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矿山废弃地是指在采矿活动中被破坏、未经治理而无法使用的土地,包括废石堆废弃地、采矿坑废弃地、尾矿废弃地、其他类型废弃地[1]。矿山废弃地的出现,导致区域环境的污染和景观的破坏,矿山地质灾害和安全隐患,以及矿区地下含水层破坏和土地资源的浪费,甚至是引发其他社会矛盾[2]。美国在二次世界大战前制定相关的法令和法规强制对矿区采矿后的土地进行修复。传统的废弃地景观营造主要是植物种植或简单的一些土地改造,侧重于对恶劣场地的处理和增加植被。随着现代的技术和新理念在矿山修复中得到了广泛运用,人们更注重废弃地的再利用和资源的循环使用,运用生态学,美学以及其他学科要建立一个能够自我维护、运行良好的完整生态服务系统[3]。因此,废弃地的生态修复及景观再造的具体内容和方法对资源的循环利用和生态环境保护具有重要意义。
一、矿区废弃地的改造模式探讨
1.对待矿山废弃地态度的转变
通过对国内典型案例的综合分析(表1)单一复绿型、综合治理型和资源循环利用型三个典型阶段。我国矿山废弃地的改造20世纪50年代开始,但80 年代后,研究工作才有了长足发展,并逐步开始建立法规,并开展了大规模的生态修复项目,可能由于单一复绿的模式以及相关法律法规不健全等原因,使得相当一部分工种项目生态修复效果都很不理想。而后,生态景观设计理念开始进入废弃地改造领域,改造方式从单纯的生态复绿进入综合治理阶段。土壤整治,植被恢复,微生物技术以及其他工种措施,成功地运用于矿山废弃地综合治理,并出现了一些优秀案例,如神府东胜矿区,唐山南湖公园等。随着现代工业艺术及生态美学思想的演变,资源的循环利用在矿山废弃地改造与利用得到了体现。
表1矿山废弃地改造模式分析乐
2.矿山废弃地改造方式转变
在改造方式上,现代矿山生态修复和改造已逐渐从传统的复绿层面向生态景观层面过渡,运用的技术手段和表现手法也越来越多样化,生态修复过程更注重模拟自然,尤其是地貌、地形、水文、生态等,依靠自然、人工促进的修复过程,实现了资源的合理利用、综合开发和废弃地的文化艺术价值再现。
从改造策略上看,现代景观营造更加注重场地特征的挖掘与表达,注重场地文化的传承与再现,展示自然与技术的关系,探索废弃物的景观特质及观赏价值,以促进资源的循环利用。
从改造方法上看,现代方式常常采用生态恢复与景观改造相结合,更注重区域的整体设计和自然模拟设计,如美国矿山废弃地修复技术“师法自然生态修复法”[4]。
二、矿山废弃地生态修复与景观构建原则
随着可持续发展战略在全球范围内的确立,人们更注重对矿山废弃场地精神的挖掘,对于场地遗留物及废弃物的处理,从场地资源的可持续开发利用角度重新审视矿山废弃地的态度和改造。因此,如何在矿山修复中变废为宝,实现矿山废弃地的环境效益,社会效益和经济效益,是每位景观规划师将面对的重要问题。
1.自然生态式修复原则
传统的生态修复模式一般是基于人为干预下“水平梯形坡面,直渠排水”的地形设计,修复后景观不完全自然地协调周围环境,水土保持效果也不好,而且需要长期的人工养护。因此,美国等其他发达国家推崇一种在新理念下的生态修复模式——“师法自然生态修复法”。 其基本内涵是:应用现代 3S 技术对扰动区或周边地形、地貌、水文、气象、气候等条件进行详细了解和调查的基础上,运用系统理论、应用数学,应用计算模拟等先进技术,设计出一种近似自然地理形态的人工修复模型,并按照设计模型施工的一种生态恢复方法[4]。它强调整个修复后的生态系统必需能够自我维护,自我保持,功能逐渐增强。
2.安全生态的原则
植物景观规划矿区生态修复和景观营造的核心内容,对修复土壤,保持水土,美化环境等方面具有重要意义。植物景观规划设计要尊重自然,保护自然景观,增加生态多样性,保护环境敏感区;根据立地条件选择与之相适应的植物种类与植被群落,构筑有地域区系和植被特征的矿区生物多样性格局。利用乡土植物来增加景观的适应性和地域性,选择耐污能力、抗病除害能力、抗寒能力能力强,根系发达,茎叶茂密的植物,同时也要加强地带性植物的引种驯化,适当引进国内外特色优良品种。
3.特色景观元素的处理和利用
矿区景观营造要反映矿区的地域自然和景观特色,,景观元素的适应性改造与循环利用是切实有效的途径。如澳大利亚墨尔本疏芬山是将废弃矿区改造为户外博物馆的实例。杜伊斯堡的攀岩公园利用料仓高大厚实的混凝土制成了攀岩墙,墙面上被矿石撞击和摩擦形成的划痕和沟槽成为了登山爱好者们自由攀爬可以利用的天然锚点。
三、矿山废弃地景观营造内容及方法
通过在进行矿山修复与景观改造工程的内容主要包括如下几个方面:
(1) 清理废物;(2) 加固或清除危险建筑物和浮石;(3) 堵塞危险洞穴,填充矿坑;(4) 用门和石暾封堵坑口、矿井;(5)覆盖表土;(6)植被恢复。
1.废物(污染物)处理
矿山废弃地残留着许多矿业污染物,比如煤炭矿区的重金属污染物、多环芳烃等。 场地的污染净化是修复工作的基础,通常废弃地污染较轻或对环境不产生较大影响的区域可以进行工种处理。对受到污染的表土和其他污染严重的有毒有害物质完全移除;深层污染的土壤可以采用固化措施,即在污染上壤的上面,覆盖一层沥青,然后再铺置新土,进行植被修复。
2.地表痕迹的处理和再利用
采矿过程留下的人为遗迹,如废弃的矿渣、尾矿、矿坑等,可以通过艺术加工等处理方式,保留下来。表2,通过国内矿山废弃地改造案例总结了矿坑的常见改造与利用方式。
3.植物景观设计
在矿山废弃地景观重建的初始阶段,植物的选择至关重要。从景观层面对矿山废弃地进行独具特色的植物选择与种植设计,既可作为改良土壤、美化环境、恢复生态环境的先锋,又具有对硬质景观的柔化协调、空间造景功能。下面重点探讨一般矿山废弃地的环境条件下,植物种类选择的原则:
3.1选择适应栽植地段立地条件的适生种类,括抗旱、耐湿、抗污染、抗风沙、耐瘠薄、抗病虫害,甚至可以考虑具有较高的经济价值的种类;
3.2优先选择当地优良的乡土植物和先锋植物;
3.3优先选择具有改良土壤能力的固氮植物;
3.4在满足生态功能的前提下,考虑到植物的色、香、形等,满足造景需要。
四、结束语
矿山废弃地的出现,导致了区域环境的污染和景观的破坏,矿山地质灾害和安全隐患,以及矿区地下含水层破坏和土地资源的浪费,甚至是引发其他社会矛盾。矿山废弃地生态修复不能只强调技术和手法,还应该注重管理体系的建立,需要从法律法规执行的力度和方法上下功夫,使矿区的生态修复在为辅助管理下自我修复和维护,回归自然,构建稳定的生态系统。
表2矿坑的改造与利用方式
参考文献:
[1] 杨晓艳,姬长生,王秀丽. 我国矿山废弃地的生态恢复与重建[J]. 矿业快报, 2008,10(10):22-24.
