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在處理水土流失及生態資源的問題上,國內正努力研究先進的方法。通過多年的研究實踐,生態修復技術已經被人們所看好,此方法與現實實際相符,有很強的針對性,可以讓存在的問題得到有效解決。將生態修復技術運用到現代園林藝術當中,可找到問題的根本且可以總結出相關的規律,進而使發揮出最佳的效果。
1.生態修復技術的簡介
當我國政府部門的園林管理者要對生態環境展開建設性的設計規劃時,通常會遵從生態修復的知識概念來開展生態景觀的設計及規劃。并且,選擇正確有效的生態修復技術,以完成設計規劃的實施,它的內容一般包括了以下3個方面:第一,生態恢復的整個過程應確保每一個生態系統之穩定性;第二,生態恢復的整個過程應保障自然物種之多樣性及生態性,讓生態系統始終保持平衡;第三,生態恢復的整個過程應對生態環境結構加以科學的規劃,讓所有生物全部都受到科學調配。同時保持它原本的風貌,杜絕發生環境蕭條問題。要想讓生態恢復目標得以順利實現,那么園林管理者就必須嚴格遵從科學性的原則,始終持著可持續發展這一重要思想,進而讓已受到損耗的自然環境得到優化。
2.生態修復技術與現代園林藝術的關系
對生態環境進行修復的目的并不只是要求其恢復到最初的一種狀態,而是要恢復其原始性的生態平衡。如此一來,就要求我們政府部門的園林管理人員充分地利用現代園林藝術的知識理念對生態修復的結果加以科學的調整與改進,促使其實現最佳的生態平衡。所以,生態修復技術和現代園林藝術二者間不但有內在的聯系,而且還存在實質上的差異,二者分別在不同的領域發揮出修復生態環境的功效。
3.生態修復技術的種類
3.1單項生態修復技術
單項性的生態修復技術通常具有以下3種修復方式。第一,植物的修復。該修復技術全面兼顧了“人為因素”及“自然因素”,在遵從正確的操作方法后,讓生態系統迅速得到平衡,可以使受到破壞的自然環境得到控制及再生,同時這一方法對于原生態的重建具有非常顯著且獨特的作用,可看性也非常的強。第二,微生物的修復。實際上,在生態修復的技術之中,微生物這一生態修復技術有著極其重要之地位,其主要借助于微生物在特定前提下的轉化來實現生態平衡的目的。而且微生物修復技術之中的微生物也只是一個統稱而已,其包括了細菌和真菌等。第三,化學修復。不難看出,化學修復是一種在現實中普遍運用的技術,其借助于在受破壞的環境之中提煉出相關的化學物質進而來完成對生態環境的修復功效。
3.2復合生態修復技術
近年來,人們開始對復合性生態修復技術越來越關注,單一的修復技術具有一定的局限性,而運用復合的生態修復技術則可以彌補單一技術的不足,取長補短,可以更好地發揮各種生態修復技術的優勢,提升生態修復效率及質量。
4.如何實現生態修復技術在現代園林藝術中的應用
4.1應用是遵循的原則
怎樣把生態修復技術更加科學地應用到現代園林藝術當中去是園林管理人員需要面對的首要問題,要想實現生態恢復的終極目標,那么就必須遵從生態修復技術運用于現代園林藝術中的幾個原則:
(1)應該站在以的視角來看待環境問題,當對環境做出規劃的時候,除了應全面考慮環境規劃的基本原理與方法的適應性,同時還要從生態系統的全局來看待環境問題,切忌將目光局限于當前的規劃工程項目當中。在規劃理念方面,要和國家政府的政策與理念保持高度一致與統一,讓生態環境確實得到保護與發展。
(2)全面拓寬綠化的面積。其實,讓生態修復水平得到有效提升的關鍵因素就在于增加綠化的面積。現今,全球氣溫正不斷升高,以至于水平面也隨之而上升。但是,植物卻可借助光合作用的功效把空氣里邊的二氧化碳變成氧氣,所以綠化面積是否達標具有決定性作用,然而,這一重要因素在這之前是極少被重視的與考慮的。政府部門應該顧慮到近年來國內土地運用實情,然后找到更為強勁的植被實施綠化面積的進一步擴張。與此同時,在植物的規劃過程中,管理者應該借助空間之優勢來實現綠化面積的擴增的目的。借助空間的科學分布以及植物的正確分配,來決定綠化面積擴增的大與小。
(3)針對各種情況選擇相應的解決辦法。切忌按部就班,實施生態修復的過程中,規劃人員必定要面對各種性質各異的設計方案,譬如,街道的綠化、工業園區的的綠化以及居民區的綠化等。所以,相關的管理人員必須結合實際情況之需要展開有效的針對性強的規劃。就街道綠化規劃而言,除了要考慮其的生態修復的功效,還要顧及其整個市區的市容市貌,精心設置一個即滿足生態修復要求又滿足市容市貌的需要的規劃方案。對工業園區進行規劃的過程中,必須著重考慮環境污染控制之功能,種植一些具有這一作用的植被。而對于居民區則要注意減少污染及構造和諧的氛圍。
4.2具體的應用方法
在全面準確地明白了生態修復技術在現代園林藝術中的注意事項之后,則需要在實際中進行實施,其中具體的應用方法主要有以下幾種:在排水方面,現代中綠化部分的排水功能主要依靠地表排水和排水設備進行排水。在規劃實施時,通常會種植大量的植物,以此來解決水流對地面的影響。為了有效的解決該問題,在實施的過程中往往會采用鋪地植物實施種植以及在合適的地方配備具有擋水功能、操作性強的工具,讓其在減弱水流速度方面發揮出其的作用。對于護坡的方面,可以運用水景護坡方法,即對坡面添加能夠靠近邊岸之水面,采用駁岸與護坡方式對坡面進行保護。所用的植物一般是運用種類多樣、性能各異的植物給予栽培,從而有效防止水流慎入。在對道路進行設計規劃方面,一般是運用多種材料對道路路面實施保護,這樣可以避免水土發生流失。
關鍵詞:生態措施 生態系統 水下森林
1、 工程概況
本工程是一個以城市景觀為主的城市內湖,生態修復湖面320000m2,清淤完成后平均水深1.74m,庫容55700m3,集雨面積達16.59km2。隨著環湖土地大量開發,周邊污染源源不斷進入,湖區水位并沒有明顯降低,湖面已被水浮蓮密集覆蓋,通過水質檢測其主要水質指標全部超標,已經成為嚴重富營養化的湖泊,極大影響了湖泊的城市景觀效果,為改善湖區周邊的人居環境質量,實施湖泊的綜合整治工程已勢在必行。
2、 綜合治理技術措施
從以往富營養化水體的治理與修復實踐案例分析,采用單一技術治理富營養化水體的成效有限,因而選擇采用外源與內源控制,工程與生態措施相結合的綜合治理方案。
目前,此湖正在實施污水截流,初期雨水截流及凈化,生態引水及底泥疏浚等綜合整治工程。通過以上綜合整治措施,可以有效控制外源污染的輸入量和污染物的富集與釋放,增強底泥對水體的凈化能力,增加水體的復氧能力,使湖區水體水質在較短時間內有明顯改善。但湖區內必須建立健康的水生生態系統,才能長期有效地控制內源污染。
3、水質和污染源分析
通過下表的水質檢測數據可以看出,其主要水質指標全部超標,顯示為劣Ⅴ類水質。
根據資料查閱及現場踏勘,此湖目前存在的主要污染源還有:地表徑流污染和污水處理站尾水污染。其中地表徑流污染主要由于其周邊集雨面積較大,尤其是農村生活社區、農田及綠化地表徑流是該湖污染負荷的主要來源。近幾年,該地區降雨徑流監測顯示,各類城市降雨徑流中的氮磷濃度差異較大,總氮,硝態氮,氨態氮與總磷的平均含量范圍分別為1.96~6.77mg/L、0.62~4.89mg/L、0.35~1.18mg/L和0.04~0.66mg/L。
根據現有的污水處理站的資料分析,現有3座污水站尾水排放入湖,排放量為32800m3/d,排放標準為一級A。
4、 水體生態修復技術措施
此湖水體生態治理主要含6個部分:?生態攔截 ?污水處理站尾水入湖口處理措施
?水下地形改造 ④底質改良 ⑤生態系統構建 ⑥漂浮濕地。
4.1 生態攔截
4.1.1 生態集雨
湖區水體其中的主要污染為面源地表徑流,采用雨水生態收集過濾渠凈化路面及綠化帶來的入湖污染負荷。
4.1.2 環湖生態濕地帶
對于不易收集或集中入湖的漫流形式的地表徑流,采用構建環湖生態濕地帶的技術措施,過濾初級地表徑流。
4.2 污水處理站尾水入湖口處理措施
