生态恢复.doc

生态修复中的生物技术1. 什么是生态修复：所谓生态修复是指对生态系统停止人为干扰，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恢复能力，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自然突变和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，恢复生态系统原本的面貌，比如砍伐的森林要种植上，退耕还林让动物回到原来的生活环境中。这样，生态系统得到了更好的恢复，称为“生态修复”。2. 概念解析：在生态修复的研究和实践中，涉及的相关概念有生态恢复（Ecological Restoration）、生态修复（Ecological Rehabilitation）、生态重建(EcologicalReconstruction）、生态改建(Ecological Renewal）、生态改良（Ecological Reclaim）。Restoration是指对受到干扰、破坏的生态环境修复使其尽可能恢复到原来的状态。 Reclaimation是指将被干扰和破坏的生境恢复到使它原来定居的物种能够重新定居，或者使原来物种相似的物种能够定居。Rehabilitation是指根据土地利用计划，将受干扰和破坏的土地恢复到具有生产力的状态，确保该土地保持稳定的生产状态，不再造成环境恶化，并与周围环境的景观（艺术欣赏性）保持一致。Reconstruction是指通过外界力量使完全受损的生态系统恢复到原初状态。Renewal是指通过外界力的力量使部分受损的生态系统进行改善，增加人类所期望的人工特点，减少人类不希望的自然特点。虽然在涵义上有所区别，但是都具有“恢复和发展”的内涵，即使原来受到干扰或者损害的系统恢复后使其可持续发展，并为人类持续利用。学术上用的比较多的是“生态恢复”和“生态修复”，生态恢复的称谓主要应用在欧美国家，在我国也有应用，而生态修复的叫法主要应用在日本和我国。注意：“生态恢复”的含义远远超出以稳定水土流失地域为目的种树，也不仅仅是种植多样的当地植物，“生态恢复”是试图重新创造、引导或加速自然演化过程。人类没有能力去恢复出真的天然系统，但是我们可以帮助自然，把一个地区需要的基本植物和动物放到一起，提供基本的条件，然后让它自然演化，最后实现恢复。因此生态恢复的目标不是要种植尽可能多的物种，而是创造良好的条件，促进一个群落发展成为由当地物种组成的完整生态系统。或者说目标是为当地的各种动物提供相应的栖息环境。3. 为什么要进行生态修复：1） .生态破坏的现象山区型煤矿废弃地 海岸带生态系统退化 过度垦荒，围湖造田 不合理地引进物种2）.造成的后果1我国矿山生态破坏情况令人忧虑中国现有的国营矿山企业8(启)多个,个体矿山企业达到23万多个。如此大规模的矿山开采对土地和环境的破坏是相当惊人的。在这些矿山中,大多数矿山企业技术和生产设备落后,特别是个体矿山企业,多只重视自身利益,对矿山的维护和环境建设不够重视,对废弃矿山的生态恢复工作更是由于种种原因而被搁置。据统计,全国矿区累计被破坏的土地面积达2.88xlo“k砰,并且每年以大约467k扩的速度增长。中国虽然疆域辽阔,但人均耕地只有0.llha,不足世界的飞/2;而人口却以每年1500万左右的速度在增长,耕地以(0.5一1)x106ha的速度在减少,矿山开采对土地的破坏使本已稀缺的土地资源呈加速减少的趋势。有色金属工业每年排放的固体废弃物达日沉X)多万吨。累计堆存量已达10亿吨,占用土地超过700k扩。不仅如此,采矿及其废弃物的任意处置给周边地区带来极为严重的环境污染。目前,我国因尾矿造成的直接污染面积已达6万余公顷,间接污染土地面积60余万公顷。此外,矿业固体废弃物的污染持续时间相当长,有关模型测算表明,废石堆的污染会持续500年之久。未经处置的尾矿污染也在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损失超过90亿元。如果把未充分利用的资源计算在内,则全国每年工业固体废弃物堆置造成的经济损失约300亿元。