论文摘要:生态修复是对生态系统停止人为破坏,以减轻负荷压力,依靠生态系统的自我调节能力与自身组织能力,使其向有序的方向进行演化;或者利用生态系统的这种自我修补能力,辅以人工措施,使遭~l,at坏的生态系统逐步恢复或使生态系统向良性循环方向发展。主要指致力于那些在人类活动影响下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建工作。
通渭县鹿鹿山流域水土保持生态修复试点项目于2004年被列入黄河水土保持生态工程试点项目,经过3a实施,项目区内生态环境得到了明显改善,林草覆盖率从52.30%提高到60.29%,农户人均纯收入由1613.80元提高到1967.20元;生态、经济系统开始良性循环,该项目的实施为本区域经济社会的可持续发展打下了坚实的基础。初步实现了人与自然和谐相处。
1基本情况
通渭县鹿鹿山水土保持生态修复项目是黄河水土保持生态工程生态修复试点项目。实施期为2004—2006年,项目区年均降水量500ram,年均气温3~5oC,适宜各类生物生长,属黄土丘陵沟壑区第三副区。该地区为石质山地,项目区辖陇阳、北城、寺子3乡,12个行政村54个村民小组,总人口7839人,人口密度84人/km,全部为农业人口,农业劳动力4706人。人均土地1.19hm,人均耕地0.26hm,总面积93.30kmz。完成封禁面积56.25km2.人工补植9Ohmz,人工种草277.5Ohm2,设立封禁工程围栏5km、标志碑5座、标语牌9O个、封育区“四至”边界标志界碑600个;新建管理房3间、示范养殖圈舍150座。布设植被监测点5个、气象观测点1个、径流泥沙监测点1个,选择监测典型农户60户。
2生态修复成效
生态修复是指对生态系统停止人为破坏,以减轻负荷压力,依靠生态系统的自我调节能力与自身组织能力,使其向有序的方向进行演化;或者利用生态系统的这种自我修补能力,辅以人工措施,使遭到破坏的生态系统逐步恢复或向良性循环方向发展;主要指致力于那些在人类活动影响下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建工作。
该项目实施后,项目区水清、山绿、水土流失减轻,群众的思想观念转变,实现了生物、产业趋于多样化,取得了明显的生态效益、蓄水保土效益、经济效益和社会效益。据测算,到项目实施年限末期,林草覆盖率从52.30%提高到60.29%;监测区年土壤侵蚀模数由1430t/km。·a降为964.40t/km项目区内农户人均纯收入自1613.80元提高到1967.20元;农、林、牧、副各业产值结构由基期的76.70:0.94:17.30:.5.06变为50.30:.1.07:29.50.:19.13;土地利用结构调整为农地:林地:草地:荒地:其他=21.12:20.97:34.30:4.30:18.56。舍饲养殖数量6000多(只),实现牛、马、猪、兔、鸡、鸽等多元化养殖。各产值机构有了较大变化,土地利用结构更加合理,使区域生态、经济系统开始良性循环。该项目的实施为本区域经济社会的可持续发展打下了坚实的基础。初步实现了人与自然和谐相处。
3几点启示
3.1科学规划,对位配套措施是实施生态修复工程的前提
水土保持生态修复是一项系统工程,直接关系到群众的生产和生活,在项目实施过程中,始终坚持以科学发展为指导,以构建和谐社会为目标,坚持以人为本理念,科学规划。在生态修复技术措施运用上,以保护和利用水土资源为核心,依据“源于自然,还于自然”的思想,为大自然恢复其自我修复能力创造条件,对位配置各类措施,以封为主,封禁、补造、抚育、管护并重,工程、生物、农艺措施相结合,生态修复与群众脱贫致富相结合的原则。使项目区形成一个相对独立的生态隔离区,减少或禁止人、畜活动对生物群落的干扰和破坏,促使土壤质量正向发育,生态系统自我调控能力向健康状况演化。取得了良好的生态效益和经济效益。
3.2加强组织、建章立制、加大宣传是生态修复工程顺利实施的基础
生态修复是新时期水土保持生态建设的重大战略调整,县委、县政府高度重视,加强生态修复的组织领导和部门协调,专门成立项目执行领导小组,健全管理机构、配备工作人员,明确和落实各部门的责任权属。制定和颁布有关项目建设的法规及管理制度,对生态修复区林草及其设施的管护管理提出具体的操作要求。做到管理有章可循,有法可依。利用集市、庙会等多场合、多形式、多渠道对农民进行广泛宣传教育,印发传单、公告、宣传画及日历和手册。为生态修复的顺利实施提供组织保证和营造良好的舆论氛围。
3.3建立部门联动机制,整合项目,为生态修复项目的实施提供资金保障
水土保持生态修复涉及农、林、水、环保、畜牧、财政、扶贫、科技等诸多方面,综合性很强,我们利用中央资金的主导作用和退耕还林草的机遇,深化投资管理机制改革,整合项目资金,统筹兼顾,合理规划,相互配套,镶嵌实施,达到资金技术、土地和劳动力资源的合理配置,使有限的投入资金发挥最佳使用效益。在项目建设中,与相关部门在工程实施、科研和监测等方面密切配合,加强合作,全面提升生态修复的科技水平和效益,加快生态修复进度。在管理上实行目标管理责任制,形成部门之间“各负其责,各尽其力,各投其资,各计其功”的工作机制。为生态修复工程建设提供了资金保障。
3.4立足实际,政策引导,狠抓落实是实施生态修复的关键
自然生态系统的承载能力是有限的,土地资源的开发必须符合自然生态系统的内在规律,使其得到休养生息。必须按照“顺应天时,遵循自然规律;顺应市场,遵循经济规律;顺应科学,遵循市场规律”的原则,坚持川台河谷区发展全膜覆盖玉米、浅山区种植马铃薯、深山区发展畜草产业的种植结构调整思路,大胆探索,积极挖掘本地资源潜力,引导农民转变观念,大力发展玉米、洋芋、畜草、中药材等富民产业。通过政策引导,利益驱动,解决了许多与群众切身利益息息相关的实际问题,使支柱产业开发和扶贫攻坚取得了明显的成效。通过生态修复,既满足了生态系统的自我修复条件,又确保了当地社会经济可持续发展、社会安定团结、人民安居乐业。为社会主义新农村建设起到了示范带动作用。
生态修复能力的体现根本在于彻底控制人为活动对生态环境的一切干扰因素和防止水土资源的污染,关键是水土保持监督执法和封禁成果管护。为此,要采取以下强有力的措施:
①建立健全水保监督执法网络。县、乡、村、社四级执法网络组织机构健全,并逐级签订监督管护目标管理责任书,做到责、权、利绝对明晰。
②依法具体落实“三区”划分与“三权一案三同时”制度,严格管理,奖惩兑现。加强修复成果管护。
同时,对水保预防监督执法的检查情况纳入乡镇年终综合考核评比的内容,推行奖励机制,以管促封。使生态修复效益能够正常发挥。
