,优化河流景观和设计合理的空间包括生态工程修复、生态护堤和河道景观设计等措施。
3.1净化河流水质技术
3.1.1物理修复技术
物理修复主要是采取各种工程措施改善受污染河道的水文条件和底泥环境条件,从而达到河道生态修复的目的[4]。目前物理修复技术主要包括底泥疏浚、底泥稀释和冲刷、引水换水、机械除藻、水力调度、气体抽提、空气吹脱等技术,这些技术有目的明确、见效快等优点,但同时存在工程量大、成本高、治理不彻底等不足。
3.1.2化学修复技术
化学修复就是向受污染的河道中投入化学改良剂,通过药剂学改良剂能够与污染物发生化学反应,生成对环境无害的中性物质,以达到净化水质的目的[4]。该方法常用于处理突发性水污染,有速度快、效果好等优点,但治理效果不佳,也不能从根本上解决问题,因此化学修复只能作为一种辅助治理手段。
3.1.3生物修复技术
生物修复技术是充分利用水体中的植物、水生动物和微生物的吸收、降解和转化作用,将水体中的有害污染物浓度降至最低,实现河道水质生态恢复的目标。
(1) 植物修复。植物修复法是利用高等水生植物及其根际微生物的共同作用去除水体中的污染物,其净化机理是植物的直接吸收、植物根茎部释氧、生物化感、植物根系微生物降解。研究表明,水麻、一年蓬等植物能高效吸收重金属镉;水芹菜、马尾草等植物能富集水体中N、P;金鱼藻、眼子菜等水生植物向水体中释放的化感物质能抑制藻类的大量繁殖[5]。
(2) 微生物修复。微生物作为生态系统中的分解者,不仅能够清除水体污染物,对水中营养成分的循环也起着重要作用,一些有特殊分解转化能力的微生物在河流生态修复中倍受欢迎。微生物修复技术包括两个方面:一方面是投加营养物质或曝气增氧等方式,目的是促进土著微生物的生长;另一方面是直接向水体中投加高效降解菌。目前应用广泛的有:①微生物强化法(通过调控污染水体中的溶解氧浓度、pH值、营养盐浓度等,促进土著微生物吸附、吸收和降解河道中的污染物);②生物膜技术(由细菌、真菌、原生动物和藻类等组成生物膜,通过与污水充分接触,降解其中的污染物);③投菌法(向污染水体投加针对不同污染物性质的高效菌种,如有机污染物高效降解菌、硝化细菌、光合细菌等,从而达到净化水质的目的)。这些技术在国内外河流污染治理工作中得到了广泛应用[6]。
(3) 复合生物修复。植物修复和微生物修复都是单独研究植物和微生物在净化水质的过程中发展的河道水质净化技术,单独运用某一种植物或微生物是很难达到理想效果,因此,在实际应用中,人们会将各种生物修复技术进行整合,多种生物合理配置,从而使修复效果达到1+1>2的效果。目前国内外广泛应用的复合生物修复技术主要有人工浮岛技术(由人工设计建造漂浮在水面上供动植物、动物和微生物生长栖息繁衍的生物生态设施)和人工湿地技术(由人工基质和生长在上面的多种水生植物组成)[7]。这两种方法都是利用基质填料、微生物和水生动植物之间的协同作用,实现对水体中绝大部分有害物质,如重金属、有机物等,进行分解吸收,达到净化水体的目的[8]。
3.2优化河流景观和设计合理的空间
3.2.1生态工程修复技术
生态工程修复主要把握好三个方面的内容:一是降低边坡坡度;二是配置凹岸和凸岸、浅滩和深塘;三是修建池塘。凹岸和凸岸、浅滩和深塘的交替出现,一方面增加流水的紊动,促进了河水充氧,另外,浅滩、深塘和池塘的底层有大量底沙和淤泥,为水生动物提供了主要栖息地和保护区,以及觅食空间,保护了生态多样性[3]。另外,河坝、混凝土河道等对河流生态系统有一定的负面影响,在河道生态修复中应尽量避免。有很多新兴生态环保材料,如生态砖、生态水泥和生态混泥土等都能够提高河流的生态效益。
3.2.2生态护堤技术
生态护堤技术分为植物护坡技术和植物工程复合护坡技术。植物护坡主要通过植被根系的力学效应(深根锚固和浅根加筋)和水文效应(降低孔压消弱溅蚀和控制径流)来固土防止水土流失,在满足河道生态环境需要的同时,还能进行景观造景[5]。生态护堤技术可以防止单一工程型护坡技术带来的呆板和负面生态效应,极其有利于保护和恢复生态环境,同时也具备传统护坡的防范、保护功能。生态护堤技术将河流的安全防护和对河道生态环境的保护有机结合,是确保河流安全和生态环保的良好措施[7]。
