生态修复技术（精选12篇）
生态修复技术 篇1
1 圭峰山破损山体的特征和成因
1.1 圭峰山破损山体特征
(1) 破损山体破损面积大, 修复成本高。由于长时间的开采, 形成了大面积的崖壁、岩石以及物理结构破坏的土壤。 (2) 破损山体植草退化严重, 植被种类单一。由于山体边坡的养分、水分供应较差, 植被面临干旱、炎热等威胁, 极难恢复。 (3) 边坡覆土薄, 水土流失程度严重。由于长期开山采挖, 岩石边坡岩石层厚, 整体坡体高陡, 土体中的养分随着时间增长逐渐流失, 导致肥力逐年降低, 山体边坡呈现缺水少土等状态。
1.2 圭峰山破损山体成因
山体资源开发规模迅速扩大;乱采滥挖现象严重;资源利用结构不合理;采矿技术较落后;缺少相关法律法规管理等[1]。
2 破损山体生态修复技术
2.1 破损山体自然做工修复
在开山采石所导致的恶劣生境以及土壤基质中缺少植物繁殖体的影响下, 被开采山区的自然恢复是极其缓慢的。一些破损的山体虽然会因自然演替, 使得某些耐性物种逐渐侵入而实现植物的“定居”, 整体来看, 植被的自然恢复往往需要100年左右, 甚至是数百年。
2.2 破损山体人工辅助修复
2.2.1 土壤修复。
土壤修复技术根据位置变化与否可分为原位修复技术 (in-situ technologies) 和异位修复技术 (ex-situ technologies) [2]。原位修复技术是指对未挖掘的土壤进行治理的过程, 对土壤没有什么扰动;异位修复技术是指对挖掘后的土壤进行处理的过程。矿山的土壤修复主要分为3类:物理修复、化学修复和生物修复。 (1) 物理修复方法主要有:①基本技术, 包括粉碎、压实、剥离、分级、排放等。②客土法, 是指在被污染的部分或全部的土壤表面, 覆盖从外界更换的非污染的土壤。 (2) 化学修复主要包括:①施用土壤改良剂, 其中含有化学肥料、有机物质和粘土矿物或者酸性物质、离子拮抗剂、化学沉淀剂等。②污染土壤固化或稳定化, 即防止或者降低土壤释放有害化学物质过程的一组修复技术。 (3) 生物修复主要包括:①微生物修复, 指在土壤中接种其它微生物, 利用微生物的生命代谢活动, 减小土壤环境中污染物的浓度或者使其完全无害化, 从而使受污染的土壤环境能够部分或者完全地恢复到原始状态的过程。②植物修复, 是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的理论作为基础, 利用植物及其共存微生物体系消除环境中污染物的一种环境污染治理技术。
2.2.2 植被修复。
植被修复被喻为重建生物群落的第一步, 是以人工手段促进植被在短期内得以修复。植被的修复有2种方式:直接植被和覆土植被。直接植被法是指直接在破损山体上种植植物的方法, 这种方法成效慢, 对破损山区地表的破坏不利于植物的生长。覆土植被成效相对较快, 但覆土的成本高于直接植被。因此, 破损山体的植被修复采用折中方式, 在破坏较严重的区域采用覆土植被, 其它区域则采用植被法。
2.3 边坡修复
边坡的生态修复技术较为复杂, 工程量相对较大。根据边坡坡度的不同, 将其分为3类:40°以下缓坡、40~70°的边坡和70~90°的陡坡。 (1) 40°以下缓坡主要采用燕巢法修复技术。燕巢法是指在边坡上安置燕窝状的预制件或者修筑种植穴, 并在预制件或种植穴中放入肥料、营养液等, 为植物提供较好的生长条件。 (2) 40~70°的边坡主要采用基材分层喷射法。基材分层喷射法是指在边坡挂置金属网或者土工格栅, 首先喷射种植土层;第2层喷射混凝土层, 保证混凝土层多空隙;第3层喷射植物种子以及碎木屑等。 (3) 70°以上的断面多数都是石壁, 表面光滑, 无任何土壤或松散基质。对于70°的较陡边坡, 这类边坡一般为岩质石壁, 主要采用植生槽培土植生法和筑台拉网复绿法。植生槽培土植生法是指根据边坡特点, 在石壁上开凿植生槽或者修筑飘台, 填土, 并种植灌木、藤本植物等抗逆性强的植物。
3 总结
由于长期无序的开采, 致使圭峰山的生态环境受到了严重破坏, 环境质量急剧恶化, 生态链遭受破坏, 因此, 生态修复技术的综合利用不但是实现矿山废弃地生态修复的有效途径, 而且还可以实现环境、土壤和生态的综合修复。在破损山体修复目标上, 选择的是“恢复植被、保护生态”, 利用当地乡土树种, 通过草本复绿、草本和灌木复绿、草本和乔木复绿以及草本、灌木及乔木复绿4种生态修复方法, 让本土植物与周围环境融为一体, 使破损山体回归到自然状态。同时破损山体的生态修复不仅仅是靠自然做工修复, 还要考虑人工辅助修复, 通过应用生态修复技术, 让退化的生态环境得到恢复, 让失衡的生态系统得到稳定的发展。
参考文献
[1]袁哲.矿山废弃地的景观重塑与生态恢复[D].南京林业大学, 2013 (6)
[2] 曲向荣.土壤环境学[M].北京:清华大学出版社, 2010 (10)
生态修复技术 篇2
摘 要：河流生态系统受到人类活动的干扰和损害，河流生态系统修复技术日益受到重视。本文介绍国外河流生态修复理念和工程技术的发展历程，阐述我国河流生态修复的现状和实践。通过我国河流生态修复的成功实践案例，对河流生态修复技术和方法进行了简要介绍。
关键词：河流生态修复技术进展
导论
河流是物质流、能量流和信息流的载体，是一个一个连续的系统，同时也是连接生物系统的廊道，河岸植物群落对生态系统起着保护作用。但随着我国经济社会发展、科学技术的进步，人们重新认识和利用河流。从生态、环境保护等多维的角度，系统地研究和整治河流，已经成为水利工作者必须面对的重要课题。
人类活动直接影响着河流生态系统，特别是城市河流生态系统，主要体现以下几方面：（1）人类生产生活排放的废物，主要表现在污水对河流水质的污染；（2）人为对河道状况的改变，如挖砂作业，水泥护岸，河床的硬化以及河道的裁弯取直和断面形式单一化等；（3）对流域内生物组成部分的过度利用，如过度捕捞，流域内植物的破坏等；（4）对水资源的过度利用，使河流的径流量不能满足基本生态功能的需要，如水电站的兴建。国外的研究进展
随着修复实践的开展，河流修复已经从单纯的、结构性修复发展到整个系统整体的结构、功能与动力学过程的综合修复。如Ernst Bitttmann在莱茵河用芦苇和柳树进行生态护坡试验。随着河流生态修复技术方法的日渐成熟，发达国家于20世纪90年代尝试开展流域尺度下的河流生态修复工程。例如，美国已经开始对基西米河、密西西比河、伊利诺伊河、凯斯密河和密苏里河流域进行了整体生态修复，并规划了未来20a长达60万km的河流修复计划。
国外广泛应用于河流修复实践主要有8项措施，这些措施是：（1）恢复缓带；（2）重建植被；（3）修建人工湿地；（4）降低河道边坡；（5）重塑弯曲河谷；（6）修复浅滩和深塘；（7）修复水边湿地、沼泽地森林；（8）修复池塘。国内的研究进展 我国对河流生态修复的研究虽仅有二三十年的时间，我国生态学和水利学的学者开始从不同角度开展河流生态修复研究，探索修复受损河流生态系统的技术手段。董哲仁于2003年提出了“生态水工学”的概念。郑天柱等人分析其修复效果，认为河流流量、含氧量、生物多样性是河流生态修复的关键因素；高甲荣等在分析传统治理概念的基础上，提出了河溪的自然治理原则，并探讨其应用的基本模式。有学者从河流廊道的空间结构和生态功能的分析出发，提出了河流生态修复的概念和技术。赵彦伟等人研究了河流生态系统健康的概念、评价方法和发展方向，提出河流健康评价包括水量、水质、水生生物、物理结构与河岸带5大要素的指标体系。近年来，张博等人研究水培植物对城市污染河道水体净化效果分析，表明水插生根培育的植物对污染水体净化效果良好，可作为城市河道生态修复技术中的生态浮床工程，一种实用的植物培育栽种方式进行推广使用。
目前，不少城市河道对生态河堤的构建，也都取得了良好的生态和社会效益。比较成功的案例有：江苏镇江市运粮河生态堤岸示范工程，长沙市洋湖湿地公园等工程。河流生态系统修复技术 4.1多方位生态修复技术体系
随着城市化进程的加快，河道水环境受到了不同程度的破坏，严重制约了城市水生态的可持续发展。由于各地区河道的污染源不同，污染状况的多样性和复杂性使得单纯依靠物理修复、化学修复或生物修复技术均无法有有效保障河道水环境得到彻底改善。多方位生态修复技术体系，是一种多管齐下的水环境整治模式，以“综合治理、技术集成、统筹管理和长效运行”为基本原则，采取“外源截留、内源控制、人工净化和自净强化”的关键措施。
4.1.1控制污染外源
对水质污染严重的河道必须进行源头治理，控制入河污染物。通过工程措施控制点、面源污染，采取雨污分流排水的方法，来达到减少河流污染的目的。根据河流自净的特点，制定合理的排污计划，包括排污口位置和排污时间等内容，并按照现场的实际情况，对水体的环境容量进行合理利用，从而逐步改善河道水质。
4.1.2内源污染控制技术 内源污染主要指进入湖泊中的营养物质通过各种物理、化学和生物作用，逐渐沉降至湖泊地质表层并积累在底泥表层的营养物质，底泥疏浚是水域污染治理中普遍采用的措施之一，疏浚底泥意味着将污染物从水域系统中清除出去，可以较大程度削弱底泥对上覆水体的污染贡献率，进而解决内源释放而造成的二次污染。物理疏浚的方法较为简单，而且应用已较多。生态疏浚仍处于研发中，但已经有一些生态疏浚的方法和技术被投入使用。随着生物技术的发展，大规模大面积地利用植物、微生物来修复污染底泥前景广阔。综合经济和处理效果来看，底泥修复应发展疏浚和生物处理相结合。
4.1.3河流稀释
通过水量调度、增加污染河段水量来降低污染物质在河流中的浓度，对水质的变化具有决定性的影响。
4.1.4人工强化生物技术
（a）河道曝气、复氧：河道曝气技术即人工向水体充入空气或纯氧，加速水土复氧过程，强化水体的自然净化过程，去除河流中的污染物从而改善河流的水质。利用过水建筑物复氧，利用河水流经过水建筑物时的翻腾、紊动等实现复氧，促进河流的自净，改善河流的水质。