3.6合理布设监测网络,为生态修复提供科学依据
监测工作所获取的基础数据,对于生态自我修复能力的研究及评价意义重大,根据基础监测指标体系和监测评价体系要求,合理布设监测网络,采用实地定点、定时,多方位、多层次、多目标、多样点统计调查的方法进行。着重做好以下监测内容:
①蓄水效益监测。定点观测和统计径流、土壤侵蚀、泥沙变化、流域降水量等数据,分析评价项目实施后的蓄水保土效益。
②生态效益监测。林地监测:采用多样点抽样调查法。草地监测:选用不同草地类型,采用刈割测定生长量等,分析评价了项目实施后的生态效益。
③社会效益监测。通过布设网点社经调查,采用分层抽样的调查方法,以定点观测和典型农户调查结合,进行统计调查,统计分析,评价项目实施后的经济及社会效益。
根据监测结果与效益分析评价,为同类地区生态修复的科学研究和可持续发展提供科学依据。
生态修复是生态环境治理的一项新举措,最早开展于20世纪末,主要通过封禁治理等措施,充分调动生态系统的演替与自我恢复能力,逐步修复被扰动和损害的生态系统(土壤、植物和野生动物等),使其恢复到接近于它受干扰前的自然状态,即重建该系统干扰前的结构与功能有关的理化和生物学特征,以最少的人力、物力、财力取得最大的生态、经济和社会效益。对开展水土保持生态修复工程的地区进行社会、生态、经济效益进行综合评价,是检验生态修复效果的关键,可以为进一步开展生态修复提供理论指导与现实依据。
评价指标选取原则
评价指标体系可依据区域特征和治理目标进行构造,其特征主要表现为:在时间上反映水土保持生态修复的速度和趋势,在空间上反映生态经济系统的整体一布局和结构,在数量上反映治理的规模,在层次上反映流域系统的功能和水平。这样的指标体系就不只是单指标的延伸,而是兼有描述、评价、解释和决策等功能的有机体系}2,。构造指标体系时应遵循下列原则:
(1)客观性。评价指标选择以生态理论为基础,所选指标能够全面、客观、真实的反映生态修复的基本特征和整体水平。指标必须客观存在,能够真实反映该区域的实际情况,尽可能减少人为因素影响。指标的名称和含义要客观而明确。
(2)主导性。不同地区的不同水土保持治理措施所产生的效益也不尽相同。在进行评价时,应选择最为主要的治理措施及其产生的效果进行评价。
(3)独立性。指标意义必须明确,且具有完全独立的内涵。各指标在统计上独众,相互之间关联度小。指标间不存在因果、矛盾、交义、重复关系。单个指标反映生态修复区域的一个方面,同一层指标能够从不同的方面反映生态修复的特征和本质。
(4)可操作性。指标选取要同时兼顾科学性与可操作性,某些指标在当前阶段能够给予水土保持生态修复生态学上的阐述,而在实际获得过程中很难实现,因此,指标的选取应充分考虑是否容易获得。评价指标必需的数据要容易获得、必需的计算方法容易操作,不运用计算复杂、采集困难的指标。
现有评价指标存在的问题
(1)指标不全面:目前的水土保持生态效益评价指标体系中,所选指标大多只能反映生态修复的个别方面,不能涵盖全部内容。如治理程度、林草覆盖率、土壤侵蚀模数,侧重反映水土保持效益,忽视了生态效益的其它方面。
(2)指标停留在静态层面:目前对水土保持生态修复效益的评价都是用若干指标分别进行的,即对在工程实施后单个评价指标的变化进行分析,然后通过指标值的变化程度来衡量水土保持生态修复实施后生态环境的变化情况。绝大多数研究采用治理程度、林草覆盖率、土壤侵蚀模数三个指标来反映水土保持生态修复的效益。尽管这三个指标可以直接而准确的反映修复区域的治理效果。但是,仅靠这三个指标为基准的效益评价并不能全面客观的反映修复区域生态系统的演替情况,不能保证生态系统今后一直保持良性发展。修复目标应该能够动态的衡量生态系统的变化特征,关注生态系统的物种组成、功能和特性。
(3)指标缺乏普适性:目前关于生态效益评价指标体系的研究绝大部分都是以具体的特定生态修复区域为研究对象而展开的,针对不同修复区域的独有特征筛选的,建立的生态效益指标体系具有较强的区域局限性,不具备普遍适应性,难以推厂一到更为J’一泛的空间范围中。
评价指标与标准
1评价指标
评价体系由生态基础性、生态结构性和生态适应性三部分组成,生态基础性包含治理程度、上壤侵蚀模数、林草覆盖率三个指标;生态结构性包含乡土植物比例、群落结构层次、植物多度三个指标;生态适应性包含抗逆性、生长势、病虫害状况三个指标。评价体系共分二层,即口标层、准则层和指标层。指标结构如表4一l所示:杜评价标准评价结果用百分制表示,并分为优良、达标、未达标三个等级,即目标层中水土保持生态修复评价综合指数、准则层中三个模块以及指标层中各个指标得分都用百分数表示,百分数与生态修复等级划分存在对应关系,如表4一2所示:
生态修复评价方法与程序
当面临类型多样含义丰富的内容决策时都要进行比较、过程主观因素起着主导作用,因此,采用传统方法难以解决。判断、评价、最后做出决策。此这些决策系统的各因素间难以完全采用定量的方式进行描述,此时必须将问题转化为定量问题。层次分析法是解决这类问题的常用方法。层次分析法作为系统分析的数学方法之一,可以充分兼顾主观因素与客观因素,有步骤、有层次、全方位的解决水土保持生态修复决策问题。
1评价建模方法
应用层次分析法首先要把待解决的问题清晰化、条理化、层次化,构造一个层次分明的结构模型。一般分为上面的目标层,下面的指标层和中间的准则层。同一层次指标隶属于上一层指标或影响上一层指标,同时又支配下层指标或受下层指标影响。上层为目标层,是评价的最终目标,通常只含有一个因素。下层为指标层,含有若干具体指标。中间为准则层,可分为一层或多层,当准则层指标过多时应进一步分解出子准则层。牡层次分析法层次分析法专门对复杂多因素问题进行条理化、层次化,依据其本身的属性和相互关系构造出几个层次。主要分为四个步骤:¹建立递阶层次结构模型;º构造两两比较判断矩阵;»由各层判断矩阵计算出被比较元素的相对权重,并进行一致性检验;¼计算出总元素组合的权重,并对总体进行一致性检验。构造两两比较判断矩阵:设某层有n个因素,X一{xl,x2,……,xn},要比较它们对上层某一目标的影响程度,确定在该层中相对于某一准则所占的比重(即把n个因素对上层某一目标的影响程度排序)。比较时取卜9尺度。用aij表示第i个因素相对一于第j个因素的比较结果,则aji习/aij,A是成对比较矩阵,具有下列性质:aij>0,aji二l/aij,aii=l。层次分析法中所要构造的成对比较矩阵都是正互反矩阵。其中1一9的含义见表5一l2,4,6,8表示第i个因素相对于第j个因素的影响介于相邻等级之间。成对比较矩阵A若同时满足:aij>o,aji=l/aij,aii一1,则称为互反矩阵。例如,一个正互反矩阵z的构造如表5一2所示。以指标之间的相对重要性为基础构造判断矩阵,再根据判断矩阵计算本层各指标重要性次序的权值,可以归结为计算判断矩阵的特征值和特征向量问题,对于判断矩阵B,有以下公式:式中,A为B的最大特征值,w为相应于A的正规化特征向量。解决问题时常用求和法或求根法来计算特征值的近似值。检验判断矩阵的一致性,可以利用腼ax与n之差检验一致性,其一致性指标为Cl.,公式为:显然,n值的增加会加大判断误差,因此使用随机一致性比值CR.=Cl.瓜.L一般认为,当C.R.<0.10时,判断矩阵的一致性可接受,否则就需要进行调整,直到具有满意的一致性为止。一致性检验通过后即可计算出各层次下各个指标的权重。