2014年10月绿色科技第10期
廖思红,等:河道生态修复技术自然与生态
3.2.3河道景观设计
河道道景观设计包括河道形态设计和河岸的绿化美化。河道形态设计首先保障河流安全防护,降低河水流速、削减洪峰流量,在此基础上应提高河流的空间异质性,为各种生物提供良好的栖息场所[9]。例如横断面上避免混凝土和浆砌石的硬质护岸;纵断面上设置蛇形曲线,合理布置深潭浅沟,尽量恢复河流的生态原貌[10]。在流经城市的河流修复中,河流绿化应考虑将河水和植物合理搭配,从而使得河流生态与城市整体景观和谐统一。
4展望
河流的污染和结构的破坏是一个全球性的生态问题,加强河流的治理是一个全球性的生态热点问题。鉴于每一条河道治理的复杂性和不可预测性,应充分考虑“一河一策”的修复理念,关注多种修复技术的联合作用。尤其倡导以生物修复技术法为主导,物理修复技术和化学修复技术相结合,最大程度实现河道的污染治理、河道景观美化和沿河居民生活环境的统一。
参考文献:
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[4]江惠霞,肖继波.污染河流生态修复研究现状与进展[J].环境科学与技术,2011,34(3):138~143.
[5]王雪芬,李志炎.水生植物对景观水体的生态修复研究进展[J].山东林业科技,211(2):97~101.
[6]马媛媛.城市河流污染生物生态修复技术的探讨[J].环境与生活,2014,65:120.
[7]William.Mitsch,Jean Claude Lefeuvre,Virginie Bouchard. Ecological Engineering Applied to River and Wetland Restoration[J].Ecological Engineering,2002,(18):529~541.
[8]伍亮,成水平.城市景观河道生态修复研究进展[J].安徽农业科学,2012,40(34):16790~16792.
关键词:土壤污染;修复技术;微生物修复
当前我国土壤污染引起公众越来越多的关注,我国土壤污染的产生可追搠到50多年前“”时期一些高污染工业企业的建设。近年来,随着城市化的不断推进,许多老工业企业因企业、搬迁遗留了大量的污染土地,这些污染土地污染物浓度非常高,污染深度甚至达到地下十几米,有些有机污染物还以非水相液体的形式在地下土层大量聚集,成为新的污染源,有些污染物甚至迁移至地下水并扩散导致更大范围的污染。这些土地因堆积储存、泄露或其他方式承载了有害物质,具有潜在风险性,会对人体健康和生态环境产生危害,因此急需对这些污染场地实施土壤修复。
一、土壤污染的危害
1.土壤污染导致严重的直接经济损失
农作物的污染、减产。对于各种土壤污染造成的经济损失,目前尚缺乏系统的调查资料。仅以土壤重金属污染为例,全国每年就因重金属污染而减产粮食 1000 多万吨,另外被重金属污染的粮食每年也多达 1200 万吨,合计经济损失至少 200 亿元。
2.土壤污染导致生物品质不断下降
我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的污染,有许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量超标和接近临界值。土壤污染除影响食物的卫生品质外,也明显地影响到农作物的其他品质。有些地区污灌已经使得蔬菜的味道变差,易烂,甚至出现难闻的异味;农产品的储藏品质和加工品质也不能满足深加工的要求。
3.土壤污染危害人体健康
土壤污染会使污染物在植(作)物体中积累,并通过食物链富集到人体和动物体中,危害人畜健康,引发癌症和其他疾病等。
4.土壤污染导致其他环境问题
