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在项目区北京6条小型河流或河段中,2条为独立河流,3条为较大河流的河源部分,1条为怀河的下游一小段;项目区河沟道总长103.7km,位于7条小流域内,其中北京6条小流域均属于北部山区地表水源涵养区。项目区基本情况见表1。
二、项目生态监测及评价
《欧盟水框架指令》第八条制定了地表水、地下水和保护区的监测要求。对于地表水,明确了河流、湖泊、过渡性水域和沿海水域等各种水体生态状况分级的质量要素和分级标准。指令要求对河流的生物、水文地貌和物理化学等三大质量要素实施监测,其中生物要素包括植物、底栖无脊椎动物和鱼类;水文地貌要素包括水文状况、河流的连续性及形态情况;物理化学要素包括水体氧化状况、营养状态等。本项目借鉴欧盟水框架指令的监测体系,确定示范区生物、水文地貌和物理化学三大要素的监测方法,见表2。对7个示范小流域河沟道,分要素布设了监测网点,开展2010—2013年的长期定点监测。本项目实行分要素评价,植被的评价采用植物物种数量、优势种、入侵种和生物多样性等综合指标。底栖动物对水体的清洁程度具有很强的指示性,评价指标采用底栖动物数量、组成和多样性等。植物和底栖动物多样性均采用香农多样性指数(Shannon-Wiener)来表征。借鉴德国的7级分类体系,从北京山区实际情况出发,以反映人类活动干扰的不同程度为主要分级原则,以人类大规模活动以前的生态状况为主要参照系,对北京山区建立了5级分类体系,具体分级标准见表3。
三、项目生态修复目标
制定了防洪、水质、生态和休闲娱乐等多个河道生态修复目标。在防洪目标的实现上,与国内多采用防洪坝等工程防护的做法不同,主要采用扩大防洪空间的做法,足够的防洪空间是保证防洪安全的根本措施。与国内大部分河道治理项目将绿化及水面作为生态目标不同,本项目生态目标主要包括河道水文地貌等级、河道纵横向的连续性和河道自然的生境条件。
四、河流生态修复做法
河流生态修复的技术要素主要为足够的防洪空间、河流水文地貌、河流纵向连续性和横向连通性、生境和生物多样性等方面。①在生态修复的做法上体现“顺应自然”的理念,按照复制自然的方法进行生态修复,这是河流生态修复的根本原则。②河流空间是实现防洪安全及河流生态的基本要素;防护标准不达标时,应扩大河流的行洪空间,尽量不采用防护坝的形式;考虑山区河(沟)道两侧山坡雨水径流排入河道的问题,河流堤顶高程不应该高于外侧地面高程。③河流要宜宽则宽、宜弯则弯,纵向上连续,横向上连通;河堤应该蜿蜒自然,避免直线化、直墙或人工痕迹很强的岸坡形式;在河流子槽、坡脚等水流湍急的部位采用石块或堆石防护,不应采用浆砌石的防护方式。④给河流空间,容许水流对河道的冲淤变化。⑤根据河流空间,尽可能恢复河道环境条件的多样性,如急流、缓流、深潭和浅滩等,提高并恢复动植物生存环境,因为每种生物都有特定需要的环境条件,环境条件的多样性为生物多样性创造条件。⑥在河道的生态修复中,修复措施均应使用自然的修复材料,如自然石和植被等,避免使用浆砌石、砖等人工材料;因为在自然的河道中只有自然材料,没有浆砌石、砖块等人工材料。在植物措施配置上,重点是水土条件的修复,尽量引导植被的自然恢复,要给植物自然恢复留有时间;河道周边地带应保持自然,形成自然的植物过滤带。
五、项目生态修复主要措施
在对示范区进行调查监测及限制性因素分析的基础上,开展示范区河道生态修复可行性研究,进行生态修复措施配置,开展生态修复工程建设等。生态修复措施主要包括防洪空间拓展、垃圾清除、违章建筑物拆除、纵向连续性修复、横向连通性修复、水文地貌修复、生态护坡和绿化等,同时还进行了岸边道路硬化建设、打造了休憩平台和布设了汀步等。①防洪空间拓展及生态修复。浆砌石河堤拆除,河滩农耕地退耕还水,河堤后移码石防护,河流水文地貌重塑及休憩设施等。延庆上水沟塘坝段修复前后对比,见图1。②纵向连续性修复。昌平花果山修复前后对比,见图2。③横向连续性修复。延庆上水沟修复前后对比,见图3。④水文地貌修复。怀柔北宅水文地貌修复前后对比,见图4。⑤生态护坡。怀柔北宅修复前后对比。
六、项目生态效益
开拓创新,首推生态毒理学五大原理
在人类几百万年的历史进程中,环境对开创人类文明和进步发挥着巨大作用。大气、水、土壤,江河、湖泊、湿地、农田、草原,都是人类得以生存的物质基础;而森林、矿藏等资源又为人类的不断发展提供物质,最终创造了地球上的人类文明。但是,人类在开发利用环境资源的同时,也对自己的生存环境造成了很大的破坏,产生了一系列的生态环境问题。近年来,随着经济和社会的迅猛发展,环境污染问题日益严重。
生态毒理学是环境生物学的一个分支。它研究有毒物质进入环境对组成生态系统的生物种群和生物群落所产生的生态毒理效应及其机理。环境污染问题出现后,促使传统的毒理学从研究毒物对生物个体所产生的效应扩大到研究毒物对生物群体所产生的效应。在此基础上,法国学者R.特吕豪特于1969年提出了生态毒理学的概念。
周启星教授对生态毒理学理论的最大贡献,是总结、归纳并提出了生态毒理学的五大基本原理:(一)环境毒物的剂量-效应关系原理;(二)环境毒物的结构-活性相关原理;(三)毒理作用的多层次效应原理;(四)毒理生态动力学原理;(五)环境毒物的生态适应性原理。以上五大基本原理的提出,对于深化生态毒理学研究以及在环境保护领域的多层次应用,产生了积极而广泛的影响。
在生态毒理学领域,尤其是近年来周启星教授等在石墨烯的健康与生态系统风险理论研究方面取得了重大突破,其研究结果被国际著名刊物《Chemical Reviews》刊出,此研究结果堪称为国际环境界的一项重大进展。
周启星教授通过对金属-金属、金属-有机、有机-有机等污染物之间复合生态毒理效应及其微观机理系统而深入的实验研究,不仅阐明了复合污染生态效应与污染物之间的复杂定量关系,还创造性地提出了联合效应广义理论:复合污染生态效应决定于污染物暴露的浓度组合关系而非其本身的理化性质;它不仅与生物种和生态系统类型有关,还与其作用的生物部位有关;复合污染生态效应是矢量而不是标量,它不仅存在“毒性倍增”机制,还会发生“危害延时”和“危害增时”风险。在此理论指导下,他还进一步归纳出“互作态”的新概念并赋予定量化内涵与定义,并通过实验修
正了教科书中一直沿用的“协同作用”和“拮抗作用”原有定义中不完整甚至错误的提法,并得到有关方面认可。
周启星教授还首次从理论上提出未污染区也有存在超积累植物的可能性,并以沈阳未污染区40科160种农田杂草为筛选对象进行系统的室外盆栽试验,首次发现并报道了龙葵(Solanum nigrum)、球果蔊菜(Rorippa gobosa Turcz. Thell.)和紫茉莉(Mirabilis jalapa L)为镉超积累植物,从而证实了这一理论的正确性和方法的先进性,这在重金属污染土壤植物修复以及生态修复理论上是一个较大的突破;在此基础上,周启星教授还成功地进行了污染土壤植物修复的实际应用,并对其超积累机理进行了深入研究,取得了重要进展。
在实践上,周启星教授以重金属污染土壤植物修复为重点目标,兼顾农药、石油烃和多环芳烃等有机污染土壤的修复,对镉超积累杂草进行其技术性能的多方挖掘和强化。为了解决生物量处理这一世界性难题,周启星教授率先开展了超积累花卉的系统筛选,首次发现紫茉莉(Mirabilis jalapa L.)为镉超积累植物。以根际圈理论为指导,较为系统地开展污染排异型杂草植物筛选研究,首次发现月见草(Oenothera biennis L.)为镉和铜污染排异型植物。这些重要工作和重大科学发现,为形成具有我国自主知识产权的基于植物修复的生态修复技术体系和开展环境调控实践奠定了基础,而且对于污染生态修复这一新的学科生长点的形成与发展具有巨大的科学价值。尤其是他领衔所著的《污染土壤修复原理与方法》,作为国际上迄今为止系统论述污染土壤修复基本原理并全面介绍相关方法及其进展的学术著作,已对该领域的科研和教学产生了广泛影响。
