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中图分类号 X171.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2016)14-0170-01
我国一直在研究有效解决环境资源以及水土流失问题的方法,生态修复技术实质上是一种结合实践总结得出的有效方法。将生态修复技术应用在现代园林艺术中,可以找到其中存在的问题以并探索其原理规律,从而实现最佳的生态修复状态。
1 生态修复技术概念
当前,我国管理园林的相关人员进行了自然的规划以及设计,整个过程始终遵循基本的生态修复理念[1]。在构思以及规划之后,就应用合理以及科学的生态修复技术进行设计,设计的主要内容包含以下方面:①在修复自然生态环境的同时,需要保障生态自然体系的和谐性以及稳定性;②在修复自然生态环境的过程中,需要保障生态自然体系拥有多样化的自然物种,这样可以维持均衡的生态体系;③需要更加合理化地规划自然环境结构,合理地调配好存在于生态自然环境中的各种生物,可以很好地维持自然生态之前的风貌,防止发生环境衰退等问题。为了让生态保持均衡状态,恢复和谐的自然生态环境,就应该遵循相关的科学管理原则,树立可持续发展的理念,更好地改善遭受破坏的生态环境,并且在恢复生态环境的基础之上可以有效地发展以及提升自然环境。
2 生态修复技术在现代园林艺术中的应用
2.1 应用时遵循的原则
一方面,更加全面地看待生态环境问题,在规划环境的过程中,不仅要对规划的方法以及原理是否符合实际状况进行考虑,还需要更加密切关注以及重视当前的设计项目,项目设计的理念需要和国家政府的理念保持一致,可以同步发展环境[2]。
另一方面,可以增加绿化的面积,将修复生态的水平提高。目前,全球气温正处于持续上升的状态,这样会促使整个水平面上升。但是植物借助光合作用能够将空气中的二氧化碳转换为氧气,因此增加绿化面积具有十分重要的作用,绿化面积的大小和生态修复的水平有紧密联系。然而,由于我国近年来利用土地的面积越来越多,所以亟需找到有效方法扩增植被绿化的面积。与此同时,在规划植物的过程中,管理人员可以借助空间优势来完成这一目标,合理分布空间以及分配植物,增加绿化面积。
此外,针对不同环境状况可以应用合理的措施,在修复生态环境时,设计者应该针对规划的不同类型采取不同修复措施,例如:居民区、工业园区以及街道绿化等,在规划设计街道的时候,不但需要考虑生态修复的效果,还需要考虑到城市的整体视觉效果,以此制订更加合理的设计方案。在规划设计工业园区时,需要针对环境污染等实际问题制定有效的解决措施。在规划设计居民区时,就需要构建和谐氛围以及减少环境污染。
2.2 具体的应用方法
在开展实施修复现代园林艺术之前,首先应该熟练掌握生态修复技术应用的特点,之后实施会更加符合实际要求以及更加合理,在现代园林艺术中有效应用生态修复技术的具体方法有以下几个:①排水方面。当前很多绿化部分主要是借助排水设备以及地表排水发挥其主要的排水功能。在规划排水设施的过程中,一般会种植大量植物,以缓解水流对地面的影响。在铺设排水设施的时候,需要在适当的位置应用挡水工具或者种植铺地植物,可以将水流速度减低以及更加有效地解决出现的不良问题。②水景护坡方面。实际操作过程中的方法就是在水景护坡中增加能够靠边岸的水面,借助护坡以及驳岸更好地保护坡面,护坡上一般选用各种性能的植物进行栽培,可以避免出现水流渗入等不良状况。③设置道路方面。一般选用多种防护效果较好的植物混栽,这样可以避免出现水土流失的情况[3],以更好地保护路面。
3 结语
综上所述,在我国当前人口数量以及环境问题发生状况增多的现状下,解决人口增多与环境恶化的矛盾最有效的方法就是生态修复技术,运用该技术可以很好地对我国环境进行有效改善,促进我国生态环境以及资源的合理开发以及配置[4-7]。
