浅谈在环境修复中生态修复的应用

浅谈在环境修复中生态修复的应用

随着工农业生产的迅速发展,人类对自然资源需求水平的不断提高,特别是进入21世纪以来,人类对环境污染的方式发生着重大变化,有毒、有害污染物以各种形式不断输入环境,环境污染进一步加剧。目前,人们在污染环境的物理修复、化学修复以及生物修复上取得了一定成功。为了更有效地解决人类面临的重大污染问题,研究者进一步提出了生态修复的理念,并对其概念、内涵、原理、产业化途径等方面进行了理论上的探讨和实践上应用的探索,试图以生态学的原理和方法修复与治理污染环境,实现人与自然的和谐发展,从而达到环境的可持续发展。如何运用生态修复方法和技术，控制水土流失，改善生态环境，减轻自然灾害，受到全球的关注。

1.生态修复的定义

生态修复是以生态学原理为指导，以物理修复、化学修复及技术工程为手段，通过一定的优化组合，使之达到最佳效果和最低耗费的一种综合污染环境修复方法，是一个具有自我维持能力的健康的生态系统。污染环境的生态修复是根据生态学原理对多种修复方式进行优化综合。其首要特点是严格遵循了循环再生、和谐共存、整体优化、区域分异等生态学原理;其次,生态修复主要是通过微生物和植物等的生命活动来完成的,影响生物生活的各种因素也将成为影响生态修复的重要因素,因此,生态修复还具有影响因素多而复杂的特点;再次,生态修复的顺利施行,需要物理学、化学、植物学、微生物学、栽培学和环境工程等多学科的参与,多学科交叉也是生态修复的特点

生态修复包括自然修复系统和人工修复系统，正确把握生态的自然与人工修复的辩证关系，是控制生态系统协调的有效依据。

2.生态修复的应用

2.1 土壤的生态修复

土壤是环境系统的重要组成部分,是人类赖以生存的重要资源。近年来，我国的经济飞速发展，但是对资源的保护工作做得却比较差，使得生态问题越来越严重。长期以来,大规模的矿产资源开发和电力、石油、交通、水利、建筑等生产建设活动,破坏了大量的土地资源,土壤的复合污染问题也日益严重。另外水土流失问题同样较为严重，而且土地流失的面积非常广，流失量较大，这也给水土保持工作带来了较大困难。现在,人们已经开始合理利用植物、微生物及动物的自然修复能力,注重生物之间的和谐共生关系,进行土壤的生态修复。

2.1.1土壤污染修复

植物修复是一类重要的生态修复方式,它主要利用植物本身的提取、吸收和固定作用以及植物根际微生物的分解和转化作用来清除土壤、沉积物、污泥或地表、地下水中的有毒有害污染物。根据机理的不同,污染土壤的植物修复技术有植物提取、植物固定、植物挥发和植物降解等基本形式。其中，植物提取修复是目前研究最多且最有发展前景的植物修复方式,特别是通过种植对重金属耐性较强且积累能力较强的超积累植物,利用其根系吸收污染土壤中的重金属并运移至植物的地上部分,收割植物地上部后即可去除土壤中的重金属。植物固定修复是指利用植物活动来降低污染物的生物有效性,减少污染物质的毒害作用。植物挥发修复是指利用植物将一些可挥发性污染物吸收到体内,然后将其转化为气态物质并释放到大气中,它只适用于易挥发性的污染物。植物降解修复是利用植物及其根际微生物的降解作用去除土壤中的有机污染物。

例如：北美车前、北美鬼针草、北美独行菜、一年蓬、裸柱菊、细叶芹6种杂草对Cu、Pb、

Cd和Cr都有较强的耐受和富集能力;东南景天对Zn具有超积累特性,;商陆对Mn具有明显的富集特性,叶片内Mn的含量可高达19 299μg/g,可用于受Mn污染土壤的植物修复.

2.1.2 水土保持生态修复

修复按照可持续发展的战略思想。切实遵循自然生态经济规律,充分利用当地的水、土、光、热、生物等自然资源,依靠大自然的循环再生能力和人为干涉快速恢复植被,控制水土流失,实现人与自然和谐相处。其技术方法概括起来主要有“封”、“退”、“造”、“建”、“综合治理”、“结构调整、生态移民”、“突出小流域治理,以小促大”等。。“封”即是“封山禁牧、舍饲养畜”;“退”即是“退耕还林还草、以粮代赈”;“造”即是“造林”;“建”即是建设高标准农田。