亲力亲为,为生态环保鼓与呼
在从事科学研究的同时,周启星教授还积极投身到生态环境的保护中去,为生态环境保护鼓与呼。他成功组织了三届污染生态学国际会议、五届全国污染生态学学术研讨会等学术会议;还成功地组织了“污染土壤修复与生态安全”第212次香山科学会议。此外,他还提出了“东北老工业基地环境污染形成机理与生态修复”和“环渤海地区复合污染、生态退化及其控制原理”的973项目建议,并得到了业界的广泛认可和有关方面的批准。
关键词生态环境 可持续发展 环境修复
文章编号1008-5807(2011)02-153-01
随着地球上人口的剧增和工农业生产的迅速发展,特别是工业革命以来,人类对自然资源需求水平不断提高,生产强度日益加大,有毒、有害废气物质不断的输入环境,远远超过了环境的自净能力而导致环境污染日益严重。为了解决人类面临的这个重大问题,对于大气污染和地表水污染之力的研究已十分广泛,许多技术已相当成熟并被广泛应用。
对于污染土壤及地下水的之力来说,由于其具有隐蔽性、滞后性、累积性以及难治理和修复周期长等区别与大气和地表水体污染的特点,其修复问题已成为环境科学研究日益活跃的领域,同时也是世界性难题。虽然人们已在污染土壤及地下水物理修复和化学修复领域进行了有益探索,形成了一些实用技术,但这些修复方法往往会破坏场地结构、造成二次污染,对于污染面积巨大且污染程度较轻的土壤甚至难以应用。为此,近年来,人们在污染环境的物理修复、化学修复甚至生物修复取得一定成功的基础上,进一步提出了生态修复的理念,并对其概念、内涵、原理、产业化途径等进行了理论上的探索和实践上应用的探索,试图以生态学的原理和方法,在污染环境的修复和治理过程中实现人与自然的和谐发展,从而达到可持续发展。
一、生物修复―生态修复的基础
生物修复是对污染环境实施修复、之力的最为重要的技术之一,是正在发展中的技术,是生态修复的基础。
目前被广泛认同的生物修复定义,是指微生物催化降解有机污染物,从而修复被污染环境或消除环境中的污染物的一个受控或自发进行的过程,这是狭义的定义。
除了微生物修复外,植物修复、动物修复乃至酶学修复等方式的出现,赋予了生物修复更广泛的内涵,即生物修复是指利用细菌和真菌等微生物、蚯蚓等动物以及水生藻类、陆生植物,甚至酶及分泌物等的代谢活性降解、减轻有机污染物的毒性,改变重金属的活性或在环境中结合态,通过改变污染物的化学或物理特性二影响其在环境中的迁移、转化和降解速率。
目前使用最广、最有效的生物修复技术仍是微生物修复。
二、物理与化学修复―生态修复的构成要素
从修复原理来看,物理修复与化学修复是指充分利用光、温、水、土、气、热等环境要素,根据污染物的理性性质,通过机械分离、蒸发、点解、磁化、冰冻、加热、凝固、氧化―还原、吸附―解吸、沉淀―溶解等物理怪和化学反应,使环境中污染物被清除或转化为无害物质。通常,为了节省环境治理的成本,物理修复或化学修复往作为生物修复的前处理阶段,近年来根式作为生态修复的构成要素。无论是环境要素或生态因子,还是工程措施,对于修复生物的生命活动来说,是非常重要的影响要素。若将它们有机的结合起来,使环境条件和生态因子在有利于生物生活的同时,也有利于污染物的去除或转化,将极大地提高生物修复或植物修复的效率,这一点对于生态修复来说是至关重要的。
物理与化学修复措施与生物修复的结合,是生态修复必不可少的构成要素,其利用的是否直接关系到生态修复的有效性和成败。在实际的修复过程中,把物理修复、化学修复措施更好地与生物修复结合起来,才能形成有效的生态修复技术。
三、植物修复―生态修复的基本形式
植物修复这一概念大约是1980年代前期提出来的,其最初的思想是利用超累积植物的的超量富集作用来去除污染环境中多余的重金属。
目前,植物修复这一技术已经涵盖了污染环境治理的各个方面,如城市树木、草坪乃至花卉植物对大气或室内空气的净化;池塘中水生植物通过对氮、磷等营养物质的利用而对富营养化水体的净化;污染土壤及水体中无机污染物的去除及有机污染物的讲解等。
在污染环境治理中,从形式上来看,似乎主要是植物在起作用,但实际上植物修复过程中,往往是植物、根系分泌物、根际圈微生物、根际圈土壤物理和化学因素(这些因素可以部分人为调控)等在共同起作用。因而,总的来说,植物修复几乎包括了生态修复的所有机制,是生态修复的基本形式。
利用植物对重金属如Ni、Zn、Cd、Hg、Cu、Se,放射性核素如Cs、Sr、Ur,多环芳径,石油,化学农药,有机氯溶剂如TCE,废弃炸药如TNT等的修复研究均有报道。
四、污染环境修复标准―生态修复评判基础
污染环境修复标准是指呗技术和法规所确定、确立的环境清洁水平,通过生态修复或利用各种清洁技术手段,使环境中污染物的浓度降低到对人体健康和生态系统不构成威胁的、技术和法规可接受的水平。
近年来,污染环境的修复一直是热点领域。然而,污染环境修复标准的制定远远落后于修复方法的研究,这就很难说清楚环境修复到什么程度才可以认为是清洁的。
在世界范围内,污染土壤修复标准是一个较新的领域,一些发达国家也是刚刚制定玩土壤修复标准。从总体上来看,各国土壤环境质量标准的建立工作,均大大滞后于其大气、水环境质量标准的建立工作;各国污染土壤修复标准的建立工作,又大大滞后于去土壤环境质量标准的监理工作。
我国在土壤修复效果的评价中,一直以土壤环境质量标准为依据,但是依据背景值建立的土壤质量标准并没有给出土壤的去染污允许值,这样对于有一定吸纳污染物能力的土壤资源是一种浪费。
目前,理论和技术上可行的修复技术主要有植物修复、微生物修复、酶学修复、动物修复、化学修复、物理修复和各种联合修复等几大类。有些修复技术已经进入现场应用阶段并取得了较好的治理效果。然而,无论是化学修复、物理修复还是植物修复、微生物修复,都存在着这样或那样的去点,都不能对环境污染进行根治。只有对污染环境实施生态修复,才能彻底阻断污染物进入食物链,才能最大限度地防止对人体健康的损害,从而最为有效地阻止环境的可持续发展。
生态修复是在生态学原理的指导下,以生物修复为基础,结合各种物理修复、化学修复以及工程技术措施,通过优化组合,使之达到最佳效果和最低耗费的一种综合的修复污染环境的方法。
五、生态修复―实施与研究展望
在眼前的格局下,可持续发展不失为当代人的一种既明智又沉重的选择。之所以如此,是因为人们已开始正视目前所处的困境。显而易见,倒退回去,甘于守贫,不仅于环境问题的解决丝毫无补,反而加剧生态失衡;安于现状,得过且过,只能在麻木中葬送自己。唯有通过经济的进一步发展,寓环境治理于发展之中,才是修复生态环境,实现人类社会持续发展长治久安的最终出路。
参考文献:
关键词:生态环境可持续发展环境修复
随着地球上人口的剧增和工农业生产的迅速发展,特别是工业革命以来,人类对自然资源需求水平不断提高,生产强度日益加大,有毒、有害废气物质不断的输入环境,远远超过了环境的自净能力而导致环境污染日益严重。为了解决人类面临的这个重大问题,对于大气污染和地表水污染之力的研究已十分广泛,许多技术已相当成熟并被广泛应用。
对于污染土壤及地下水的之力来说,由于其具有隐蔽性、滞后性、累积性以及难治理和修复周期长等区别与大气和地表水体污染的特点,其修复问题已成为环境科学研究日益活跃的领域,同时也是世界性难题。虽然人们已在污染土壤及地下水物理修复和化学修复领域进行了有益探索,形成了一些实用技术,但这些修复方法往往会破坏场地结构、造成二次污染,对于污染面积巨大且污染程度较轻的土壤甚至难以应用。为此,近年来,人们在污染环境的物理修复、化学修复甚至生物修复取得一定成功的基础上,进一步提出了生态修复的理念,并对其概念、内涵、原理、产业化途径等进行了理论上的探索和实践上应用的探索,试图以生态学的原理和方法,在污染环境的修复和治理过程中实现人与自然的和谐发展,从而达到可持续发展。