4 参考文献
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1棉田立体交叉污染网络棉田立体交叉污染网络是指棉花在生产过程中应用的化肥、农药、地膜所形成的固体、液体、气体残留物在形成污染过程中相互交叉,覆盖了从大气到植株、地表径流、土壤、地下水源、农产品的整个生产过程,贯穿从空间到时间的整个生产网络。
1.1土壤污染化肥、农药、地膜残留作为棉田土壤污染的主要来源,但它们污染方式与污染机理各不相同。首先,化肥直接施用到土壤中,其残留对土壤危害也最大。例如,化肥残留容易造成土壤物理化学性质的改变,即土壤酸化、板结、重金属元素超标、透气性降低;土壤养分比例失调、土壤有机质含量下降,蓄水保肥能力下降;土壤微生物种群及有益微生物含量降低;最终导致土壤生产能力和自我修复能力降低[11-13]。农药残留污染主要通过田间施肥,作物残体、灌溉、降雨淋洗以及大气沉降进入土壤。农药残留在土壤中时间的长短与农药自身的理化性质、施药时间、施药方式有关。如常用的有机磷农药在环境中易分解,残留时间较短,而有机氯、有机汞等高残留农药性质稳定,不易分解[14]。残留农药对农田土壤的影响主要有:(1)改变土壤的物理化学性质,如土壤酸化,养分含量降低、土壤孔隙度降低,容易板结等。(2)土壤生物种群数量与质量下降,如土壤微生物种群、动物种群数量及生存能力等明显降低。(3)土壤中重金属含量严重超标,农药中存在的重金属离子被土壤中的有机胶体和无机胶体吸附、固定而长期存在土壤中。另外,除草剂的长期使用也会对土壤造成污染[15-17]。残膜对棉田土壤的影响有:(1)土壤理化性质下降,如土壤团粒结构破坏,降低水分疏导能力,土壤孔隙度下降,保水保肥能力下降;(2)土壤微生物活动受到影响,减少有益微生物种群数量;(3)作物根系发育受抑制;(4)薄膜添加剂,如邻苯甲酸-2异丁酯等,可从地膜挥发至空气中抑制叶绿素的合成;铅、镉等重金属会在土壤中富集,造成污染[18-20]。另外残膜还可能形成“视觉污染”和导致牛羊等误食而引起死亡[21]。
1.2大气污染棉田中农药喷洒时的扩散、残留农药的挥发是大气污染的主要来源。化肥对大气的污染是由于易挥发化肥及施用方式不合理的气态损失所造成。另外,进入土壤的部分氮素经反硝化作用生成氧化亚氮从土壤中逸散,破坏臭氧层,加剧全球温室效应[22]。残膜及秸秆焚烧时所产生的烟雾也会对大气产生二次污染。
1.3水系污染水系污染包括对地表径流与地下水的污染,其主要污染来源为化肥和农药。例如,氮肥过量使用导致硝酸盐积累,通过下渗作用进入地下水系,从而导致地下水硝酸盐含量超标污染[23]。近10年来,我国农药年使用量稳定在23万t左右(有效成分),各种制剂年使用量稳定在162万t[24];但农药利用率约为30%左右,70%随灌溉或降雨进入地表径流,再进入地下水。残膜主要是通过灌溉和降雨进入地表径流形成污染。1.4农产品污染原棉污染来源主要包括重金属和杀虫剂,但目前对此类报道相对较少。根据德国不来梅棉花交易所2008/2009年度对来自于15个国家的原棉污染进行检测均未发现污染[25]。
2棉田立体交叉污染网络的治理方法棉田立体交叉网络形成过程复杂,既有单因素污染又有多因素重复污染,而且在污染形成过程中相互渗透、重复交叉。因此在治理过程中既要针对单因素污染源设计相应的治理方案,又要考虑到其他污染因素的影响,必须采用单项治理技术有机组合、综合治理的策略。同时还需建立区域性棉田污染指标体系和预测预警机制,实施生态补偿政策。
2.1棉田立体交叉污染网络治理技术