土地受到污染后,含重金属浓度较高的污染表土容易在风力和水力的作用下分别进入到大气和水体中,导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等其他次生生态环境问题。
二、我国当前土壤污染的现状
2014年4月17日,环境保护部和国土资源部了全国土壤污染状况调查公报。调查结果显示,全国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的点位超标率为16.1%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。从土地利用类型看,耕地、林地、草地土壤点位超标率分别为19.4%、10.0%、10.4%。可见,我国土壤污染形势严峻。
三、土壤修复技术
到目前为止,土壤修复技术已经历四个阶段的发展:20世纪70年代:化学控制、客良;20世纪80年代:稳定与固定、微生物修复;20世纪90年代:植物修复;21世纪初:生物/物化/联合修复,并逐渐将污染治理的重点集中到污染场地修复。场地污染修复就技术门类又可分为三类:
(1)污染场地(土壤)物理修复技术
物理修复是指通过各种物理过程将污染物(特别是有机污染物)从土壤中去除或分离的技术。热处理技术是应用于工业企业场地土壤有机污染的主要物理修复技术,包括热吸附、蒸汽浸提、微波加热等热物理修复技术,还包括多相抽提等技术,已经应用于苯系物、多环芳烃、多氯联苯、二英等污染土壤的修复。
(2)污染场地(土壤)化学修复技术
相对于物理修复,污染土壤的化学修复技术发展较早,主要有土壤固化一稳定化技术、淋洗技术、氧化一还原技术、光催化降解技术、电动力学修复技术等。
(3)污染场地(土壤)生物修复技术
土壤生物修复技术包括植物修复、微生物修复、生物联合修复等技术,进入21世纪后得到了迅速发展,成为“绿色环境修复”技术之一。
植物吸收修复技术在国内外都得到了广泛研究,已经应用于砷、镉、铜、锌、镍、铅等重金属以及与多环芳烃复合污染土壤的修复,并发展出包括络合诱导强化修复、不同植物套作联合修复、修复后植物处理处置的成套集成技术。
近年来,我国在重金属污染农田土壤的植物吸收修复技术应用方面在一定程度上开始引领国际前沿研究方向。同时开展了植物修复多环芳烃、多氯联苯和石油烃的研究工作,但是含有机污染物土壤的植物修复技术的田间研究还较少,对炸药、放射性核素污染土壤的植物 修复研究则更少。
植物稳定修复技术被认为是一种更易接受,可大范围应用,并利于矿区边际土壤生态恢复的植物技术,也被视为一种植物固碳技术和生物质能源生产技术。
微生物能以有机污染物为唯一碳源和能源,或者与其它有机物质进行共代谢而降解有机物。利用微生物降解作用发展的微生物修复技术是农田土壤污染修复常见的一种修复技术。在我国,微生物修复技术已在农药、石油等农田污染土壤中得到应用:
1)建立了农药高效降解菌筛选技术、微生物修复剂制备技术和农药残留微生物降解田间应用技术;
2)筛选了大量的石油烃降解菌,复配了多种微生物复制菌剂,研制了生物修复预制床和生物泥浆反应器,提出了生物修复模式;
3)开展了持久性有机物如多氯联苯、多环芳烃污染土壤的微生物修复技术工作;
4)建立了菌根真菌强化紫花苜蓿根际修复多环芳烃的技术和污染农田土壤的固氮植物一根瘤菌一菌根真菌联合生物修复技术。
微生物修复研究工作主要体现在筛选和驯化特异性高效降解微生物生物菌株,提高功能性微生物在土壤中的活性、寿命和安全性,修复过程参数的优化和养分、温度、湿度等关键因子的调控方面。正在发展微生物修复与其它现场修复工程嫁接和移植技术,以及针对性 强、高效快捷、成本低廉的微生物修复设备,以实现微生物修复技术的工程化应用。
四、结语
目前,在我国土壤修复刚刚起步,土壤修复理论与技术研究还较欠缺,适合我国国情的土壤修复技术发展方向不十分明朗,鉴于此,笔者综述了当前国内外各种土壤修复技术的方法,并分析了各种方法的优缺点及适用范围,以期为污染场地修复提供借鉴参考。■
参考文献
[1]骆永明.污染土壤修复技术研究现状与趋势[J].化学进展,2009,21(2).