2矿山生态恢复研究的历史生态恢复最早的研究可以追溯到1935年,Abl。玫oPold在美国威斯康涅州进行的牧草改种的工作。但真正意义上的研究工作还是W.R.Jordan在70年代对矿山植被的恢复工作。1973年在美国召开的“受害生态系统恢复”国际会议后,“恢复生态学”一词被提出。1987年RestorationEeolo群:Asyn一thetjeApproachtoEeologealResearch一书的出版和1993年RestorationEcolo群杂志的创刊,标志着在20世纪末恢复生态学已成为研究的热点领域之一。矿山生态恢复作为国内外恢复生态学研究的重点,其研究和实践已被广泛开展。英国露天煤矿到1993年已复垦5.4xl护ha,他们采用表面覆盖法成功地处理了锌冶炼厂废弃物,种植耐锌植物,改善了环境。美国47%的矿业废弃地恢复了生态环境。德国著名的莱茵褐煤矿区的林业复垦经过几十年的工作已取得很大的成绩。中国对平朔安太堡等露天煤矿及西南岩溶石山贫困地区进行了生态重建的实验示范研究。对于土壤重金属污染的修复技术与方法。初期一般采用物理和化学的方法进行污染土壤的修复,如热处理法和化学浸出法,但费用昂贵,不适于大面积应用。80年代末和90年代初期,国外开始研究基于物理、化学过程的微生物、植物分解代谢土壤污染的生物修复方法,近几年发展非常迅速,不仅较物理、化学方法经济,同时也不易产生二次污染,更适于大面积土壤的修复。3目前矿山生态恢复的主要技术手段要进行矿山的生态恢复,最重要的任务是矿山植被的恢复,因为所有的自然生态系统的恢复和重建,总是以植被的恢复为前提的然而对于一些受重金属污染的废弃地来说,因为上壤具有极为恶劣的性质,植被的白然恢复十分困难。在大多数情况下,自然演替过程是比较缓慢的,一般需要50一100年的时间才能获得满意的植被覆盖,尤其是在矿业废弃地上其恢复速度更加缓慢。进行生态恢复的首要工作是鉴定限制生态环境恢复的因子和有毒物质,并清除这些不利因素。从植物生长所需条件分析,植被恢复最关键的两个条件是土壤条件和植物种类选择。3.1改良土坡条件矿业废弃地土壤条件的改良可分为两种情况,一是废弃地上根本没有土壤层,必须先覆土,再改良;二是废弃地上有土壤层,可进行直接改良。第一种情况称为客土法,将第二种情况称为直接改良法。客土法的关键是寻找土源和确定覆盖的厚度与方式。为解决土源问题,有些国家或企业要求,在采矿工程动工之前,先把表层(30cm)及亚表层(so一60cm)土壤取走,并认真加以保存,待工程结束后再把它们放回原处。直接改良法就是要因地制宜地改变不利于植物生长的三种土壤因素,分别是物理条件差、某些营养物质的缺乏和毒性。因此,土壤改良的目的有三个:一是改善土壤的结构等物理条件;二是改善土壤的营养状况;三是去除土壤中的有毒物质。3.2植物修复技术“植物修复”(Phytoremediation)是指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上,而该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力,将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收)后即可将该种重金属移出土体,达到污染治理与生态修复的目的。矿山废弃物及尾矿经过长期的堆置会在其表面覆盖一层植被。研究表明,矿山废弃时间在4一5年间,植物种类较少,且多为一两年生草本植物;植物种类增幅较大时期是7-巧年间;而巧一38年间植物种类数量增多的幅度又会减小。这一研究给我们一个启示,人类是完全可以利用人工种植植被的办法来改善和恢复生态系统的。植物修复的前提是找到对某种(些)重金属具有特殊吸收富集能力的植物种或基因型,即重金属的“超富集体”(Hyperace二dator)。超富集体的一般定义是:在地上部能够较普通作物累积10500倍以上某种重金属的植物。如羊齿类铁角蔗属植物及富锡觅科植物和十字花科遏蓝菜属等,对土壤的锡的吸收能力很强,后者体内的含锡量可高达5沉)一70以)m岁kg;香蒲植物,绿马植物无叶紫花首子对铅锌具有较强的忍耐和吸收能力,可用于净化铅锌矿废水污染的土壤。