（b）砾间生物膜法：砾间生物膜法主要是以砾石为填料，在其表面形成生物膜，水中的污染物在砾间流动过程中与砾石附着的生物膜接触，被吸附，氧化分解，从而使河流的水质得到改善。
（c）生态浮导技术：生态浮岛对水质净化最主要的功效是，利用水培植物的根系吸收水中的富营养化物质，使得水体的营养得到转移。
4.2一般河道生态修复技术
一般河流生态修复的主要技术方法包括缓冲区地貌、植被恢复和生物强化修复等技术。
4.2.1缓冲区地貌、植被修复
缓冲区是河流生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的一个重要过渡带，受地表水以及地下水的影响具有明显的边缘效应。植被可以通过影响河流的流动、河岸抗冲刷强度、泥沙沉积、河床稳定性和河道形态而对河流生态系统产生很大的影响。同时，合理分布的植物还有助于减轻洪水灾害、净化水体、截留来自农田氮和磷以达到保护水质的目的，并可提供景观休闲场所和多种生态服务功能。
4.2.2生态护坡和生态沟渠
生态护坡是利用石头、木材、多孔环保混凝土和自然材质制成的柔性结构等构建，对河岸进行加固，防止河道淤积、侵蚀和下切，同时多孔护岸材料为植物的生长提供了有力条件，为水生动物提供栖息地。护岸的透水性也保证了地表径流与地下水之间的物质、能量的交换。生物强化生态沟渠充分利用现有沟渠条件，在不同渠段选择利用砾间接触氧化、强化生物接触氧化等措施，逐级净化水质，在达到分级净化水质功能的同时，将净化设施与地表景观融为一体，美化河流景观。
生态护坡是与周围环境相协调，与现代文明发展相适应的开放性生态系统，其设计应综合考虑各方面的因素，遵循水力稳定性原则、生态和谐原则、因地制宜以及经济高效的原则。生态护坡设计的方法与材料主要有四大类，植被护坡、土工材料复合种植基护坡、生态基护坡以及植被型生态混凝土护坡等。结束语
在我国河流生态系统修复的实践中，借鉴发达国家经验的同时，应立足国情，综合考虑我国的发展状况以及自然条件，研究适合的战略方针、理论技术。应充分利用生态系统自身的调控功能，实现生态系统的自我修复，重点是减轻对河流生态系统的胁迫，包括治理和控制水污染，保持最低生态需水量等。在不断探索河流生态修复技术的同时，还应加强对修复后生态河流的维护和管理，从而实现河流生态系统长期的健康和稳定。
参考文献
生态修复技术 篇3
关键词：生态修复;河流治理;设计;应用
0 引言
河流原本是陆地上蕴含丰富的淡水自然生态系统，随着城市化发展和人口快速增长，人类对土地资源和水资源需求不断增加，导致河流生态系统遭到严重破坏。河流治理很早就开始了，起初人们看重的是河流自身功能的体现，如防洪、排涝、灌溉、养殖、航运等，河道整治主要从工程结构上考虑问题，注重施工效率和工程效果，表现在渠道化、硬岸化，破坏了河岸的过滤效果和河流的自净能力，也切断了河水与驳岸的自然生态链;河道裁弯取直，改变了河流自然形态，看似流水通畅了，行洪能力提高了，实则河水流速增加，洪峰提早出现，滞洪能力大为削弱;河道断面形式单一，不仅景观效果差，也破坏了河流生物多样性，因为河滩、湿地和深潭本是生物群落的栖息地，改造成统一、规则的梯形断面，这些都不复存在了。从上世纪60年代起，欧美国家发起新的河流整治理念，重视河流的自然形态和生态功能，通过拆除河道硬质衬砌、恢复河滩湿地、再现蜿蜒河流等措施，重现河流的自然景色和生物多样性，80年代后这种理念被亚洲的日本、韩国所接受，开展了一系列的河流整治活动，例如韩国河流生态修复起步虽晚，但很多理论已被应用到河流整治中[1]。我国传统河流整治观念的改变是进入21世纪开始的，当时的初衷是改善城市面貌、提高城市环境质量、利用城市滨河空间和带动沿河经济发展等，但通过生态修复治理水质的重要性并没有引起足够重视，而且普遍的问题是尽管强调生态治理的重要性，然而技术上缺乏可操作的具体措施，并且许多人对于生态修复的认识仅停留在景观再造上，简单的以为生态修复就是河岸绿化和设置一些亲水空间，完全不考虑河道的基本情况和功能定位[2]。因此，本文对生态修复技术及其在河流治理中应用进行了探讨。
1 生态修复技术原理及其适用性
1.1 生态修复与生态修复技术
所谓生态修复，是在生态学原理指导之下，以生物修复为主要手段，辅以物理修复、化学修复及其他工程技术措施，并将它们优化组合成为耗费最省、效果最佳的环境污染治理的综合修复方法。生态修复技术就是以生态修复理论为基础，针对各种退化环境特点，采取适应当地生态环境修复的技术[3]。生态修复技术包括单项生态修复技术和复合生态修复技术两大类，前者主要包括植物修复技术、微生物修复技术和化学修复技术三种单项修复技术;后者是将各种单项技术进行组合，例如化学-生物修复技术、植物-化学修复技术、植物-物理化学修复等。由于生物修复非常复杂，单项修复技术往往修复效果不佳，所以将不同单项技术联合起来可以取长补短，综合效果显著。河流是陆地水环境的重要组成部分，针对河流生态环境特点采取的生态修复技术即为河流治理生态修复技术。
1.2 河流治理中的生态修复技术
在河流治理中，主要采用缓冲区恢复、植被恢复、河道补水、生物-生态、生境、水生生物群落等修复技术，适用于中小河流治理[4]。缓冲区是河流与陆地之间起到缓冲作用的漫滩、湿地等区域，通过恢复缓冲区不仅能滞洪和蓄洪，也起到沉淀、过滤和净化洪水的效果，为野生动植物提供栖息之地，恢复生物多样性。植被恢复是河流治理的主要技术手段，可改善河道形态，净化河水并减轻洪水威势。河道补水的途径有扩大水库泄流量、引水、污水回用等，通过增加河流流量可以更好地发挥河流的生态功能。生物-生态修复技术包括河流人工曝气、疏浚底泥、建设河道生态塘（渠）、微生物强化（投菌）、生态护岸等技术，可以改善水生物生存环境、增强河流的生态处理能力。生境修复是恢复河流自然景观、生物多样性的重要技术措施，包括恢复浅滩、再造深塘、恢复河流蜿蜒形态等。天然河流里存在着各种各样的水生生物群落，由于不合理的河道治理破坏了水生生物生存环境，导致大量水生生物群落消失，修复水生生物群落即利用适宜的乡土品种优化群落结构，建立生产者、消费者和分解者完整有效的食物链结构，恢复水体自净能力。
2 生态修复技术在河流治理设计中的应用
2.1 设计原则
应用生态修复技术对河流进行治理应遵循自然循环、生物多样性、功能需求主功能优先及多功能协调、景观美化、治理分时段河段细化、综合效益最大化等原则，治理效果的评价应以社会合理、生态合理、环境合理、操作合理等指标进行衡量。社会合理即工程应抗冲、耐久，并具备适当的景观与亲水效果、休闲功能等;生态合理即水生生物丰度高、河流流速分布多样化、滨河植物生长良好、生物通道畅通、生态系统自我修复功能良好等;环境合理包括水流结构多样化、水体净化能力强、工程透水性良好;操作合理即取材环保、材料加工环保、施工简单易行、避免水土流失、施工对水生生物影响小、河流维护方便、造价合理等。
2.2 河道断面设计
河道断面形式是影响河流生态功能的关键因素，其中横断面关系到河槽、滩地、河岸植物群落结构和河流湿地的恢复，而纵断面影响河流沿线纵比降、跌水、深潭等流速多样性，对鱼类洄流、繁衍有重要影响[5]。
河流横断面有复式断面、梯形断面和直墙河道（矩形断面），其中复式断面生态性最好，梯形断面较差，直墙河道最差，所以应首选复式断面，在地形受限条件下可以选用梯形断面，尽量避免直墙河道。在设计河流横断面时，滩地高程被高潮水位的淹没深度不应超过1.2～1.5m。复式断面第二台阶岸墙高度不应超过2.5m，否则应设置第三台阶。河岸与滩地宽度应满足行人安全要求，城区河滩宽度不得小于1～3m。为了改善视觉效果，河道宽深比应在3以上，当宽深比在8以上封闭感就会消失。生物廊道宽度根据保护的水生生物而定，无脊椎动物的生物廊道宽度应在3～12m;鸟类迁徙、小型哺乳动物与鱼类觅食廊道宽度应在12～30m;野生动物廊道应在30～60m。
河流纵断面沿线比降超过3%时，应考虑采用人工阶梯深潭结构，也可以采用鱼道和阶梯跌水结合，以缓解水流对河道的冲击。当沿线比降在1%～3%时，可采用透水堰、阶梯跌水、河底修复等辅助措施来缓解水流对河道的冲击。应拆除不必要的水坝、高堰、橡胶坝等设施，少设置节制闸。河道两头的防洪闸、防潮闸应为常开状态，并进行适度调节。
2.3 生态护岸构建方法
生态护岸是在保持边坡形态稳定的基础上，利用植物或结合工程技术措施对河道坡面进行防护的一种新型护岸形式，其构建方法是对硬质护岸进行生态修复改造。图1是生态护岸的各种构建方法。（a）设置了深潭、浅滩和人工湿地;（b）将0.8～1m石块埋入河床和河滨带，有利于鱼类繁衍;（c）利用球状生态混凝土进行修复;（d）是景观型多级阶梯人工湿地护岸的一种做法;（e）不拆除硬质护岸而开新槽并种植辊式植被的方法;（f）是在混凝土护岸上开设凹槽，再回填土壤和碎石，以利植物种植。
3 结语
对河流进行生态修复是一个复杂的系统工程，涉及到水利工程学、生物学、生态学、环境科学、城市规划与城市园林等众多学科，由于对生物学、生态学及可持续发展理论缺乏深入的理解和运用，我国当前许多河流治理仍停留在景观改善、带动周边经济发展的层面上，因此在河流治理中应积极吸取国内外成功经验，并结合河流特点采用切实可行的技术方法。
参考文献：
[1]陈兴茹.国内外城市河流治理现状[J].水利水电科技进展，2012，32（2）：83-88.
[2]刘辉，何争妍.利用水生态修复技术治理杭州河道水质的对策与建议[J].杭州农业与科技，2009（1）：13-15.
[3]王健胜，刘沛松，杨风岭，等.中国生态修复技术研究进展[J].安徽农业科学，2012，40（20）：10554-10556.
[4]袁卫玲.关于中小河流治理中的生态修复[J].湖南水利水电，2013（5）：70-72.