2.1.1污染土壤修复技术。我国污染土壤修复技术研究开始于20世纪末期,相对于欧美发达国家存在较大的差距。综合国内外污染土壤修复技术主要包括物理修复、化学修复、生物修复及联合修复技术[26]。微生物与植物联合修复技术(生物联合修复技术)由于其绿色环保特征,在近年来得到了迅速发展。微生物修复是通过筛选农药高效降解菌及石油烃降解菌对农药或石油污染的土壤进行修复。植物修复技术是利用植物根系的吸收、积累、过滤功能来降低土壤中重金属、农药、石油等的含量来恢复土壤的生态功能[27-28]。目前我国在植物修复技术上主要是利用苜蓿、黑麦草等植物来修复农药和化肥污染的土壤[29]。
2.1.2培育高质量棉田土壤。土壤质量是指土壤肥力质量、土壤环境质量及土壤健康质量三个方面的综合量度体系,即土壤在生态系统范围内维持生物的生产能力、保护环境质量及促进动植物健康的能力[30-31]。提高土壤质量可以有效提高作物根系的微生态环境;减少病原物侵害,提高植物根系对水肥的利用效率;增强植物的整体抗逆性能。目前,提高土壤质量的方法主要有,秸秆还田、合理轮作、施用有机肥及施用有益微生物等[32]。
2.1.3培育抗逆、高产及资源高效利用新型品种。通过常规育种与分子育种技术相结合,选育出高产、优质、水分和养分高效利用、复合抗病性强、抗虫性好的新型棉花新品种,减少农田病虫害发生,提高水肥等资源的综合利用效率,从而达到减少农田用药及水肥用量的目的。
2.1.4农田病虫草害综合防治技术。目前,农田病虫草害综合防治技术体系主要内容包括:(1)选育和应用抗病虫性较强的新品种;(2)调整农田生态环境和种植结构,减轻病虫害对农田的压力;(3)科学用药和保护利用天敌;(4)建立区域性的棉田生态型IPM(Integrated pest management)技术管理体系[33-36]。
2.1.5水肥一体化优化技术。水分一体化优化技术是指设计作物全生育期的水肥需求、在特定生育时期根据土壤水分与养分含量状况,配置适宜比例的养分,与灌溉水配兑成肥液,借助压力系统,通过可控管道系统,均匀、定时、定量,浸润作物根系生长区域,满足作物的生长发育需求[37-38]。目前我国在棉花、果树、设施园艺、苗木花卉等开展了水肥一体化(水肥耦合)技术推广应用,特别是新疆地区膜下滴灌技术处于世界领先水平。研究表明,水肥一体化技术可以使水分利用效率提高40%~60%,肥料利用效率提高30%~50%[39-40]。
2.1.6塑料地膜覆盖替代性产品及残膜回收技术。目前研究普遍认为对于地膜所形成白色污染的理想途径:首先,使用可降解地膜及研究新型的覆盖材料[41],其类型主要包括生物降解地膜、化学降解地膜、光降解地膜以及液态地膜等[35]。其次,提高地膜质量,改进农艺技术、研制高效残膜回收机械,提高残膜回收率。再次,通过其他农艺措施,减少或杜绝地膜应用,如育苗移栽技术(裸苗移栽、营养钵育苗)结合秸秆覆盖技术等[42]。
2.2建立区域棉田污染综合监测与预警机制建立区域性的棉田污染综合指标体系或单项指标体系,对棉花生产环境的大气环境、水环境、土壤环境进行检测和分析,确定区域主要污染物来源,污染物分担率及污染物累计指数[43],据此建立区域棉田污染综合监测与预警机制,并制定适宜的污染防控措施。目前国内外对此类报道主要是关于面源污染中模型估算方法[42],常见的农业面源污染模型有ANSWERS、CREAMS、WEPP、AG-NPS等模型,但不同的模型均有一定的局限性。我国棉区目前主要划分为长江流域棉区、黄河流域棉区及西北内陆棉区,可以根据不同棉区的生态特征与种植特点,建立棉田污染综合指标体系或单项指标体系,对棉花生产全程进行污染监测。
关键词: 水利工程;水环境修复工程;产学研