幻权重计算结果由于认知的差异性,不同专家构造的成对比较矩阵的数据也存在着差异。评价系统评价的结果必须具有较强说服力。本研究将专家构造的所有矩阵得到的权重汇总,计算出最终的权重向量。把不同专家构造矩阵得到的权重向量一一对应,去掉其中的最高分和最低分,将剩下的权重取均值,这样得到一组权重,而该权重某一向量的所有权重的和可能不为1,因此我们还进行了归一化处理,归一化完成之后得到的权重向量即可作为水土保持生态修复评价体系的权重向量。水上保持生态修复评价体系是一个由相互关联的众多因素构成的复杂系统,运用层次分析法进行权重确定较为合理。本文将水土保持生态修复评价体系分为目标层、准则层和指标层。指标层为具体可操作指标,包括治理程度、土壤侵蚀模数、林草覆盖率、乡土植物比例等9个指标。以评价目的为出发点,同时考虑各指标评价体系中的作用,山具有丰富水土保持工作经验的水保工作者构建矩阵,通过计算得到各个指标的权重。结果如表5一3所示
2计算方法
(l)各层分值计算:¹准则层、目标层以下指标分值计算指标层各指标需进行无量纲化处理。_卜层指标可以在下层指标分值基础_卜结合权重,通过加权求和或求积得出。加权求和公式如下:º目标层分值计算水土保持生态修复评价分值采用综合指数法得到。根据指标分值和权重逐层计算得出其分值,最后的水土保持生态修复评价得分由以下公式计算得出:计算出的目标层得分即该区域水土保持生态修复的综合效果。
结论与讨论
经济功能
在安全得到初步保障后,城市河流的经济功能逐渐引起重视,它是指水作为一种重要资源所发挥的功能,包括供水、交通运输、农田灌溉和
水产养殖等作用。
景观功能
河流景观侧重水景观,以水为中心轴线向两岸扩展,包括水域景观、过度区域景观以及岸上景观等。现代城市河流是由若干人工设施和自然存在物共同组成的集合体,各种组成部分形成密不可分的系统关系,充分研究发挥这些系统组成部分之间的关系,并加以利用,可大大增强河流景观建设的效果。
生态环境功能
生态环境功能主要指水维持自然生态过程于趋于生态环境条件的功能。一个完善的城市河流生态体系,应该具备改善水质及水体的自净能力、调节局部水温变化、维持水生态系统的平衡、保持生态多样性等功能要求。现代的城市河流修复不仅要考虑河流生存的需要,更要保障人类的基本生存安全,因此,如今河流整治工程必须兼顾安全、经济、景观与生态环境等多重功能,其中安全、经济性是基础,景观、生态性是体现现代人追求“自然”、“亲水”的基本要求。与河流的自然状况,以及分析河流整治状况与生态系统的相互影响;1989年,Pabst提出了河流的自然特性尽量要靠外界的自然力来恢复的理念,强调河道要有生态自然修复的功能;1991年,日本开始推行重视创造多样化河流形态的“多自然型河流建设”。于此同时,国外也开展许多大型的生态修复工程实践,如1987年,德国莱茵河流域管理委员会提出了重塑莱茵河的生态,使鱿鱼重新回到莱茵河的“莱茵河蛙鱼2000计划”,随后莱茵河保护国际委员会(工CPR)又进一步制定了“莱茵河蛙鱼2020计划”;在密西西比河上,Juliann等[5〕在CapeGirardeau附近主河槽内对大型无脊椎动物进行了研究,John等对河上游鱼类的时空分布进行了研究;1987年,为解决斯凯恩河(SkjernRiver)的水环境问题,丹麦通过了退耕2200公顷,恢复河流洪泛区地的决议,并于2002年基本完成修复工程。
国内外河流生态修复研究进展
1国外研究进展
人们对河流的生态环境修复的认知已经经历了半个多世纪,在德国Seifert首先提出“亲河川整治”概念后,EmstBittmann于1965年首先在莱茵河用芦苇和柳树进行生态护岸实验,并取得了很好的效果;Schlueter认为河流近自然治理要在满足人类对河流合理利用的前提下,保护或促进河流的生物多样性;1980年,瑞士州河川保护建设局将生态护岸法发展为“多自然型河道生态修复技术”,对河流的治理重视恢复植被和建设自然护岸[3];1983年,Bidner提出河流整治首先要考虑河道的水力学特性、地貌学特点
2国内研究进展
国内开展河流生态修复的研究工作起步相对较晚,但发展非常迅速。有关生态河流治理理念方面,董哲仁首先提出了“生态水工学”的概念,指出改善河流生态系统、修复河流生态环境的工程措施及思路德孙宗凤认为生态水利是我国新时期水利建设的必由之路,提出了如何把生态建设和水利工程建设有机地融为一体;孙东亚等在流域尺度的河流生态恢复研究中,指出我国现阶段河流修复中的首要任务是遏制流域内引起生态系统退化的水污染。在河流生态工程实践方面,尤其是河道生态护坡的工程应用上,我国在近二十年来做了许多尝试,如工程中分别采用了植被护坡、格宾网石笼(蜂巢网箱)护坡、生态袋护坡、连锁式铺面砖护坡、土工格栅+固土种植基护坡、三维土工网垫护坡、混凝土植生块护坡、绿色混凝土护坡、土壤固化剂护坡等。总结国内外的城市河流生态修复研究现状可知,当前国内外展开的河流生态修复工作仍着眼于河流某一方面的功能,如国外在兼顾景观的同时,更侧重生态修复和重建等方面的工作,而国内则较多地考虑护岸措施生态化,对于生态修复理念与生态功能实现还有待进一步加强。
城市河流生态修复方法研究
由前述的河流功能划分内容可知,生态功能与景观功能己然成为现代城市河流建设的两大重要评价指标。
1生态功能修复
河流生态系统中较为重要的物理组成包括河岸、浅滩、潜流带和生物栖息地等,它们是河流生物生存及完成河流生态过程的基质,其稳定和健康发展对城市河流的生态系统具有重要作用。因此,河流生态功能的修复工程应具有相对完整性和系统性,需涵盖河流的形态、水体水质、生物群落及栖息地等修复内容。
(1)河流形态修复
自然河流的横断面通常由三部分组成,分别为主河槽、洪泛区和高地边缘过渡带(见图1)。