镁矿矿山生态修复技术研究初探 篇4
1 开展矿山废弃地生态修复研究的意义
矿山废弃地会对周围地区的环境产生严重的影响。没有覆盖的疏松堆积物在风力和水力的作用下, 水土流失加剧, 土地沙化, 大风时灰尘飞扬污染环境, 影响农作物生长和人类健康, 暴雨时会冲积大量泥沙而堵塞河道、破坏水利设施。另外, 矿山废弃物中往往含有各种污染成分, 会侵入地表及地下水, 造成土壤和水资源的污染, 导致土壤质量下降、作物减产、生态平衡遭到破坏甚至危害人类生存和健康。据有关资料显示固体废弃物的污染可持续500年之久, 未经处理的尾矿污染物也可达到100年以上, 更有资料表明, 我国每年因固体废弃物污染环境所造成的经济直接损失超过90亿元, 间接损失约300亿元。因此矿业废弃地的生态修复, 既是一项当前保护和改善人类环境的工作, 又是一个长久造福子孙后代的伟大事业, 对于我国人均占有耕地面积很少的现状尤为重要。
2 我国矿山废弃地生态修复的研究现状
矿产资源开采所引发的环境污染和生态破坏问题, 是当前人们十分关注的环境保护重要内容之一。改革开放以来, 由于经济的高速发展, 工业原料、能源的需求量日益增大, 合理开采矿山资源为振兴地方经济起了重要作用。但矿业生产过程又是一个破坏生态环境的过程, 伴随这个过程而产生的地貌变迁、土壤侵蚀、大气和水体污染、生态失衡、农业生产受损甚至引发社会纠纷等问题, 已严重影响了人们的生活, 破坏了经济的可持续发展。
近代我国矿山水土流失综合治理技术研究工作开始于20世纪50年代末60年代初, 是随着国民经济和社会主义建设的发展自发开展起来的。20世纪80年代, 许多矿区都已经相继开展了一些矿山水土流失综合治理技术, 并积累了很多宝贵经验。20世纪70年代, 我国东部平原煤矿矿区零星地开展了沉陷地的生态恢复工作, 生态恢复后的土地和水面用于建筑、种植水稻和小麦、栽藕或养鱼等。2 0世纪80年代以来, 我国矿山水土流失综合治理技术工作取得了较大进展, 但从总体上看, 矿区环境的恶化趋势还没有得到有效的遏制[1]。1988年10月我国《土地复垦规定》的出台, 使我国矿山水土流失综合治理工作步入了法制轨道, 矿山废弃地恢复的速度和质量都有较大的提高[2]。从1989年到1991年, 国家土地部门先后在河北、江苏、安徽、山西、湖南、辽宁等省开展了23个土地生态恢复试验点, 至1992年底己生态恢复的土地达3.3万hm2, 1994年国家又在江苏铜山、安徽淮北、河北唐山创建了三个生态恢复综合示范工程。各地矿区、当地土地管理部门为取得大量生态恢复的经验和推广生态恢复理论及技术成果, 也建立了许多生态恢复的示范基地。20世纪80年代初, 矿山废弃地生态恢复率在0.7%-1%, 在80年代末期的生态恢复率为2%左右, 90年代的生态恢复率达13.33%。我国有关废弃地生态恢复的理论研究起步于20世纪80年代, 90年代以后才初具规模[3]。
近十年来, 矿山废弃地生态恢复的研究有了突飞猛进的发展。主要的研究机构有:中国矿业大学、山西农业大学、中山大学和香港浸会大学等。形成的两大研究领域是:以中国矿业大学和山西农业大学为代表、以煤矿废弃地为对象、以土地利用为主要目的的生态恢复理论与技术研究;以中山大学和香港浸会大学等为代表、以有色金属矿山废弃地为研究对象、以环境污染的控制和自然生态系统的恢复为主要目的的理论与技术研究。在煤矿方面, 中国矿业大学对开采沉陷耕地破坏的机制及其生态恢复提出了一些新技术。
3 镁矿废弃地的特性
近年来, 随着经济的发展, 很多地区尤其辽宁省菱镁矿区的乡镇工业迅速发展, 菱镁矿煅烧排放粉尘日益增多, 尤其是在滨海地区土壤盐碱化严重、降水量大的条件下, 难以复垦的镁矿矿区对周边环境影响巨大, 使得滨海地区镁矿矸石山复垦技术研究成为近年来的一个主要研究热点和难点问题。菱镁矿粉尘进入土壤后会使土壤生产力降低, 土壤质量恶化。粉尘污染土壤后, 会引起土壤的一系列变化, 如土壤中磷素及多种微量元素的有效性降低, 土壤中植物营养元素比例失调, 粉尘污染土壤也使土壤理化性质恶化, 土壤颗粒分散性增强, 结构破坏, 孔隙度降低, 渗透性能下降, 从而影响土壤中植物的生长, 减慢光合作用速率和希尔反应幅度, 使耕地大面积减产, 甚至撂荒, 造成巨大的经济损失。长期吸入粉尘能引起多种疾病, 危害人类健康和生命。
4 国内外关于镁矿废弃地研究的现状
国内外针对煤矿、铁矿等矿山恢复技术的研究相对较多, 但关于菱镁矿污染及修复的研究还处于初步了解阶段, 从本世纪30年代, 国外的一些土壤工作者开始对镁质碱化土壤进行研究, Caboun等 (1996年) 研究了斯洛伐克Jelsava-Lubenic地区菱镁矿粉尘污染的影响, 结果表明, 在受到菱镁矿粉尘高度污染的地区, 排除粉尘再入。无疑, 这些早期的生态恢复实践积累了一些宝贵的经验。20世纪80年代以后, 在较大规模理论和政策的介入下, 情况有了很大改观。
生态修复技术 篇5
水生态修复技术应用现状及发展趋势
目前我国水生态系统受损严重,超过60%的河流、湖泊和湿地生态系统的.结构和功能遭到不同程度的破坏.随着水生态修复理论的不断完善和深入,近年来水生态修复技术发展较快.
作 者：廖文根 杜强 谭红武 朱瑶 李国强 作者单位：中国水利水电科学研究院水环境研究所 刊 名：中国水利 PKU英文刊名：CHINA WATER RESOURCES 年，卷(期)：2006 “”(17) 分类号： 关键词：生态修复技术 篇6
关键词:景观水体生物操控生态修复
中图分类号:X524文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)05(c)-0125-01
The application of bio-manipulation technology on ecological restoration of scenic waters
Abstract:Scenic waters in cities were often excluded from outside water sources;lack of water circulation and accumulation of pollution substances resulted in ecological imbalance and the loss of landscape value.In this study,we applied the technology of water circulation to celebrate water mixing and enhance the growth of phytoplankton and their capacities of absorbing pollutants in waters.It could be a new integrative approach of restoration in scenic waters.
Key words:scenicwater,bio-manipulation,phytoplankton,Cladocera,filter-feeding fish,ecological restoration
城市景观水体与外围水网的隔绝,面源污染的不断汇集使水体受到污染,结果导致水质恶化、生态系统结构退化并失去景观价值。本试验是在静态水体中使用Solarbee太阳能循环增氧装置(美国Pump System Inc公司)连续对水体进行增氧以提高自净能力,并在水质许可和生物群落转化的“节点”适当投放鱼类,达到治理污染和恢复生态的双重目标。
1 材料与方法
1.1 试验设置
试验在张家港市万红苑小区的人工河塘内进行,时间为2009年3月至2009年9月。安装一台太阳能循环增氧装置,每天运转20小时。在4月10日枝角类大量繁殖时期向试验水体中投放鳙鱼(10g/m2)和鲫鱼(30g/m2),并于6月16日轮虫大量繁殖期间投放观赏鱼(75g/m2)。
1.2 水体中总氮、总磷的检测方法
总磷的测定:钼酸铵分光光度法(GB11893-89);
总氮的测定:碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度法(GB11894-89)。
1.3 浮游生物的检测方法
分别用13号和25号浮游生物网采集水体中的浮游动物和浮游植物,鲁戈氏液固定,使用浮游动物计数框和浮游植物计数框对采集水样进行取样计数,取样5次,取其平均值。
2 试验结果
2.1 浮游藻类的变化趋势
水体中的浮游藻类多达27种,试验之初万红苑小区池塘的蓝藻组成以小颤藻和微囊藻等蓝藻为主,至试验后期则以小色球藻为主,色球藻个体非常小(5μm左右),其巨大的个体数量不足以代表其有巨大的生物量。另外,小色球藻为单细胞分布的,与微囊藻的群体状态不同,很少浮到水面上,并且其个体较小可以被浮游动物(轮虫,枝角类等)取食而进入食物链。
2.2 万红苑小区池塘水体中主要浮游动物类群的变化趋势
本试验水体中的主要浮游动物类群以枝角类(以鸟喙尖头溞(Penilia avirostris)为主,其密度在试验开始时出现快速上升,与水体循环增氧曝气后溶解氧增加、枝角类得以快速繁殖有关,高密度的枝角类抑制了藻类的生长。
当富营养化物质(污染物)被藻类吸收,并被转化到枝角类体内后,鱼类的捕食作用进一步将这部分物质转化富集到鱼类组织中,而不是由于枝角类因耗尽藻类而死亡后把污染物重新释放到水体中。
2.3 试验水体中的总氮与总磷的变化趋势
总磷的趋势与总氮的变化趋势相仿,但是在试验后期的起伏高于总氮,主要是动物排放的氨氮、尿素(酸)等可以被浮游植物直接吸收,而所排放的颗粒有机磷必须被分解为无机磷后才能被吸收,因此水体中的磷存在着排放与吸收的时间差;同时水体生物群落的不同浮游动物种群的变化并非一致,引起氮、磷的含量在一定小范围的浮动。藻类对氮、磷吸收作用是氮磷含量下降的主要原因之一,该过程已經被多方面的试验所证明,藻类吸收氮磷的特性因此经常被应用进行污染水体的治理和生态修复工作。
3结论
本试验的结果表明,连续循环增氧通过增加水体中溶解氧并破坏静态水体的分层现象,有效提高了水体浮游藻类的多样性,促进藻类对污染物的吸收;加快氮、磷及其它污染物质通过“藻类—浮游动物”生物链向更高营养等级的转化。
由此可见,循环增氧技术与生物操控技术的综合应用,可以快速有效地改善水体的水质状况,并通过人工补充缺失生物延长食物链,形成可持续的转化和富集污染物质的人工生物链条,建立长期稳定的人工生态系统是景观水体生态修复的最终目标。
参考文献
[1]刘军,徐亚同,陈洽群等.城市半封闭河道水体生态恢复试验[J].环境污染治理技术与设备,2006,7(9):28-20.
[2]孙从军,张明旭．河道曝气技术在河流污染治理中的应用[J]．环境保护,2001,(4)12-20.
[3]张丽彬,王金鑫,王启山等.浮游动物在生物操纵法除藻中的作用研究[J].生态环境,2007,16(6):1648-1653.
[4]王吉桥,赵睿,高峰.不同食物和光照时间对黑龙睛金鱼体色和生长的影响[J].中国观赏鱼,2002(2):24-26.
[5]章宗涉,黄祥飞.淡水浮游生物研究方法[M]．北京:北京科学出版社,1991:333-371.