4.2.1 生態浮島凈化系統
采用生態浮島凈化入湖污水,在達到水質凈化的同時,又具有較好的景觀效果。
4.2.2 復合濕地凈化系統
為最大量的削減污水處理廠的尾水,采用表流濕地深度過濾污水,提升水質量標準。表流濕地的凈化作用主要體現在:植物吸收、微生物分解、物理吸附。
4.3 水下地形改造
借助清淤工程開展,營造合理的水下地形,由陸域、湖濱區(0-40cm)、淺水區(40-100cm)、過渡區(100-150cm)、深水區(150cm以上)組成的多生境條件的水下地形,有利于生物多樣性的恢復。
4.4 底質改良
底質消毒主要是殺死一些土壤表面的藻類孢子以及一些有害病原菌;底質改良主要對底質 pH等進行改善。經過底質預處理,可中和底泥中的各種有機酸,改變酸性環境,起到除害殺菌、施肥、改善底質的作用,含有水生動、植物生長發育所需的全部常量元素和大部分微量元素,這些元素都以離子狀態存在,能被水生動、植物所利用。
4.5 生態系統構建
4.5.1 沉水植物構建
沉水植物是水體中的生產者及動物生境條件的營造著,在水生態系統中具有重要作用。
本案從湖區水深及功能定位選取沉水植物的種類及栽培區域。
淺水區(0-80cm)構建水生草皮系統;過渡區(80-150cm)構建水生森林I型;深水區(150cm以上)構建水生森林II型。
4.5.2 水生動物生態系統的構建
完善生態系統的食物鏈和食物網結構,實現水體生物多樣性。通過濾食浮游藻類,有效控制藍藻水華; N、P通過藻類營養級轉化,以魚產量形式得到固定,進而達到凈化水質目的。
4.5.3 水生微生物凈化系統
水生微生物在水生態系統中具有重要作用,實現了營養物質(污染物)從有機向無機的轉化,有效分解水體中的懸浮物、沉積物、動植物遺體、碎屑等,因此,在建設生態系統的最后,完善有益微生物的種類及數量。
4.5.4 濱水濕地帶構建
湖區水系的景觀功能是本案打造的重點,依據陸域景觀的不同,合理搭配適生、水生植物形成自然、生態的濕地景觀,同時兼顧一定的水質凈化效果。
4.6 漂浮濕地
漂浮濕地是采用漂浮物質及種植土拼著而成,可以漂浮在水面上,可移動也可以固定,栽培植物的種類可以是草皮、水生植物甚至是小型的灌木等。在湖區內構建漂浮濕地,具有一定的水質凈化效果,同時提升水域景觀。
5、水體維護
5.1日常維護:枯死植物更新補植、殘梗敗葉及時清撈、收割長勢茂盛植物、及時捕撈動物,并視具體情況適量補充。
5.2專業養護:定期對景觀湖水質進行檢測
檢測指標:氨氮、亞硝氮、硝酸氮、總氮、總磷、 CODMn、葉綠素a、浮游植物、浮游動物等;檢測頻率:1次/季度,具體檢測頻率根據實際情況而定。
6.注意問題
1)流域面積比較大,流域范圍內的降雨、人類活動、市政建設活動對湖泊水生態系統具有較大的影響和擾動。
2)惡劣天氣如臺風天氣、潮水頂托、強降雨等,使湖區水位超過常水位較長時間和反復次數過多,對湖區清水水生態系統造成破壞。
3)人們的放生活動會影響清水生態系統。禁止隨意投放草魚、鳊魚、鯉魚等魚類。
4)外來物種如羅非魚、福壽螺等對水生態系統也有破壞作用。
5)生態建設所采用的水生動植物品種均為項目區域土著物種或歷史曾有物種,杜絕使用外來種或入侵種,保證湖區的生態安全。
參考文獻:
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關鍵詞:水污染;植物修復;環境
中圖分類號:X52 文獻標識碼:A 文章編號:1674-0432(2012)-04-0146-2
基金項目:新疆維吾爾自治區高校科研重點項目:“伊犁河流域土壤重金屬環境地球化學基線研究”(課題編號:XJEDU2010157)
氮、磷等營養物質和有機污染是我國水污染的兩個主要方面,我國經濟建設和水利現代化進程快速發展,國家已經確立了本世紀末基本修復全國水生態環境的目標。而這一目標的實現,需要對現代生態修復技術的不斷研究更新應用,完善水污染環境的治理工作。植物修復技術就是目前水污染治理中一項較為實用的技術,并且已經在我國的江、河、湖、海和水庫等水污染環境治理中開始廣泛應用。
1 植物修復技術
1.1 定義
植物修復技術是指通過綠色植物及其根際的土著微生物共同作用,實現對環境污染的清除,是目前一種較新的原位治理技術,其主要機理就是通過植物及其根際土著微生物的代謝活動來對環境中的污染物進行吸收、積累或者降解轉化。
1.2 特點
植物修復技術相比于其他的水污染環境處理方法,主要有以下幾方面的特點:
(1)植物修復技術能夠在現場進行,這使得治理污染過程中的運輸費用得以減少,同時降低了人類和污染物直接接觸的機會。
(2)能夠有效地處理水體中的有機污染物、重金屬污染物和富營養化物質。
(3)可以使水體營養達到平衡,使水體的自凈能力得到改善。
(4)具有較低的工程造價,耗能少甚至是不需要耗能。
(5)不需要在水體治理過程中加放藥劑,防止了水體的二次污染。
1.3 植物修復技術類型
1.3.1 植物揮發 植物吸收一些容易揮發的污染物后會在表面組織中將污染物揮發掉。空氣中的活性羥基可以將植物莖葉揮發出的物質分解掉。植物自身不能降解污染物質,而是將污染物所處的環境進行轉移,減少污染物總量。
1.3.2 植物固定 植物在吸收有毒有害污染物后,可以將其匯聚在植物體內,比如根、莖、葉中,將污染物的活動性降低,防止其擴散到周圍的水體中,也就是植物對污染物起固定作用。隨著植物的死亡腐爛,這一部分被固定的污染物會被重新釋放到自然環境中。
1.3.3 植物提取 植物根系可以從土壤中將有機或者重金屬污染物轉移到植物的地上部分,通常是指那些累積大于葉片干重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 通過植物或植物與微生物對有機污染物進行降解。植物通過同化過程對污染物質進行降解,只是污染物的轉換場所,并不對污染物進行存儲固定,在植物死亡后,大部分污染物已經被降解為無毒性物質或無機物,可以有效地避免二次污染。
1.3.5 根系過濾 植物根系聚集著大量的微生物,特別是在距離跟表面1-3毫米的地方,這些微生物是沒有種植過土壤的3-4倍。一些有機物能夠結合植物使重金屬的降解得到促進,還能使一些有機污染物礦化。
2 植物修復技術應用的要求
2.1 水環境的要求
2.1.1 水環境的條件 并不是說植物修復技術是萬能的治理技術,其有著自身的適用性,該技術對水體的動力條件和水質現狀都是有要求的。通常來說,植物修復技術在水流較緩的寬淺水體,不超過3m的水深中較為適用。另外,實踐研究表明,水流的流速以及水力停留時間也影響著植物修復技術的運用。因為生物種群可以適應一定的環境脅迫,所以,植物修復技術對水質也有著一定的要求,污染高負荷的水環境不利于植物修復的進展。
2.1.2 水生植物的選型 水污染環境植物修復技術的核心是水生植物,水生植物不同會呈現不同的水體污染吸收能力和吸收效果,并且大型水生植物藻類的不同會使得抑制效應不同,對不同的水生植物藻類也使得同種水生植物的作用不同。而且,營養效率在過長的生物調控過程中較低。另外,分泌物濃度不同使得其對藻類的他感效果不同。因此,在水污染環境不同的治理情況下,對水生植物的選擇非常重要。
2.1.3 護坡生態建設 在植物修復技術的使用中,江河湖庫的護坡建設也對其效果有著很大的影響。一直以來,人們對于防洪、通航等這類河道自身的功能較為注重,所以我國許多地方的護坡建設中普遍使用混凝土材料護坡、襯砌河床、截彎取直的做法。然而,這些做法實際上對土壤和水體的關系產生了割裂,分離了生物環境,水系和土地及生物環境相分離,對自然環境的生態鏈產生了破壞,造成了生態環境的不和諧。護坡生態建設對生態修復有很好的效果,主要是在對初期坡面穩定和坡面植被保綠保活有所保證的基礎上,遵循自然規律,通過人為手段使坡面植被群落的演替速度加快,將坡面與當地生態環境相互融合。護坡生態建設具有抗蝕、保水、增加截流面源以及坡面強度等功能,提供給植物足夠的生長養分和良好的生長環境。