河流形态修复的主要目标是构建近自然型的多样性河流形态,它是流域生态系统生态环境的核心,亦生物群落多样性的基础。对于河道形态多样性的修复,高永胜等针对我国目前一些中小河流健康受损的实际情况,提出从纵、横两方面来提高河流形态多样性的修复方法:在纵向上,修复河流蜿蜒性,在河床上创建深潭一浅滩序列;在横向上,构建包括主河槽和洪泛区在内的多样性断面形态,并采用生态型岸坡防护结构,避免河流岸坡的硬质化。
(2)水质修复
水质的修复可分置换净化水和河流水体内修复两种方式,其中净化水可通过城市污水集中处理、湿地修复工程等方式获得;而水体内修复可采用能够增强河流净化能力的相关技术实现,如曝气、引水稀释、添加试剂、生物操控、恢复水生植被、水体内生物强化等;另外还可以通过底泥疏浚、底泥污染物控制等方式实现河流水质的净化效果。
(3)生物群落恢复及栖息地修复
河流生态系统的生物群落恢复包括水生植物恢复、底栖动物、浮游生物、鱼类等。在河流的形态及水体水质得到改善后,河流生物群落的恢复就变得相对容易,可通过自然恢复或进行简单的人工强化,必要时采用人工重建措施。另外,恢复河流的生物群落还需要对生物栖息地进行改善,如营造适合生物生存的河流环境和形态,如多样化的流速、弯曲且深浅不一的河道、合适的水深、温度和生态状况。
2景观功能修复
河流由于其自身的特点,河流景观与一般意义上的园林景观、地理景观不尽相同。河流的景观侧重水景观,以水位中心轴线想两岸扩展,包括水域景观、过渡域景观及岸上景观等。,图2为河道景观构成示意图,可见,现代城市河流是由若干人工设施和自然存在物组成的组合体,而研究这些组成部分之间的关系,并在具体的景观设计中予以应用,则可以大大增强河流景观建设的效果。在城市河流景观建设时,要根据河流所处的位置,结合城市规划,遵循格局连续性、自然和人文相结合、共享性、整体性、可持续性等原则,确定合理的景观布局。具体构建思路为「17〕:(l)查阅分析河流修复前后在城市发展过程中所扮演的角色,准确地定位城市河流功能;(2)在满足城市未来发展需求的基础上,确定景观设计的主题和亮点;(3)综合考虑河流的功能多样性要求,对河流进行合理的形态规划;(4)完善运行管理措施,以保证景观的可持续性。
关键词:生态系统;水土保持;修复
中图分类号:S891+.5 文献标识码:A 文章编号:
0 引言
城市水环境是城市生态环境的重要组成部分, 也是市民休闲娱乐、维护城市生态平衡的重要手段。但是随着城市快速化发展,我国城市水环境的污染问题越来越严重,一些不法企业和不正确的生活习惯,导致城市当中的一些湖泊、河流失去了生态调节功能,给城市环境发展带来了很大的负面影响,也影响了城市居民生活条件的提高。国家对水问题的认识不断深化,采取了一系列正确的方针和对策措施。几年来,治水理论有新的发展,治水实践发生了深刻变化。现就有关水生态系统保护与修复方面谈谈我的看法。
1 坚持人与自然和谐相处
生态系统是由一切生物群落及其生存环境共同组成的一个动态平衡系统。水是生物群落生命的载体,又是能量流动和物质循环的介质。在满足人们对水的各种不同需求的同时,水利工程还应满足水域生态系统完整性、依存性的要求,恢复与建设洁净的水环境,实现人与自然的和谐。
我们在很长的一段时间内对经济建设和水资源的开发利用方面的人与自然的和谐共处重视不够。对水资源的无节制开发利用,导致江河断流、地下水超采、地面下沉;过度围湖造地,侵占河道,降低了河湖的调蓄能力和行洪能力,加剧了洪水灾害;不注意生态保护,乱砍滥伐,造成水土流失严重,江河湖库淤积。近年来,按照可持续发展的要求,把坚持人与自然和谐共处作为治水思路调整的重要内容提了出来。人类既要适当控制洪水,改造自然,又必须主动适应洪水,协调人与洪水的关系,这样才能保证可持续发展。因此要约束人类自身的各种不顾后果、破坏生态环境和过度开发利用土地的行为,从无序、无节制地与洪水争地转变为有序、可持续地与洪水协调共处。认识到生态环境用水的重要作用,提出水资源的开发利用既要满足经济用水、生活用水的需要,也要充分考虑生态用水、环境用水。
2 坚持合理开发水资源,强化水资源节约、保护、配置工作
随着经济和社会的快速发展和人民群众的生活质量的不断提高,人们对生活用水不再仅仅要求满足于饮用水,对用水的综合欲望显著增加。同时,为了提高人们的生活水平,畜牧养殖业、农业产品深加工业也随之发展,加大了用水量,原有水源满足不了现状要求。水资源短缺的矛盾越来越突出地暴露出来,干旱缺水、水土流失和夏秋季节的内涝,突出问题是干旱缺水。水资源承载能力问题正是在这种背景下提
了出来,并赋予了越来越丰富的内涵。
首先,搞清楚水资源承载能力,是经济社会健康发展的前提。水资源承载能力是指在一定的流域或区域内,其拥有的水资源能够持续支撑经济社会发展规模并维系良好的生态系统的能力。如果经济社会发展在水资源承载能力以内,就有可能实现可持续发展;如果经济社会发展超出了水资源承载能力,就会失去必要的物质基础,就会造成生态的破坏,发展就是不可持续的。
其次,必须看到水资源的承载能力是可以提高的。对水资源进行合理开发、高效利用、优化配置、全面节约、有效保护和综合治理,可以大大提高水资源的承载能力。为此,提出了一系列带有方向性的对策措施。
3 增强公众的水生态环境保护和修复意识
不断增强各级干部和广大群众的环境意识、生态理念和法制观念。列入工作计划,大张旗鼓地宣传生态保护工作的方针政策和法律法规,及时报道和表扬先进典型。
各级教育、宣传、劳动及其它有关职能部门要重视生态系统方面知识教育、培训,面向社会、面向基层,让可持续发展战略深入人心,把生态环境保护和修复建设变成全体公民的自觉行动。鼓励公众参与生态环境保护和修复建设。坚持专门队伍和群众参与相结合的工作思路,积极发动、组织和引导人民群众参与环保工作,形成做好生态环境保护和建设的广泛群众基础。建立和完善公众参与制度,涉及群众利益的规划、决策和项目应充分听取群众的意见。切实维护人民群众的合法权益,继续实行有奖举报制度,积极探索调动群众参与生态环境保护和建设的机制。
4 做好保护与修复工作的几点建议
4.1 充分重视水在生态建设中的作用
水是生态建设的首要制约因素,生态修复怎样才能持久进行?经济社会如何持续发展?所有这些问题的解决根本在于搞好水利水保等基础设施建设。重视水利水保基础设施建设,优化配置、合理开发、有效利用水资源,协调好生产、生活和生态用水。搞好水资源的利用是实施生态修复的关键和保证,立足当前,着眼长远,把生态修复这一新思路、新举措落到实处。
4.2 明确思路,扎实推进水生态修复工作