生态修复技术 篇7
太湖流域污染始于20世纪70年代,到90年代,太湖水质已基本为Ⅳ类,富营养化程度较高。1990年夏季,太湖流域蓝藻爆发,影响水厂取水,造成直接经济损失1.9亿元;2007年5月底,蓝藻再次大规模爆发,蓝藻水华面积达全太湖的三分之一。自1995年太湖被列入国家“三河三湖”水污染防治工作重点以来,治理工作已开展了近20年,但水质恶化趋势并没有得到有效遏制,边治理、边污染的现象依然存在。造成这种现象的原因很多,包括:由于缺乏生态补偿等激励机制,导致各地区奉行地方保护主义,治理步调不一致;在点源污染得到重视的情况下,面源污染治理严重滞后,尤其是生态修复等能有效治理面源污染的技术没有得到广泛应用。为实现点源污染、面源污染共同治理,推进太湖流域合作治污,提高太湖流域治理的整体效率,本文在引入生态修复技术的基础上,提出了一套太湖流域污染治理生态补偿方案。
1 国内外研究综述
生态修复作为一种新型的污染治理方式, 正逐渐受到国内外学者的关注,已筛选出多种对富营养化水体治理效果显著的植物,如:芦苇(Phragmites)、香蒲(Typha)、菖蒲(Acorus)、千屈菜(Lythrum salicaria)和美人蕉(Canna indica)[1,2,3,4]。胡萍等阐述了植物修复的机理、优越性和实现途径[5]; 江惠霞等介绍了河流生态修复技术的发展和运用,指出我国在河流生态修复领域存在的问题[6]; 魏瑞霞等研究了应用植物浮床后唐山市南湖公园水体水质的变化情况,证实了植物修复技术对富营养化水体的显著治理效果[7];吴湘等研究了凤眼莲、黄花水龙、空心莲子草、水鳖和四角菱5种不同漂浮植物对富营养化景观水体的净化效果[8]; 韩潇源等对比分析了不同水生植物组合对氮磷水体净化效果的影响[9]。但目前生态修复方面的研究多集中于物种选择,关注生态修复技术的改进,较少考虑生态修复技术的应用对流域治理成本的影响。并且,不管采用何种治理技术,流域污染治理总是伴随着外部性问题,为解决这一问题,实现外部性内部化,流域生态补偿正逐渐应用到流域污染治理中[10,11]。山东省2007年出台政策对退耕(渔)还湿的农(渔)民,按农(渔)民的实际损失给予生态补偿;江苏省2008年开始按照水污染防治的要求和成本,将区域补偿标准暂定为:COD、氨氮、总磷每吨分别为1.5万元、10万元、10万元。由于缺乏一致可行的生态补偿标准,流域生态补偿实践相对较少,因此,实现生态补偿机制的有效推广亟需建立一套科学合理的生态补偿标准。许多研究通过采用WTA、WTP、调查询问的方法评估上下游地区对水质改善可接受的生态补偿标准[12,13,14,15],但这类方法主观性大,其公平性遭到生态补偿参与方的质疑。王飞儿等以钱塘江流域为例,通过交界断面水质达标状况及年通量确定相邻行政区水污染生态补偿额[16];赵来军以太湖流域为例分别构建了太湖流域跨行政区生态补偿合作平调模型和生态补偿转移税协调模型,提出相应的补偿方案[17,18],但适用于治理分散的面源污染的生态修复技术未作考虑。本文针对面源污染和点源污染共存的现状,通过将生态修复技术与目前广泛采用的工业污水处理技术、城市污水处理厂治理技术相结合,构建太湖流域污染治理生态补偿模型,确定生态补偿方案,促进合作治污。
2 太湖流域合作治理生态补偿模型构建
2.1 太湖流域污染治理结构描述
赵来军根据我国大型流域污染物高度人为调控的非畅流特点, 提出了污染物人为调控和分离处理等基本假设[17,18],本文在此基础上,针对面源污染治理,基于苏、浙、沪采用生态修复技术成本函数相同的假设,对引入生态修复技术的太湖流域污染治理结构进行描述,如图1所示,其中工业污染源、城市污染源及面源污染分别用“工业”“城市”“面源”简化代表,工业污染可经初步处理后排入城市污水管道,但反之不可;工业污染和城市污染处理达一定标准后均可排入流域水体,与面源污染合并治理,但反之已形成的面源污染不能倒流回城市污水处理厂或工厂进行处理;上游地区江苏可通过多削减本地区的污染物,为其下游地区上海和浙江提供更高的水质,相当于江苏为上海、浙江提供了更多环境容量,确保不会发生跨界污染。
太湖流域横跨江苏、浙江、上海两省一市, 分别用下标i=j,z,s表示; 各地区污染物主要由工业污染、城市污染和面源污染构成,分别用下标t=f,u,r表示; 各地区采用工业污水处理设施、城市污水处理厂和生态修复的方式进行污染物削减,分别用下标k=g,c,w表示。各变量定义如下: C(P)为太湖流域污染物削减总成本; C(Pik)为i地区采用k种处理方式进行污染物削减的成本;Pik为i地区采用k种处理方式的污染物削减量;Qit为i地区t种污染源的污染物产生量;Qimax为i地区污染物允许排放量;Li为i地区河道长度;μ为生态修复带的宽带;α为单位面积生态修复带的污染物削减量;βi为i地区工业污水的工厂自行处理系数,βi<1; δi为i地区城市污水处理厂处理系数,δi<1; MUik、MLik分别为i地区采用k种处理方式的处理能力上、下限;Rii*为i地区因向i*地区转移污染物而支付给i*地区的生态补偿额,i≠i*; Ciold、Cinew分别为i地区实际方案、优化方案下的污染物削减成本;Tiold、Tinew分别为i地区实际方案、优化方案下的污染物削减量;Tii*为i地区向i*地区转移的污染物量,即i地区向i*地区购买的排污权。
2.2 构建模型
太湖流域合作治理是在确保流域水质总体达标的情况下,以流域治理成本降低为目标,充分发挥苏、浙、沪的治理成本优势,合作治理。太湖流域某污染物的削减总成本为苏、浙、沪两省一市的削减成本之和,如式(1)所示:
模型的目标函数是整个流域削减总成本最小, 即为:minC(P)。
根据太湖流域治理要求和假设条件,确定以下约束条件:
①太湖流域苏、浙、沪合作治污,共同完成国家规定的污染物削减总体指标,因此:
②各地区各种治理方式的污染物削减量大于0,即:
③各地区采用生态修复技术的污染物削减量与河道长度、生态修复带宽度及单位面积生态修复带的污染物削减量有关,即:
④由于工业污水处理设施无法完全消除污染物,因此,工业污水处理设施承担的削减量小于工业污染物产生量,即:
本文βi取0.8。
⑤经初步处理的工业污水、未处理的城市污水经城市污水管道运送至城市污水处理厂,由城市污水处理厂进行集中处理,但城市污水处理厂无法将污染物完全削减,因此,城市污水处理厂的污染物削减量小于所接收的污染物总量,即:
本文δi取0.85。
⑥工业污水处理设施、城市污水处理厂的实际处理量受设备运转要求及最大可处理量的约束,有上下限要求,即:
⑦由于不允许产生跨界污染,各地区只能削减自己产生的污染物,而上游城市可通过多削减本地区产生的污染以超额完成减排任务,给下游城市提供更多的纳污能力。因此,各地区的污染物削减总量应当小于其污染物总产生量,且上游城市江苏削减总量应当大于其削减任务量,即:
由此,得到引入生态修复技术的太湖流域污染治理合作模型:
为促进优化方案的有效实施,应制定相应的生态补偿方案,合理分配经济利益,全面调动太湖流域各地区参与合作的积极性。生态补偿额主要由削减费用和激励费用构成:削减费用是污染物转移至接受方后接受方代为处理的费用;激励费用是为激励流域内各地区参与流域优化治理支付的参与奖励。激励费用主要来源于优化治理节约的成本,流域治理的各参与方通过一定的利益分配原则获得相应的激励费用。本文采用“节余成本均分法”进行激励费用的分配,即参与污染物转移的各交易方平均分配通过污染物转移所获得的净收益。由此,得到各地区相应的生态补偿额,如式(11)所示。
2.3 生态修复技术参数确定
(1)单位面积生态修复带的污染物削减量α的确定
单位长度河道植物带的污染物削减量与所选择的植物直接相关, 美人蕉、香蒲、菖蒲、水芹、黄花水龙、凤眼莲等植物的污染物削减效率相对较高[8,19], 同时, 这些水生植物还可作为河道景观植物发挥美化环境等作用。 本文选取美人蕉作为太湖流域生态修复基准植物进行成本、效果核算。根据卜发平等的实验数据,结合Δp=a·V·θ/b确定削减效果,其中Δp为每株美人蕉在生长稳定期平均每天可去除微污染水体中的污染物量,a为进水水体中某污染物的平均浓度,V为日进水量,θ为生物浮床对某污染物的平均削减率,b为生物浮床的植物总株数。以COD为例,ΔpCOD=6.7×2.4×103×39.3%/(2.5×2×45%×16)=175.54mg,同理每株美人蕉分别削减TN、TP各27.84mg和4.63mg[20]。假设美人蕉每年的稳定生长期为4~10月, 共200天, 则每平方米种植16株美人蕉的生物浮床每年可削减COD、TN、TP各561728mg、89088mg和14816mg。
(2)生态修复技术成本的确定
针对目前太湖流域部分水体污染严重的现状,采用植物修复作为生态修复的主要手段,以平面浮床作为水面植物的载体。采用该技术的成本主要由浮床的构建成本以及植物的种植成本构成。
①生物浮床由毛竹等天然材料构成支架,以2005年市场价计,平面生物浮床2m×2m的成本为50元/个。生物浮床的安装、维护、拆除费用约为2元/(m2·y)。
②选取美人蕉作为植物修复技术的基准植物,种植第一年购买水生美人蕉根块,通过陆地栽培后移入生物浮床支架节点间,种植第二年开始,采用上年末挖出保存的块茎进行栽植。第一年根块购买费用为0.8元/个,其后每年块茎的收割和保存费用计入生物浮床维护成本。
生物浮床每批使用年限以3年计,美人蕉根块可重复种植年限以15年计,考虑折现率6%,则生物浮床单位面积的年成本c计算如式(12)所示。
生物浮床选用美人蕉作为生态修复的植物,不仅具有污染物削减的作用,同时兼具景观价值、生物多样性价值等其他价值,因而作为功能之一的污染物削减功能所承担的生物浮床费用为γc(0<γ<1,与所选植物的景观价值等其他价值成反比)。水生美人蕉γ取0.1,则每平方米种植16株水生美人蕉的生物浮床削减COD、氨氮、总磷的总成本为0.622元/(m2·y)。
3 太湖流域生态补偿方案分析
3.1 补偿原则
为确保生态补偿机制的科学、有效,提升流域各地区参与生态补偿的积极性,生态补偿方案的确立需要遵循一定的原则。
①公平原则。
流域地区间的利益公平问题是生态补偿机制的核心问题。秉持着各城市间公平、人人公平的原则,过多占用资源的地区需向其他地区付费。同时,建立公平、合理的生态补偿机制,使合作效益在各地区间公平分配,是确保生态补偿机制长期有效运行的重要保证。
②“谁污瓤、谁受益,谁补偿;谁保护、谁损失,补偿谁”的原则。
污染者会对流域水环境、流域周边生态结构、城市发展造成影响或损失,需向受污染者支付一定形式的补偿;流域各地区治理力度差异较大,为保持治理投入者进行流域治理的长期积极性,降低“搭便车”行为,未充分履行治理责任的地区需向超额完成治理任务的地区进行一定补偿。
③多种补偿方式相结合的原则。
目前,生态补偿的实践还处于起步阶段,补偿方式多以经济补偿为主,形式过于单一。参与生态补偿的双方应根据自身的优劣势情况,拓展补偿方式,采用技术支持、合作开发等新的补偿方式实现更高效的合作。
3.2 补偿标准的确定
结合《太湖流域水环境综合治理总体方案(2007-2020年)》《太湖水污染防治“十五”计划》以及苏、浙、沪的环境统计年鉴等数据,确定2005年太湖流域苏、浙、沪两省一市COD实际产生量、允许排放量、工业污水处理设施及城市污水处理厂的处理能力,如表1所示。
根据赵来军回归分析得到的2005年苏、浙、沪的工业污水处理设施、城市污水处理厂污染物削减成本函数[17],结合采用生态修复技术的治理成本,构建太湖流域污染治理合作模型如下。
通过对上述模型求解可得到引入生态修复技术后太湖流域污染治理优化方案,对比2005年实际污染物削减方案、未引入生态修复技术的合作治理优化方案,如表2所示。分析可知,引入生态修复技术后对太湖流域治理方案进行优化,治理成本不仅大大低于现有治理方案的治理成本,而且可以明显低于未引入生态修复技术优化方案的处理成本。
对比2005年太湖流域实际治理方案和引入生态修复技术后的优化治理方案, 结合“节余成本均分法”, 确定2005年太湖流域COD治理生态补偿方案, 如表3所示。
4 结语