一、生物修复—生态修复的基础
生物修复是对污染环境实施修复、之力的最为重要的技术之一,是正在发展中的技术,是生态修复的基础。
目前被广泛认同的生物修复定义,是指微生物催化降解有机污染物,从而修复被污染环境或消除环境中的污染物的一个受控或自发进行的过程,这是狭义的定义。
除了微生物修复外,植物修复、动物修复乃至酶学修复等方式的出现,赋予了生物修复更广泛的内涵,即生物修复是指利用细菌和真菌等微生物、蚯蚓等动物以及水生藻类、陆生植物,甚至酶及分泌物等的代谢活性降解、减轻有机污染物的毒性,改变重金属的活性或在环境中结合态,通过改变污染物的化学或物理特性二影响其在环境中的迁移、转化和降解速率。
目前使用最广、最有效的生物修复技术仍是微生物修复。
二、物理与化学修复—生态修复的构成要素
从修复原理来看,物理修复与化学修复是指充分利用光、温、水、土、气、热等环境要素,根据污染物的理性性质,通过机械分离、蒸发、点解、磁化、冰冻、加热、凝固、氧化—还原、吸附—解吸、沉淀—溶解等物理怪和化学反应,使环境中污染物被清除或转化为无害物质。通常,为了节省环境治理的成本,物理修复或化学修复往作为生物修复的前处理阶段,近年来根式作为生态修复的构成要素。无论是环境要素或生态因子,还是工程措施,对于修复生物的生命活动来说,是非常重要的影响要素。若将它们有机的结合起来,使环境条件和生态因子在有利于生物生活的同时,也有利于污染物的去除或转化,将极大地提高生物修复或植物修复的效率,这一点对于生态修复来说是至关重要的。
物理与化学修复措施与生物修复的结合,是生态修复必不可少的构成要素,其利用的是否直接关系到生态修复的有效性和成败。在实际的修复过程中,把物理修复、化学修复措施更好地与生物修复结合起来,才能形成有效的生态修复技术。
三、植物修复—生态修复的基本形式
植物修复这一概念大约是1980年代前期提出来的,其最初的思想是利用超累积植物的的超量富集作用来去除污染环境中多余的重金属。
目前,植物修复这一技术已经涵盖了污染环境治理的各个方面,如城市树木、草坪乃至花卉植物对大气或室内空气的净化;池塘中水生植物通过对氮、磷等营养物质的利用而对富营养化水体的净化;污染土壤及水体中无机污染物的去除及有机污染物的讲解等。
在污染环境治理中,从形式上来看,似乎主要是植物在起作用,但实际上植物修复过程中,往往是植物、根系分泌物、根际圈微生物、根际圈土壤物理和化学因素(这些因素可以部分人为调控)等在共同起作用。因而,总的来说,植物修复几乎包括了生态修复的所有机制,是生态修复的基本形式。
利用植物对重金属如Ni、Zn、Cd、Hg、Cu、Se,放射性核素如Cs、Sr、Ur,多环芳径,石油,化学农药,有机氯溶剂如TCE,废弃炸药如TNT等的修复研究均有报道。
关键词 生态修复技术;现代园林艺术;应用
中图分类号 X171.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2016)14-0170-01
我国一直在研究有效解决环境资源以及水土流失问题的方法,生态修复技术实质上是一种结合实践总结得出的有效方法。将生态修复技术应用在现代园林艺术中,可以找到其中存在的问题以并探索其原理规律,从而实现最佳的生态修复状态。
1 生态修复技术概念
当前,我国管理园林的相关人员进行了自然的规划以及设计,整个过程始终遵循基本的生态修复理念[1]。在构思以及规划之后,就应用合理以及科学的生态修复技术进行设计,设计的主要内容包含以下方面:①在修复自然生态环境的同时,需要保障生态自然体系的和谐性以及稳定性;②在修复自然生态环境的过程中,需要保障生态自然体系拥有多样化的自然物种,这样可以维持均衡的生态体系;③需要更加合理化地规划自然环境结构,合理地调配好存在于生态自然环境中的各种生物,可以很好地维持自然生态之前的风貌,防止发生环境衰退等问题。为了让生态保持均衡状态,恢复和谐的自然生态环境,就应该遵循相关的科学管理原则,树立可持续发展的理念,更好地改善遭受破坏的生态环境,并且在恢复生态环境的基础之上可以有效地发展以及提升自然环境。
2 生态修复技术在现代园林艺术中的应用
2.1 应用时遵循的原则
一方面,更加全面地看待生态环境问题,在规划环境的过程中,不仅要对规划的方法以及原理是否符合实际状况进行考虑,还需要更加密切关注以及重视当前的设计项目,项目设计的理念需要和国家政府的理念保持一致,可以同步发展环境[2]。
另一方面,可以增加绿化的面积,将修复生态的水平提高。目前,全球气温正处于持续上升的状态,这样会促使整个水平面上升。但是植物借助光合作用能够将空气中的二氧化碳转换为氧气,因此增加绿化面积具有十分重要的作用,绿化面积的大小和生态修复的水平有紧密联系。然而,由于我国近年来利用土地的面积越来越多,所以亟需找到有效方法扩增植被绿化的面积。与此同时,在规划植物的过程中,管理人员可以借助空间优势来完成这一目标,合理分布空间以及分配植物,增加绿化面积。
此外,针对不同环境状况可以应用合理的措施,在修复生态环境时,设计者应该针对规划的不同类型采取不同修复措施,例如:居民区、工业园区以及街道绿化等,在规划设计街道的时候,不但需要考虑生态修复的效果,还需要考虑到城市的整体视觉效果,以此制订更加合理的设计方案。在规划设计工业园区时,需要针对环境污染等实际问题制定有效的解决措施。在规划设计居民区时,就需要构建和谐氛围以及减少环境污染。
2.2 具体的应用方法
在开展实施修复现代园林艺术之前,首先应该熟练掌握生态修复技术应用的特点,之后实施会更加符合实际要求以及更加合理,在现代园林艺术中有效应用生态修复技术的具体方法有以下几个:①排水方面。当前很多绿化部分主要是借助排水设备以及地表排水发挥其主要的排水功能。在规划排水设施的过程中,一般会种植大量植物,以缓解水流对地面的影响。在铺设排水设施的时候,需要在适当的位置应用挡水工具或者种植铺地植物,可以将水流速度减低以及更加有效地解决出现的不良问题。②水景护坡方面。实际操作过程中的方法就是在水景护坡中增加能够靠边岸的水面,借助护坡以及驳岸更好地保护坡面,护坡上一般选用各种性能的植物进行栽培,可以避免出现水流渗入等不良状况。③设置道路方面。一般选用多种防护效果较好的植物混栽,这样可以避免出现水土流失的情况[3],以更好地保护路面。
3 结语
综上所述,在我国当前人口数量以及环境问题发生状况增多的现状下,解决人口增多与环境恶化的矛盾最有效的方法就是生态修复技术,运用该技术可以很好地对我国环境进行有效改善,促进我国生态环境以及资源的合理开发以及配置[4-7]。
4 参考文献
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关键词:生态水利工程设计原则
1水利工程对河流生态系统的影响
在社会生产过程中水利工程对经济与社会有着巨大的作用,同时也要看到水利工程对河流生态系统造成了不同程度的影响。人类整治河道修筑堤坝等活动人为的改变了河流的多样性、连续性和流动性,使水域的流速、水深、水温、自水流边界、水文规律等自然条件发生重大改变。这些改变对河流生态系统造成的影响是不容忽视的。未来的水利工程在权衡社会经济需求与生态系统健康需求这二者关系方面,似应强调水利工程在满足人类社会需求的同时,兼顾水域生态系统的健康和可持续性。
2生态水利工程