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2012)19-0277-02
0 引言
现代水利是生态水利,为了培养有社会责任感及环境保护意识的工程技术人才,必须对水利工程硕士进行生态环境保护方面的教育[1~4]。然而,目前水利高等教育在生态工程与水利工程相结合的领域,明显滞后于水利建设的需要[2~4]。在水利建设中已大力提倡建设生态河道、生态灌区;污染水体的治理已明确划归水利部门承担的时候,许多水利类院校的课程体系中还没有涉及水环境水生态方面的理论课及实践课[3,4]。从产学研角度考虑,工科专业的培养目标应该以社会需求、企业需要为导向,加强与生产单位的联系,建立合作联动机制,协作解决实际问题[5~7],故在水利工程硕士生中开设水环境修复课程很有必要。
《水环境修复工程》课以工程学的概念和方法为基础阐述了湖泊水库、河流、地下水等水体修复工程基本概念、原理和工程步骤。内容涵盖污染物在水体的迁移转化规律;环境修复技术基本原理、工程设计原则和步骤;植物修复、微生物修复、化学修复、物理修复等具体修复技术等。本文以作者在水利工程专业硕士生一年级中开设《水环境修复工程》课二年来的实践为基础,解析了该门课程开设面对的问题,阐述了为提高教学效果所做的一系列做法。
1 开设的必要性
随着可持续发展的理念日益深入人心,水利行业已从过去的工程水利发展到现代的生态水利、资源水利、环境水利;治水思路转变为实现人与自然和谐发展。目前,水资源短缺和水环境恶化是制约中国经济社会可持续发展的主要问题,新的历史形势赋予水利行业新的使命:除了传统的防洪排涝外,还应解决水污染的问题。相应地,不少地方水利局转制为水务局,其职能发生了改变,从以往单纯建造水利工程,出现什么问题解决什么问题,到现在强调治水中人与自然的和谐相处,注重水资源保护和水环境改善。这一系列观念上、工作方针上的巨大变化,对水利高等教育人才培养体系带来了深刻的影响。不少水利专家认为水利专业课程设置也应作出相应调整,将过去以防洪排涝发电设施的设计建造为主,拓展到水体污染控制与修复等方面[1,3,4]。
水利工程建设在为人类社会带来福祉的同时,也往往对生态系统产生各种负面影响,近年来这种影响引起了各方的关注[8]。大家认识到,疏导河流、修筑闸坝和大规模引水等,会改变地形地貌,影响到水生态环境。水利工程的生态影响问题,实质上是人与自然的关系在水利工作上的具体体现。目前国内外普遍认同水利工程在改变自然的同时,不能以破坏生态为代价,保护水生态环境就是保护人类社会可持续发展的基础,水利工作者必须承担起水利建设与生态保护双重任务[1~4]。故为了培养有社会责任感及环境保护意识的高级人才,必须在水利工程硕士生中开设生态环境类课程。
2 需要解决的问题
在水利工程专业硕士生中开设《水环境修复工程》需要解决很多的实际问题,列举如下:①由于没有开设先修课程,学生们普遍缺乏基础知识:水利工程专业大部分硕士生的本科专业为水利水电工程,小部分为水文水资源;传统水利学科主要从水的物理变化角度来研究水体,尚未开设化学类及生物、生态类课程,而这些课程恰恰是水环境修复课所必须的先修课程,故学生们对于对于微生物在污染物降解中的具体作用等重要而基本的问题无法体会。②目前缺少水环境修复工程的相关的教材,特别是适合水利工程专业学生的水环境修复工程教材。③由于条件所限无法开设水环境修复工程实验课程:水利专业实验室目前普遍缺少水污染方面的实验条件,并且课时也不够。
3 产学研分析