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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。
发达国家的土地整治技术比较成熟,土地整治中所涉及到的技术主要包括生态工程技术、环境影响评估技术、信息技术、规划技术、乡村景观保护与重建技术等。德国的土地工程始于13世纪,在土地整治技术方面一直处于世界领先地位,德国的巴伐利亚州现已普遍应用计算机数据处理技术,建立了土地整治信息系统(LE-GIS),将土地整治的各种数据、图件和权属状况等资料储存于该系统中。俄罗斯的土地工程技术可追溯到15世纪,1996年12月,在莫斯科通过成立“俄罗斯及独联体国家土地关系与土地整理问题国际研究会”,提出了统一进行研究和判定土地利用与土地整理的理论与标准,研究景观的、生态的土地整理设计理论和技术方法。澳大利亚的土地工程技术研究重点是因矿产资源开发引起的土地复垦问题,在土地复垦整治的计算机模拟方面取得了大量处于世界先进水平的科研成果,重视土地生态系统重建研究。Caya等将模糊专家系统模型(FuzzyEx-pertSystem)应用于土地整治后的土地重新安排中,使土地权属分配得到更多农户满意。使整治前后的所有地块总价值相等,是成功的土地整治工程,因而必须要对地块的价值进行评估,GIS技术在价值评估中有着很大的优越性。国外土地整治的上述技术已经比较科学、系统、规范,适应了土地整治实践的要求。我国土地整治起步较晚,有关土地整治技术的研究甚少,土地整治实践中非常缺乏技术支撑。我国急需从土地整治技术的工程化、标准化、信息化和系统化等方面构建土地综合整治技术支撑体系,我国土地整治技术的核心是景观设计与生态化整治技术。胡静等为实现运用信息化手段对土地整治项目建设情况进行动态监测和预警,对提高项目管理效率提供了技术支撑,对土地整治工程项目建设监测管理系统进行了研究与设计,从建设一体化监管信息平台出发,构建了“中央—省级—县(区)级”三级动态监测管理系统;王金满等应用数字高程模型(DEM)原理,借助GIS软件的统计功能,研究了山地丘陵区坡式梯田土地整治工程量测算方法和流程,并为测算土地整治量提供了方法借鉴;叶艳妹等设计了农地整治中急需解决的路沟渠生态化技术和灌排沟渠生态化设计技术。2008年“十一五”国家科技支撑计划立项了首个土地工程研究项目“土地整理关键技术集成与应用”,对“土地整理规划、设计技术、土地整理工程施工关键技术、土地整理质量与生态监测关键技术、土地整理实施信息化管理技术、东部基本农田优质精细型土地整理技术、中部粮食主产区增量经济型土地整理技术以及西部生态脆弱区保质生态型土地整理技术”等进行了研究,这也充分说明土地工程技术研究适应了时展的需要和趋势。
2不同类型土地整治工程技术
目前,土地综合整治包括:
①对未利用地的开发利用,如根据需求和现状将未利用地改良为农地或建设用地;
②对已利用地的综合整治,提高土地利用效率和土地产值,如对农地的改良、配套,进行集约化利用,建设高标准农田;
③对现状土地进行土地市场一级开发支持经济建设,对污染、灾毁及破损土地的整治利用等。笔者基于长期的实践经验,结合实际提出了以下不同类型土地整治工程技术。
2.1非农用地转化为农用地工程
非农用地是指农业用地和暂时难于利用的土地(如戈壁、沙漠、高寒山地、裸岩、裸土等)以外的土地,通常包括农村聚落,大、中、小城镇,工矿区,交通运输、名胜古迹、旅游、疗养区,自然保护区等占用的土地。我国非农业用地约占国土中面积的22.9%。农业用地又称农用地,指直接或间接为农业生产所利用的土地,包括耕地、园地、林地、牧草地、养捕水面、农田水利设施用地(如水库、闸坝、堤埝、排灌沟渠等),以及田间道路和其他一切农业生产性建筑物占用的土地等。非农用地转变为农用地具有提高土地利用率和产出率的功能,有利于推进节约集约利用土地,促进土地资源的可持续利用。