制定出水生态修复规划。抓好试点,逐步推进。水生态修复是一项全新的工作,在不同的区域,水生态修复的建设内容各异。因此,要在试点的基础上,总结不同地区、不同自然地理和经济社会条件、不同水土流失类型区,实现生态自我修复的措施、效果和有效途径,为大范围开展水态自我修复工作积累经验。要贯彻落实新的治水思路,实施生态修复工程,加快水土流失治理。建议在试点的基础上,进一步总结生态修复经验,扩大范围,大力推广。
4.3 因地制宜、综合治理
水生态系统修复是通过一系列工程与非工程措施改善被破坏的水生态环境,使河流水体生态功能得以恢复。包括河道生态修复、湿地生态修复以及其他水域生态修复。
①河道生态修复主要包括河道特征、植物护坡、水生植物耐污净污等修复,恢复河道自然生态功能。
②湿地一般是指低于地面的低洼区,有储蓄径流、改善小气候、除毒净污的生态功能,也是水生动植物生长栖息的场所。然而由于人类活动影响,导致湖荡湿地面积日趋减少且淤积严重,水污染的影响使水体富营养化加剧,加之外来物种的侵袭,致使湿地水域水草大量繁殖,严重影响水生生物的正常繁衍,水生态平衡受到不同程度的破坏,湖荡湿地功能丧失殆尽。可通过建立湿地保护区和湿地公园等湿地保护措施来保护湿地生态,保护生物多样性。
③除河道、湿地外还存在一些小型水体,如公园、水塘、居住区景观水体等。目前这些水体周边垃圾成堆、水面泡沫漂浮、藻类滋生,严重影响市容景观品位。为使这类水体的生态功能得以修复,改善人居环境,一方面:通过控制污染源、严禁废污水进入;采用曝气设施、人工水车、喷泉等增加水中溶解氧浓度净化水质;人工打捞或药物除藻和清淤等工程措施。另一方面:通过宣传发动,增强居民的环境保护意识,使得人人珍爱“碧水、蓝天”。
4.4 突出重点,加大生态环境综合整治力度
做好水污染防治和“两控区”污染防治工作。要把水环境治理作为重中之重。实行污染物总量控制管理。深入开展各流域水环境综合整治,确保饮用水源安全。在农业上:降低农药和化肥的使用量,利用生物工程开展农林病虫害的综合防治,对畜禽养殖业实行舍饲管理,减少对地表水和地下水的污染。在生活上:建立城镇污水集中处理制度,设立污水处理设备,推广绿色产品,实行绿色消费,清除白色污染。在生产上:严格执行环境保护管理制度,推行使用先进的生产工艺,降耗节水节能,降低生产成本,减少污染物排放,并做到污染物达标排放。
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.
【关键字】水土保持;效益监测;评价原则;指标
1 水土保持效益的概念
水土保持效益是指在一个治理区域内,通过采取综合性的水土保持措施,所产生的对当地居民及其生产、生活直接或间接获益提高部分的统称。按目前比较统一的认识,水土保持效益包括以下三个方面:
一是经济效益,指采取防治措施后所产出的可进入流通领域的产品,如坡耕地修梯田后比原坡耕地增产的粮食,栽果树后生产的果品比原坡耕地传统种植方式收益增加的部分,荒山荒坡营造水土保持林所增加的木材蓄积等。二是生态效益,指采取防治措施后使生态环境因子由劣到优的变化,如土壤抗旱力增强、昼夜温差变小、空气湿度增大、土壤侵蚀量减小、大风日数减少等。三是社会效益,即水土保持不仅使实施者或实施区收益,而且对实施者或实施区以外的社会区域及其成员都有益处,如防止交通中断、流域下游免遭洪水危害、减少水库淤积、增大土地的人口承载力、调整土地利用结构和农村经济结构、降低风沙旱灾等。水土保持这三大效益,生态效益是基础,经济效益是核心,社会效益是目的。
2 水土保持效益监测的内容与程序
2.1 水土保持效益监测的内容
2.1.1 土壤侵蚀因子监测:主要包括地貌、地面组成物质(土壤)、植被、气象、水文等自然因子以及不合理的人为活动因子的监测。
2.1.2 水土流失状况监测:主要包括水土流失类型、面积、分布、水土流失量和水土流失强度变化情况以及对下游和周边地区河湖库塘泥沙淤积以及洪涝、干旱、水污染等水土流失危害监测。
2.1.3 生态修复工程执行情况监测:主要包括生态修复区各种水土保持生态修复措施的类型、数量、规模、分布、实施进度及实施质量,主要是小型水利水保工程、小水电及沼气池等生态能源工程的安全稳定性,补植林草的成活率、保存率等。
2.2 水土保持效益监测的程序
水土保持生态修复效益监测与评价是一项复杂的系统工程,涉及多学科领域的知识原理、技术程序和方法复杂。
2.2.1 前期准备阶段:组建监测工作组,收集水土保持生态修复工程的有关要求,收集生态修复区自然条件与社会经济情况资料,以及有关地形图和规划文本图件资料等,通过资料的整理分析和初步踏勘调查,深入细致地了解和掌握修复区自然条件、社会经济情况,特别是生态修复工程的要求和所要达到的目标,在此基础上,研究制定详细的监测实施方案、工作计划和野外监测工作细则,制定有关监测登记表格。
2.2.2 监测实施阶段:依据制定的监测实施方案和野外监测工作细则,对项目区进行全面踏勘调查,通过踏勘调查,选定典型地块设立固定观测样方,对水土流失及生态修复的效益进行长期定位观测,并按照拟定的工作计划,开展面上的调查或遥感监测,及时掌握项目区水土流失及生态修复的效益情况,尽可能全面地收集第一手的监测数据资料。
3 水土保持效益的评价方法
3.1 评价指标
建立评价指标体系的原则
评价指标体系可依据区域特征和治理目标进行构造,其特征主要表现为:在时间上反映水土保持生态修复的速度和趋势,在空间上反映生态经济系统的整体布局和结构,在数量上反映治理的规模,在层次上反映流域系统的功能和水平。这样的指标体系就不只是单指标的延伸,而是兼有描述、评价、解释和决策等功能的有机体系。构造指标体系时应遵循下列原则:
指标的客观性:指标必须客观存在,符合区域实际情况,避免受人为影响严重的指标。
指标的主导性:不同区域和不同治理措施产生的效益是不相同的。在具体评价时,应选择主要的治理措施及其产生的效应进行评价。
指标的独立性:单个指标反映流域的某一侧面,指标之间应尽力不相互重叠,不存在运算或因果关系。
指标的可量化性:指标可以用数量表达,每一项具体数值同反映的效益内容相一致。
指标的可操作性:指标必需的资料容易取得、必需的计算方法容易操作;避免计算复杂、采集困难的指标。
指标的适应性:指标在用于评价流域治理效益时应有可比较性,不能受事物以外的因素影响。
指标体系的系统性:措施之间的联系,反映到效益指标之间也有着内在的联系。某一指标反映问题的一个侧面,相联系的指标体系就能反映流域系统整体。
3.2 评价指标的遴选
由于区域的广泛性和流域特征的多样性,评价内容和指标的数目会随参评流域分布范围的变化,其变化趋势一般是评价的范围愈大,指标愈向具有主导作用、更为普遍适应、客观和更易采集的指标集中。为了突出重点,又能避免以往指标选用中的面面俱到,本文按照指标或实际采用的量化指标含义相同与否,对所列参考文献选用的指标项目进行分析、归纳。