通过构建引入生态修复技术后的太湖流域污染治理生态补偿模型和COD削减实证分析可以发现:苏、浙、沪两省一市合作治污可降低太湖流域总体治理成本,引入生态修复技术可进一步降低污染治理总成本。因此,在太湖流域采用种植水生植物等生态修复方式,不仅能发挥植物的城市景观作用,而且能够降低流域污染物削减成本,提高治理效率,值得推广。
河流生态修复技术的应用与实践 篇8
关键词：河流治理,生态修复技术,措施
当前的河流生态治理主要是应用传统的方法,传统的方法在根本上已经无法满足社会发展的需要,特别是在环境治理方面,难以实现资源的科学配置。笔者针对河流生态修复技术的应用与实施要点提出一些意见和建议。
1 当前河流治理的现状
当前,我国河流治理的主要考虑的是河流的通畅。对于合理的治理一般的经验就是利用建筑设施来改变河流的流向,根据河流改道以及河流内的物质改善来提升水质。尽管这种做法对于提升水质具有一定的影响,但是真正意义上对于河流的生态修复意义不大。河流治理在我国当前的生态系统构建下,一方面要改变水域的流向,在水域的流向变化以及生物群落的栖息方面,也要做到优化环境。
2 生态修复技术在河流治理中的实施要点
在生态修复技术的实施过程中,首先要做的是做好必要的科学调查。在调查的前期,要根据河流的流向,水域的实际情况来制定相应的建设选址意见书。根据河流的水文条件、生态环境条件以及河流运行的改变规律和趋势来进行现场化的管理。另外在这个过程中要考虑到施工队河道治理的影响,要充分根据水位的高低所产生的影响来强化河流治理的生态化规律和季节性的治理要点;第二要考虑生态环境的改善。在生态环境的改善中,要充分考虑生物的生存环境和植物的植被不遭到破坏,在不同区域要根据植物或者动物的喜好设立不同的休息区,而且要通过科学的检测来判断整个项目施工对生物群体的影响;第三要充分考虑到植物种类的优选和配置。
3 河流生态修复技术的主要内容
3.1 建设形态多样的河流
河流形态的多样性,主要的方法就是恢复河流的生态系统,一方面要放置河床的樱硬化和材料的混杂,要恢复河流的科学性和生态性。在河床的构建过程中,要注重尽可能保持生态良好的环境,还要根据河流的蜿蜒性要保持多样化的生态形态。在横向上,要构建对合体具有保护作用的设施,有条件的地方尽可能的设置一些保护的设施,比如说河流的回水窝、马道等等。另外要注重推广“季节性河流”。要根据不同季节的气候结构来增加生物的生活条件,要加强改善当前一些地方为了美观而改变的河道路面硬化的现象,尽可能的还原生态,促使生态化的水草、柳树以及其他的植被能够成为生态修复技术的主要辅助手段之一。
3.2 提高植物群落的多样性
植物群落的选择上,主要包括以下两个方面:要选择具有质地优良的品种,而且要选择成活率较高,对土壤有较好的适应能力。但是还要考虑植物对土壤有较好的稳固能力。对于选择的植物还要根据不同季节的变化,来体现植物群落对河流的生态保护作用。植物的类型搭配,应根据不同植物的生长季节、特点,充分考虑植物对光照、水分、营养的不同需求,进行群落结构优化。
3.3 营造生物群落的多样性
运用生物系统的自然化改造是生态修复技术的主要特征。河流的生态治理要确保多种生物的生长和生活条件的适应。一方面要将植物延伸到水中,创造水中微生物的繁殖条件,但是又必须考虑水中微生物对岸上植物的适应性,两者的适应性还是相当重要的。使之相互形成依赖的关系和生存的条件,生物体系才能均衡;再一方面是要通过生态修复技术来改善生物的循环链的结构改善,根据生物结构的变化,要将一些抗冲击的植物种植到河流水道内,但是这些植物要在生物链的中端,其繁殖速度和被食用的速度基本持平,而且要具有一定的生长期。过了生长期才能产生作用。水中投放一定数量的鲫鱼、鲤鱼等鱼类;有条件的地段铺垫鹅卵石等过滤材料,养殖螺蛳、贝类等水生动物,增加水体净化能力。
河流的生态治理是将生态修复技术有机的应用到河流的治理工作中,不依靠传统的建筑方式,不依赖物理以及化学方式,主要是以生态技术为,这也在一定程度上规范了生态修复技术的应用,同时,也实现了河流治理的生态化改进。
参考文献
[1]杨俊鹏,王铁良,范昊明,苏子龙.河流生态修复研究进展[J].水土保持研究,2012(06).
[2]陈兴茹.国内外河流生态修复相关研究进展[J].水生态学杂志,2011(05).
河流型饮用水水源生态修复技术 篇9
修复被定义为把一个事物恢复到先前的状态的行为。修复包括完全复原、部分恢复、增强和创造四个方面的含义。水生态修复就是采用生态学原理和生态工程措施, 将已经退化或损坏的水生态系统恢复。主要是通过保护、种植、养殖、繁殖适宜在水中生长的植物、动物和微生物, 改善生物群落结构和多样性, 减轻、消除水体污染, 增加水体自净能力。分为人工修复和自然修复两类。生态修复的目标是水质、水温条件的改善, 河流地貌特征的改善, 生物物种的修复, 服务功能的增强。
河流型饮用水水源作为河流的一个特殊河段, 由于其服务功能定位的特殊性, 其对生态修复的需求和要求更迫切。其最大的特点就是对水质和水量稳定要求非常严格, 这对其生态修复提出了更高的要求, 即不能造成过大的波动, 在流域尺度或者环境关联区大范围实施生态修复措施。
1 国内外研究进展[1]
河流生态修复, 是生态工程学与水利工程结合后形成的一个分支。对受损的河流进行生态修复, 在发达国家已经有近百年的历史, 在我国起步较晚但发展很快, 目前已经取得了不少的成效。
1.1 国外生态修复研究进展
德国学者Seifert在1938年首先提出了“近自然河溪治理”的概念, 是生态修复研究开端的标志。1963年由H.T.Odum等提出“自我设计”的生态学概念用于工程中, 首次提出“生态工程”的概念。1989年美国的Mitsch和Jorgensn奠定了河流生态修复的理论基础。20世纪80年代莱茵河治理为河流生态工程技术提供了新的经验。美国于1992年出版了“水域生态系统的修复”, 1998年出版了《河流廊道修复》。英国于20世纪90年代制定了“河流修复指南”, 在流域尺度下开展河流的生态修复, 成立了英国河流生态修复中心。1986年日本开创了“应用生态水工学”理论。澳大利亚水和河流委员会于2001年4月出版了《河流修复》, 为河流修复工作提供技术指导。
目前, 国外的生态修复技术主要包括:河流连续性恢复、河流蜿蜒性恢复、河道岸坡生态防护、河流深槽和浅滩序列的重建、河流栖息地加强结构、亲水设施建设、河道疏浚等。
1.2 国内生态修复研究进展
20世纪80年代, 河流生态系统的破坏已经开始引起重视, 90年代末, 我国开始了河流生态系统修复工程的试点, 董哲仁等首次提出了“生态水工学”的理论框架, 其编写的《生态水利工程原理与技术》为我国河流生态修复科研与工程开展提供了重要基础理论。总体来说, 国内河流生态修复技术仍处于起步和探索阶段。
与国外生态修复相比, 我国的生态修复存在许多差距, 河流生态修复的研究与实践多偏重于河流受污染水体的修复, 注重水质的改善, 而不强调河流生态系统结构、功能复原或修复到原有的生态系统状态[2]。
2 生态修复主要技术
2.1 基础生境改善
湿地自然保护区建设、生态护坡 (护岸) 建设、改善水源地的物理、生态环境 (光照、透明度) 和水文条件。常用的生态护坡技术有:植草护坡技术、三位植被网护坡技术和防护林护岸技术。
2.1.1 湿地自然保护区建设
河流型饮用水水源的湿地自然保护区对其生态系统的影响非常重要, 水源涵养林保护区对水源的水量、水质都会从生态系统上给予保护和改善。
2.1.2 生态护坡 (护岸) 建设
河流型饮用水水源地河岸是连接水生生态系统和陆地生态系统的纽带, 是陆地生态系统和水生生态系统的生态过渡区, 具有明显的边缘效应和丰富的生物多样性, 是地球上多样性最丰富、变化最快、最为复杂的陆地生境之一。河流型饮用水水源地河岸带生态系统主要具有以下功能:水温调节、养分能量源、野生动物栖息地、河流水质保护、景观连续性、固堤防洪[2]。生态护坡 (护岸) 将生态学原理纳入水利工程中, 在工程结构中加入生态学设计, 采取工程和植物措施相结合的手段, 如, 采用抛石加芦苇[3], 创造出动植物及微生物能够生存的河流型饮用水水源多孔隙河岸工程生态结构, 能够为水生植物的生长、水生动物的繁育和两栖动物的栖息繁衍创造条件, 恢复河岸水路生态交错区的结构与功能, 控制土壤侵蚀、改善地下水补给及地表水环境质量、促进有机污染物的分解、改善土壤、加速土地恢复和散热降温等[4], 提高河流型饮用水水源的自我进化能力, 保护水质满足饮用水水源要求。
2.1.3 改善河流型饮用水水源地物理、生态环境
包括消减风浪、降低悬浮物浓度、增加透明度、改善光照条件和水文条件 (提高流速、增加流量) , 促进水生植物生长, 提高生物多样性, 构建稳定的生态系统, 最终达到持续改善水质、确保河流型饮用水水源健康安全供水。
2.2 生态恢复与重建
河道曝气、生态浮岛技术、入河前置库。
2.2.1 河道曝气
曝气技术是根据受污染河流型饮用水水源缺氧的特点, 人工向河道内充入空气, 加速水体复氧过程, 以提高水体的溶氧水平, 恢复水体中好氧微生物的活力, 使水体自净能力增强[5]。优点是设备简单、易于操作, 缺点是耗能较大。
2.2.2 生态浮岛技术
以水生植物为主体, 应用物种间共生关系和充分利用水体空间生态位和营养生态位的原则, 建立高效的人工生态系统, 从而降解河流型饮用水水源污染负荷。河流型饮用水水源生态浮岛修复技术是绿化技术和漂浮技术的结合体, 岛上植物可供鸟类休息, 下部植物根系形成水生生物栖息环境, 同时能吸收氮和磷。
2.2.3 入河前置库
通过设置入河前置库, 组成河流型饮用水水源生态修复综合控制系统, 消除或减少入河水的污染物, 从而使水源的水质得以保护。
2.3 优化群落结构
配植乡土品种和种植浮游植物是优化群落结构的常用技术方法, 可以提高河流型饮用水水源生态系统的本土化程度, 丰富生物多样性, 可以有效防止外来有害物种对本地生态系统的侵害, 增加水体的自净能力, 消除水体污染。水生生物种植要选择适合的种类和品种, 并合理搭配。同时要注意种植浮游水面植物的风险。
2.4 污染治理
控制生活污水、工业废水、农业面源污染排入的工程建设, 河道整治与生态清污工程建设, 生态调水工程, 改善水质, 建立长效管理机制, 完善管理制度。
控制污水排入属于外源污染治理, 通过逐步封闭生活、工业污水排污口, 建设污水收集管网和污水处理厂、节能减排等措施来实现对河流型饮用水水源流域大尺度的生态修复。河道整治和河道清淤可以大量清除了TP、TN、有机质, 减少淤泥污染的二次释放的内源污染。生态清淤应该采取适当的方法和机械设备, 确定合理的生态清淤深度:污染物含量大、污染释放率高的淤泥全部清除, 年代久远、污染物含量小、二次释放率小的淤泥可以不清或少清。生态清淤要分阶段、选择好堆泥场地。生态修复去除TP容易, 去除TN较难。河流型饮用水水源生态修复一般需要经过一段时间才能发挥作用, 3~5年可初步发挥作用, 10~20年才能发挥最佳作用。生态修复必须遵循生态学规律, 立足长治久安和长效管理。
3 结语
河流型饮用水水源地具有独特的水生生态结构和功能, 由于其保护和修复关系到人民群众的身体健康和社会稳定, 是政府部门的一项重要工作, 也是广大科研工作者的一项艰巨课题。针对我国河流型饮用水水源地存在的问题, 结合目前开展的河流型饮用水水源地基础环境调查、水源地保护和生态修复技术, 认为环保部门应在以下几个方面亟待加强: (1) 尽快开展河流型饮用水水源地的生态调查, 以全面了解河流型饮用水水源地的环境问题; (2) 参照国外经验, 结合我国河流型饮用水水源地生态结构和特点, 建立一套适合我国国情的河流型生态调查指标体系和国家标准; (3) 开展河流型饮用水水源地生态修复方法研究、应用技术研究和示范工程研究, 提高我国河流型饮用水水源地生态修复技术水平, 为实施河流型饮用水水源地生态修复提供科学方法和行动指导。同时, 在水源地生态修复中必须正确处理好以下四个方面的关系:流域治理与饮用水水源治理的关系、污染治理与生态修复的关系、陆域治理与水体修复的关系、工程建设与管理措施的关系。
参考文献
[1]刘继永.玉符河生态修复技术研究, 2008.