2.1.4 資金投入 在污染問題的治理中,資金投入始終是個大問題,植物修復技術也是這樣。第一,植物修復技術自身的特點原因使得這是一個長期漫長的過程,在技術開始階段的資金投入可能不是最大的,但之后的技術、管理、維護等方面需要資金不斷投入。第二,在我國的社會經濟發展過程中,經濟效益是每個工程都要首先考慮的,在污染治理時,首先想的是少投入、快見效、實用性強的處理技術,對環境可持續發展有所忽略。第三,國家在籌措生態資金時,實施了一些必要的鼓勵政策,但是其效果并不是很好。
不難看出,水污染中植物修復技術的使用受資金的制約,資金的保障是植物修復技術實施的關鍵。
2.2 植物修復技術的要求
2.2.1 植物修復技術的關鍵性研究 對不同類型植物去除不同污染物的基礎性研究是使植物修復技術優勢充分發揮的關鍵,可以對水生植物的優化選擇因地制宜,發展為一個完善的修復系統。并且在污染物被水生植物所吸收的最佳時期,人工收割及時進行,達到永久去除污染物的目的。我國在這方面相較于發達國家仍具有一定的落后性,所以,對關鍵技術的基礎性研究加強是非常重要的。
2.2.2 培養復合型人才 植物修復技術是一項較為復雜的學科,它涉及到多個學科,比如生物學科、環境學科、景觀學、現代水利工程學、生態學等,作為一門新興技術,它對于人才素質有著很高的要求。特別對于我國來說,地域廣闊,水域環境有著極大的不同,使用植物修復技術對水污染進行處理,對這類人才的需求更是非常迫切。目前來說,這方面人才的培養還是很薄弱的,對我國植物修復技術的使用有著一定的制約。
2.2.3 水環境的生態管理 當今社會,生態化成為了發展的一種自然趨勢,在管理上,生態化管理也成為了一種發展方向。雖然目前其機制還沒有成熟,也沒有可以借鑒和采用的固定模式,但相比于其他的管理,其具有自身的特點:第一,水體完整的生態保護一定要對有效性、持續性和整體目標進行強調。第二,執行時,水環境管理人員要有敏銳的洞察力并且受過專業的培訓,這才能在執行上給予其足夠的權利。第三,生態管理中,要對基本流量、水質和水體自身的生態現狀有所兼顧。提高水環境生態管理的宣傳力度,使民間企業能夠積極參與進來,并且對公眾參與水環境生態保護活動進行推動。利用這些措施,對環境生態保護管理僵化的情況進行改善,為環境問題提供政策決策依據。
3 結語
水作為人類生存的根本物質基礎,其污染問題對人類生存發展有著重要影響,對水污染問題的解決是當前社會重點關注的話題。植物修復技術作為一項新興技術,以其效果好、投資少、管理維護方便的優點,在水污染環境處理中有著廣泛應用。
參考文獻
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關鍵詞:生物技術 環境污染 治理 應用
在我國過去幾十年的經濟發展中,由于忽視了發展中的環境保護,目前環境狀況十分嚴峻。近年來雖采取了大量控制措施,但環境質量下降的趨勢仍在繼續,我國成為世界上環境污染最為嚴重的國家之一。近年來,隨著細胞融合技術、基因工程技術、分子生物技術等的發展,環境生物技術得到了進一步的發展。由現代生物技術和環境工程技術相結合的環境生物技術已在環境治理上發揮著重要的作用。生物技術產生、發展及演變與一系列的環境污染問題有著密切的聯系。因此生物技術在環境領域的應用有著深遠的發展前景,特別是對于尋求用低成本解決環境問題的發展中國家具有極大潛力。
1.現代生物技術的概況
現代生物技術是應用現代生物科學及工程原理,利用生命有機體來發展新產品或新工藝的一種技術體系。目前生物技術應用到農業醫藥衛生、食品工業和化學工業的發展,并在解決人類面臨的糧食危機、環境污染和能源危機中起到了重要作用。因此,在世界各國均重視高技術發展的當代,生物技術最被人們看好,被列為優先發展的領域,已成為21世紀最重要的技術支柱之一。
目前利用生物技術治理環境污染,與化學、物理等其他技術比較,環境生物技術具有效率高、成本低、反應條件以及無二次污染等顯著優點,能有效的遏制生態惡化趨勢,促進自然資源的可持續利用。生物技術是最安全和最徹底消除污染的方法,同時還可以增強自然環境的自我凈化能力;是有機廢物資源化的首選技術,將有機污染物轉化為沼氣、酒精、有機材料、蛋白等;能改造傳統生產工藝,實現清潔生產過程的生態化或無廢化。
2.生物技術在環境保護中的應用
2.1生物技術在廢水處理中的應用
利用生物技術,將利用在自然條件下生長、繁殖的微生物處理廢水的技術,稱為自然生物處理法,該法是利用微生物的生命活動過程對廢水中的污染物進行轉移和轉化作用從而使廢水得到凈化的處理方法,該技術被認為是一種經濟有效的污水處理手段,它不但融合了生物自身的特點,如吸附性好、沉降性好和降解能力強等,而且符合生態學及可持續發展的觀點。隨著科學技術的進步、污染狀況的加劇,環境標準的不斷提高,使廢水生物處理技術取得了很大進展,如吸附-降解生物處理技術、厭氧折流板反應器生物處理技術、間歇式活性污泥法生物處理技術、LINDE生物處理技術、升流式厭氧污泥床生物處理技術、廢水生物脫氮除磷技術等都得到了充分開發[1]。
2.2生物技術在廢氣凈化處理中的應用
目前采用的方法有生物過濾、生物洗滌和生物吸附法等。生物技術法與傳統有機廢氣處理方法比較,具有成本低、效率高、安全性好和無二次污染等技術優點,國內外運用現代生物技術對廢氣凈化處理得到了較為理想的效果。美國學者利用微生物代謝凈化工業性惡臭氣體效果顯著,而且不產生二次異臭;德國研究者利用生物膜過濾處理含硫化氫的氣體,硫化氫除去率達90%以上。魏在山等利用生物膜填料塔對橡膠再生脫硫過程所產生的低濃度有機廢氣處理試驗結果表明:生物膜填料塔處理工業有機廢氣是可行的,當運行條件控制適當時,凈化效率可保持在90%以上,能夠實現達標排放,且投資省,運行費用低。
2.3生物技術在固體廢棄物處理中的應用
目前,國內外固體廢棄物常規處理方法主要有固積、掩埋、焚燒,其缺點是建設投資和運行費用高,在處理的過程中有同時對空氣、土壤都有不同程度的污染。固體廢棄物進行“無害化、資源化、減量化”處理,使其成為可用于農田的土壤改良肥料,以達到變廢為寶的目的。經過生物技術處理的城市生活垃圾可作為作物生長的優質有機肥料,實現城市生活垃圾的部分資源化有利于生態環境的良性循環。近年來,國外采用機械快速堆肥工藝,發展用蚯蚓床處理有機垃圾和糞便、處理城市垃圾,不僅可以將城市有機廢棄物轉變為肥效高且無臭味的蚯蚓糞土而且還能獲得大量蚯蚓作醫藥原料,加上蚯蚓體內蛋白質含量與魚類相當,是畜禽和水產養殖業的優良飼料,可以收到一舉數得之效果。
2.4生物技術在環境污染修復中的應用
生物修復是指在不破壞自然生態系統,維持其原貌的前提下,有效地利用自然凈化能力并強化其分解污染物的能力,使其得以修復。該法是利用生物的生命代謝活動減少存在于環境中有毒有害物質的濃度或使其完全無害化,從而使污染了的環境能夠部分或完全恢復到原初狀態的過程,它包含有植物修復和微生物修復兩種。
生物修復技術是80年代以來產生和發展的清除和治理環境污染的生物工程技術,生物特有的分解有毒有害物質的能力,去除污染環境如土壤中的污染物,達到治埋環境污染的目的。生物修復技術最成功的例子是應用投加營養和高效降解菌對油輪泄漏造成的污染進行處理,取得非常明顯的效果,使得近百公里海岸的環境質量得到明顯改善。此后該技術被不斷擴大應用于環境中其他污染類型的治理。國外對生物修復技術非常重視,研究證明采用微生物分解有毒有害物質的生物修復技術是治理大面積污染區域的一種有價值的、可行的、有效的和優越的方法。隨著生物技術的發展,生物修復的內涵也不斷豐富,近年來還研發了真菌修復、植物修復以及無機污染物的生物修復等技術。生物修復的種類也日益增多,可分為土壤生物修復、地下水生物修復、沉積物生物修復和海洋生物修復等[2]。