在土地利用总体规划和土地工程专项规划的指导下,根据土地的适宜性和经济发展的需要,对田、水、路、林、村采取必要的措施进行整治,对土地资源重新配置,可以实现资源的积极整合、有效利用以及资源集中集约化发展,有效地改善土地生态环境,实现土地资源的可持续利用。非农用地转化为农用地的工程措施主要是土地工程。土地工程是对低效利用、不合理利用、未利用以及生产建设活动和自然灾害损毁的土地进行整治,提高土地利用效率的活动。在工程中应遵循因地制宜、系统性、整体性和经济、生态与社会效益相结合的原则,主要内容包括成土、土地平整、土壤改良、灌溉及水利配套、电力、林业、道路等内容。在土地开发工程中应兼顾国家惠农政策,结合当地生产生活条件,因地制宜建设新农村,发展现代农业,如设施农业、观光农业和生态农业等。
2.2建设用地整备工程
建设用地,是指付出一定投资(土地开发建设费用)、通过工程手段为城镇村及工矿等各项建设提供的土地。它是利用土地的承载能力或建筑空间,不以取得生物产品为主要目的的用地。据土地所用权特点,建设用地整备工程,是指由政府或其授权委托企业,对一定范围内的现状土地(包括农用地、建设用地及未利用地)进行统一的征地、清表、整治、平整并进行适度市政配套设施建设,使之达到“三通一平”(通路、通水、通电和土地平整)、“五通一平”(通水、通电、通路、通讯、通气和土地平整)或“七通一平”(给水、排水、通电、通路、通讯、热力、燃气和土地平整),从而符合建设用地标准的过程。建设用地整备工程中的整治工程,主要指通过一定工程、生物或技术手段,使海域、沼泽或土质难以为建设用地所利用的土地达到建设用地的标准。例如,荷兰、日本、中国香港等地的填海造地工程,将原有的海域、湖区或河岸转变为陆地作为建设用地,需要围堰、基槽清淤、基坑填沙、填砂等工程;沼泽地区的地基承载力较低,当作为建设用地开发时,要注意采取降低地下水位、排除积水等措施,以提高地基承载力和改善环境卫生状况。
2.3污损土地改良改造工程
污损土地是指由人类活动或自然因素造成的土地污染和损毁,使土地完全或部分失去原来的使用价值和建设功能,包括污染土地和损毁土地。对污损土地进行改良改造区别于其他废弃地的改良改造,需要根据“因地制宜”原则,采取不同的技术措施去除污染物、恢复损毁土地,并通过污损土地利用评价,使其达到农用地或建设用地的使用标准。
2.3.1污染土地改良改造技术。污染土地是指人类活动或自然因素产生的污染物进入土壤并积累到一定程度,引起土壤环境质量恶化,对空气、生物、水体或人体健康产生危害,使其社会属性和自然属性受到影响的土地。污染土地改良改造技术是利用一定的技术措施,对污染土地进行改造使其恢复到未污染的水平。污染土地改良改造技术按地点可分为原位改良改造技术和异位改良改造技术。原位改良改造技术即对未挖掘的土壤进行改良改造;异位改良改造技术指对挖掘后的土壤进行处理的过程。土地污染改良改造按操作原理主要分为物理改良改造技术、化学改良改造技术和生物改良改造技术[。污染土地的物理改良改造是指通过物理过程的调节或控制,改变土壤的物理性状,使污染物得到有效控制,将污染物与土壤分离或转化为低毒或无毒物的改良改造过程。主要的物理改良改造技术有客土和换土技术、蒸汽浸提技术、玻璃化技术、固化/稳定化技术、电动力学技术、热处理等。污染土地的化学改良改造技术是指在污染土壤中加入化学试剂,使其与土壤中的污染物发生化学反应,如氧化、还原、酸碱、中和、聚合、沉淀等反应,从而使污染物从土壤中分离、转化、降解成无毒或低毒性物质。典型的化学改良改造技术有化学淋洗技术、氧化/还原技术、溶剂浸提技术、施入改良剂或抑制剂等。污染土地的生物改良改造技术是20世纪80年代以来出现和发展起来的,主要是指依靠某些生物的活动和具有某些特的微生物,使土壤或地下水中的污染物得以清除或降解,使其转化为无毒或低毒物质的过程。它主要是利用土壤特定的微生物、根系分泌物、菌根和超富集植物等降解、吸收或固定土壤中的污染物,从而实现污染土壤改良改造的目的。狭义的生物改良改造仅指微生物改良改造,广义的生物改良改造包括微生物改良改造和植物改良改造,有时也包括动物改良改造。