3.1 《水环境修复工程》课程与产学研的有机结合 《水环境修复工程》课程与产学研的有机结合主要体现在三个方面[5~7]。一是教学单位要和治水的相关部门及相关机构相结合,对学生的教学要和实际的水环境修复工程、水资源管理实践相结合。二是学生和教师要主动地、广泛地关注和参与全国范围内的重大水事活动、治水实践、课题研究和项目实施,要加强与企业的合作,建立稳定的校内与校外实习基地,保证学生以工程训练、素质教育为目标的社会实践活动的质量。三是密切注意科技发展动态,及时将各企业中的水环境修复工程新知识、新技术、新工艺、新标准等编入教材和讲义并引进课堂,使学生尽早地参与科技开发和创新活动。
【关键词】城市水土保持;重要性;危害;内容;发展
中图分类号:TV文献标识码: A
一、前言
当前,我国面临大面积的水土流失问题,已经成为世界上水土流失最为严重的国家之一。加强城市水土保持工作对于城市发展非常重要。
二、水土保持在现实生活中的重要性
1、水土保持对城乡经济的影响
我国还有很多人口生存条件恶劣,经济基础薄弱。据统计,我国贫困人口的90%都生活在水土流失严重区域,可见,水土流失影响着城乡居民的经济收入。就农村经济来看,水土流失会使得土壤中的营养分子流失,适合生产的优良土壤结构被破坏,大大降低土壤的生产力,农民的收成便得不到保证,对其经济收入造成最为直接的危害。如果水土流失严重,造成淤积、减少库容,水库储水不足,遇到干旱时,农田得不到及时灌溉,势必影响农业收成,影响农民的经济收入。而在城市也有此体现,如城市基础设施建设、工业废弃物的随意堆放和生活垃圾没有统一规划露天堆放等等,都容易导致城市水土流失加剧,破坏当地生态环境。一旦发生严重的滑坡塌岸、河道淤塞等灾害,将影响城市生态景观,危害城市基础设施和城市防洪安全,给生命财产造成巨大的损失。
2、水土保持对城乡居民生存环境和生活质量的影响
水土保持得好,居民的生存环境就得以优化,生活质量自然也会随之提高。这种影响的明显性具有区域特点,比如黄河中上游的居民,城市居民对此感受比较真切。由于严重水土流失的问题,在一定自然条件下,会连带发生沙尘暴天气、大雾天气等,这严重影响着人们正常的工作和学习环境,影响着人们的身心健康,使生活质量低下。传统的观点就是水土流失一般发生在山区,但是现在城市化速度加快,导致城市水土流失加剧,破坏了当地生态环境,不仅会产生土壤流失,而且会在大风天气形成沙尘,增加空气尘埃,降低空气质量,影响城市居民的生活质量。可见,不管是农村还是城市,要想优化生存环境,提高生活质量,都要重视水土的保持工作。
3、水土保持对可持续发展战略的影响
可持续发展就是指既要满足当前需要又不能削弱子孙后代满足其需要的能力的发展。该战略是在意识到环境的严重破坏对人们生活造成了不良影响之后重视起来的。该战略意味着我们在发展的同时要以合理利用、保护自然资源为前提。作为生命之源的水和作为立国之本的土是非常重要的自然资源,如此重要的自然资源因为自然或人为因素而正在大量流失,这表明我们未能合理利用水土资源,更不用说提高自然资源利用率了。可见,水土保持工作做得如何对可持续发展战略影响重大。水土流失不仅影响着我们的现在生活和未来生活,还影响着我们的子孙后代的生活。子孙后代的生存环境与生活质量就掌握在我们的手中,合理利用、提高自然资源的包容力是造福后世、造福子孙的大事。
三、城市水土流失危害主要表现
土地超强度的开发,大规模的占用和平整土地、采矿取石、取土修路,导致原有景观、水系破坏以及水土资源的流失和浪费;基本建设活动中扰动地表、损坏植被、破坏土壤环境,致使其水土保持生态功能大大降低;城市化过程致使地表硬化不透水面积增加、致使降雨不能就地及时入渗,导致地下水资源不能得到有效的补充,同时产生大量的地表径流,增加城市排水压力,严重地破坏了城市生态环境;大规模地表扰动、土方挖填、倒运、堆弃,形成新的水土流失,泥土被径流夹带流入市政雨水管网并沉积,大大降低城市雨水管网利用率,甚至造成排水管道堵塞、影响城市排水防洪能力,甚至造成城市经济重大损失,严重的阻碍和制约城市建设与发展;地表扰动、土方挖填、倒运以及弃土弃渣的不合理处置,为沙尘天气提供沙尘来源。城市水土流失不仅会对城市的生态环境和景观造成影响,还会加重城市环境污染,直接导致市民的生活环境恶化,直接或间接威胁市民的身心健康,降低了市民的生活质量。