从学科发展角度看,现在的水利工程学的学科基础主要是工程力学和水文学,水利工程规划设计主要对象是水文系统,往往忽视生命系统的现状和未来风险等问题。学科的进一步发展应吸收生态学理论及方法,促进水利工程学与生态学的交叉融合,用以改进和完善水利工程的规划及设计理论,形成水利工程学新的学科分支——生态水利工程学。生态水利工程学作为水利工程学的一个新的分支,是研究水利工程在满足人类社会需求的同时,兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理与技术方法的工程学。生态水利工程的内涵是:对于新建工程,是指进行传统水利建设的同时(如治河、防洪工程),兼顾河流生态修复的目标。对于已建工程,则是对于被严重干扰河流重点进行生态修复。生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产(生态产业)及环境立法和资源管理一起,成为河流生态建设的主要手段之一。
3生态水利工程的规划设计原则
3.1工程安全性和经济性原则
生态水利工程是一项综合性工程,在河流综合治理中既要满足人的需求,包括防洪、灌溉、供水、发电、航运等需求,也要兼顾生态系统的可持续性。生态水利工程既要符合水利工程学原理,也要符合生态学原理。生态水利工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的规律,以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。工程设施必须在设计标准规定的范围内,能够承受洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力荷载。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时,必须充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征,动态地研究河势变化规律,保证河流修复工程的耐久性。
对于生态水利工程的经济合理性分析,应遵循风险最小和效益最大原则。由于对生态演替的过程和结果事先难以把握,生态水利工程往往带有一定程度的风险。这就需要在规划设计中进行方案比选,更要重视生态系统的长期定点监测和评估。另外,充分利用河流生态系统自我恢复规律,是力争以最小的投入获得最大产出的合理技术路线。
3.2提高河流形态的空间异质性原则
一个地区的生境空间异质性越高,就意味着创造了多样的小生境,能够允许更多的物种共存。反之,如果非生物环境变得单调,生物群落多样性必然会下降,生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化,造成生态系统某种程度的退化。由于人类活动,特别是大规模治河工程的建设,造成自然河流的渠道化及河流非连续化,使河流生境在不同程度上单一化,引起河流生态系统的不同程度退化。生态水利工程的目标是恢复或提高生物群落的多样性,但是并不意味着主要靠人工直接种植岸边植被或者引进鱼类、鸟类和其他生物物种,生态水利工程的重点应该是尽可能提高河流形态的异质性,使其符合自然河流的地貌学原理,为生物群落多样性的恢复创造条件。
在确定河流生态修复目标以后,就应该对于河流进行生物调查、地貌历史和现状进行勘查和评估,建立河流地貌数据库和生物资源数据库。遥感技术和地理信息系统(GIS)是水文、河流地貌和生物调查的有力工具。关键的工作步骤是在以上两种调查工作的基础上,确定环境因子与生物因子的相关关系,必要时建立某种数学模型。河流环境因子包括河流河势、蜿蜒度、横断面形状及材料、流速、水位、水质、水温、泥沙、营养盐的迁移转化、水文周期变化等。研究的内容包括:调查单个生物因子的基本需求,评估各种生物因子的相互关系和制约条件,对于“关键种”或标志性生物的环境因子进行分类和评估。在众多的环境因子中,识别那些对于系统的结构和功能具有重要意义的环境因子,在此基础上进行河流地貌学设计和生物栖息地的设计。
3.3生态系统自设计、自我恢复原则
生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性。自组织的机理是物种的自然选择,也就是说某些与生态系统友好的物种,能够经受自然选择的考验,寻找到相应的能源和合适的环境条件。
将自组织原理应用于生态水利工程时,生态工程设计与传统水工设计有本质的区别。像设计大坝这样的人工建筑物是一种确定性的设计,建筑物的几何特征、材料强度都是在人的控制之中,建筑物最终可以具备人们所期望的功能。河流修复工程设计与此不同,生态工程设计是一种“指导性”的设计,或者说是辅设计。依靠生态系统自设计、自组织功能,可以由自然界选择合适的物种,形成合理的结构,从而完成设计和实现设计。成功的生态工程经验表明,人工与自然力的贡献各占一半。
传统的水利工程设计的特征是对于自然河流实施控制。而设计生态水利工程时,要求工程师必须放弃控制自然界的动机,树立新的工程理念。因为依靠人力和技术控制自然界是不可能的。人们要善于利用生态系统自组织、自设计这个宝贵财富,实现人与自然的和谐。需要强调的是,地球上没有两条相同的河流,每一条河流的特点都是各不相同的。因此,每一项生态水利工程必须因地制宜,充分尊重每一条河流的自然属性和美学价值,寻求最佳的生态工程方案。
自设计理论的适用性还取决于具体条件。包括水量、水质、土壤、地貌、水文特征等生态因子,也取决于生物的种类、密度、生物生产力、群落稳定性等多种因素。在利用自设计理论时,需要注意充分利用乡土种。引进外来物种时要持慎重态度,防止生物入侵。
3.4景观尺度及整体性原则
河流生态修复规划和管理应该在大景观尺度、长期的和保持可持续性的基础上进行,而不是在小尺度、短时期和零星局部的范围内进行。在大景观尺度上开展的河流生态修复效率要高。小范围的生态修复不但效率低,而且成功率也低。整体性是指从生态系统的结构和功能出发,掌握生态系统各个要素间的交互作用,提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法,而不是仅仅考虑河道水文系统的修复问题,也不仅仅是修复单一动物或修复河岸植被。
景观则是指生态学中的景观尺度。景观尺度包括空间尺度和时间尺度。为什么在景观的大尺度上进行河流修复规划?首先,水域生态系统是一个大系统,其子系统包括生物系统、广义水文系统和人造工程设施系统。广义水文系统又与生物系统交织在一起,形成自然河流生态系统。而人类活动和工程设施作为生境的组成部分,形成对于水域生态系统的正负影响。水域生态系统受到胁迫时,需要对于各种胁迫因素之间的相
互关系进行综合、整体研究。其次,必须重视水域生境的易变性、流动性和随机性的特点,这些特点决定了生物种群的基本生存条件。水域生态系统是随着降雨、水文变化及潮流等条件在时间与空间中扩展或收缩的动态系统。再者,河流生态系统是一个开放的系统,与周围生态系统随时进行能量传递和物质循环,一条河流的生态修复活动不可能是孤立的,还需要与相邻的流域的生态修复活动进行协调。最后,河流生态修复的时间尺度也十分重要。河流系统的演进是一个动态过程。每一个河流生态系统都有它自己的历史。河流生态修复是靠时间做工作的。有研究指出,湿地重建或修复需要大约15~20a的时间。因此对于河流生态修复项目要有长期准备,同时进行长期的监测和管理。
3.5反馈调整式设计原则
生态系统的成长是一个过程,河流修复工程需要时间。从长时间尺度看,自然生态系统的进化需要数百万年时间。进化的趋势是结构复杂性、生物群落多样性、系统有序性及内部稳定性都有所增加和提高,同时对外界干扰的抵抗力有所增强。从较短的时间尺度看,生态系统的演替,即一种类型的生态系统被另一种生态系统所代替也需要若干年的时间,期望河流修复能够短期奏效往往是不现实的。
生态水利工程规划设计主要是模仿成熟的河流生态系统的结构,力求最终形成一个健康、可持续的河流生态系统。在河流工程项目执行以后,就开始了一个自然生态演替的动态过程。这个过程并不一定按照设计预期的目标发展,可能出现多种可能性。