2.3.2损毁土地改良改造技术。损毁土地是指由于自然或人为因素导致土地表土丧失或整个土地毁坏而造成土地第一生产力的丧失。损毁土地改良改造工程是通过工程技术手段对损毁土地进行改良改造使其恢复成可利用的有效土地,包括生境建设和群落建设两大内容。生境建设是对地貌的重塑和土壤改良培肥,其核心在于“造地”,为生物群落建造一个良好的生境。群落建设则包括植被重建和引入土壤微生物及动物,其核心内容是植被。对于凹型地貌的重塑,通常采用填充和客土的方式。对于凸型地貌重塑则采用土地平整、建梯田的方式。目前矿山开采造成的土地损毁较为严重,对于矿山损毁土地的地貌重塑一般采用“剥离—采矿—复垦”一体化工程技术,实现“边开采,边复垦”的良性循环。
2.4低标准用地提升工程
2.4.1低标准农业用地提升为高标准农业用地工程。高标准农业用地可定义为:一定时期内通过农村土地整治形成的设施配套、高产稳产、旱涝保收、节水高效、生态良好、抗灾能力强、与现代农业生产和经营方式相适应的耕地,包括高标准基本农田和其他高标准农用地。低标准农业用地变为高标准农业用地工程是通过对山、水、田、林、路的综合治理,使项目区的农业基础设施得到全面的改善和提高,达到发展现代农业的基本要求,使其能达到或基本达到:水源覆盖实现方田化,灌溉实现节水化,秸秆实现还田化,耕作实现机械化,施肥实现配方化,种子实现良种化,田间道路实现沙石化,农田林网实现网格化,田间种植实现规范化,农产品实现无公害化。
2.4.2低标准建设用地提升为高标准建设用地工程。高标准建设用地可概括为:以可持续发展思想为指导,遵循现有土地利用规划及相关法律法规与政策,合理布局各业用地,调整优化用地结构,加强监管,通过科学技术增加对存量土地的各种投入,实现边际投入等于边际收入时土地使用价值最大化的利用状态,提高土地使用效率,满足经济社会发展对土地的需求,促使土地经济效益、社会效益和生态效益得到明显提高。高标准建设用地建设最终是为实现土地的节约、集约利用,而土地集约利用的前提是用地的合理布局和结构的优化完善。高标准城市建设要按照城市建设规划,合理调整城市各业占地布局,严格控制大面积囤地现象,提高城市土地利用效率。高标准农村建设可按照新农村建设标准,对原有农村建设用地进行合理规划布局,减少或消除农村大片闲置地,消除空心村,做好土地复垦工作。对旧工矿用地进行考证,对废弃区进行生态修复,拆并不合理采矿区,做好原矿用地生态修复工作。
3未来土地整治工程技术的发展趋势
21世纪土地整治工程技术最为显著的特点是使规划、设计、新材料、新产品、新工艺、信息、监测及标准规范等不同领域进行有效交叉和融合,通过系统集成与自主创新,使土地整治工程技术得到全面提升。未来的土地整治工程技术将以提高土地质量和改善生态环境为主要目标,实现从注重数量向数量、质量、生态管护并重的方向转变。具体发展方向主要包括:土地整治技术将向的综合化和集成化发展;土地整治工程技术将全面和深入的应用信息化;利用计算机仿真和模拟土地整治生态变迁;土地整治多源异构数据整合与互操作技术等领域的技术开发和工程化研究;土地整治项目规划设计向生态化、智能化、节水节地型和可视化发展;质量型和生态型土地整治技术将实现针对性、高效性和最优化;土地整治的景观重塑和恢复工程技术;土地整治监测将从注重数量监测向数量、质量、生态和效益监测发展;土地整治的施工技术实现可持续发展和利用。
3.1农田建设工程技术发展趋势
传统的土地整治因缺少先进的工程技术支撑,导致农田路沟渠使用寿命短,土地平整质量难以满足现代化农业发展的需要,部分耕地生态环境质量退化。再加上因不同地区、不同土地类型和不同利用方式对于诸如沟渠、道路设计强度、建设材料、成分配比、施工工艺、使用周期等要求均有明显差异,对一些关键景观断裂点的修复也缺少精细化的工程技术支撑,这些均影响土地整治的可持续性和工程效益的发挥。因此,研发新的适应农田建设的规划与设计技术,提出专门的精细化土地平整工程技术,应用激光技术进行土地精细平整作业,自主研发高标准基本农田建设新材料、新产品与施工工艺,增强高标准基本农田保育工程能力等领域将是未来农田建设工程技术的主要发展趋势。