3.結束語
生物技術作為一項有效的環境污染治理措施受到越來越多的關注,其在環境污染治理、生物修復技術方面都得到了廣泛的應用并取得了一定效果。隨著技術的進步,對難以生物降解的有機物可利用微生物的共代謝作用進行污染物降解;還可利用微生物誘變育種、原生質體融合和基因工程創建高效工程菌應用于環境污染治理等,這些都是環境污染生物治理的有效手段。環境污染的治理和控制將隨著新理論、新方法的運用而日臻完善。
參考文獻:
關鍵詞:河道;污染;生態修復
中圖分類號:X143文獻標識碼:A文章編號:16749944(2014)10002402
1引言
河道是包括河堤、護坡、河床、水體、微生物和動植物的復雜生態系統,既是防洪排澇、引水抗旱的重要通道,又是休閑娛樂和觀賞旅游的場所。自從進入工業革命之后,人們一味追求經濟的發展,大量工業廢水、農業污水和生活污水直接排入河流,加上河流管理和維護的缺失,河道普遍出現形狀單一、河道結構硬化、水環境惡化、河流生態系統嚴重破壞、河道景觀嚴重散失等問題[1]。然而,河道環境基礎設施的建設遠遠滯后于經濟的發展,如何進行河道生態修復建設是當前河道生態修復亟待解決的問題。因此,河道生態修復技術的進步對于河道生態修復具有十分重要的意義。
2河道生態修復的原則
河道生態修復是在堅持自然原則、生態原則、整體景觀原則的基礎上達到改善河流水質、優化河流景觀、設計合理的空間的目標[2,3]。
2.1自然原則
自然原則是河道生態修復的關鍵。河道生態修復材料的選擇方面應盡量運用自然材料,例如,運用木樁、拋石、沉石進行護坡護岸,在河堤上采用喬、灌、草立體防護,河道內可以通過營造適宜的生物棲息環境來凈化河道水資源,在一定程度上可以改善河道污染的現狀,緩解河道污染的問題。
2.2生態原則
生態原則,就是要充分考慮河流的生物多樣性。在采取因地制宜發展穩定塘、人工濕地及生物柵等處理技術的同時,應重視河岸植被建設,為水生動物的生存繁衍提供合理空間,確保水體適合分解微生物的生存。水生動植物和微生物可以提高水域生物凈化能力,從而有效控制水體污染物,使河道生態系統的物質循環和能量流動處于良性狀態。
2.3整體景觀原則
整體景觀原則,就是從整體景觀的宏觀概念出發,整體上把握河道景觀的現狀以及河道污染情況,將治理、修復、凈化與環境景觀美化有機結合,進行立體修復,進而實現生態環境、社會以及經濟效益的最大化。
3河道生態修復技術
河道生態修復主要目標是凈化水質、優化河流景觀和設計合理的空間。目前改善河流的水質主要技術手段有物理修復、化學修復和生物修復3種方法,優化河流景觀和設計合理的空間包括生態工程修復、生態護堤和河道景觀設計等措施。
3.1凈化河流水質技術
3.1.1物理修復技術
物理修復主要是采取各種工程措施改善受污染河道的水文條件和底泥環境條件,從而達到河道生態修復的目的[4]。目前物理修復技術主要包括底泥疏浚、底泥稀釋和沖刷、引水換水、機械除藻、水力調度、氣體抽提、空氣吹脫等技術,這些技術有目的明確、見效快等優點,但同時存在工程量大、成本高、治理不徹底等不足。
3.1.2化學修復技術
化學修復就是向受污染的河道中投入化學改良劑,通過藥劑學改良劑能夠與污染物發生化學反應,生成對環境無害的中性物質,以達到凈化水質的目的[4]。該方法常用于處理突發性水污染,有速度快、效果好等優點,但治理效果不佳,也不能從根本上解決問題,因此化學修復只能作為一種輔助治理手段。
3.1.3生物修復技術
生物修復技術是充分利用水體中的植物、水生動物和微生物的吸收、降解和轉化作用,將水體中的有害污染物濃度降至最低,實現河道水質生態恢復的目標。
(1) 植物修復。植物修復法是利用高等水生植物及其根際微生物的共同作用去除水體中的污染物,其凈化機理是植物的直接吸收、植物根莖部釋氧、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屬鎘;水芹菜、馬尾草等植物能富集水體中N、P;金魚藻、眼子菜等水生植物向水體中釋放的化感物質能抑制藻類的大量繁殖[5]。
(2) 微生物修復。微生物作為生態系統中的分解者,不僅能夠清除水體污染物,對水中營養成分的循環也起著重要作用,一些有特殊分解轉化能力的微生物在河流生態修復中倍受歡迎。微生物修復技術包括兩個方面:一方面是投加營養物質或曝氣增氧等方式,目的是促進土著微生物的生長;另一方面是直接向水體中投加高效降解菌。目前應用廣泛的有:①微生物強化法(通過調控污染水體中的溶解氧濃度、pH值、營養鹽濃度等,促進土著微生物吸附、吸收和降解河道中的污染物);②生物膜技術(由細菌、真菌、原生動物和藻類等組成生物膜,通過與污水充分接觸,降解其中的污染物);③投菌法(向污染水體投加針對不同污染物性質的高效菌種,如有機污染物高效降解菌、硝化細菌、光合細菌等,從而達到凈化水質的目的)。這些技術在國內外河流污染治理工作中得到了廣泛應用[6]。
(3) 復合生物修復。植物修復和微生物修復都是單獨研究植物和微生物在凈化水質的過程中發展的河道水質凈化技術,單獨運用某一種植物或微生物是很難達到理想效果,因此,在實際應用中,人們會將各種生物修復技術進行整合,多種生物合理配置,從而使修復效果達到1+1>2的效果。目前國內外廣泛應用的復合生物修復技術主要有人工浮島技術(由人工設計建造漂浮在水面上供動植物、動物和微生物生長棲息繁衍的生物生態設施)和人工濕地技術(由人工基質和生長在上面的多種水生植物組成)[7]。這兩種方法都是利用基質填料、微生物和水生動植物之間的協同作用,實現對水體中絕大部分有害物質,如重金屬、有機物等,進行分解吸收,達到凈化水體的目的[8]。
3.2優化河流景觀和設計合理的空間
3.2.1生態工程修復技術
生態工程修復主要把握好三個方面的內容:一是降低邊坡坡度;二是配置凹岸和凸岸、淺灘和深塘;三是修建池塘。凹岸和凸岸、淺灘和深塘的交替出現,一方面增加流水的紊動,促進了河水充氧,另外,淺灘、深塘和池塘的底層有大量底沙和淤泥,為水生動物提供了主要棲息地和保護區,以及覓食空間,保護了生態多樣性[3]。另外,河壩、混凝土河道等對河流生態系統有一定的負面影響,在河道生態修復中應盡量避免。有很多新興生態環保材料,如生態磚、生態水泥和生態混泥土等都能夠提高河流的生態效益。
3.2.2生態護堤技術
生態護堤技術分為植物護坡技術和植物工程復合護坡技術。植物護坡主要通過植被根系的力學效應(深根錨固和淺根加筋)和水文效應(降低孔壓消弱濺蝕和控制徑流)來固土防止水土流失,在滿足河道生態環境需要的同時,還能進行景觀造景[5]。生態護堤技術可以防止單一工程型護坡技術帶來的呆板和負面生態效應,極其有利于保護和恢復生態環境,同時也具備傳統護坡的防范、保護功能。生態護堤技術將河流的安全防護和對河道生態環境的保護有機結合,是確保河流安全和生態環保的良好措施[7]。
2014年10月綠色科技第10期
廖思紅,等:河道生態修復技術自然與生態
3.2.3河道景觀設計
河道道景觀設計包括河道形態設計和河岸的綠化美化。河道形態設計首先保障河流安全防護,降低河水流速、削減洪峰流量,在此基礎上應提高河流的空間異質性,為各種生物提供良好的棲息場所[9]。例如橫斷面上避免混凝土和漿砌石的硬質護岸;縱斷面上設置蛇形曲線,合理布置深潭淺溝,盡量恢復河流的生態原貌[10]。在流經城市的河流修復中,河流綠化應考慮將河水和植物合理搭配,從而使得河流生態與城市整體景觀和諧統一。
4展望
河流的污染和結構的破壞是一個全球性的生態問題,加強河流的治理是一個全球性的生態熱點問題。鑒于每一條河道治理的復雜性和不可預測性,應充分考慮“一河一策”的修復理念,關注多種修復技術的聯合作用。尤其倡導以生物修復技術法為主導,物理修復技術和化學修復技術相結合,最大程度實現河道的污染治理、河道景觀美化和沿河居民生活環境的統一。
參考文獻:
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關鍵詞:土壤污染;修復技術;微生物修復
當前我國土壤污染引起公眾越來越多的關注,我國土壤污染的產生可追搠到50多年前“”時期一些高污染工業企業的建設。近年來,隨著城市化的不斷推進,許多老工業企業因企業、搬遷遺留了大量的污染土地,這些污染土地污染物濃度非常高,污染深度甚至達到地下十幾米,有些有機污染物還以非水相液體的形式在地下土層大量聚集,成為新的污染源,有些污染物甚至遷移至地下水并擴散導致更大范圍的污染。這些土地因堆積儲存、泄露或其他方式承載了有害物質,具有潛在風險性,會對人體健康和生態環境產生危害,因此急需對這些污染場地實施土壤修復。
一、土壤污染的危害
1.土壤污染導致嚴重的直接經濟損失
農作物的污染、減產。對于各種土壤污染造成的經濟損失,目前尚缺乏系統的調查資料。僅以土壤重金屬污染為例,全國每年就因重金屬污染而減產糧食 1000 多萬噸,另外被重金屬污染的糧食每年也多達 1200 萬噸,合計經濟損失至少 200 億元。
2.土壤污染導致生物品質不斷下降
我國大多數城市近郊土壤都受到了不同程度的污染,有許多地方糧食、蔬菜、水果等食物中鎘、鉻、砷、鉛等重金屬含量超標和接近臨界值。土壤污染除影響食物的衛生品質外,也明顯地影響到農作物的其他品質。有些地區污灌已經使得蔬菜的味道變差,易爛,甚至出現難聞的異味;農產品的儲藏品質和加工品質也不能滿足深加工的要求。
3.土壤污染危害人體健康
土壤污染會使污染物在植(作)物體中積累,并通過食物鏈富集到人體和動物體中,危害人畜健康,引發癌癥和其他疾病等。
4.土壤污染導致其他環境問題
土地受到污染后,含重金屬濃度較高的污染表土容易在風力和水力的作用下分別進入到大氣和水體中,導致大氣污染、地表水污染、地下水污染和生態系統退化等其他次生生態環境問題。
二、我國當前土壤污染的現狀
2014年4月17日,環境保護部和國土資源部了全國土壤污染狀況調查公報。調查結果顯示,全國土壤環境狀況總體不容樂觀,部分地區土壤污染較重,耕地土壤環境質量堪憂,工礦業廢棄地土壤環境問題突出。全國土壤總的點位超標率為16.1%,其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。從土地利用類型看,耕地、林地、草地土壤點位超標率分別為19.4%、10.0%、10.4%。可見,我國土壤污染形勢嚴峻。
三、土壤修復技術
到目前為止,土壤修復技術已經歷四個階段的發展:20世紀70年代:化學控制、客良;20世紀80年代:穩定與固定、微生物修復;20世紀90年代:植物修復;21世紀初:生物/物化/聯合修復,并逐漸將污染治理的重點集中到污染場地修復。場地污染修復就技術門類又可分為三類:
(1)污染場地(土壤)物理修復技術
物理修復是指通過各種物理過程將污染物(特別是有機污染物)從土壤中去除或分離的技術。熱處理技術是應用于工業企業場地土壤有機污染的主要物理修復技術,包括熱吸附、蒸汽浸提、微波加熱等熱物理修復技術,還包括多相抽提等技術,已經應用于苯系物、多環芳烴、多氯聯苯、二英等污染土壤的修復。
(2)污染場地(土壤)化學修復技術
相對于物理修復,污染土壤的化學修復技術發展較早,主要有土壤固化一穩定化技術、淋洗技術、氧化一還原技術、光催化降解技術、電動力學修復技術等。
(3)污染場地(土壤)生物修復技術
土壤生物修復技術包括植物修復、微生物修復、生物聯合修復等技術,進入21世紀后得到了迅速發展,成為“綠色環境修復”技術之一。
植物吸收修復技術在國內外都得到了廣泛研究,已經應用于砷、鎘、銅、鋅、鎳、鉛等重金屬以及與多環芳烴復合污染土壤的修復,并發展出包括絡合誘導強化修復、不同植物套作聯合修復、修復后植物處理處置的成套集成技術。
近年來,我國在重金屬污染農田土壤的植物吸收修復技術應用方面在一定程度上開始引領國際前沿研究方向。同時開展了植物修復多環芳烴、多氯聯苯和石油烴的研究工作,但是含有機污染物土壤的植物修復技術的田間研究還較少,對炸藥、放射性核素污染土壤的植物 修復研究則更少。
植物穩定修復技術被認為是一種更易接受,可大范圍應用,并利于礦區邊際土壤生態恢復的植物技術,也被視為一種植物固碳技術和生物質能源生產技術。
微生物能以有機污染物為唯一碳源和能源,或者與其它有機物質進行共代謝而降解有機物。利用微生物降解作用發展的微生物修復技術是農田土壤污染修復常見的一種修復技術。在我國,微生物修復技術已在農藥、石油等農田污染土壤中得到應用:
1)建立了農藥高效降解菌篩選技術、微生物修復劑制備技術和農藥殘留微生物降解田間應用技術;
2)篩選了大量的石油烴降解菌,復配了多種微生物復制菌劑,研制了生物修復預制床和生物泥漿反應器,提出了生物修復模式;
3)開展了持久性有機物如多氯聯苯、多環芳烴污染土壤的微生物修復技術工作;
4)建立了菌根真菌強化紫花苜蓿根際修復多環芳烴的技術和污染農田土壤的固氮植物一根瘤菌一菌根真菌聯合生物修復技術。
微生物修復研究工作主要體現在篩選和馴化特異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、壽命和安全性,修復過程參數的優化和養分、溫度、濕度等關鍵因子的調控方面。正在發展微生物修復與其它現場修復工程嫁接和移植技術,以及針對性 強、高效快捷、成本低廉的微生物修復設備,以實現微生物修復技術的工程化應用。
四、結語
目前,在我國土壤修復剛剛起步,土壤修復理論與技術研究還較欠缺,適合我國國情的土壤修復技術發展方向不十分明朗,鑒于此,筆者綜述了當前國內外各種土壤修復技術的方法,并分析了各種方法的優缺點及適用范圍,以期為污染場地修復提供借鑒參考。■
參考文獻
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水源短缺加劇
導致汾河水源短缺情況加劇的主要原因一是降水減少、經濟社會發展對水資源需求量增加等,引起汾河中下游干流河道斷流;二是工業和城市生活嚴重依賴地下水開采,以及農業用水增加,致使地下水嚴重超采,造成水位急劇下降;三是污水垃圾處理水平低,中水價格不合理,回用規模小,加劇水資源的短缺;四是植被被破壞,土壤儲存水分能力下降;五是煤炭等礦產資源的過度開采,造成水資源的嚴重破壞。
生物多樣性急劇減少
汾河中下游流域的生物多樣性在人為因素影響下急劇減少,主要是河道喬灌木的過度砍伐,造成了大量動物、植物、微生物受到威脅;其次是為了提高糧食產量和加大畜牧業的發展,人們過度開墾和過度放牧,造成生物所需的食物大大減少;三是捕撈業的發展,人工過度的捕撈使得生物數量大大降低,很多種類已經絕跡;四是山西工業化的發展造成環境污染,很多不能適應環境的生物被很快淘汰。
生態修復技術概述
水環境生態修復技術是通過調控水生態環境中相互制約又相互促進的各環境影響因子,促使其形成平衡和穩定的生態系統為目標。生態修復技術包括利用培育的高等植物或培養、接種的微生物的生命代謝活動,對水體中污染物進行富集、轉化、吸收及降解,使水質得到凈化的相關技術。該技術具有修復效果穩定、低耗能或不需耗能、工程造價相對較低、運行成本低廉以及不形成二次污染等特點,主要用于受污染而失衡的自然水生系統的修復。這類水生態修復技術在發達國家已經得到較為成功的應用,在我國也開始大量的應用,主要有土地處理、高效微生物固定化和人工濕地等技術。
1土地處理技術
廢水的土地處理,是將一、二級處理出水用于農田、牧場或林木灌溉,或將原廢水經土壤滲濾后回注于地下水等處理技術的總稱。廢水中通常含有農作物需要的各種營養成分。據我國一些城市污水的測定結果表明,污水中含T-N為30~90mg/L,NH3-N為20~50mg/L,P為3~4mg/L,K為5~40mg/L。上述養分經一級或二級處理后只有少量被除去,而大部分隨出水排出。利用廢水灌溉,不僅解決了農牧林業對水、肥兩大要素的需求,并通過其中的腐植性提高土壤肥力和地溫,可獲得十分顯著的增產效果,而且能除去人工生化處理難以除去的N,P營養物和難生化降解有機物,進一步降低COD,SS和病原菌,使廢水資源得到再生。