2.2水环境的生态修复

随着城市化和工业化进程的不断加快,水体的功能和作用不断被弱化。目前,我国大部分城市和地区的淡水资源已受到污染物污染,水质恶化,这不仅加重了淡水资源的紧缺,而且给渔业、农业及沿岸居民的健康带来危害,严重制约我国社会与经济持续健康发展。我国已经开始通过发展水体污染生态修复技术,强化自然界的自净能力和物质循环规律治理被污染的水体。

2.2.1微生物修复

微生物在污染水体修复与净化中起着至关重要的作用。它们可以在获取自身生长所需养分的同时,分解水中的有机污染物及其他生物的排泄物及尸体,促进水生生态系统的养分循环。如果水体中污染物的降解菌很少,在现场富集培养降解菌存在一定难度,可以向水环境中引入菌种。投入微生物按来源可分为土著微生物、外来微生物和基因工程菌。

2.2.2人工湿地

人工湿地是生态修复污水的重要技术之一,其基本原理是利用湿地水体中的微生物和湿地植物降解、吸收和截流污水中的污染物,从而达到修复污水的目的[16]。水体植物修复的特点是以大型水生植物为主体,利用植物和根区微生物所产生的协同效应净化污水。经过植物的直接吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮磷、悬浮颗粒以及其他有毒有害物质。。常用于水体修复的植物有芦苇Phragmites communis、香蒲Typhalatifolia、喜旱莲子草Alternantheraphi-loxeroides、浮萍Lemna minor、灯心草MedullaJunci和空心菜Ipomoea aquatica等。

2.2.3 海洋生态修复

海洋生态修复所要修复针对的对象是已经遭受破坏了的海洋生态系统，已经遭到破坏了的海洋生态系统在其自身的自我修复中不能够使其恢复到正常状态，从而需要人工干预，在人工措施帮助下，原本遭到破坏了的海洋生态环境系统能够恢复到其原来的结构状态，并同样发挥原来所具有的生态功效。我国海洋生态修复一般主要针对红树林、海水水体、滨海湿地以及沿海沙滩的几个生态系统方面的修复。

2.3 大气环境生态修复

利用生态修复技术来治理大气污染是近年来国际上正在加强研究和迅速发展的前沿性课题。一些绿色植物对烟尘、粉尘有阻挡、过滤和吸附作用,城市绿地、草坪都可减少大气中粉尘量。林木的减尘作用表现在两方面,林木树冠茂密,能够降低风速,从而使空气中携带的烟尘和粉尘迅速降落;树叶表面多绒毛,能分泌粘性油脂及汁液,吸附大量粉尘,经雨水冲洗后又可恢复滞尘作用。

研究表明,一些绿色植物可以吸收大气中的多种污染物,包括SO2、Cl2、HF、重金属、氟化物和某些芳烃等[14]。同时,树木对大气中CO2和O2的平衡起到重要作用。此外,植物还有减弱噪音、减少热污染和吸滞放射性物质的作用,但这与植物的种类和林带的宽度、高度、位置

及配置方式有密切的关系。

3.生物强化技术的应用

对于污染程度较高且不适于生物生存的污染环境来说,生物修复就很难实施,这时就要采用物理或化学修复的方法,若仍达不到修复要求,就要考虑采用生态修复的方法。而在生态修复施行之前,先要将环境条件控制在能够利于生物生长的状态。但一般来说,简单地直接利用修复生物进行生态修复,其修复效率还是很低,这就需要采用一些强化措施,进而形成整套的修复技术。强化机制分2个方面:一是提高生物本身的修复能力,二是提高环境中污染物可生物利用性,如深层曝气、投入营养物质、施加添加剂等。

生物强化技术是以现代生物科学为基础，并结合生物工程的相关原理而开发的一项现代技术二该技术所依托的工程原理包括酶、微生物工程等内容。所以，有专家认为生物强化技术领域包括酶工程、基因工程、细胞工程、发酵工程这四项内容。利用基因工程来培育高产、高效和可富集多种污染物的超积累植物,已经成为人工诱导植物修复技术的一个新思路。同时,人们开始在分子水平上研究通过基因工程促进细菌的遗传进化,以满足生物修复工程的需要。

4总结

我国已把生态建设和环境保护列为必须着重研究和解决的一个重大战略性问题,明确提出要遏制生态恶化,加大环境保护和治理力度,在广大城市和农村进行了全面的改革。同时,积极开展了循环经济和建设节约型社会方面的研究工作,实现资源的最大利用和污染物的最少排放。虽然污染环境的生态修复方式和方法有多种,但必须按照自然规律办事,充分发挥生态系统的自我修复能力,同时结合人工调控措施,实施污染环境的生态修复,做到人与自然和谐相处。将分子生物学、环境工程学、基因工程等理论和方法运用于生态修复技术中,交叉综合地运用各学科的知识,保护环境,使自然资源得到有效利用和再生,从而达到建设和谐社会的目标。