意识到生态系统和社会系统都不是静止的,在时间与空间上常具有不确定性。除了自然系统的演替以外,人类系统的变化及干扰也导致了生态系统的调整。这种不确定性使生态水利工程设计不同于传统工程的确定性设计方法,而是一种反馈调整式的设计方法。是按照“设计—执行(包括管理)—监测—评估—调整”这样一种流程以反复循环的方式进行的。在这个流程中,监测工作是基础。监测工作包括生物监测和水文观测。评估的内容是河流生态系统的结构与功能的状况及发展趋势。常用的方法是参照比较方法,一种是与自身河流系统的历史及项目初期状况比较,一种是与自然条件类似但未进行生态修复的河流比较。
在反馈调整式设计过程中,提倡科学家、管理者和当地居民及社会各界的广泛参与,通过对话、协商,以寻求共同利益。提倡多学科的交流和融合,提高设计的科学性。
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关键词生态环境可持续发展环境修复
随着地球上人口的剧增和工农业生产的迅速发展,特别是工业革命以来,人类对自然资源需求水平不断提高,生产强度日益加大,有毒、有害废气物质不断的输入环境,远远超过了环境的自净能力而导致环境污染日益严重。为了解决人类面临的这个重大问题,对于大气污染和地表水污染之力的研究已十分广泛,许多技术已相当成熟并被广泛应用。
对于污染土壤及地下水的之力来说,由于其具有隐蔽性、滞后性、累积性以及难治理和修复周期长等区别与大气和地表水体污染的特点,其修复问题已成为环境科学研究日益活跃的领域,同时也是世界性难题。虽然人们已在污染土壤及地下水物理修复和化学修复领域进行了有益探索,形成了一些实用技术,但这些修复方法往往会破坏场地结构、造成二次污染,对于污染面积巨大且污染程度较轻的土壤甚至难以应用。为此,近年来,人们在污染环境的物理修复、化学修复甚至生物修复取得一定成功的基础上,进一步提出了生态修复的理念,并对其概念、内涵、原理、产业化途径等进行了理论上的探索和实践上应用的探索,试图以生态学的原理和方法,在污染环境的修复和治理过程中实现人与自然的和谐发展,从而达到可持续发展。
一、生物修复—生态修复的基础
生物修复是对污染环境实施修复、之力的最为重要的技术之一,是正在发展中的技术,是生态修复的基础。
目前被广泛认同的生物修复定义,是指微生物催化降解有机污染物,从而修复被污染环境或消除环境中的污染物的一个受控或自发进行的过程,这是狭义的定义。
除了微生物修复外,植物修复、动物修复乃至酶学修复等方式的出现,赋予了生物修复更广泛的内涵,即生物修复是指利用细菌和真菌等微生物、蚯蚓等动物以及水生藻类、陆生植物,甚至酶及分泌物等的代谢活性降解、减轻有机污染物的毒性,改变重金属的活性或在环境中结合态,通过改变污染物的化学或物理特性二影响其在环境中的迁移、转化和降解速率。
目前使用最广、最有效的生物修复技术仍是微生物修复。
二、物理与化学修复—生态修复的构成要素
从修复原理来看,物理修复与化学修复是指充分利用光、温、水、土、气、热等环境要素,根据污染物的理性性质,通过机械分离、蒸发、点解、磁化、冰冻、加热、凝固、氧化—还原、吸附—解吸、沉淀—溶解等物理怪和化学反应,使环境中污染物被清除或转化为无害物质。通常,为了节省环境治理的成本,物理修复或化学修复往作为生物修复的前处理阶段,近年来根式作为生态修复的构成要素。无论是环境要素或生态因子,还是工程措施,对于修复生物的生命活动来说,是非常重要的影响要素。若将它们有机的结合起来,使环境条件和生态因子在有利于生物生活的同时,也有利于污染物的去除或转化,将极大地提高生物修复或植物修复的效率,这一点对于生态修复来说是至关重要的。
物理与化学修复措施与生物修复的结合,是生态修复必不可少的构成要素,其利用的是否直接关系到生态修复的有效性和成败。在实际的修复过程中,把物理修复、化学修复措施更好地与生物修复结合起来,才能形成有效的生态修复技术。
三、植物修复—生态修复的基本形式
植物修复这一概念大约是1980年代前期提出来的,其最初的思想是利用超累积植物的的超量富集作用来去除污染环境中多余的重金属。
目前,植物修复这一技术已经涵盖了污染环境治理的各个方面,如城市树木、草坪乃至花卉植物对大气或室内空气的净化;池塘中水生植物通过对氮、磷等营养物质的利用而对富营养化水体的净化;污染土壤及水体中无机污染物的去除及有机污染物的讲解等。
在污染环境治理中,从形式上来看,似乎主要是植物在起作用,但实际上植物修复过程中,往往是植物、根系分泌物、根际圈微生物、根际圈土壤物理和化学因素(这些因素可以部分人为调控)等在共同起作用。因而,总的来说,植物修复几乎包括了生态修复的所有机制,是生态修复的基本形式。
利用植物对重金属如Ni、Zn、Cd、Hg、Cu、Se,放射性核素如Cs、Sr、Ur,多环芳径,石油,化学农药,有机氯溶剂如TCE,废弃炸药如TNT等的修复研究均有报道。
四、污染环境修复标准—生态修复评判基础
污染环境修复标准是指呗技术和法规所确定、确立的环境清洁水平,通过生态修复或利用各种清洁技术手段,使环境中污染物的浓度降低到对人体健康和生态系统不构成威胁的、技术和法规可接受的水平。
关键词:景观规划设计;住宅小区;景观衰败;景观修复
中图分类号:TU984文献标识码: A
Residential quarters of the interaction of urban transport
WANG Yi-fei1, CHEN Xian2, SONG Jie3 ,WANG Jie4
(1. Yunnan Industrial and Commercial of college;2.College of Landscape and Horticulture, Yunnan Agricultural University; 3. Flower Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences , Yunnan Kunming 650201,
china; 3.Xi’an International University, Shanxi Xi’an710070, china)
Abstract: This article introduces the present situation of residential area landscape decline, characteristics and reasons, on the basis of the theory of human settlement environment capacity, to Yikang road community of Yongchang residential in Kunming city as an example for analysis, from the corresponding repair plan: Firstly, the repair of ecological carrying capacity; Then, repair capacity; Thirdly, repair the residents' psychological bearing capacity, For our country the exploration of new community development model, the renewal and transformation of residential research provides the beneficial reference.