2高效微生物固定化技術
高效微生物固定化技術是近年來隨著廢水處理的不斷完善和需求而發展起來的新型技術。是指將經過培養的高效微生物、酶或菌藻共生群限制在特定的材料區域內部,達到提高微生物或酶的濃度,創造有利于生物代謝的環境,有效減少微生物流失,并使固液容易分離的目的。該類技術主要用于治理富營養化水體。
3人工濕地技術
人工濕地是在土地處理、穩定塘和生物濾池等污水處理技術基礎上發展起來的一種人工構建并控制的、主要利用天然凈化能力的污水處理和生態修復技術。它利用了微生物、濕生植物和動物等一系列生物的代謝活動,綜合了物理的、化學的和生物的復雜過程,使污水中污染成分得以降解,并將其無害化或轉化為可利用的物質。
人工濕地技術的可行性分析
1人工濕地水質凈化機理
人工濕地床基具有巨大表面積、特定的化學組成和無數的植物根系及其代謝產物(氧、生物活性物質),為污染物的過濾截留、物理和化學吸附、化學分解和沉淀、生物攝取和氧化分解、礦化等提供了很好的條件。污水中的有機物主要依靠人工濕地床基內的物理和生物、化學的綜合過程去除;不溶性有機物被過濾截留、水解、生物攝取和氧化分解;溶解有機物直接被水解、生物攝取和氧化分解;氨氮在床基中大部分通過硝化—反硝化生化過程被去除,部分氨氮和硝氮通過植物吸收而去除;有機氮主要呈懸浮狀,被床基過濾截留,并通過生化作用礦化為氨氮、硝氮,進而通過植物吸收和硝化—反硝化過程去除;污水中磷大多以正磷酸鹽形式存在,并主要通過人工濕地床基中的鈣、鐵、鋁離子沉淀固著,以及植物的吸收過程去除,沉淀固著在床基中的磷可通過床基料更換而移出;污水中一些微量的金屬通過人工濕地床基的吸附或沉淀作用去除,被濕地植物吸附、吸收去除。污水中大部分病原菌和病毒被人工濕地床基好氧微生物攝食分解,部分被植物根系分泌物殺滅。
2人工濕地的類型分析
從工程設計的角度出發,按照系統布水方式的不同或水在系統中流動方式不同劃分為表面流人工濕地(自由表流濕地和構筑表流濕地)、潛流人工濕地(水平潛流人工濕地、垂直潛流人工濕地和復合式潛流濕地)。不同類型的人工濕地對特征污染物的去除效果不同,具有各自的優缺點。表面流人工濕地和自然濕地類似,污水從濕地表面流過,在流動的過程中得到凈化。這種類型的人工濕地具有投資少、操作簡單、運行費用低等優點,但占地面積較大,水力負荷率較小,去污能力有限。
垂直潛流人工濕地是指污水從濕地表面縱向流向填料床的底部,床體處于不飽和狀態,氧可通過大氣擴散和植物傳輸進入人工濕地系統。其硝化能力高于水平潛流人工濕地,可用于處理氨氮含量較高的污水。其缺點是對有機物的處理能力不如水平潛流人工濕地系統,落干/淹水時間較長,控制相對復雜,夏季有孳生蚊蠅的現象。水平潛流人工濕地因污水從一端水平流過填料床而得名,它由一個或多個填料床組成,床體填充基質,床底設有防滲,防止污染地下水。與表面流人工濕地相比,水平潛流人工濕地的水力負荷較大,對BOD5、CODcr、SS、重金屬等污染指標的去除效果好,而且很少有惡臭和孳生蚊蠅現象,有利于在北方地區的冬季運行。
沈陽環境科學研究院開發的復合流式潛流人工濕地技術(以水平流為主,與垂直流結合)中的復合流濕地結構由底至上分別為防滲區、導淤區、主控區及種植區。與其他類型人工濕地相比,復合流式潛流人工濕地的水力負荷大,對BOD5、CODcr、SS、氮磷等污染指標的去除效果好,而且很少有惡臭和孳生蚊蠅現象,特別是能有效地解決濕地系統的淤堵問題和北方地區的冬季運行問題。
3人工濕地生態修復適用性分析
從汾河流域亟待解決的主要生態環境問題來看,主要是水污染的治理、生物多樣性的恢復以及水資源的保護和利用問題。而人工濕地的技術特點正是以不同類型的濕地系統的營建和組合來實現河流水質的凈化、生物棲息地的營建和水源涵養與保護,這從形式到內容都與汾河生態修復的總體目標相一致。再從該技術的經濟可行性和技術成熟性來看,人工濕地技術是目前水質凈化與生態修復技術中投資較低,且便于維護管理的實用技術。目前,我國已經頒布實施了《人工濕地污水處理工程技術規范》,使人工濕地生態治污技術進入到標準化、規范化的階段,在河道與湖泊水體凈化和生態修復方面已有很多成熟應用的經驗。從人工濕地類型特點的適用性來看,水平潛流人工濕地和復合流式潛流人工濕地的選用有利于處理污染負荷較高的水體,適宜凈化目前汾河中下游嚴重污染的水質。表面流人工濕地處理負荷雖然較低,但便于在汾河灘地應用,對河水水質有較好的緩沖調整作用,有利于汾河流域生物多樣性的改善與營建。
因此,可根據汾河及其支流的不同河道特點、河床與灘地的可利用性、不同河段的水質污染狀況和生態修復目標,在不同河段將潛流濕地與表流濕地優化組合,合理布設。對于汾河太原出境處的嚴重污染河段還可考慮適當的預處理措施,以保證水質達標及濕地系統的入水要求。綜上,結合汾河流域的生態環境問題和人工濕地生態修復的技術特點,以人工濕地為主要技術手段實施該流域的生態修復是可行的。
汾河流域污染治理和生態修復的對策
1源頭治理調整布局和優化結構
對生活污水及工業廢水要進行源頭治理,堅決杜絕未經處理直接向汾河排污。在沿岸幾個重點排污城市應增擴建污水廠,擴大處理規模,中小城市也應因地制宜地建設合適規模的污水處理廠或污水處理設施。工業廢水應當根據各個企業的產品及所產廢水性質區別對待,經過處理的廢水,有回用條件的應該回用,不能回用的也要實行達標排放,應堅持“誰污染,誰治理”的原則,從污染源上治理汾河水污染。對于汾河中下游流域的污水治理,應結合實際情況,建議污水先通過城市污水廠處理,再通過濕地系統處理后排放入河,這樣對于水環境容量較低、自凈能力較弱的汾河來講是十分必要的,有利于汾河的斷面達標。特別是人工濕地技術,不但成本低,而且植物根系土壤可以涵養水分,大量植被的形成有利于生物數量與種類增多,同時可營建生態景觀,恢復人與自然和諧相處的生態環境。
2加快汾河支流流域治理
汾河支流是汾河全流域的重點水源補充,直接影響著汾河流域的水生態環境,與其生態修復息息相關,故針對汾河支流應采取有效的治理措施。第一,對汾河支流流域內的污染源進行治理,從源頭上對排入汾河支流的污水進行治理,降低入河的水質指標,為汾河支流的生態修復做準備;第二,以人工濕地技術為主,在汾河支流干線實施生態修復,提高水環境容量;第三,在汾河支流入汾河河口處營建河口人工濕地,利用潛流濕地、功能表流濕地和景觀表流濕地相結合的方式進一步改善汾河的支流水質,同時營造濕地景觀環境,提高汾河流域河口環境質量。
3落實汾河流域干流人工濕地生態修復工程
以汾河流域干流殊區域重點段生態修復為基礎,以人工濕地生態修復技術為依托,加快落實汾河整個流域干流人工濕地生態修復工程,改善汾河水水質指標,增強汾河的自凈能力。通過濕地工程的營建,流域內的植被系統逐漸得到修復,野生動物系統也會隨之得到恢復,有效地提高了生物多樣性,從而使汾河流域生態環境從根本上得到修復。
4提高全民水憂患意識,依法保護水資源
水是生命的源泉,是人類生存的命脈。水利,是農業的命脈,也是工業和整個國民經濟的命脈,是國民經濟的基礎產業和基礎設施。因此,必須加大宣傳力度,增強全民水憂患意識,強化水利基礎產業的重要地位。加大環保宣教力度,提高環保法律法規的普及,提高全民的環境意識和法制觀念。公眾要通過擴展環境權益來提高環境意識,把個人的環境意識的提高過程與對人們切身利益的保護和改善聯系起來,自覺參與環境管理。
