生态修复亟待走出五大困境

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2012年3月出台的“十二五”规划纲要将节能环保列为七大战略性新兴产业之首。其中,土壤修复排在环保产业的重点发展之列,并且明确提出要强化土壤污染防治监督管理,而生态修复就是其中的重要一项。 

土壤污染形势严峻   

土壤本来是各类废弃物的天然收容所和净化处理场所,当土壤中收容的各类污染物过多,影响和超过了土壤的自净能力,从而在卫生学上和流行病学上产生了有害的影响,表明土壤受到了污染。造成土壤污染的原因很多,如工业污泥、垃圾农用、污水灌溉、大气中污染物沉降,以及大量使用含重金属的矿质化肥和农药等。中国现有耕地有近1/5受到不同程度的污染,土壤被污染后不仅将导致农作物减产,甚至有可能引起农产品中污染物超标,进而危害人体健康。另外,随着经济发展与城市化的加速,工矿企业导致的场地污染也十分严重。中国土壤污染已对土地资源可持续利用与农产品生态安全构成威胁。土壤是人类社会生产活动的重要物质基础,是不可缺少、难以再生的自然资源。没有处理的污染场地是化学定时炸弹,一旦大面积爆发将会对国家可持续发展造成难以估量的影响。目前我国土壤污染呈现如下特点:污染面积增加明显,一些地区土壤污染由局部开始呈连续分布;污染物种类增加,复合污染特点日益突出;污染物含量呈增加趋势。因此必须对土壤污染的预防和污染土壤修复予以高度重视,有必要妥善管理并加以修复,使其得到合理利用。   

严峻的土壤污染形势,亟待推行土壤修复。土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物,使其浓度降低到可接受水平,或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。大致可分为物理、化学和生物3种方法。中国的污染土壤修复研究正经历着由实验室研究向实用阶段的过渡,即将进入一个快速、全面的治理时期。而生态修复的概念更成为当今备受关注的热点。

生态修复迫在眉睫   

何为生态修复?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。生态修复的目标是:第一,劣地上重建的植物群

落覆盖度达到90%以上;第二,促进重建植物群落的正向演替,缩短进入相对稳定期的时间;第三,尽快恢复当地生物多样性、生态的完整性以及周围环境的协调性和生态系统自我维持性。目前生态修复中,风电场植物修复和土壤重金属污染修复是其中两大重要内容。

风电场植物修复   

由于常规能源对环境的严重污染及引发的生态问题,加上频频爆发的能源危机,使得众多国家都积极发展新型能源,以满足日益增长的能源需求,同时改善生态环境。风力发电是目前最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的新能源技术之一,可以应用于全球所有的国家和地区。把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,这就是风力发电。   

(1)风电发力的优势与特点。风能在近年来受到世界各国政府的高度重视,发展尤为迅猛,自1996年以来,全球风电装机年均增长率保持在25%以上,2006年其增长速度超过了其他任何一种发电能力增长的速度,已成为世界上增长最快的清洁能源。我国是风力资源较丰富的国家之一,可开发利用的风能约有250 GW,2003年后,尤其是《中华人民共和国可再生能源法》颁布实施后,我国风能开发获得了突飞猛进的发展,风力发电场如雨后春笋般涌现。随着风电场大规模的投入运行,在带来一定社会经济 效益的同时,对环境的扰动也是不容忽视的。风电项目对植被的影响体现在占地带来的地表植被破坏、生物量损失、地表扰动、水土流失等方面。风电场占地有永久占地和临时占地。永久占地范围包括风机基础箱式变压器;电缆埋设路径架空线路杆位;升压站及永久道路涉及到的土地。临时性占地包括施工人员临时生活区、设备临时储存所;风力发电机组吊装场、道路等临时占地。施工过程中的基础开挖和覆土回填等工程都会扰动地表,破坏微地形,清除地表植物、剥离种植表土会造成土壤结构的破坏和肥力的下降,同时造成大面积地表裸露,严重时可导致水土流失,且挖掘机、起重机、吊装机等进入施工场地,在作业过程中对地表植被造成碾压。   