早期的探矿者曾利用寻找指示植物的方法比地质学家更早发现特定的矿床所在而植物指示法在美国和俄罗斯发现铀矿中曾起着重要作用。许多Se、Si、Zn、Cd、Cu和Co的富集性植物远在植物修复概念出现以前就已为某些科学家所知。不同重金属超富集体的分类标准常因重金属类型并不相同。如一般栽培作物茎叶中Zn和Mn的浓度往往大于Ni,Zn通常为300一soom岁kg,所以对Zn和Mn的超富集体,茎叶中的Zn和Mn浓度应大于1%;而普通作物茎叶中的Cd浓度通常小于lm岁kg,所以对Cd的超富集体茎叶中Cd的浓度应大于loom解kg,实际上某些植物可超过1%。根据从世界各地所收集的植物分析结果表明,植物超富集体茎叶中的重金属浓度可达其干重的l%,这些重金属主要是Zn、Ni、Se、Cu、Co和Mn,对Cd则为0.1%以_!二。目前,在植物的重金属治理方面的主要研究有植物萃取技术(利用能吸收重金属的植物将土壤中的重金属萃取出来,富集并搬运到植物可收割的部分和植物地上的枝条部分)和植物固化技术(利用某些植物根系的生物活性,如活跃的酶系统或微生物系统来改变某些重金属的化合价,降低其可溶性和生物毒性,从而降低重金属的活性,以减少重金属被淋滤进人地下水或通过空气进一步扩散污染环境的可能性)。3.3微生物修复技术地球上存在的微生物超过18万种,其中包括约26900种藻类,30800种原生动物,4760种细菌,1以X种病菌和46983种真菌。土壤中的微生物具有范围很宽的代谢活性,因此消除污染物的一个简单方法就是将污染物或含有这些污染物的物质加到土壤中去,依靠土壤中的土著微生物群落降解。反过来,对于被污染的土壤,也可以通过提高土壤微生物的代谢条件,人为增加有效微生物的生物量和代谢活性或添加针对性的高效微生物来加速土壤中污染物的降解过程。生物修复中可以用来接种的微生物从其来源可分为土著微生物、外来微生物和基因工程菌,从其微生物物种类型可分为细菌和真菌。通常土著微生物与外来微生物相比,在种群协调性,环境适应性等方面都具有较大的竞争优势,因而常作为首选菌种。国外在特定污染土壤中进行针对性土著降解菌的筛选和应用已经进行了多年,特别是在油田及石油类污染土壤的微生物降解技术的研究与应用方面取得了很大进展。世界上最严重的石油泄露事件发生在1991年波斯湾战争期间,当时萨达姆故意向波斯湾倾倒了100万加仑石油,导致那里的鸟类和鱼类灭绝.但石油泄漏造成的损失不能凭借石油泄漏的多少衡量.早在1989年,美国埃克森瓦尔迪兹号油轮在阿拉斯加东南部搁浅,1100万加仑石油尽泄海中.但由于那里地处偏远,影响没有波斯湾的那次大.基因突变2012年8月14日，日本一个研究小组说，福岛第一核电站附近的蝴蝶在辐射物质泄漏事故后基因突变。冲绳县琉球大学副教授丈二大泷（音译）称，泄漏发生后，一些酢浆灰蝶在幼虫阶段即暴露在放射性尘埃环境中，随后被放在放射性尘埃区外的实验室内培育。研究人员发现，这些蝴蝶中，12%基因突变，包括翅膀变小、眼睛受损。它们的下一代中，18%出现类似状况。尽管第三代蝴蝶的“父母”中有一个本没有受到事故影响，畸形的比例仍为34%。丈二说，研究人员9月、即事故发生6个月后在福岛收集另外240只蝴蝶。结果显示，这组蝴蝶的畸形比例为52%。丈二随后在冲绳完成一组比对试验，把没有受到影响的蝴蝶暴露在低辐射环境下，结果显示，蝴蝶出现畸形的比例与先前试验结果相似。他说：“我们得出肯定结论，福岛第一核电站辐射泄漏损伤蝴蝶基因。”22辐射污染2012年8月21日，日本东京电力公司宣布，从福岛第一核电站半径20公里海域捕获的大泷六线鱼体内，检测出相当于每千克鱼2.58万贝克勒尔的放射性铯，创下福岛第一核电站事故以来的最高纪录。23鉴于日本东京电力福岛第一核电站地下蓄水池曾发生泄露，东电一直对蓄水池外侧突然进行辐射浓度监测。据东电公司2013年4月28日对前一日在1号蓄水池外侧的土壤采集到的核污水进行分析，分析结果显示核污水辐射浓度比2日前上升超过10倍。蓄水池外侧土壤采取水的地点共有2处，2地点之前的辐射浓度一直维持较低水平。日本东电公司对此称：“目前原因还不清楚。将继续进行监测。”11984年,在印度Ma