發達國家的土地整治技術比較成熟,土地整治中所涉及到的技術主要包括生態工程技術、環境影響評估技術、信息技術、規劃技術、鄉村景觀保護與重建技術等。德國的土地工程始于13世紀,在土地整治技術方面一直處于世界領先地位,德國的巴伐利亞州現已普遍應用計算機數據處理技術,建立了土地整治信息系統(LE-GIS),將土地整治的各種數據、圖件和權屬狀況等資料儲存于該系統中。俄羅斯的土地工程技術可追溯到15世紀,1996年12月,在莫斯科通過成立“俄羅斯及獨聯體國家土地關系與土地整理問題國際研究會”,提出了統一進行研究和判定土地利用與土地整理的理論與標準,研究景觀的、生態的土地整理設計理論和技術方法。澳大利亞的土地工程技術研究重點是因礦產資源開發引起的土地復墾問題,在土地復墾整治的計算機模擬方面取得了大量處于世界先進水平的科研成果,重視土地生態系統重建研究。Caya等將模糊專家系統模型(FuzzyEx-pertSystem)應用于土地整治后的土地重新安排中,使土地權屬分配得到更多農戶滿意。使整治前后的所有地塊總價值相等,是成功的土地整治工程,因而必須要對地塊的價值進行評估,GIS技術在價值評估中有著很大的優越性。國外土地整治的上述技術已經比較科學、系統、規范,適應了土地整治實踐的要求。我國土地整治起步較晚,有關土地整治技術的研究甚少,土地整治實踐中非常缺乏技術支撐。我國急需從土地整治技術的工程化、標準化、信息化和系統化等方面構建土地綜合整治技術支撐體系,我國土地整治技術的核心是景觀設計與生態化整治技術。胡靜等為實現運用信息化手段對土地整治項目建設情況進行動態監測和預警,對提高項目管理效率提供了技術支撐,對土地整治工程項目建設監測管理系統進行了研究與設計,從建設一體化監管信息平臺出發,構建了“中央—省級—縣(區)級”三級動態監測管理系統;王金滿等應用數字高程模型(DEM)原理,借助GIS軟件的統計功能,研究了山地丘陵區坡式梯田土地整治工程量測算方法和流程,并為測算土地整治量提供了方法借鑒;葉艷妹等設計了農地整治中急需解決的路溝渠生態化技術和灌排溝渠生態化設計技術。2008年“十一五”國家科技支撐計劃立項了首個土地工程研究項目“土地整理關鍵技術集成與應用”,對“土地整理規劃、設計技術、土地整理工程施工關鍵技術、土地整理質量與生態監測關鍵技術、土地整理實施信息化管理技術、東部基本農田優質精細型土地整理技術、中部糧食主產區增量經濟型土地整理技術以及西部生態脆弱區保質生態型土地整理技術”等進行了研究,這也充分說明土地工程技術研究適應了時展的需要和趨勢。
2不同類型土地整治工程技術
目前,土地綜合整治包括:
①對未利用地的開發利用,如根據需求和現狀將未利用地改良為農地或建設用地;
②對已利用地的綜合整治,提高土地利用效率和土地產值,如對農地的改良、配套,進行集約化利用,建設高標準農田;
③對現狀土地進行土地市場一級開發支持經濟建設,對污染、災毀及破損土地的整治利用等。筆者基于長期的實踐經驗,結合實際提出了以下不同類型土地整治工程技術。
2.1非農用地轉化為農用地工程
非農用地是指農業用地和暫時難于利用的土地(如戈壁、沙漠、高寒山地、裸巖、裸土等)以外的土地,通常包括農村聚落,大、中、小城鎮,工礦區,交通運輸、名勝古跡、旅游、療養區,自然保護區等占用的土地。我國非農業用地約占國土中面積的22.9%。農業用地又稱農用地,指直接或間接為農業生產所利用的土地,包括耕地、園地、林地、牧草地、養捕水面、農田水利設施用地(如水庫、閘壩、堤埝、排灌溝渠等),以及田間道路和其他一切農業生產性建筑物占用的土地等。非農用地轉變為農用地具有提高土地利用率和產出率的功能,有利于推進節約集約利用土地,促進土地資源的可持續利用。在土地利用總體規劃和土地工程專項規劃的指導下,根據土地的適宜性和經濟發展的需要,對田、水、路、林、村采取必要的措施進行整治,對土地資源重新配置,可以實現資源的積極整合、有效利用以及資源集中集約化發展,有效地改善土地生態環境,實現土地資源的可持續利用。非農用地轉化為農用地的工程措施主要是土地工程。土地工程是對低效利用、不合理利用、未利用以及生產建設活動和自然災害損毀的土地進行整治,提高土地利用效率的活動。在工程中應遵循因地制宜、系統性、整體性和經濟、生態與社會效益相結合的原則,主要內容包括成土、土地平整、土壤改良、灌溉及水利配套、電力、林業、道路等內容。在土地開發工程中應兼顧國家惠農政策,結合當地生產生活條件,因地制宜建設新農村,發展現代農業,如設施農業、觀光農業和生態農業等。
2.2建設用地整備工程
建設用地,是指付出一定投資(土地開發建設費用)、通過工程手段為城鎮村及工礦等各項建設提供的土地。它是利用土地的承載能力或建筑空間,不以取得生物產品為主要目的的用地。據土地所用權特點,建設用地整備工程,是指由政府或其授權委托企業,對一定范圍內的現狀土地(包括農用地、建設用地及未利用地)進行統一的征地、清表、整治、平整并進行適度市政配套設施建設,使之達到“三通一平”(通路、通水、通電和土地平整)、“五通一平”(通水、通電、通路、通訊、通氣和土地平整)或“七通一平”(給水、排水、通電、通路、通訊、熱力、燃氣和土地平整),從而符合建設用地標準的過程。建設用地整備工程中的整治工程,主要指通過一定工程、生物或技術手段,使海域、沼澤或土質難以為建設用地所利用的土地達到建設用地的標準。例如,荷蘭、日本、中國香港等地的填海造地工程,將原有的海域、湖區或河岸轉變為陸地作為建設用地,需要圍堰、基槽清淤、基坑填沙、填砂等工程;沼澤地區的地基承載力較低,當作為建設用地開發時,要注意采取降低地下水位、排除積水等措施,以提高地基承載力和改善環境衛生狀況。
2.3污損土地改良改造工程
污損土地是指由人類活動或自然因素造成的土地污染和損毀,使土地完全或部分失去原來的使用價值和建設功能,包括污染土地和損毀土地。對污損土地進行改良改造區別于其他廢棄地的改良改造,需要根據“因地制宜”原則,采取不同的技術措施去除污染物、恢復損毀土地,并通過污損土地利用評價,使其達到農用地或建設用地的使用標準。
2.3.1污染土地改良改造技術。污染土地是指人類活動或自然因素產生的污染物進入土壤并積累到一定程度,引起土壤環境質量惡化,對空氣、生物、水體或人體健康產生危害,使其社會屬性和自然屬性受到影響的土地。污染土地改良改造技術是利用一定的技術措施,對污染土地進行改造使其恢復到未污染的水平。污染土地改良改造技術按地點可分為原位改良改造技術和異位改良改造技術。原位改良改造技術即對未挖掘的土壤進行改良改造;異位改良改造技術指對挖掘后的土壤進行處理的過程。土地污染改良改造按操作原理主要分為物理改良改造技術、化學改良改造技術和生物改良改造技術[。污染土地的物理改良改造是指通過物理過程的調節或控制,改變土壤的物理性狀,使污染物得到有效控制,將污染物與土壤分離或轉化為低毒或無毒物的改良改造過程。主要的物理改良改造技術有客土和換土技術、蒸汽浸提技術、玻璃化技術、固化/穩定化技術、電動力學技術、熱處理等。污染土地的化學改良改造技術是指在污染土壤中加入化學試劑,使其與土壤中的污染物發生化學反應,如氧化、還原、酸堿、中和、聚合、沉淀等反應,從而使污染物從土壤中分離、轉化、降解成無毒或低毒性物質。典型的化學改良改造技術有化學淋洗技術、氧化/還原技術、溶劑浸提技術、施入改良劑或抑制劑等。污染土地的生物改良改造技術是20世紀80年代以來出現和發展起來的,主要是指依靠某些生物的活動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,使其轉化為無毒或低毒物質的過程。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,從而實現污染土壤改良改造的目的。狹義的生物改良改造僅指微生物改良改造,廣義的生物改良改造包括微生物改良改造和植物改良改造,有時也包括動物改良改造。