[2]王薇.河流廊道与生态修复[J].水利水电技术, 2003 (9) :56-58.
[3]杨海军.用芦苇恢复受损河岸生态系统的工程优化方法[J].生态学杂志, 2005, 24 (2) :214-216.
[4]鄢俊.植草护坡技术的研究和应用[J].水运工程, 2000, 316 (5) :29-31.
富营养化景观水体—生态修复技术 篇10
(一) 景观水体的现状及生态法的应用现状
1. 景观水体的情况
公园、风景点等的大小湖泊、河道由于其大多为静止或流动性差的封闭缓流水体。水体周围的污染物和尘土等由于风力、雨水或人为因素会大量进入, 污染物经长时间的累积, 导致这些水体混浊, 藻类大量繁殖, 水质较差, 水色深绿。
2. 景观水体生态系统的恢复或建立的关键
景观水体中的微生物、水生植物和水生动物在水体生态系统中, 分别是分解者、生产者和消费者, 它们各自占据重要的生态位。水体中污染物的过量进入破坏了水体中的生态平衡, 使水体生态系统遭到破坏, 即呈现不完整的水体生态, 水体自我净化能力降低乃至丧失。景观水体生态系统的恢复或建立, 就是通过引入相应的生物物种, 达到景观水体生态的平衡, 使景观水体获得自我净化的能力。景观水体中生态系统的恢复或建立, 关键在于三个环节:增加水体中的溶解氧;增加微生物的种群和数量;引入水生植物及水生动物种群。
3. 景观水体生态处理应用现状
如今应用生态学处理水体的方法有好多种, 其中最具有代表性的方法主要有三种, 即曝气法, 生物曝气法及生物净水法。
(1) 曝气法。该技术主要采用潜水型曝气机和提水式曝气机, 对景观水体进行充氧, 提高水体自净能力。潜水型曝气机一般采用下倾角或水平式安装方法, 在使用的过程中无噪音污染, 对周围环境无不良影响, 也不改变水体的景观效果。与传统的固定式污水处理方法相比, 在相同的处理水量条件下, 其一次性投资只有固定污水处理设施的1/5;而且不受空间条件的限制, 它能在较短的时间内提高水体的溶解氧浓度、降低水体的有机物和氨氮等污染指标, 具有成本低、见效快、效果好、操作便利、适应性广等优点。很多的地方在使用该方法进行水处理。
(2) 生物曝气法。该技术是在景观水体处理技术是在曝气法技术基础上发展的水处理工艺。在曝气增氧的同时向水体中投加微生物菌种, 是一种增氧强化生物技术, 可对水体进行快速修复。要强调的是生物药剂的投加是非连续的。仅在水体趋于恶化时进行, 本系统具有即开即用的特点, 没有设备闲置, 不需专人管理。
(3) 生物净水法。系统中增加了水生植物和水生动物等净水生物。该方法是最接近生态法的, 当然这种方法有其一定的局限性。它适合应用在池塘、花园水塘等有养殖性的水体, 而不太适用于雕塑喷泉等没有动植物放养的水体。
(二) 景观水体生态处理的概念及主要修复技术
景观水生态处理的概念及应用原理简单地说, 生态水处理就是在水域中人为地建立起一个综合全面的生态系统, 整个生态系统能适应外界环境对它的影响, 处在自然的生态平衡状态, 实现良性可持续发展。
1. 生物操纵控藻技术
生物操纵是利用生态系统食物链摄取原理和生物相生相克关系, 通过改变水体的生物群落结构来达到改善水质、恢复生态平衡的目的。其实现途径有两种:放养滤食性鱼类吞藻, 或放养肉食性鱼类以减少以浮游动物为食的鱼类数量, 从而壮大浮游动物种群。闫玉华等通过控制凶猛鱼类及放养捕食浮游生物的滤食性鱼类鲢、鳙) 来直接控制蓝藻水华的生物操纵方法, 取得良好的效果。Kajak等在波兰Warniak湖中放养鲢 (密度为30~90 g/m3) , 导致浮游植物总生物量和蓝藻份额大大减少。
在实际应用中, 生物操纵的操作难度较大, 条件不易控制, 生物之间的反馈机制和病毒的影响很容易使水体又回到原来的以藻类为优势种的浊水状态。
2. 水生植物净化技术
水生植物是营造水体景观不可或缺的要素, 而且还能有效地净化和维持景观水体的水质, 因此研究水生植物对水质的保护作用具有重要的景观、生态意义。因此, 合理利用某些具有造景功能的水生植物, 一方面可提高景观水体的景观效果, 另一方面, 对水体的生态修复也起着重要作用。
高等水生植物与藻类同为初级生产者, 是藻类在营养、光能和生长空间上的竞争者, 其根系分泌的化感物质对藻细胞生长也有抑制作用。在水体修复中应用较多的是水生维管束植物, 它具有发达的机械组织, 植物个体比较高大, 按生存类型可分为浮叶, 挺水, 沉水和漂浮4种类型: (1) 浮叶植物:根茎生于底泥中, 叶漂浮于水面, 如睡莲、满江红、萍蓬莲、菱等。 (2) 挺水植物:根茎生于底泥中, 植物体上部挺出水面, 如芦苇、荷花、千屈菜、水葱、泽泻、雨久花、香蒲、菖蒲等。 (3) 沉水植物:植物体完全沉于水气界面以下, 根扎于底泥或漂浮于水中, 如金鱼草、伊乐藻、轮叶黑藻等。 (4) 漂浮植物:植物体完全漂浮与水面, 具有特殊的适应漂浮生活的结构组织, 如凤眼莲, 浮萍, 大漂以及稀有的品萍等。
国内外许多学者早就认识到水生植物在富营养化水体中的调控作用, 对其生物净化的机理和可行性进行了研究。Jurgen用芦苇处理生活污水, COD、总氮、总磷的去除率均达80%~90%。沈耀良等对金鱼藻、苦草和伊乐藻三类沉水植物净化受污水体的效果进行了试验研究。研究表明, 三种沉水植物对水体水质均有良好的净化效果, 可有效地去除水体中的N、P类植物营养物。
浮床种植技术的发展为富营养化水体治理提供了新的途径, 该技术以浮床为载体, 在其上种植高等水生植物, 通过植物根部的吸收、吸附、化感效应和根际微生物的分解、矿化作用, 削减水体中的氮、磷营养盐和有机物, 抑制藻类生长, 净化水质。李先宁等研究开发了一种由水生植物、水生动物及微生物膜构建的组合型浮床生态系统.通过中试研究, 考察了该浮床对富营养化湖泊水体在动态条件下的净化效果。结果表明, 水体交换时间为7d时, TN、TP、高锰酸盐指数的去除率分别为53.8%、86.0%和35.4%。
3. 多自然型河流构建技术
德国、瑞士在20世纪80年代末提出“亲近自然河流”概念和“自然型护岸”技术;日本在20世纪90年代初展开了“创造多自然型河川计划”, 这些构建多自然型河流思路的共同特点是通过河流生态系统的修复, 恢复提高河流的自净能力。针对城市河流采用时可提高其景观功能价值及自净能力。多自然型河流构建技术包括生物和物理两部分。
(1) 多自然型河流的生物部分。自然型河流构建技术中应用的生物主要是水生植物和水生动物。利用水生植物净化河水吸收水中的氮、磷。有些水生植物如凤眼莲、满江红等能较高浓度富集重金属离子, 芦苇则能抑制藻类生长。此外, 水生植物还能通过减缓水流流速促进颗粒物的沉降, 利用人工种植的植物强化河流自净能力。但值得进一步研究的是冬季水生植物枯萎后自净能力如何保持以及水生植物造成的二次污染问题。目前已有经济利用植物净化水体的报道。
(2) 多自然型河流的物理结构。多自然型河流的物理结构包括多自然型河道物理结构和生态护岸 (河堤) 物理结构。多自然型河道物理结构建设的思路是还河流以空间, 构造复杂多变的河床、河滩结构;富于变化的河流物理环境有利于形成复杂的河流动植物群落, 保持河流水生生物多样性。杨荟提出河床要有弯曲变化的自然流路, 要有浅滩、深潭, 且要多孔质化, 以便水流形成不同的流速带。
目前, 生态护岸常采用蛇笼护岸、土工材料固土种植基、植被型生态混凝土等几种结构。它们共同的特点是采用有较强结构强度的材料包覆部分或者全部裸露的河堤或者河岸, 这些材料通常做成网状或者格栅状, 其间填充有可供植物生长的介质, 介质上种植植物, 利用材料和植物根系的共同作用固化河堤或者河岸的泥土。生态护岸在达到一定强度河岸防护的基础上, 有利于实现河水与河岸的物质交换, 有助于实现完整的河流生态系统, 削减河流面源污染输入量。
4. 其他生态技术
(1) 人工湿地是对天然湿地净化功能的强化, 利用基质-水生植物-微生物复合生态系统进行物理、化学和生物的协同净化, 通过过滤、吸附、沉淀、植物吸收和微生物分解实现对营养盐和有机物的去除。严立等采用由砾石、沸石和粉煤灰填料组成的三级人工湿地净化富营养化景观水体, 对TP、TN、COD、浊度和蓝绿藻的去除率分别达到35.1%~65.3%、28.7%~62.9%、36.0%~79.8%、78%和63%左右。闻岳等利用水平潜流人工湿地修复受污染景观水体, 试验结果表明, 湿地系统对有机物、NH4+-N、TN和TP均有较好的去除作用, 去除率随停留时间的延长而提高, 温度、填料和植物种类对处理效果也有很大影响。人工湿地占地面积较大, 且填料层易堵塞、板结, 限制了其在城市景观水体治理中的应用。
(2) 生态型混凝土技术。生态型混凝土是指能与动、植物等生物和谐共存的混凝土。根据用途, 这类混凝土可分为植物相容型生态混凝土、海洋生物相容型生态混凝土、淡水生物相容型生态混凝土以及净化水质用混凝土等。
植物相容型生态混凝土又称为植被混凝土或绿化混凝土, 利用多孔混凝土空隙部位的透气、透水等性能, 渗透植物所需营养, 生长植物根系这一特点来种植小草、低的灌木等植物, 用于河川护堤的绿化, 美化环境。日本研制的绿化混凝土有连续的空隙, 在多孔混凝土块材的空隙部分, 使用特殊的工艺技术填充无机培养土、肥料和种子等混合生长基料, 施工后种子即在混凝土的空隙中发芽和生长, 生长情况良好。在使用绿化混凝土的河道护岸上栽种的植物, 经过3年的实践, 其生长情况非常良好。在积雪融化和集中暴雨水流速度较快时绿化混凝土具有良好的抗冲刷性。生态型混凝土克服了传统混凝土护坡植被无法生长的缺点, 连续孔隙适于植物根系生长和微生物附着, 具有良好的生态净化功能。
(3) “水体系统生态修复技术”。针对住宅景观水存在的问题, 北京当代东君房地产开发有限公司与上海水产大学合作, 采用其专利技术“水体系统生态修复技术”对万万树Moma样板水体景观生态进行修复。该技术基本原理是:先驯化北京本地的浮游动物控制水体蓝绿藻水华, 使水体透明度增加, 之后逐步导入北京本地的沉水植被, 保持水体持续变清;再优化水体沉水植被的种群结构组成, 建立强大的沉水植被自净效应, 通过光合作用把大量的溶解氧带入水体底泥, 使底泥中的氧化还原电位升高, 促进底栖动物包括水生昆虫、蠕虫、螺类、贝类、虾类的生存, 进而使水体生态系统恢复多样化, 恢复自然生态的抗藻效应, 使水体保持稳定清澈状态;最后有序地放入北京本地更高一级的鱼、虾类等水生动物, 平衡沉水植被的生产力, 同时优化水体水生生物的多样性, 形成良性循环的水生生态自净系统, 全面恢水体应有的水生生态系统。最终形成良性循环自净的万万树Moma水体景观生态。
(三) 讨论与建议
随着人们对环境的日益重视, 对于景观水处理的重要性及必要性必将有更深入的认识, 景观水处理也必将成为继生活用水处理、工业水处理后的又一水处理新领域, 其市场前景和发展空间巨大。由于目前仅对景观水处理的几种生态技术分别进行了单独研究, 但是景观水体的生态环境状况复杂多变, 往往不是单一这一技术可以达到理想效果的, 因而在工程实施中需要对实际情况充分掌握, 以便于进行优化、组合, 才能获得满意的处理效果。水生植物作为水系统中最为重要的一个因素, 其对于改善水环境、保持系统平衡起着非常重要的作用。而每一种植物的耐污能力、净化能力及适应性均有所不同, 因此因地制宜的选择配比水生植物, 对于保持水环境系统平衡十分关键。
对受污染的景观水体进行治理和恢复, 是社会经济发展以及生态环境建设的迫切要求。景观水体生态修复的治理方法是适用、长效性的办法, 许多措施在不断的探索过程中进一步完善。通过生态治理, 控制水体中COD、BOD、TN、TP等污染物的含量及藻类等的生长。保持水体的清澈、洁净和美观, 使景观水体真正成为城市一道亮丽的风景。
摘要：针对景观水体的特点及当前水质污染状况, 介绍了景观水体的生态修复技术。结合实例阐述了生态修复技术是治理富营养化景观水体、维持水体长期稳定健康发展的有效途径。
关键词：富营养化,景观水,生态法,修复
参考文献
[1]沈昆根, 姚俊杰.景观水体生态修复[J].现代园林, 2006, (5) :60-62.