频数统计分析法是统计具有工作经验并对该领域有深人了解的学者所选指标的集中程度,因此,某指标频度大小反映了该指标表征研究对象该方面特征的大小,客观性、普遍适用性、主导性以及指标数据的易获得性的大小,也反映指标的科学性、客观性;由相互联系的具有较大频度的指标构成的指标体系就能够最大程度地综合反映对象的整体特征。为此,选择频度≥0.5即被选取频率超过一半的10个指标构成评价指标体系。该指标体系基本上反映了水土保持治理过程中改善生态环境、发展当地经济的生态经济系统建设的复合效果,旨在将计算评价的结果作为流域生态经济系统建设、调整生产布局、强化环境管理和合理开发利用土地的依据。该指标充分体现了生态――经济――社会这三方面的和谐统一。根据频数统计分析法,确定区域水土保持生态修复效益评价指标体系内容如下:
3.2.1 生态效益指标:治理程度、林草覆盖率、土壤侵蚀模数。
3.2.2 经济效益指标:劳动生产率、土地生产率、人均纯收入、粮食面积产潜力实现率。
3.2.3 社会效益指标:人均产粮、农产品商品率、劳动力利用率。
3.3 评价指标的算法
3.3.1 常规国标法:根据(GB/T15774―95)《水土保持综合治理――效益计算法》预测自规划措施实施后任一年的水土保持经济、生态、社会效益,并用静态、动态两种方法进行经济效益分析。
3.3.2 模糊评价法:模糊评价分为单因子和多因子评价,通过对不同指标取不同权重,根据模糊集理论,每个指标的评价构成一个模糊子集,全部指标的综合评价组成模糊集的映射,即模糊关系。
3.3.3 层次分析法:层次分析法可对多目标、多准则、多层次的复杂问题进行分析,通过建立层次分析模型构造判断矩阵、层次排序和诊断结果分析对效益进行评价。
应用此方法评价水土保持生态修复综合效益,是在其基本原理的基础上,针对不用流域的自然、经济、社会条件及修复措施,并根据研究时期内各项效益的实测、词查或计算结果的指标值,给出各自的评价得分值,然后参照评价等级划分标准,评价其修复水平的高低和系统建设的功能。
4 结束语
水土保持是多学科的综合性工程,农、林、水、环境等部门均不同程度地涉及,水土保持是一个涉及面宽、综合性强的系统工程,其效益充分表现在生态、经济和社会的各个领域,如何在效益评价中体现其综合性有待于进一步探讨。
参考文献
关键词:河道治理;河流生态;修复
中图分类号:TV85 文献标识码:A
一、河流生态修复的重要意义
凡事都有两面性,在全面大力建设水利工程,给社会经济带来巨大效益的同时也使河流的生态环境遭到了巨大的破坏。由于各种各样的原因,人为产生的破坏无法避免,但是对破坏以后的合理生态进行修复却是可以的。对河流的生态进行破坏以后的修复是一项复杂而耗费巨大的工程,如果修复好了,又具有重大的作用,不仅可以改善河流的各项功能,还能保持水土,改善气候等等,对河流的生态环境进行及时的修复,显得十分的必要。
1.改善河流的生态,实现人与自然的和谐
河道治理利用河流的相关规律、河道的规律,从河流的实际情况出发,因势利导的调整水流的位置,改善水流的条件。通过一系列的工程措施来保证河流的灌溉、航运等功能的发挥。但是,在河道治理的同时极其容易造成只注意治理而忽视了河道治理的同时河流生态的保护问题,使得河流的生态不同程度的遭到破坏。这种破坏是极其严重的,使得河流内部生物的多样性变化,旱涝灾害时有发生,城市的正常供水补给受到威胁,河流沿岸的气候产生变化,植被破坏,水土流失,曾经的美丽景色不复存在。
基于河道治理的合理生态恢复,采取一系列的措施,不仅可以恢复河流曾经的活力,改善被破坏的河流的生态,还可以实现自然和人类的和谐。人们在看到了河流生态遭受到的破坏,体验到了生态破坏带来的严重后果之后,开始注意到了生态的保护,开始审视自然和人类的关系,这对河流生态修复来说,是非常重要的。对破坏了的河流生态进行修复,具有重大的现实意义[1]。
2.保证河流的功能,促使发挥更大的作用
对河流进行治理,一个最重要的原因就是保证河流发挥它的最大的功能,这些功能包括:航运、灌溉、防洪、供水等等。治理可以使得河流达到这些要求,而要如何保持这些功能的长时间、不打折扣的发挥,生态问题是其中的一个重要要素。
在进行河道治理的同时重视河流生态的修复不仅对合理发挥功能无害,相反是大有裨益的。河流生态修复了,从灌溉的角度来说,无论在枯水期还是丰水期都能保证灌溉。从防洪的角度来说,既满足了河流航运的要求,又不至于在雨水多的时候,无法承担排水压力。洪水来了,因为生态比较好,植被覆盖有保证,可以通过自身的调节减少洪涝灾害的发生。如果河流不仅不能起到有益的作用,在灾难来临的时候还不能减少灾难的发生,更谈不上发挥更大的作用了。改善、修复河流的生态,在保证河流最基本功能的同时,还能促使河流发挥更大的作用,这正是治理河道所期望的。
二、河流生态修复的重要举措
基于河道治理的河流生态修复不是一蹴而就的,河道治理本身就是一个难题,在河道治理的同时进行河流的生态修复,困难重重。河道修复不像一般的建筑施工过程那样比较容易掌握,而是一个涉及各种地形地貌、弯曲的河道、变化的河床、已有跨河桥梁、取水建筑物、河道旁的植被等等一个立体的工程。所以要修复好河流的生态,要先规划好河道治理的标准和规模,再进行河道治理中的生态修复,还要从多方面探讨修复的方法,这样才能取得比较好的生态修复效果。
1.河道、河床修复,为生态恢复创造条件
现代的河道治理一般都是运用当今时代的科学技术、材料来进行河道的治理。钢筋混凝土的结构固然的坚实有力,但换个角度来说,正是因为这种材料的使用使得河道在洪水来临的时候,河水是难以改道的。在河道治理的时候要注意河道的修复指的就是要保持河道的自然形态,河道的自然形态一般都是蜿蜒曲折的,而不是笔直的。蜿蜒曲折的河道可以使得水流的流速不同,流速不同自然的水体流动就具有多样性,多样性的水体流动是十分的有利于合理的生物的多样性的,这对修复河流的生态具有积极的意义[2]。同样,在河道治理当中,修复河床也要体现对修复河流生态的意义。河床是河流生物的栖息环境,生态河堤不仅可以防洪,还能有利于河流生物的生息繁衍。
修复河流的生态就是要使河流的生态回到曾经那个多样性的面貌,而生物的多样性就是其中的一个重要的内容。在进行河道、河床治理的时候就要充分的考虑到河流生态的问题,在治理的时候就着手于恢复,一举两得。
2.缓冲带修复,降低河流的压力