2.3.2損毀土地改良改造技術。損毀土地是指由于自然或人為因素導致土地表土喪失或整個土地毀壞而造成土地第一生產力的喪失。損毀土地改良改造工程是通過工程技術手段對損毀土地進行改良改造使其恢復成可利用的有效土地,包括生境建設和群落建設兩大內容。生境建設是對地貌的重塑和土壤改良培肥,其核心在于“造地”,為生物群落建造一個良好的生境。群落建設則包括植被重建和引入土壤微生物及動物,其核心內容是植被。對于凹型地貌的重塑,通常采用填充和客土的方式。對于凸型地貌重塑則采用土地平整、建梯田的方式。目前礦山開采造成的土地損毀較為嚴重,對于礦山損毀土地的地貌重塑一般采用“剝離—采礦—復墾”一體化工程技術,實現“邊開采,邊復墾”的良性循環。
2.4低標準用地提升工程
2.4.1低標準農業用地提升為高標準農業用地工程。高標準農業用地可定義為:一定時期內通過農村土地整治形成的設施配套、高產穩產、旱澇保收、節水高效、生態良好、抗災能力強、與現代農業生產和經營方式相適應的耕地,包括高標準基本農田和其他高標準農用地。低標準農業用地變為高標準農業用地工程是通過對山、水、田、林、路的綜合治理,使項目區的農業基礎設施得到全面的改善和提高,達到發展現代農業的基本要求,使其能達到或基本達到:水源覆蓋實現方田化,灌溉實現節水化,秸稈實現還田化,耕作實現機械化,施肥實現配方化,種子實現良種化,田間道路實現沙石化,農田林網實現網格化,田間種植實現規范化,農產品實現無公害化。
2.4.2低標準建設用地提升為高標準建設用地工程。高標準建設用地可概括為:以可持續發展思想為指導,遵循現有土地利用規劃及相關法律法規與政策,合理布局各業用地,調整優化用地結構,加強監管,通過科學技術增加對存量土地的各種投入,實現邊際投入等于邊際收入時土地使用價值最大化的利用狀態,提高土地使用效率,滿足經濟社會發展對土地的需求,促使土地經濟效益、社會效益和生態效益得到明顯提高。高標準建設用地建設最終是為實現土地的節約、集約利用,而土地集約利用的前提是用地的合理布局和結構的優化完善。高標準城市建設要按照城市建設規劃,合理調整城市各業占地布局,嚴格控制大面積囤地現象,提高城市土地利用效率。高標準農村建設可按照新農村建設標準,對原有農村建設用地進行合理規劃布局,減少或消除農村大片閑置地,消除空心村,做好土地復墾工作。對舊工礦用地進行考證,對廢棄區進行生態修復,拆并不合理采礦區,做好原礦用地生態修復工作。
3未來土地整治工程技術的發展趨勢
21世紀土地整治工程技術最為顯著的特點是使規劃、設計、新材料、新產品、新工藝、信息、監測及標準規范等不同領域進行有效交叉和融合,通過系統集成與自主創新,使土地整治工程技術得到全面提升。未來的土地整治工程技術將以提高土地質量和改善生態環境為主要目標,實現從注重數量向數量、質量、生態管護并重的方向轉變。具體發展方向主要包括:土地整治技術將向的綜合化和集成化發展;土地整治工程技術將全面和深入的應用信息化;利用計算機仿真和模擬土地整治生態變遷;土地整治多源異構數據整合與互操作技術等領域的技術開發和工程化研究;土地整治項目規劃設計向生態化、智能化、節水節地型和可視化發展;質量型和生態型土地整治技術將實現針對性、高效性和最優化;土地整治的景觀重塑和恢復工程技術;土地整治監測將從注重數量監測向數量、質量、生態和效益監測發展;土地整治的施工技術實現可持續發展和利用。
3.1農田建設工程技術發展趨勢
傳統的土地整治因缺少先進的工程技術支撐,導致農田路溝渠使用壽命短,土地平整質量難以滿足現代化農業發展的需要,部分耕地生態環境質量退化。再加上因不同地區、不同土地類型和不同利用方式對于諸如溝渠、道路設計強度、建設材料、成分配比、施工工藝、使用周期等要求均有明顯差異,對一些關鍵景觀斷裂點的修復也缺少精細化的工程技術支撐,這些均影響土地整治的可持續性和工程效益的發揮。因此,研發新的適應農田建設的規劃與設計技術,提出專門的精細化土地平整工程技術,應用激光技術進行土地精細平整作業,自主研發高標準基本農田建設新材料、新產品與施工工藝,增強高標準基本農田保育工程能力等領域將是未來農田建設工程技術的主要發展趨勢。
3.2礦區土地復墾工程技術發展趨勢
發達國家把復墾工程作為礦區開采的一部分,十分重視礦區生態恢復、景觀重塑、生物多樣性保護、可持續土地復墾、復墾工程與周邊景觀協調以及復墾土地的跟蹤監測與評價。因此,礦區復墾土壤的地表穩定與侵蝕控制技術、土壤結構破壞與污染的重構與修復技術、防治礦山生態災害技術、植被重建與生態恢復技術及土地復墾與生態重建的集成技術等是未來礦區土地復墾工程技術的主要發展趨勢。
3.3污染土地修復工程技術發展趨勢
發達國家污染土地修復工程主要采用實驗室研究—中試或現場試驗研究—大規模工程應用的基本模式,修復基質由單一的土壤修復過渡為土壤和地下水綜合治理,修復技術涵蓋了物理、化學及其生物修復類型。因此,研發綠色可持續單一修復工程技術、多種修復方法耦合聯用技術、研制專用修復設備和藥劑產品是污染土地修復未來發展的趨勢。
3.4土地整治工程技術標準發展趨勢
關鍵詞:淡水池塘 養殖 環境問題 解決途徑
目前,淡水養殖業是我國漁業發展中的重點,其產量在水產養殖中逐年呈上升比率,淡水養殖作為水產養殖中的重點,過去傳統的密集型養殖方式暴露了諸多弊端,限制了淡水養殖產業的升級,因此,分析和解決目前淡水池塘養殖中所面臨的環境問題,尋求更好的解決措施嗎,推進淡水池塘養殖業的健康、快速發展是我們需要密切關注的問題。下面我們針對傳統淡水養殖中的環境問題略作分析,并結合最近產業研究成果原位修復技術和異位修復技術來分析下其解決之道。
1.淡水吃糖養殖環境問題分析
從目前淡水養殖的局面來看,傳統養殖的高密集型所造成的弊端與水體富營養化、氮失衡是造成環境問題的三大主兇之一。
傳統淡水養殖采用高密度、高投餌率、高換水率進行養殖,對于環境的危害是巨大的,同時近年因飼料投放問題造成的水體富營養化也是限制淡水池塘養殖行業發展的瓶頸。雖然養殖水平隨著技術研究的突破不斷提升,單位水體的魚載力也在提升,但是魚類代謝與飼料投放的力度也在增加,養殖的高換水率必然會導致污染加重,最終限制行業本身的深入發展。我國以圍網養殖和圍欄養殖為主要方式對于水體環境的污染是很嚴重的,近些年來國家一直在不斷加強對水體環境污染的治理,實施“退魚還湖”等政策,這些必然會繼續加重淡水池塘養殖的比率,按照池塘養殖在我國淡水養殖業中的比重來看,這種潛在的對環境的污染風險是巨大的,因此,做好淡水池塘養殖問題的環境污染治理,保護好水體資源與魚類資源,也是淡水池塘養殖業必須解決的關鍵問題。
作為池塘養殖面臨的嚴峻環境問題之一,氮失衡已經成為了限制池塘養殖發展的瓶頸。目前,淡水池塘水體中的含氮量與含磷量都已經超出了警戒線指標,但是能夠支持初級生物循環的有效磷含量卻極低,以上兩種富營養化的物質無法溶解于水體,只能吸附在淤泥或被重金屬絡合,這將加重水體負擔,加重污染,尤其是現在池塘飼養餌料多使用含氮量較高的有機肥,因此,氮失衡已經成為了必須面對的重要池塘環境問題。氮失衡所帶來的危害是內外兩個層面的。在內部污染方面,會造成魚類體內排泄系統和代謝系統失衡,造成過量活動或失去平衡,極易發生昏迷或死亡現象,這對于依靠產量取勝的淡水池塘養殖來說可謂是致命打擊。在外部污染上,由于高換水率所排放出來的富營養化水體和氮失衡水體,排放到江河湖海中將會加劇大范圍內的水體污染,成為大環境內環境污染的主因,同時對于工農業生產和群眾生活造成長期的惡劣影響。因此面對以上這些淡水池塘養殖環境問題,養殖環境生態修復技術成為了近些年來的研究熱點與重點。
2.淡水池塘養殖問題解決之道
目前,關于淡水池塘生態環境的修復研究主要集中在兩個方面,分別是原位修復技術和異位修復技術。原位修復技術也成成為立體修復,主要是通過在水體環境中營造立體養殖空間實現對超積累物質的吸收和凈化,加強淡水池塘環境內的硝化作用,通過水生植物、蔬菜與細菌的立體分布和作用優化水體內的生物循環,同時還能有實現對多種資源的優化利用,達到產業升級,降低排污系數的目的。異位修復技術的重點主要是對養殖水體的凈化處理,提升水體利用和循環率,降低污染。