3.2矿区土地复垦工程技术发展趋势
发达国家把复垦工程作为矿区开采的一部分,十分重视矿区生态恢复、景观重塑、生物多样性保护、可持续土地复垦、复垦工程与周边景观协调以及复垦土地的跟踪监测与评价。因此,矿区复垦土壤的地表稳定与侵蚀控制技术、土壤结构破坏与污染的重构与修复技术、防治矿山生态灾害技术、植被重建与生态恢复技术及土地复垦与生态重建的集成技术等是未来矿区土地复垦工程技术的主要发展趋势。
3.3污染土地修复工程技术发展趋势
发达国家污染土地修复工程主要采用实验室研究—中试或现场试验研究—大规模工程应用的基本模式,修复基质由单一的土壤修复过渡为土壤和地下水综合治理,修复技术涵盖了物理、化学及其生物修复类型。因此,研发绿色可持续单一修复工程技术、多种修复方法耦合联用技术、研制专用修复设备和药剂产品是污染土地修复未来发展的趋势。
3.4土地整治工程技术标准发展趋势
关键词:淡水池塘 养殖 环境问题 解决途径
目前,淡水养殖业是我国渔业发展中的重点,其产量在水产养殖中逐年呈上升比率,淡水养殖作为水产养殖中的重点,过去传统的密集型养殖方式暴露了诸多弊端,限制了淡水养殖产业的升级,因此,分析和解决目前淡水池塘养殖中所面临的环境问题,寻求更好的解决措施吗,推进淡水池塘养殖业的健康、快速发展是我们需要密切关注的问题。下面我们针对传统淡水养殖中的环境问题略作分析,并结合最近产业研究成果原位修复技术和异位修复技术来分析下其解决之道。
1.淡水吃糖养殖环境问题分析
从目前淡水养殖的局面来看,传统养殖的高密集型所造成的弊端与水体富营养化、氮失衡是造成环境问题的三大主凶之一。
传统淡水养殖采用高密度、高投饵率、高换水率进行养殖,对于环境的危害是巨大的,同时近年因饲料投放问题造成的水体富营养化也是限制淡水池塘养殖行业发展的瓶颈。虽然养殖水平随着技术研究的突破不断提升,单位水体的鱼载力也在提升,但是鱼类代谢与饲料投放的力度也在增加,养殖的高换水率必然会导致污染加重,最终限制行业本身的深入发展。我国以围网养殖和围栏养殖为主要方式对于水体环境的污染是很严重的,近些年来国家一直在不断加强对水体环境污染的治理,实施“退鱼还湖”等政策,这些必然会继续加重淡水池塘养殖的比率,按照池塘养殖在我国淡水养殖业中的比重来看,这种潜在的对环境的污染风险是巨大的,因此,做好淡水池塘养殖问题的环境污染治理,保护好水体资源与鱼类资源,也是淡水池塘养殖业必须解决的关键问题。
作为池塘养殖面临的严峻环境问题之一,氮失衡已经成为了限制池塘养殖发展的瓶颈。目前,淡水池塘水体中的含氮量与含磷量都已经超出了警戒线指标,但是能够支持初级生物循环的有效磷含量却极低,以上两种富营养化的物质无法溶解于水体,只能吸附在淤泥或被重金属络合,这将加重水体负担,加重污染,尤其是现在池塘饲养饵料多使用含氮量较高的有机肥,因此,氮失衡已经成为了必须面对的重要池塘环境问题。氮失衡所带来的危害是内外两个层面的。在内部污染方面,会造成鱼类体内排泄系统和代谢系统失衡,造成过量活动或失去平衡,极易发生昏迷或死亡现象,这对于依靠产量取胜的淡水池塘养殖来说可谓是致命打击。在外部污染上,由于高换水率所排放出来的富营养化水体和氮失衡水体,排放到江河湖海中将会加剧大范围内的水体污染,成为大环境内环境污染的主因,同时对于工农业生产和群众生活造成长期的恶劣影响。因此面对以上这些淡水池塘养殖环境问题,养殖环境生态修复技术成为了近些年来的研究热点与重点。
2.淡水池塘养殖问题解决之道
目前,关于淡水池塘生态环境的修复研究主要集中在两个方面,分别是原位修复技术和异位修复技术。原位修复技术也成成为立体修复,主要是通过在水体环境中营造立体养殖空间实现对超积累物质的吸收和净化,加强淡水池塘环境内的硝化作用,通过水生植物、蔬菜与细菌的立体分布和作用优化水体内的生物循环,同时还能有实现对多种资源的优化利用,达到产业升级,降低排污系数的目的。异位修复技术的重点主要是对养殖水体的净化处理,提升水体利用和循环率,降低污染。