四、城市水土保持主要内容
城市水土流失,实际上是城市化过程中因城市建设等人为活动而产生的规划区范围内的水土流失现象。城市化水土流失,可以理解为当建设规模或开发建设活动扰动土(岩)体超越城市的承载力和管理水平时,在自然外营力(降雨、重力、径流冲刷)的作用下,造成的水土资源的损失和生态景观的破坏。城市水土保持,应理解为防治开发建设水土流失和生态景观破坏的管理和技术措施。城市水土保持主要包括如下主要内容:(1)开发建设项目的开发整地方式,优化泥沙控制方法与措施。(2)城市规划区内退化劣地的生态修复及生态重建技术,包括闲置开发区的生态恢复治理、山体缺口(采石场、遗留边坡、废弃石场等)的复绿治理、毁林种果、原有侵蚀劣地的生态修复。(3)水源保护林的建设、管理及山地生态风景林的保护。(4)小流域内的河道(排水道)整治与河岸景观改善。(5)预防监督措施及水土保持违法案件查处。
五、城市水土保持的发展方向
1、以生态学理论指导城市水土保持
我国早期的城市水土保持忽视了人与自然的和谐关系,道路等设施建设往往忽视生态廊道的连通性;边坡、沟渠、河岸多采用浆砌石和混凝土护坡,造成了动物生境的破坏,生态系统失去自我修复的能力。随着认识水平的不断提高,以生态学的理论指导城市水土保持将是一个重要的发展方向。首先,城市是一个人工的复合生态系统,不仅包括社会文化系统、经济系统、居民系统,还包括资源环境系统,城市水土流失的产生的根本原因是人类活动主导的过度干扰;其次,在城市水土保持的实践中,水土保持的技术措施要注重生态系统功能的维系,因城市是一个人工的生态系统,完全采取自然的措施不够现实,一些欧洲国家如德国、奥地利近些年来采用的近自然恢复模式值得借鉴,如在道路等设施的建设中考虑动物的生境和迁徙廊道的连通性,边坡、河岸、渠道等尽量采用生物工程措施,尽量少用混凝土等非环境亲和性材料;第三,在水土保持植物材料的选择上,应以当地的乡土品种为主,注重植物的合理搭配,形成稳定的植被群落,在保持水土的同时,增加景观的多样性并形成高效稳定的生态系统,不宜单纯强调美观而不顾生态适宜性,造成养护成本居高不下。
2、城市水土保持资源化
我国目前资源约束日益趋紧,环境污染严重,绿色发展、循环发展、低碳发展、节约资源和保护环境是我国将来发展的必然选择。生产建设项目产生的垃圾、河道污泥、雨洪等进行资源化利用,即能够降低处置成本,又能够产生经济效益。南水北调中线邯石段工程,将渠道开挖余土进行集中堆放,在土方开挖前进行了表土剥离,弃土完成后,用原来的表土进行造地复垦,恢复原土耕植能力,取得了良好的效果。献县泛区蓄滞洪区建设与管理工程将泛区清淤的淤泥直接进行填筑造地,为城镇的新农村建设提供了土源,节省了建设投资,创造了良好的社会效益、经济效益和生态效益。)北京奥林匹克公园中区重要景观及龙形水系设计考虑了水资源的循环利用,把雨洪控制与利用纳入到实际的建设中,展示了城市雨水排放新概念,实现了雨洪的资源化。这些案例在我国的城市水土保持工作中,不仅改善了城市人居环境,也提高了资源的利用率,在我国人口密集、资源紧张的背景下,具有积极的示范意义。
3、城市水土保持与生态文明建设密切结合