[2]王华胜, 应求是, 王彦.富营养化观赏水体的生物—生态修复技术[J].中国园林, 2008, 5 (21) :21-27.
[3]闫玉华, 钟成华, 邓春光.非经典生物操纵修复富营养化的研究进展[J].安徽农业科学, 2007, 35 (12) :3459-3460.
[4]KAJAK Z, RYBAK J L.Influence of the planktonivorous fish, Hypoph2thalmichthys molitrix, on the plankton and benihos of eutrophic lake Poi.Arch[J].Arch Hydrobiol, 1975, 22:301-310.
修复地球，用生态艺术 篇11
修补的不仅是环境
有人问我：“约翰内斯，你究竟是做什么的？艺术家？教育家？周游世界的景观设计师？人类与地球的透视者？”或许这些答案都是正确的，但准确地说，我应该是上述角色的综合体。
大学建筑专业毕业后，我在建筑师事务所工作了两年。但是从事的设计工作并未让我感到满意，我时常扪心自问：怎么可以将活生生的人放进我们所设计的箱子中？于是我开始希望有一种设计能让人融入更适合他们的环境中，这便是我对人文建筑最初的构想。幸运的是我随后接触到了约瑟夫·勃伊斯教授的“人文塑料”艺术，他在卡塞尔的作品“七千棵橡树”中展现了人文雕塑有关生态时光的一面——用五年时间种植了7000棵橡树，这是一种互动式的自然艺术，每一个参观者都可以参与到这个生态雕塑的制作中，感受雕塑中浓缩的地球的变迁。在如今这样钢筋水泥的社会中，这7000棵橡树让我感受到了自然的生动与温情。自此“每一个人都是共创地球的艺术家”这个观点深深印刻在了我的脑中。
我热爱“自然”这个主题，因此无论在何地，我都渴求去了解自然最本质的声音，希望以一种最自然的方式来修复生态。刚开始的时候，我与学生们开展了重新造林的活动，而后我带领着学生在校园附近进行开放式教育——我将教育场景设置在自然环境中，让学生通过实践活动进行学习，而后又和他们一起进行了很多创新性的恢复生态景观的工作。在这个过程中，我们感受着与自然关系的微妙变化并乐享其中。令我欣喜的是，不仅环境得到了很大的改善，那些参与进来的年轻人们在心态上也发生了根本性的变化。生态康复，从一定意义上来说，修补的不仅仅是环境，还有人与人、人与生态之间的自然关系。
第一个景观治疗项目
当我站在海德堡瓦尔多夫学校新建教学楼前的时候，眼前并没有孩提回忆中温馨的校园画面，首先占据视线的是随处可见的一大堆建筑垃圾，校园中没有一丝绿色的气息，这让我感到十分震惊。我难以想象当我们的年轻人在这样的封闭校园中学习人类积淀下来的经验与历史的时候，他们的未来会变成什么样子。我渴望改变人与自然隔离的不合理现状，这便是我的第一个景观治疗项目——海德堡的学校公园。
在成为该校的艺术教师后，我立即开始与学生交流我的公园设想，并时刻提醒他们公园规划中的艺术特性，这很快让他们提起了兴趣。我们利用课堂时间尽可能多地开展户外工作，当天气糟糕的时候，我们便在室内用木材、石头和颜料做设计。就像你们能理解的那样，我和年轻人们正努力用双手创造属于自己的公园，这听上去十分有趣是不是？我们准备将公园设计成一个丘陵式的景观，种植各种树木，自由形状的运动草坪，蜿蜒曲折的小道与水流，各式各样的假山和潮湿的花坛。期间我们还进行了十分有趣的班级竞赛——看哪个小组能在十点钟时为山丘运输最多的石头。利用这样的土堆山丘，我们在最大限度上减少了附近高速公路的噪音，而这样的丘陵设计也为在这里学习的年轻人带来了不少的安全感——我们要将海德堡设计成生活与体验的空间，而不仅仅是学习的场所。在这样的环境中，参与劳动的年轻人体验到丰富的自然环境，他们开始恢复本应有的朝气。
后来，我又建议大家学习凯尔特人的石质建筑，在我们自己的公园中建造一个石质风格的能量场——就像是一座具有再生能力的生态加油站。四年后，一位占卜学家在测量这块公园土地时发现其蕴藏着非常巨大的能量，这一结果也让同学们无一不感到意外——他们开始发现这不仅是个兴趣作业，还是件十分有意义的工作。
在我的观点中，让年轻人在教室里学习如何做好一件事是十分无趣的，所以我喜欢邀请大家参加我的项目，在实践中切实地获得经验和成长。比如有一次我请大家结合自然环境合作完成一个渡河项目，要求大家一起来雕刻一条五米长的独木舟，然后划着独木舟横穿学校附近的内卡河。在制作独木舟的三年里，时不时有学生对这个项目产生怀疑，他们问我为什么要做独木舟而不是课堂上示例的其它小制作？为什么要花这么多时间做一件吃力的事情？但在漫长的制作过程中，他们开始发现看问题不能太急功近利，并逐渐学会培养耐心和毅力，将自己还原到一个更原始的状态中——只借助木头、锤子、榔头等简单工具的帮助完成这个需要不断贡献的劳动工作。值得欣慰的是，这些年轻人最终学会了如何合作，并凭借集体的智慧制造出了独一无二的独木舟。
开船仪式上，每次两名学生乘坐他们自己打造的独木舟，一人划桨，另一人渡河，然后大家调换角色直到所有人都到达对岸。在活动中途，不知情的代课老师还被同学们扔下了船。经历了那次的渡河行动后，我发现那些娇生惯养的青年人开始喜欢亲近自然，愿意在集体中分享自己的乐趣，并开始享受劳动成果的乐趣，这几点令我的同事们也感到十分吃惊。比起在课堂里听老师讲什么是水，这样的经历能让他们真正体验到什么是水，是河，就连把船推到河里这一简单的动作，也能使他们置身于自然中，真正去观察自然的特性和变化，而不是在封闭的教室里反复观看那些没有生命力的树叶和河流的照片。他们之前的疑惑也最终得到了答案——许多人从一整块木头刻一条独木舟做起，学会了触摸地球的脉搏，开始尝试跟河流、山峦、草原进行沟通和对话。
绿色景观岛和生物动力农法
在这个过程中，我在那些20岁左右的青年人身上，总能感受到十分鲜活的巨大能量，我也非常乐意在所从事的项目中看到年轻一代对自然与生态关系的正确改观。为此，我开始在世界各地邀请当地的年轻人一同进行景观修复项目。
有一次，在西班牙南部的山地荒漠，我们的目标是把2.7平方千米的荒漠山地改造成一个“绿色的景观岛”。我和来自三所不同学校的27名学生驻扎在改造后的简陋窝棚中，在炎炎烈日中每天工作七八个小时。这次的项目与前几次有所不同，我们完全离开了自身熟悉的校园环境，在异国他乡与来自不同文化背景的年轻人们一起开展项目，而这次项目明确的保护目标与措施，也让我们的工作与前几次相比更具有里程碑式的意义。
为了给山地带来绿色的生机，我们先得准备好充足的幼苗。由于外来植物无法存活，我们开始四处寻找当地植物的种子和幼苗。学生们花了三天时间去寻找合适的种子，为了能按时完成任务，他们还自发地规定每人每天必须找到300颗以上的种子。四天后，我们终于找齐了足够的种子，整整一万颗！然后还需要寻找适合的播种时机。大家把橡树种子放在麻袋里浸泡两天后，在表土层挖出一个个30厘米深的小坑，每个坑里放下三颗橡树种子，然后用薄薄的土盖上。为了避免单一种植，我们还种下了从附近学校免费获得的700棵石松。埋好种子后，同学们又用一周的时间给种子建了一圈可以收集水分的石头小围墙。在此前开展的多次国家绿化行动中，植物的存活率仅为20%，令人感到高兴的是，在我们集体的智慧与努力下，这次的绿化存活率超过了50%。大概也因为我们的工作方法和成效不错，也让不少年轻人对生态修复重拾信心，开始有更多人参与到生态修复的活动中。
有时候，当我们关怀自然的时候，我们本身也会受到大自然的熏陶。在某次美国新奥尔良经历了飓风之后，我和四十多位年轻人从美国各地赶到那里。我们跟很多当地人交流，并讨论如何帮助新奥尔良重建家园。当地人说他们想要的不是城镇的复原，而是希望我们能修复当地原有的生态面貌、展现飓风所留下的自然意义。
于是我们想到了农耕里的一种生物动力农法，用牛粪、矿物质和水第一分钟按顺时针方向搅拌，第二分钟按逆时针方向，利用这种方法创造出一个漩涡来，可以帮助种下的种子更好地生长，这是非常神奇和有意思的现象。我们让好几百人一起创造出这样的旋涡，然后到各个地方去种树。因为这就是飓风向我们显示出来的东西，我们也这样遵照自然的意愿帮助当地人重建了新奥尔良。最后我们还创建了一个公园，以台风的转动路径为创意，以此向大自然致敬。有的学生认为应该把这个图案带到学校来，所以在篮球馆也做了类似的图案，把球队改名叫飓风球队，我想这也是他们对自然有了更深入感悟的体现吧。
由此可见，自然界作为世界的第一件艺术品，而我们作为自然的一部分，有义务与自然合作，就能把这件艺术品变得更加美好。这是我深信的一个原则，这也是我希望所有年轻人能够理解的。
责任编辑：曹晓晨
生态修复技术 篇12
关键词：矿山废弃地,生态修复,技术和方法
1 引言