河流自身并不是孤立的、脱离于陆地之外的一个存在,河流和陆地之间有一个缓冲带,这个缓冲带把河流和陆地紧紧地联系起来。河流的生态破坏包括缓冲带的破坏,缓冲带一般是由河边湿地,河谷等组成,是人类活动的重要场所。河道治理的时候要注意河流缓冲带的修复,这对修复河流生态具有重要的作用。具体的操作方法就是要在河流的两个岸边都要留出一定的位置,专门设立一个足够宽度的缓冲带。缓冲带的作用在平时显现不出来,一旦洪水发生,它不仅可以起到减弱洪水冲击的作用,还能把洪水分蓄一部分出来,大大降低了河流的压力。缓冲带承担着给河流降压的作用,还发挥着维持河流生态多样性的作用,它的湿地、河谷等等可以给生物提供一个生存的环境,还能净化河流的水质,为人类提供一个良好的活动空间。
3.植被景观修复,保持生态平衡
过去一直认为,所谓的生态修复就是指植被的修复,今天虽然人们的认识已经发生极大的提高了,但是不可否认的是,植被的修复在合理生态的修复当中还是非常重要的。过去破坏的植被导致了大自然一次又一次无情的报复,在治理河道的时候,修复破坏的植被可以改善生态环境。
在科技技术高度发达的今天,要善于运用各种科技手段,因时、因地制宜,结合实际,修复被破坏的植被,使得植被的覆盖能够恢复,达到一个比较理想的植被覆盖水平。植被的修复、恢复可以极大的保持水土,减少水土流失的同时,也可减小洪水的峰值,有利于河道的畅通,是一种根本的、生态的治理方法。植被恢复了,毫无疑问的将会对生物的多样性有益,形成一个比较良好的生态环境系统,是河道治理和河流生态修复一直以来所期望达到的目标效果[3]。
三、结语
认识到了问题就要积极的去解决,即使没有很好的解决方法也要积极的探索、实践。基于河道治理的合理生态恢复是顺应时展的,虽然至今理论和实践经验都还有不足之处,但是其重要性已经体现了出来。合理的生态修复是一个长过程的修复,涉及面广、问题多,比较复杂。虽然如此,进行积极的探讨,找到修复的方法,具有可操作性的实践方法,对河流的生态进行修复,对经济的发展,社会的发展,人与自然的和谐都有促进作用。
参考文献:
[1] 朱灵峰,张玉萍,邓建绵,吴波,明海涛,王哲.河流修复技术应用现状及生态学意义[J]. 安徽农业科学. 2009(07)
关键词:生态水利工程;设计原则;安全经济;反馈调整
中图分类号:TV文献标识码: A
水利工程建设是国民经济发展的一项基本内容,对于推动农业、水利水电以及社会经济等方面都具有很大的作用。同时,水利工程属于一种改造自然的工程,其影响了自然河流的多样性、流动性以及连续性,会在一定程度上影响河流生态系统的自然发展状况,在当前自然生态环境恶化加剧的形势下,如何协调水利工程发展需求和自然河流生态环境之间的关系就显得尤为重要。
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个、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、十旱等自然力荷载
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定期定点监测和评估。
2 河流形态的空间异质性原则
一个地区具备空间异质性,是指在这个地区的空间中,可以存在着多种不同种类的生物物种,这就意味着该地区的生态环境状况良好,有利于自然生态循环的发展。若该地的空间异质性较差,就会降低生物群落的多样性,使得生物物种减少,生物群落密度变小,这自然就会使生态系统环境恶化。为此,在进行水利工程的设计中,必须要考虑到河流形态的空间异质性。
目前,很多大型水利工程建设都对自然河流的生态系统造成了不同程度的破坏,这不仅会使河流中的生物物种减少,也会引起水质变化,继而造成严重的环境破坏。为了改变这种情况,除了要加强人工种植或养殖来增大生物群落的多样性,还要做好生态水利工程建设的设计工作,尽可能地保持河流的原始面貌,保存其自然空间的异质性,降低人工水利工程对生物群落多样性的不利影响。
3 生态系统自设计、自我恢复原则
生态系统可持续发展,指的是生态系统自身组织功能的表现形式,即生态系统的自组织。自组织的意思是指某个系统按照相互默契和相互协调的原则,各自尽其自己的责任做好分内之事的同时又能和对方形成协调的有序结构。生态系统自组织的主要机理是指系统中物种的自然选择,即生态系统之内的物种或者某些与该生态系统有一定友好关系的物种,在自然环境下寻找到能够为自己提供相应的能源和资源,并适合自己生存的自然环境。因此,在进行生态水利工程设计时,一定要遵循生态系统的自组织原则,不要试图人为地去对自然环境进行改变甚至是控制,而是要利用生态系统的自组织和自设计的功能,让海洋生态系统或者江河生态系统中的物种对其生存环境进行自然选择,以求实现人与自然和谐共生的最终目的。在设计一项生态水利工程时,都要将这一原则考虑进去,尊重河流和物种的自然属性和自然选择,从而制定和寻找到最佳的生态水利工程设计方案。
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、长时期和保持可持续性的基础上进行,而不是在小尺度、短时期和局部范围内进行。小范围的生态修复小但效率低,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河岸植被。
一般来讲,景观尺度由空间尺度与时间尺度两部分构成。在河流生态修复过程中,由于水域生态系统是一个极其复杂的生态循环系统,其并不单单指河流中的生态系统,还包括其周边或其他相关的生态系统,这些水文系统与生物系统相互交织,共同决定了水域生态系统的稳定。因此,在对河流水域生态系统进行修复时,必须要从整体空间考虑,协调进行修复。
5 反馈调整式设计原则
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。
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与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其发展趋势。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。
6结语
本文主要论述分析了在生态水利工程建设的设计中应当遵循的几种设计原则,这些设计原则是从保护河流生态系统环境出发的。不可否认,水利工程建设对于改造自然,提高社会生产水平有着重要意义,但在兼顾社会发展的同时,也必须要注意到水利工程建设对生态环境的影响,以促进人与自然的和谐相处,共同发展。
参考文献
[1] 刘正茂,赵艳波,崔玉玲,王艳玲. 生态水利工程设计应遵循的理论与技术路线[J]. 水利发展研究. 2007.