生态文明其实质是人与自然和谐相处的一种良好范式,包括人对于资源环境的理念、价值及技术的集成。城市水土保持在引导市民认知自然、爱护自然、参与自然保护等文化教育方面发挥着重要的作用。“十”报告提出,大力推进生态文明建设,其中生态修复、推进水土流失综合治理是重要的内容。在我国城市化高速发展的今天,城市水土保持除了提高人居环境质量外,在推进城市生态文明建设中也不能缺位。2009年被水利部命名的第一个以城市水土保持科教示范为概念的基地――深圳水土保持示范园区,开创了我国城市水土保持生态文明建设的具体实践,融城市水土保持的科普教育、科技示范、试验研究、技术交流于一体的示范平台和寓教于乐的室外课堂,在宣扬水土保持理念、普及水土保持知识、增强水土保持意识、提升城市价值、展示水土保持科技成果、促进水土资源的可持续利用等方面,树立了良好的典范,也在把传统城市水土保持向城市生态文明建设推动方面做出了积极的贡献。今后一个时期,在城市水土保持的发展过程中,应对城市水土保持的这种文化教育作用给予更多的重视,利用城市水土保持示范园区这样一个纽带,把居民对于资源环境的认识统一在生态文明建设的轨道上,真正实现城市人与自然的和谐。
六、结束语
综上所述,城市要获得长久发展,首先要加强水土保持工作,将水土保持意识灌输到每一个城市居民中,从点滴做起,保护城市水土。
参考文献
关键词:石油污染 土壤修复 激活剂 优化
从全球范围内的石油污染土壤的修复技术来看,系统化的研究已经形成,包括有物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。生物修复技术是目前应用效果较好的一种方法,该技术采用特定生物对石油的吸收、转化和降解的功能促进土壤的自然净化,帮助生态系统的恢复。但生物修复法存在着另研究人员头疼的问题,即如何提高石油污染物的降解速度,加快生态系统的修复。
一、生物修复技术
生物修复技术是目前全球范围内使用较广、效果较好的治理石油土壤污染的方法。这种方法利用动植物和微生物对石油污染物的降解、吸收等作用促进被污染土壤的净化。作为目前最具有生命力的污染土壤处理技术——生物修复技术依据其生物类型又被划分为微生物修复、植物修复和动物修复三种。
微生物修复法包括生物堆积法、生物通气法、生物反应器法多种,生物堆腐法是类似于农民土地耕种的技术,为了促进微生物的生长,研究人员在其中进行了土壤调理剂的添加,如牛粪、锯屑、腐殖酸等物质。这种技术不仅能够有效降低污染土壤的修复成本,同时也能够达到废物利用的效果。研究发现,该修复方法对于石油烃有着较明显的作用,该物质的降解率超过95%。菌根修复技术是目前自然科学研究中的热门领域,菌剂也由最初的固体发酵转向了现代的工业化和商业化发展之路。动物修复技术使用的都是蚯蚓和海沙蚕,利用其对沉积物的扰动和对PAHs的富集作用清楚石油污染物。
生物修复技术与物理修复和化学修复两种技术相比有着成本低、工作量小、处理面积大、无二次污染等优点,但其利用动植物和微生物对石油污染物的降解作用,存在着耗时长、修复成功率不稳定等现象。为推动这一问题的解决,生物表面活性剂被开发和利用,纳米材料等功能性材料也得到了运用。在推进石油污染土壤的修复中,技术发展之路还很长。
二、激活剂对石油污染土壤修复的强化作用实验
实验采取的是响应面分析法,通过对石油污染土壤进行不同作用的激活剂的添加来突出其生物修复的成效。具体实验如下。
1.实验准备
实验用土为某炼油厂油罐区的被污染的土壤,其中石油烃的质量分数(Wo)为5.6%,其PH值为7.8,有机物含量为42.25g/kg,有机碳含量为22.13g/kg,总氮含量为0.40g/kg,其含水量较小。在实验开始前,将实验用土进行破碎、过筛等处理,确保其均匀。以该实验用土的Wo为基准,计算在实验结束后该土壤中石油的残留率。公式为: ,其中wt为修复后土壤内石油烃的质量分数。实验土壤的总氮含量仅有0.40g/kg,并不利于微生物的生长和功能发挥,因此需要做氮源的添加,从而确保土壤内碳含量和氮含量的比例均衡。实验用的激活剂为葡萄糖、双氧水、木屑和氮源。