近年来, 随着社会经济的高速增长和科学技术的快速发展, 我国加大了对煤炭资源的开采速度, 每年以数十万公顷的速度在毁坏, 矿区的生态环境破坏和污染问题已十分严重。我国矿山废弃地的生态修复工作始于20世纪50年代末, 但是直到80年代, 这项工作基本上还是处于零星、分散、小规模和低水平的状况, 从整体上看, 我国矿山环境治理和生态修复的欠账较多, 任务艰巨。1988年, 我国颁布了《土地复垦规定》, 使我国的矿山生态恢复工作步入了法制化轨道。进入21世纪, 随着资源和环境保护意识的提高一级技术应用的日趋成熟, 这项工作正在全国全面开展, 并成为我国生态环境建设的重要组成部分。目前, 综合性重建目标和向替代产业转变已成为矿山废弃地综合治理的新理念和趋势。
2 矿山废弃地生态修复模式
2.1 生态复绿模式
2.1.1 单一复绿模式
单一复绿模式主要适用于重要交通干线两侧可视范围内的、场地面积较小的且边坡稳定的矿山废弃地。针对此类矿山废弃地, 可以通过建立生态环境保护区, 运用生态复绿和修复山体疮疤等方法, 利用现行比较成熟植被恢复手段, 对破损的山体进行修复, 愈合采矿遗留的伤疤, 使矿区的生态环境逐步恢复。
2.1.2 农林渔牧复垦
农林渔业复垦指依据宜农则农、宜林则林、宜渔则渔、宜牧则牧的原则, 在一些生态破坏较轻微, 环境污染较小的区域进行复垦, 改造之后可进行农业、林业、渔业、牧业等综合利用。河南的永城煤矿废弃地, 就是将深层塌陷区域进行复垦用于水产养殖, 将浅层塌陷区域进行复垦用于种植, 使有限的土地资源得以可持续利用。
2.2 景观再造的模式
景观再造模式主要适用于临近城区或者风景区, 人流量较大, 有造景需求的矿山废弃地。这种模式就是在原有景观的基础上, 挖掘新的旅游资源, 进行合理的景观规划设计, 使自然资源与历史文化资源优势转变为经济优势, 在创造生态效益的同时收获经济效益。根据矿山废弃地改造后场地主体功能的不同可以大致分为城市开放空间、矿业遗迹旅游地、博物馆等类型。
2.2.1 城市开放空间
城市开放空间主要指供市民休闲的城市户外公共空闲, 包括各类主题公园、矿山公园、自然山水园林、绿地等。如上海辰山植物园的矿坑花园, 矿坑原址属百年人工采矿遗迹, 作者根据矿坑围护避险、生态修复要求, 结合中国古代“桃花源”隐逸思想, 利用现有的山水条件, 设计瀑布、天堑、栈道、水帘洞等与自然地形密切结合的内容, 深化人对自然的体悟。利用现状山体的皴纹, 深度刻化, 使其具有中国山水画的形态和意境。矿坑花园突出修复式花园主题, 是亚洲最大的矿坑花园。
2.2.2 矿业遗址旅游地
矿业废弃地经过艺术手法的处理并赋予全新的功能定位后, 能形成全新的后工业景观旅游地, 加上对矿坑等遗址景观环境的再造, 使其与周边的自然风光衔接起来组成全新的矿产旅游景区, 从而打造出极富吸引力的主题旅游资源, 从而进一步带动资源枯竭型城市的经济发展。这种以旧矿区为打造核心的旅游项目在国内外都有很多成功的先例, 例如德国鲁尔区的改造、南京的方山地质公园项目等。
2.2.3 博物馆
博物馆适用于污染较小且具有较多废弃矿业遗存元素的矿山废弃地进行改造。博物馆分室内与露天博物馆两种, 这两种类型也只是建筑空间形式上的不同, 都体现了矿业遗产的两大价值:历史纪念和学习教育价值。
2.3 综合利用的模式
此种模式适用于那些位于重要城镇周边, 且对周边生态环境有重大影响的, 矿区面积较大、具有开发利用价值的矿山。此类矿山废弃地, 可以利用矿山废弃地周边地区的生态优势和用地优势, 通过延伸城市功能, 进行综合整治, 打造新兴的城市功能板块, 带动周边地区发展。如苏州旺山利用开山采石留下的10个废弃矿坑, 通过一系列生态修复和景观重塑设计, 将废弃矿坑区成功打造成了生态绿洲, 被誉为“苏州最美山村”。
3 矿山废弃地景观重塑与生态修复的方法及技术
3.1 地形重塑
矿山废弃地本身独特的自然景观, 代表了矿区建设历史的一种独特的地域文化景观。在景观重塑设计时可以考虑保留其独特的地表痕迹, 并对其进行景观修复与艺术加工, 再将其与周围的自然风光进行有机的结合, 创造出极富视觉化效果的艺术形式。
3.1.1 地形的处理
对于垂直界面的处理, 即山体开凿面。配合地形设计分隔空间, 运用灵巧变化的手法, 多层次的重塑地形, 构成复合型的空间。对于斜界面的处理:层层叠落的梯田景观。对于水平界面的处理:采用地面铺装法。软性地坪或硬性地坪式设计。
3.1.2 相关技术
土壤改良。在矿山废弃地生态修复中, 土壤基质改良是首先需要解决的问题, 也是核心问题。矿山废弃地的土壤改良要实现三项基本目标, 改善土壤基质的物理结构:施用石灰等物质调节土壤PH值;改善基质的养分状况:添加N、P、K等营养物质提高土壤肥力;去除基质中的有害有毒物质:施加含Ca化合物缓解重金属毒性。
边坡处理。裸露的边坡岩体容易变形造成崩落、滑坡甚至崩塌, 同时也会造成土壤和水源污染。边坡的破坏靠自然的力量很难恢复, 矿山边坡治理是矿山生态恢复的基础性工作, 边坡复绿是采用具有生命力植物的种子、苗木等种植在矿山边坡面上, 不但可以绿化环境, 亮丽人们的视觉, 而且对于涵养水源, 保持水土也是一种有效的措施。
3.2 水体重塑
3.2.1 方法
矿山废弃地中的水体包括工业遗留下来的废水和长期积蓄下的雨水。在山体附近有冲沟的位置, 通过设置拦蓄水坝, 利用雨季降水形成小的水面, 提高山体的水利状况;在自然形成的冲沟较少的位置, 可以利用道路边沟拦蓄雨水, 在边沟的最凹点, 开凿渗水井, 可以改善山体的浅层地下水状况, 在水体重塑过程中, 应尽量减少水资源的消耗。
3.2.2 污水处理与再利用技术
雨水的收集和循环利用。矿业废弃地如果位于降水量较大区域的, 则可以采用改造成次生湿地来进行区域的生态恢复, 因为其矿坑中都会留存有大量积水, 便于打造成此生湿地。另外, 还能在一定程度上减轻和淡化土壤污染。因为矿业废弃地生态恢复的初期, 土壤中各种污染物的含量较高, 如果能够引导地表水源对其进行冲刷, 能起到减少土壤污染物的效果。
3.3 植被重塑
3.3.1 植物种类选择
植物修复是通过植物对矿区土壤中的有害物质进行净化处理, 改变土壤的理化性质, 增加土壤肥力。对于不同的矿区, 应根据土壤的污染程度、重金属种类, 选择不同的植物。植物选择标准如下:生长快、适应性强、抗逆性好、成活率高的植物;具有改良土壤能力的固氮植物;当地优良的乡土植物和先锋植物;选择植物种类时考虑植物的综合效益, 主要包括抗旱、抗污染、耐瘠薄、抗病虫害等植物;在满足生态功能的前提下, 考虑植物的色、香、形等, 满足造景需要。在矿山废弃地的改造中, 为了改善生态环境, 恢复植被, 应该首先种植耐性强的先锋草类, 如假俭草、苇状羊茅、芒草弯叶画眉草、狗牙根等。
总之, 植物在矿区生态修复中的作用是多方面的, 不仅可防治水土流失、修复受污染的土壤、改善立地条件;而且可有效阻滞矿尘飞扬, 修复矿区的生态功能, 有利于其他植被的自然定居。
3.3.2 植被恢复技术
植被的恢复在矿山废弃地的生态恢复中占据着重要地位, 因为自然生态系统的恢复往往是以植被的恢复为首要前提的。植被恢复技术主要是指创造和调节植物生长所必须的土壤、营养、水分和温度等条件, 采用生物覆膜技术给植被进行定期灌溉, 可以维持植物的生长环境。植被的修复有两种方式:直接植被和覆土植被。直接植被法是指直接在废弃地上种植植物的方法, 这种方法成效慢, 对矿山地表的破坏不利于植物的生长。覆土植被成效相对较快, 但覆土的成本高于直接植被。因此, 矿山废弃地的植被修复采用折中方式, 在破坏较严重的区域采用覆土植被, 其他区域则采用植被法。另外, 在植物种植完后, 需要定期对矿山废弃地的植被进行养护与管理, 保证景观的可持续性。
4 总结
矿山开采带来的环境问题是生态修复研究中的一项难题, 也是制约社会、经济可持续发展的一个障碍因素。对于矿山废弃地的生态修复应该从源头开始, 在制定矿产开采计划的同时就应该对矿山环境可能遭受到的破坏程度进行评估, 并制定相应的修复方案。国外矿山废弃地的研究和实践起步较早, 建成的经典案例也较多, 对我国的废弃地生态修复与重塑具有一定的借鉴意义。但设计师在重塑当地人文景观的过程中仍需从我国国情入手, 构建出符合我国实际情况的景观重塑原则, 这样的矿山废弃地景观重塑项目才具有意义。
参考文献
[1]李洪远.矿山废弃地的生态恢复与景观更新途径[J].城市, 2005, (4) .
[2]刘国华, 舒洪岚.矿区废弃地生态恢复研究进展[J].江西林业科技, 2003, (4) .
[3]盛卉.矿山废弃地景观再生设计研究[D].南京:南京林业大学, 2009.
[4]钟爽.矿山废弃地生态恢复理论体系及其评价方法研究[D].阜新:辽宁工程技术大学, 2005.
[5]胡振琪.土地复垦与生态重建[M].北京:中国矿业大学出版社, 2008.
[6]向成华, 刘洪英等.恢复生态学的研究动态[J].四川林业科技, 2003, (6) .