Key words: Landscape planning and design; residential quarters; Landscape decline; Landscape restoration
随着现代主义功能城市的衰败,住宅小区的衰败引发了很多城市及社会问题,一个代表就是1972被爆炸拆除的普鲁伊-埃戈住宅小区。欧美国家在20世纪5-60年代就开始经历了城市的各种病态现象,通过长期的实践与探索在社区规划、城市社会学、人文科学及公共管理等学科领域中成果丰硕,其中以社区建设理论、社区适宜居住性理论、倡导性更新和改造论等理论为代表[1-3],从宏观和微观的角度在一定程度上成功的扭转了社区的衰败,提升了社区的活力。
国内主流社区发展模式仍旧是带有自闭性和大尺度弊端的住宅小区,近年来衰败以初见端倪,但随着房地产业的快速发展却得到了空前普及[2],因此我国住宅小区发生大规模衰败只是一个时间问题。目前发生衰败的住宅小区主要集中在建设时间处于20世纪80年代初期至90年代中期的住宅小区也被称之为城市旧居住区[4-5]。国内的关注点大多仍停留在新小区的开发和建设中,期间催生了一些理论如城市更新改造论及城市空间发展论[6],但这些理论都是以城市规划学科为背景具有较大的宏观性,以简单的拆迁改为主要方式忽视了小区与城市的有机系统性、地方文化特色和居民的心理感受,并不能有效的从微观层面来应对未来住宅小区大规模的衰败问题。本文以住宅小区景观衰败为研究对象,以人类聚居环境承载力理论为依据从微观层面进行修复和活力的提升为住宅小区衰败的扭转创造基础。
一、人类聚居环境承载力理论
1 人类聚居环境承载力的概念
人类聚居环境承载力理论的提出是以人类聚居环境学、景观学及景观承载力理论为理论基础,面对新的问题和形势提出的新的解决方法,并将这个新的解决方法进行系统归纳与总结形成的新理论。人类聚居环境承载力(Human Inhabitation and Settlement Environment capcity)的概念:泛指人类所聚居或居住的生存环境,包括自然环境与人工环境,对于人类的生产与活动的供给和持续的能力[6]。
2 人类聚居环境承载力理论的内涵
从人类聚居环境的研究对象来看,人类聚居环境学作为一门新的学科概念由人类聚居 (Human Inhabitaion and Settlement) 和生态环境科学 (Ecological and Environmental Sciences) 这两大概念范畴的基础上发展而来,所以其研究对象概括的说可以分为客体―生态环境;主体―人类的生产与活动[6]。因此人类聚居环境承载力理论具有研究尺度上的三元即宏观、中观及微观层的人类聚居环境承载力;特征上的三元即时空性、动态性和自律性;
此外人类聚居环境承载力更加着重的探讨和研究了环境的变化对于环境中的人的心理影响,因此人类聚居环境承载力理论内容上的三元包括生态环境承载力、功能承载力及居民心理环境承载力(见图1)。
(1)生态环境承载力指人类所聚居或居住的生存环境对于人类生产与生活的供给与持续能力。包括环境对于激增的人口、为生产与生活所提供的资源及产生的垃圾等的供给与承受能力。
(2)功能承载力是环境满足居民的各项生产与生活的功能的能力。
(3)居民心理环境承载力是指居民对于所居住环境变化的心理承受能力,这个承载力是一个心理量。具体细分包含三个层次:第一,初级的层次即生理容量;第二,心理容量;第三,最高级的层次即精神层次的容量[7]。这个三个层次构成了一个金字塔体系(见图2),可知景观设计的方法与人对景观的感受方向恰恰相反,是以精神层次为设计出发点,进而满足心理容量第二个层次,最后满足生理容量这个初级层次,这样居民的心理承载力就可以得到显著的、持续的提高,并形成正向循环系统。
对衰败小区运用人类聚居环境承载力理论首先从宏观的角度系统认识衰败小区与城市的系统关系,分析衰败的原因,明确景观修复的理念。其次从微观的角度全面地分析和提出景观衰败的各项承载力的修复方案,保证小区景观修复后的适宜人居性。
二、昆明市永昌小区景观衰败的现状调查
永昌小区位于昆明城市的次中心区域,始建于上世纪80年代中期是昆明标准的旧居住区,由多个社区组成本文以永昌小区益康路社区为例。小区居住人员现多为外来流动人口,因政府对小区的投入较少,少有维护导致区内整体形象“脏”、“乱”、“差” 直接影响了城市的健康发展和居住环境质量,亟待改进。
1 生态环境调查
区内植物缺乏正常的养护管理而生长较差,使得区内生态环境承载力下降,加之城市日益增加的尾气及噪音,使得区内原本下降的生态环境承载力蒙受更大的压力,进而使得整个小区环境毫无生态可言(见图3)。
(1)绿化植物数量少、种类单一、配置不合理、生态综合效益较差。小区内部绿化植物有13种,乔灌木共计57棵,小区绿化率为15%。
(2)绿化植物生长情况较差。在缺失了正常的绿化养护管理下,乔木生长缓慢且直立枝、旁枝较多,杂草丛生,病虫害较多。
2 功能设施调查
区内公共设施在建造前,就已经依据区内居民的人数、需求及服务对象的群体特征做了了规划与设计,能够满足当时区内居民的使用。但随着时代的进步居民物质与精神文化需求的不断发展,小区内部的公共服务设施却没有及时更新,功能单一且简陋导致公共服务设施承载力不足(见图4)。
(1)公共服务设施功能单一且数量较少。区内设施功能单一不能满足居民日渐丰富的生活需求,导致小区活力丧失、周边交通拥堵、自行车及机动车位配置数量明显不足、占消防通道及乱停现象严重、消防设施及娱乐健身设施很少。
(2)公共服务设施功能丧失。区内设施年久失修,多数已荒废或被居民改为它用。
3 景观形象调查
(1)景观形象脏乱差。区内建筑破败、道路破损严重、车辆乱停、植物病虫害严重、杂草丛生、违规临时搭建建筑较多、电线私自搭设现象严重导致区内景观形象“脏”、“乱”、“差”。
(2)无景观特色。小区建设年代较早,园林设计多为简单绿化、建筑样式及外立面也过于简单和呆板,使得区内景观设计毫无特色可言。
三、景观衰败修复思路与设计
1 景观修复设计思路
上述分析表明,永昌小区的衰败本质原因是作为子系统的住宅小区在自身弊端的作用下与作为母系统的城市非正向互动所引起的[2],其表现形式是由于区内各项承载力的下降和丧失所造成的,因此修复形式要以增加、改善和更新的方式进行。修复思路是从宏观的角度进行调查、评价和规划,打开围墙对内部交通与公共服务设施系统进行统筹更新规划,从微观的角度对区内生态环境承载力、功能承载力和居民心理环境承载力方面进行全面的增加和改善以保证小区景观承载力修复后的适宜人居性。
2 修复设计方案
(1)区内生态环境承载力的修复;①清除原有带病虫害、生长不良、无观赏和功效价值的绿化植物;②增加具有观赏特性并能净化空气的植物15种,提高区内的绿化率至40%,主要绿化植物见表1。
表1主要绿化植物
序号 中名 学名 科属 类型 规格
胸径
(cm) 高度
(m) 冠幅
(m)
1 银杏 Ginkgo biloba L. 银杏科
银杏属 落叶
乔木 8~12 3~5 2~3
2 水杉 Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng 杉科
水杉属 落叶
乔木 8~12 5~8 2~3
3 玉兰 Magnolia denudafa Desr.ex Lamk 木兰科
木兰属 落叶
乔木 5~8 2~3 1.5~2
4 香樟 Cinnamomum camphora (L.)Presl. 樟科
樟属 常绿
乔木 12~15 3~6 3~5
5 云南樟 Cinnamomum glanduliferum (Wall.)Nees 樟科
樟属 常绿
乔木 12~15 3~6 3~5
6 紫薇 Lagerstroemia indica L. 千屈菜科
紫薇属 落叶
乔木 4~6 1~2 1~2
7 冬樱花 Cerasus cerasoides var. majestica (Koehne) Ingram 蔷薇科
樱属 落叶
乔木 8~10 2~3 2~3
8 云南
樱花 Cerasus cerasoides D. Don var. rubea C. Ingram 蔷薇科
樱属 落叶
乔木 6~8 2~3 2~3
9 垂丝
海棠 Malus halliana Koehne 蔷薇科
苹果属 落叶
乔木 6~8 3~5 2~3
10 垂柳 Salix babylonica L. 杨柳科
柳属 落叶
乔木 12~15 3~5 4~5
11 小叶榕 Ficus microcarpa L. f. 桑科
榕属 常绿
乔木 15~20 4~6 3~5
12 四季