2.实验过程
将被污染土壤均匀(1kg/盆)分装到大小形状均相同的花盆中,将木屑撒到土壤中,确保其覆盖均匀,用去等离子水稀释葡萄糖和氮源,与双氧水充分溶解,均匀喷洒到土壤中,四种物质添加完毕后,将土壤搅拌均匀。为求得最佳的激活剂添加量和激活剂的强化作用,本次实验采用两组对照,其中一组不添加任何激活剂作为对比组,另一组采用上述四种激活剂均匀喷洒,但其激活剂的量有所区别,根据量的不同分为8组样品。具体为:碳和氮的比例保持在10、25、50三个数值上,葡萄糖含量为0.5、0.8、0.3,双氧水含量为0.1、0.3、0.5,木屑的含量为1、3、5,。将花盆置放在恒温箱中,温度保持28摄氏度,周期为一个月,每天定时添加定量的水并做搅拌。在实验的第5、10、15、20、25、30天进行取样和指标测定。采用紫外分光光度法对土壤内的石油烃进行含量检测,测定土壤内部细菌的表面疏水性,其方法为微生物黏着碳烃化合物法。
3.响应面优化方案和相关数据设定
以中心组合实验设计原理进行单因素实验,将石油残留率 作为响应值,开展14个试验点(6个中心点)的响应面优化实验,将实验条件设定到和污染土壤强化修复的条件一直。对实验最后一天的土壤中 的值进行测定,从而确定被污染土壤修复的最佳实验因素。
三、实验结果分析
1.激活剂对石油污染土壤修复的强化作用实验结果
1.1碳和氮的含量比例对石油污染土壤的修复作用
从该实验的观察数据来看,当土壤内部的碳和氮的含量比例在25时,土壤内石油烃被降解的含量最大,在实验结束后,石油烃在土壤内的残留率仅为40%,而对照组的土壤中第30天测定的石油烃残留量为82%,降低了40个百分点。
当碳和氮的含量比例过高时,微生物的生长所需要的营养物质不足,不利于其作用发挥,而含量比例过低则会引起毒害,影响降解。
1.2葡萄糖的作用
葡萄糖的含量为0.3%时,土壤内石油烃残留量最低。这表明,葡萄糖能够作为微生物代谢的中间产物,促进石油烃的降解。同时,葡萄糖的过量添加会导致土壤PH值降低,影响内部微生物的活性,导致细菌表面疏水性的降低。
1.3双氧水的作用
双氧水不仅能够氧化石油烃,还能够促进土壤内部微生物的生长,促进其作用发挥。从本次研究的结果来看,当双氧水的添加量在0.5%时,石油烃的残留量最低。
1.4木屑的作用
木屑的加入对于增加土壤的空隙有着较为明显的作用,当土壤空隙一定时,土壤内微生物能够很好的接触到石油污染物,从而更好地发挥降解作用。结合本次研究结果,当木屑的添加量为3%时,土壤的空隙效果最好,此时,微生物有了较好的营养物质,土壤中有机质等含量得到增多,细菌与石油污染物的接触能力最强,另外,每天定时添加的定量的水分也被木屑充分的保留,维持了微生物的正常生长。
2.响应面优化的结果分析
从上述实验来看,木屑、葡萄糖、双氧水、氮源都能够很好地促进微生物对石油烃的降解。本次结果分析采用的是最优量的木屑、葡萄糖、双氧水、氮源,将其进行二次多项回归拟合。
通过其结果可以得知,3%的木屑、0.3%的葡萄糖、比值为25的碳和氮的含量比例和0.3%的葡萄糖其总体作用最大,实验进行一个月后,实验用土中的石油烃含量为40%,可知,回归模型能够很好地预测和分析激活剂的强化作用。相关结果就不在这里一一详述了。
四、结束语
结合本次实验的结果来看,木屑、葡萄糖、氮源和双氧水是较好的激活剂,能够促进微生物降解作用的发挥,同时通过响应面优化得出的回归模型对于预测激活剂的强化作用有着较为实际的效果。
参考文献
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[2]沈根祥,周海花,罗启仕,等.直流电场对根际土壤微生物群落的影响及其机理[J].农业环境科学学报2008(03).