(2)风电场生态修复具体方法。始建于2011年的辽宁易派环保产业发展有限公司生态工程部,设有专业的方案设计人员及专业的技术咨询人员,现已发展并实施两个风电场项目,分别是铁岭镇西堡风电场和调兵山三峡风电场。两个风电场的生态修复设计方案已经完成并通过验收,现阶段进行植物修复环节,两个风电场同时种植3种以上不同的灌木及乔木营养杯,以保证生态多样性,并在陡崖种植爬藤,保证植物覆盖率达到90%以上。修复风机基座的同时还修复风电场道路,使道路宽度不超过4米。据相关技术人员介绍,修复前整地要注意排水通畅,关键地段应修建排水沟。清除地表直径大于等于5厘米的砾石,统一集中填埋于指定地点,填埋后进行修复。灌木播种或种草、栽草地段10厘米土层内粒径1~5毫米的沙粒土含量不得少于40%,特殊地段达到80%。修复所需客土应取自附近风化土,取土后统一进行生态恢复。   

植物种苗要选用健康的乡土植物或是已经驯化的外来植物。在石砾较多地段,可用小型营养钵移植苗木。道路两侧大于等于60度的险坡,若已基本稳定,则不需要削坡整形,可移植藤本植物进行覆盖。修复建植的植物群落除建群种外,每10平方米伴生物种中草本或灌木不得少于3种,每100平方米伴生物种中草本或灌木乔木不得少于3种。若种植月见草或是益母草,同时需要播种中低灌丛。推荐修复用的植物包括灌木,如刺玫蔷薇、兴安胡枝子;草被植物,如苔草、地榆、柴胡、野古草、丛生隐子草、龙牙草、林茜草;每环带除苔草外,其余均用单种栽植。  

(3)植物群落总体布局注意事项。关于植物群落总体布局要注意以下几点:风机平台外围地段建植混交林,树种及其数量比例按要求搭配,亦可从供选植物中自选;风机平台建植高、中灌丛;风机基座与变电站间建植低灌丛。修复后的植物群落总盖度大于等于90%。此外,可采取人工种植方式,加速植被修复进程;还可采取以天然更新为主,人工补播和人工补植为辅的方式。   

(4)植物种选择。选择适宜于风电场植被恢复的植物种,在风电场生态修复中,生物措施是最为主要的措施。因此,植物种的选择十分关键。在植物种的选用上,必须注意以下几个原则:适应本地气候环境,同时不造成外来物种入侵,最好选用乡土树种;抗逆性好,能耐旱、抗寒、抗风蚀;管理粗放,生长迅速;根系发达,且根系生长深度与种植基厚度相协调;覆盖地面效果好或防风效果好,能有效地控制风蚀和水蚀;植被生长后能构成层次分明的景观。 

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重金属污染修复   

目前我国受重金属污染的耕地面积近2 000万公顷,约占总耕地面积的1/6。耕地污染已对我国经济社会造成巨大的危害,全国每年被重金属污染的粮食达1 200万吨,直接经济损失超过200亿元。在此背景下,土壤污染越来越受到人们的关注,成为环境、土壤科学家们研究的热点问题。  重金属污染的来源主要是采矿、冶炼等工矿企业排放的废气、废水和废渣,煤和石油等矿物燃料的燃烧以及农药化肥的过量使用,其中主要包括汞、镉、铬、锌、铜及类金属砷等。土壤重金属污染的污染物在土壤中很难移动,滞留时间相对较长,难以被其他的微生物降解,并且可通过水、植物媒介的传递而影响人类生命健康。土壤重金属污染传统的治理通常采用物理、化学的方法,如客土换土法、淋滤法、吸附固定法、热处理法、络合浸提法、氧化还原法、电化学法等。虽然这些方法治理效果较好,历时较短,但往往投资大,难以管理,易造成二次污染。近年来,土壤重金属污染生物修复技术正在兴起。与传统方法相比,生物修复技术具有成本低、来源广、无二次污染的特点,尤其适用于低浓度重金属的去除。目前,生物修复技术的主体主要包括植物、动物、微生物。其中应用较为广泛、治理效果显著的是植物修复和微生物修复。  