桂花 Osmanthus fragrans Lour. var. semperflorens 木樨科
木樨属 常绿
乔木 12~15 4~5 3~5
13 蓝花楹 Jacaranda acutifolia Humb. et Bonpl. 紫葳科
蓝花楹属 落叶
乔木 8~12 3~4 2~3
14 蒲葵 Livistona chinensis (Jacq.) R. Br. 棕榈科
蒲葵属 常绿
乔木 12~15 3~6 1.5~2
15 南天竹 Nandina domestica Thunb. 小檗科
南天竹属 常绿
灌木 0.3~0.6 0.1~0.2
16 萼距花 Cuphea platycentra Lem. 千屈菜科
萼距花属 常绿
灌木 0.2~0.3 0.1~0.2
17 叶子花 Bougainvillea spectabilis Willd. 紫茉莉科
叶子花属 常绿
灌木 0.6~1.2 0.6~1
18 海桐 Pittosporum tobira (Thunb.) Aiton 海桐花科
海桐花属 常绿
灌木 1~1.2 0.6~1
19 黄花槐 Sophora xanthantha C. Y. Ma 蝶形花科
槐属 常绿
灌木 8~10 2~3 1.5~2
20 红花
木 Loropetalum chinense (R.Br.) Oliv. var. rubrum Yieh 金缕梅科
木属 常绿
灌木 0.3~0.6 0.3~0.6
21 桃叶
珊瑚 Aucuba chlorascens F. T. Wang 山茱萸科
桃叶珊瑚属 常绿
灌木 0.2~0.3 0.2~0.3
22 八角
金盘 Fatsia japonica (Thunb.) Decne et Planch. 五加科
八角金盘属 常绿
灌木 0.3~0.6 0.3~0.6
23 毛杜鹃 Rhododendron microphyton Franch. 杜鹃花科
杜鹃花属 常绿
灌木 0.4~0.6 0.3~0.6
24 假连翘 Duranta repens L. 马鞭草科
假连翘属 常绿
灌木 0.3~0.6 0.3~0.6
25 肾蕨 Nephrolepis auriculata (L.) Trimen 肾蕨科
肾蕨属 草本 0.2~0.3 0.2~0.3
26 睡莲 Nymphaea tetragona Georgi 睡莲科
睡莲属 草本
27 美人蕉 Canna indica L. 美人蕉科
美人蕉属 多年生草本 0.6~1.2 0.3~0.6
28 麦冬 Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker-Gawl. 百合科
沿街草属 多年生草本 0.2~0.3 0.2~0.3
29 菖蒲 Acorus gramineus (L.) Soland 天南星科
菖蒲属 多年生草本
30 蜘蛛兰 Hymenocallis Littoralis (Jacq.) Salisb. 石蒜科
水鬼蕉属 多年生草本 0.6~1 0.3~0.6
31 鸢尾 Iris tectorum Maxim. 鸢尾科
鸢尾属 多年生草本 0.3~0.5 0.3~0.6
32 金竹 Phyllostachys sulphurea (Carr.) A. et C. Riv 竹亚科
刚竹属 竹类 2~3 1~1.2
33 紫藤 Wisteria sinensis (Sims) Sweet 蝶形花科
紫藤属 落叶藤本
34 炮仗花 Pyrostegia venusta (Ker) Miers 紫葳科
炮仗藤属 藤本
(2)社区功能承载力的修复
从宏观的角度以作为子系统的住宅小区需要向作为母系统的城市进行资源的返还作为指导理念对社区功能的承载力进行修复。①打开小区围墙,将小区的出入口增加为6个,新建小区6米宽干路4条、4米宽支路2条,将小区内的交通承载力返还给城市,以缓解周边永昌路、华昌路和永学巷的交通压力,增加区内商业机会,提升社区活力;②将9号、12号、16号和20号楼拆除,改建为公共服务设施如停车场、社区篮球场、绿地,以提高子系统(小区)的功能承载力(见图5)。
从微观的角度以绿色公共设施引导居民积极健康的生活方式为指导理念对社区功能的承载力进行修复。①更新并增加原有功能设施的量如残破的道路系统、健身设施、车库、园林小品、园桌、座椅、廊架、垃圾桶等;②健康慢跑道、自行车道、步行林荫道各2.1公里、社区篮球场1个、机动车停车位40个、健身设施场地370平米、残疾人专用设施等;③新建商业办公综合体,将居住、商业、办公多功能高度混合,提升居民的生活、工作的便利性和社区的活力。上述可直接提高区内的公共设施的量和服务功能,也可以间接的提高区内居民的健康水平和生活质量 (见图6)。
(3)社区居民心理承载力的修复
在精神层次:①充分发挥街道办事处精神文明建设的优势和特点,以开展和参与社区活动的形式来强化社区文化特色,提高居民的身份感和归属感;②在规划上留出开敞空间,并通过对建筑出入口的有意安排增加居民相遇、交流、活动的次数以增进了解[13-14]。
在心理层次:①道路系统易曲不易直;②对过境交通进行限速为20公里/小时,并禁止鸣笛以减少过境交通的干扰,保证静稳性[15-16];③建筑外立面的改造上选择粗糙、而有厚重感和质感的仿石漆,并辅以常春藤来增加其材质感给人一种平稳、厚重和悠闲的感觉。
在生理层次:①植物的搭配形式、种植形式,如乔灌草的复层搭配、立体绿化等以增加区内的空间流畅感、丰富区内的空间层次;②通过对植物造型、花色、花期、香气的合理配植强化区内的季象变化和景观特色,以提高小区的可观赏性。
四、结语
目前国内住宅小区景观衰败是由其自身弊端所引起的子―母系统的非正向互动的结果,表现为小区内部各项承载力的下降和丧失。本文运用人类聚居环境承载力理论对小区内的各项承载力的修复做了一些探索式的研究,但这还远远不能很好的应对将来国内住宅小区的大规模衰败,因此应该从理念上彻底摒弃住宅小区这种落后的社区发展模式,花大力气尽快探索出一种能与城市进行正向互动的新型社区发展模式,为创建有中国特色的、宜人的新型人类聚居环境而努力。
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关键词:土壤环境学;土地资源管理;教学内容改革
作者简介:赵中秋(1975-),女,河南周口人,中国地质大学(北京)土地科学技术学院,副教授;曹银贵(1982-),男,湖南常德人,中国地质大学(北京)土地科学技术学院,讲师。(北京 100083)
基金项目:本文系教育部高等学校土地资源管理专业国家级特色专业建设项目(项目编号:TS11214)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)26-0079-03
中国地质大学(北京)土地资源管理专业经过多年的摸索和改革创新,培养目标定位为以土地资源的合理利用与管理为目标,以“3S”技术与工程技术为手段,以土地资源的开发利用、整理复垦、保护管理为研究核心,理论与实践教学相结合,培养具备管理学、经济学及资源学的基本理论,掌握土地管理方面的基本知识,具有计算机、测绘等基本技能,能在国土、城建、房地产以及相关领域从事土地管理、土地估价、土地规划、房地产经营开发等工作的中高级专门人才。[1]该专业分别于2008 年、2009年被评为北京市和国家级特色专业建设点。专业依托学校地学、工程技术和信息技术的学科优势,强化了具有明显工程特色的“土地整理复垦与生态修复”、“土地资源评价与利用规划”、“土地集约利用技术与工程”的学生能力的培养。[2] 2009 年,学校为落实《教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》和《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》文件精神,启动新一轮本科培养方案的修订工作。土地资源管理专业以此为契机,从优化课程设置、加强教材建设、突出实践教学等方面进一步完善课程体系,建立了“通识基础课 + 学科基础课 + 专业基础课 + 专业主干课 + 实践必修课 +公共选修课”循序渐进式课程和实践教学体系。专业基础课增加了土壤环境学、土地生态学、土壤地理学等环境科学、生态学背景的课程。
土壤环境学是一门环境科学与土壤科学之间的边缘交叉学科,是在20世纪60年代随着环境科学的兴起逐渐发展起来的,着重于研究土壤污染的发生与防治,包括污染物的形成、迁移转化规律、污染治理和土壤修复方法等等,以及土壤环境质量现状评价等方面,是环境科学和环境工程专业的一门重要的专业基础课程。[3,4]中国地质大学(北京)(以下简称“我校”)开设该课程的授课对象是土地资源管理专业大学二年级学生,笔者在教学实践中发现,现有的土壤环境学教材知识结构对土地资源管理专业并不太适用,为使“土壤环境学”符合土地资源管理专业的需要,更好地满足土地资源管理人才培养的知识结构需求,必须对现有“土壤环境学”课程教学内容体系进行调整和优化。
一、“土壤环境学”教学特点
1.内容多
现有“土壤环境学”内容体系主要由三大部分组成:土壤基础知识、土壤污染、土壤污染防治与修复。第一部分包括土壤的形成、组成、结构、性质(物理、化学性质),是学习后面内容的理论基础知识,对没有土壤学背景的学生来说,这部分课时量需要较大;第二部分土壤污染包括土壤环境背景值、土壤环境容量、土壤污染的主要污染来源与分类、特点、土壤污染动力学过程(迁移转化规律)、土壤污染监测与评价等内容;第三部分土壤污染的防治与修复包括土壤污染修复概述、土壤重金属污染修复技术、有机污染修复技术、放射性污染修复技术及其案例分析等内容。从以上内容可以看出,教学内容非常多,而该课程安排学时量为32学时。
2.知识面窄
从上一节“土壤环境学”主要教学内容可以看出,整个内容体系除了前面的基础理论知识部分外,其他内容主要涉及土壤污染的发生、迁移转化、防治与修复等,也就是说土壤污染与修复是该课程的主题内容。从土壤环境学的环境科学发展背景来看这一知识结构体系是不难理解的,土壤环境学是随着环境科学兴起而发展起来的,并作为环境科学的一门分支学科,成为环境科学专业的专业基础课程。[3,4]因此,目前大多数的土壤环境学教材主要是面向环境科学专业并以上述内容为主体知识结构。除了土壤学基础理论知识外,教学更侧重于讲授土壤污染的发生和防治,包括污染物的形成、迁移转化规律、污染治理和土壤修复方法等。[4]
从土地资源管理专业人才培养角度来看,当前的“土壤环境学”教学内容显然知识面太窄。此外,随着环境科学向着重视生态环境研究方向发展的趋势,土壤环境学研究的内容也在不断丰富与扩展,土壤生态环境与生态保护研究也同样受到重视,并获得重要进展,例如土壤环境退化研究,包括土壤沙化、水土流失、盐渍化、酸化以及土地的非农业侵占等。土壤环境学应成为融合土壤环境学基础理论,土壤污染与防治,土壤生态环境保护,环境质量评价、规划和管理为一体的较为完善的学科体系。[5]曲向荣[5]对土壤环境学内容体系试图做了些调整尝试,将土壤污染与修复的内容进行了适当压缩,增加了一章关于土壤生态保护与土壤退化防治(包括沙化、水土流失、盐渍化、酸化等)的内容。
3.实践性强
“试验实践”是“土壤环境学”的重要教学目标之一,学生在掌握土壤环境学基础理论的同时,还必须动手进行实验操作,如土壤及其植物样品的野外采集及制样,土壤理化性质室内分析试验,土壤中常见污染物的调查、分析及污染评价,土壤修复技术操作观摩等。其教学不能仅仅是传授基础土壤学知识,更重要的是培养学生利用土壤环境学知识与方法来发现和解决治理土壤环境问题。因此,土壤环境学是一门实践性很强的学科。
二、“土壤环境学”教学内容体系重构
“土壤环境学”是针对环境科学专业的一门专业基础课程,目前主要的教材有陈怀满主编的《环境土壤学》,王红旗主编的《土壤环境学》(研究生用),张辉主编的《土壤环境学》,曲向荣主编的《土壤环境学》。这些教材均是针对环境科学专业而编写的本科或研究生使用教材,多是以土壤污染与防治为主题内容。虽然曲向荣主编的《土壤环境学》对教材内容体系试图做了些调整尝试,将土壤污染与修复的内容进行了适当压缩,增加了一章关于土壤生态保护与土壤退化防治(包括沙化、水土流失、盐渍化、酸化等)内容,土壤沙化、水土流失、盐渍化、酸化等诸多土壤环境问题仅仅是点到即止,篇幅较少。而在土地资源管理专业体系中土壤环境学的主要教学任务是使学生了解和掌握各种土壤环境问题的形成原因或退化机理及其调控与治理方法。为了使其能够更好地满足土地资源管理专业人才培养的需求,本文在土壤环境学教学实践的基础上,根据土地资源管理专业的知识结构需求以及该课程与其他课程之间的内容联系,对其内容体系进行了重新组织与优化。主要内容由土壤学基础理论知识、土壤环境退化与防治、土壤环境评价与管理三大部分组成,具体见图1。
1.土壤学基础理论知识
本部分包括土壤的形成与发育、土壤的组成、性质,是学习后面章节的基础和前提。按照“系统结构组成决定系统性质,系统性质决定其功能发挥”的逻辑思路,该部分内容对于学生学习和掌握后面章节的内容至关重要。而本专业学生先修课程里有关土壤学基础知识方面的课程很少,因此,在32个总学时中,分配1/4左右的学时数讲授该部分。其中“土壤的形成与发育”部分在土壤地理学中有详细介绍,为避免知识重复并节约课时将本部分内容删掉。土壤组成包括土壤矿物质、土壤有机质、土壤生物、土壤水、热、空气,其中土壤矿物质、有机质与土壤性质及后面要讲的土壤退化过程有着紧密的联系,需作为重点来讲;土壤生物部分压缩,主要讲授与土壤性质关系密切的土壤微生物部分,并与土壤有机质合并为一章;土壤水、热、空气一章内容进行压缩和简化,保留与土壤退化过程关系较紧密的主要内容。土壤的物理化学性质(物理性质:容重、孔隙度、质地等;化学性质:酸碱性质、胶体化学性质、氧化还原性质等)都与土壤退化过程有着密切的联系,需详细介绍。经过如此调整,可以使学生更好地掌握和理解各种土壤环境问题的形成过程或退化原理及治理措施。
2.土壤环境退化与防治
这部分内容将重点扩充。主要讲授目前存在的主要土壤环境问题的形成原因或机理及其治理方法。包括土壤污染与修复、土壤沙化与治理、水土流失与治理、土壤盐渍化与治理、土壤酸化与治理,每部分设置一个案例。该部分打破了传统的土壤环境学只介绍“土壤污染”这一种土壤退化形式及其治理方法,把土壤污染内容压缩,补充了其他几种土壤退化形式,大大拓宽了知识面,更有利于土地综合整治对学生专业基础知识结构的需求。该部分是该课程主体教学内容,安排总学时的1/2左右进行讲授。
3.土壤环境评价与管理
本部分包括土壤环境现状调查、土壤环境质量现状评价、土壤环境质量预测、土壤环境影响评价、土壤环境生态风险评价以及土壤环境管理。土壤环境现状与预测评价依据评价侧重点的不同,可分为侧重土壤环境污染的土壤污染评价和侧重于土壤生态变化的土壤生态评价以及对土壤环境特性和外部条件、土壤污染和生态在内的系统全面的综合评价。[5]通过该部分学习,使学生了解和掌握土壤环境评价的内容与方法,了解和掌握土壤环境管理的主要手段与措施。
三、实践教学设计
土壤环境学是一门实践性很强的学科,实践教学是土壤环境学授课内容的重要组成部分。为了加强土壤环境学实践教学环节,在总学时只有32个学时的情况下,本课程教学大纲设置了8个学时的实践教学学时。为了充分利用有限的实践学时,本文对实践教学部分进行了重新设计。土壤样品的野外采集与保存是大多数“土壤环境学”实践的必有环节,由于本课程授课对象学习的“土壤地理学”中安排了土样采集这一环节,本课程的实践教学部分直接去掉了这一环节。在这有限的8个学时内,对土壤环境学的核心实践内容进行实习教学,土壤污染的调查、评价及修复,即让学生利用课堂所学理论知识对土壤中常见污染物进行调查、污染评价并根据具体情况提出合适的修复或治理对策,由学生自由选题,自行设计方案,进行综合性和探究性试验,通过试验掌握土壤中常见污染物的调查、评价方法,了解土壤污染物存在形态及其影响因素,进一步理解和掌握土壤污染修复技术及其原理,实现理论和实践相结合,提高学生实际解决问题的能力。
四、小结
当前土地退化问题日益严重,生态功能减弱或丧失,加强土地综合整治研究工作是解决土地退化问题,恢复土地各种生态功能的重要手段。土壤退化是土地退化中最重要、最基础、具有生态连锁效应的退化现象,因此,土壤环境的治理与修复是土地整治的关键与前提。土地资源管理专业人才培养过程中,加强土壤环境退化过程或机理及其防治的专业理论及实践教育具有重要意义。土壤环境学是中国地质大学(北京)土地资源管理专业针对本科二年级学生而设的一门专业基础课,其教学任务是通过土壤学基础知识以及土壤环境问题的形成及防治理论知识的传授,培养学生利用这些理论知识与方法来发现和解决土壤环境问题,为土地综合整治与管理奠定专业技能基础,从而全面提高土地资源管理专业学生的综合素质与综合能力。
参考文献:
[1]付梅臣,袁春,周伟,等.我校土地资源管理专业本科教育的现状与教育创新研究[J].中国地质教育,2005,(2):26-29.
[2]周伟,袁春,付梅臣,等.土地资源管理特色专业建设的实践[J].中国地质教育,2012,(2):38-43.
[3]胡学玉.环境工程专业“环境土壤学”课程教学实践[J].长江大学学报(社会科学版),2010,(5):182-183.