(1)植物修复技术。植物修复是一种利用自然生长植物或遗传培育植物修复金属污染土壤的技术的总称,是解决环境中重金属污染问题的一个很有前景的方法,并已在全球得到了迅速的发展和应用。根据其作用过程和机理,重金属污染土壤的植物修复技术可分为3种类型:

①植物稳定。植物稳定是利用耐重金属植物降低土壤中有毒金属的移动性,从而减少金属被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。植物在植物稳定中主要有保护污染土壤不受侵蚀、减少土壤渗漏来防止金属污染物的淋移2种功能。缺乏植被、荒芜的土壤更易遭受侵蚀和淋漓作用,使污染物向周围环境扩散。稳定污染物最简单的办法是种植耐金属胁迫植物复垦污染土壤,通过金属在根部积累和沉淀或根表吸收来加强土壤中污染物的固定。植物稳定技术适合土壤质地粘重、有机质含量高的污染土壤的修复,主要用于矿区污染土壤修复,而在城市和工业区采用不多。

②植物挥发。植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发而减少土壤中一些挥发性污染物,即植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质,释放到大气中。目前这方面研究最多的是类金属元素汞和非金属元素硒。植物挥发通过植物及其根际微生物的作用,将环境中挥发性污染物直接挥发到大气中去,不需收获和处理含污染物的植物体,不失为一种有潜力的植物修复技术,但这种方法将污染物转移到大气中,对人类和其他生物具有一定的风险。

③植物提取。植物提取这一概念由Chaney和Baker等最早提出来,是指利用重金属超积累植物从土壤中吸取一种或几种重金属,并将其转移、贮存到地上部分,随后收割地上部分并集中处理,连续种植这种植物,即可使土壤中重金属含量降低到可接受水平。根据目前的文献,植物提取可分为2种策略,一是连续植物提取,依赖特异植物在其整个生命周期能够吸收、转运、积累和忍耐高含量的重金属;二是螯合剂辅助的植物提取,在植物提取过程中螯合剂主要起增加土壤溶液中金属含量和促进金属在植物体内运输两个作用。

(2)微生物修复。土壤微生物包括与植物根部相关的自由微生物、共生根际细菌、菌根真菌,它们是根际生态 区的完整组成部分。微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特的作用,其抗重金属机制包括生物吸附、胞外沉淀、生物转化、生物累积和外排作用。通过这些作用,微生物可以降低土壤中重金属的毒性,改变根际微环境,吸附积累重金属,从而提高植物对重金属的吸收、挥发或固定效率。但目前大部分微生物修复技术还局限在科研和实验室水平,实例研究还不多,无法大面积推广,对于微生物修复技术还需做更深入探索。

生态修复面临的困境与出路   

目前我国土壤生态修复的最大难点和困难体现在5个方面:第一,重金属污染土壤修复植物的选育。找寻生物量大、易收割、气候适应性强的超积累植物仍是当前的重点工作之一。第二,生物工程技术和基因工程技术的应用。第三,多种修复技术的综合应用。目前对于重金属污染土壤的修复方法多样,但就单一手段来看,任何一种技术都有其缺陷。这些技术在修复效率、经济成本、对生态扰动等方面有各自的局限。许多研究尝试着将多种修复技术综合应用进行土壤修复,并取得了较好的效果。第四,建立监管体系和过程量化数学模型。应建立一个科学监测网,及时、准确掌握各区域污染类型和污染程度。根据土壤受污染状况,种植相应植物,以防重金属进入食物链,确保粮食安全。同时,掌握污染状况也能为后期治理提供依据。第五,制定、完善法规,强化防治意识。同时,加大科普宣传力度,强化人们的污染防治意识。此外,重金属污染土壤修复技术的研究和应用虽有一定的发展,但尚处于试验开发阶段,还有一些理论和技术问题需要突破。同时,重金属污染土壤的面积在迅速扩大,而相应的修复技术的发展远远不能适应日益加剧的土壤污染。在这种形势下,污染土壤修复工作有必要进行多层面的技术深化和技术创新,即在摸清不同地区土壤中各类污染物迁移转化规律的基础上,把现有技术经改造后进行最佳组合与综合,或通过技术领域的重大突破来实现对污染土壤的有效治理。

编辑:Ellen
标签:可持续发展生态修复

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