污染生态学论文.doc

城市环境污染与生态修复城市是经济社会发展的基本形式，是人创造出来的人工生态系统。人口密集，经济和社会活动高度集中，并有大量的物质、能量和信息在流动，又有大量的废弃物或污染物排放出来。因此，城市又是最易于受到污染暴露的区域，也是最易于受到污染影响的人工生态系统。近年来，我国城市化发展极为迅速，据专家估计，到 2020年，中国将成为一个拥有三分之二城市人口的国家，正是城市化推动了中国过去20年经济的高速增长。然而，以大规模地把自然生态系统转变为人工生态系统的城市化，以高能耗、高污染为特征的传统工业化，严重影响和干扰了生态平衡，由此引发的城市生态健康问题日趋严重。城市的环境污染已经成为制约我国城市生态建设和经济与社会可持续发展的主要症结为了解决这一关键而复杂的现实问题，城市污染环境的生态修复势在必行。有专家认为，影响城市生态健康主要有自然干扰因素和人类活动干扰因素：（1）自然干扰因素。主要有不稳定的地质地貌结构，如火灾 地震 滑坡 泥石流等，可引起城市生态系统功能的削弱甚至消失；气候和水文因素的异常变化，主要包括降雨 温度 风的波动或巨变等，直接导致城市生态系统功能的减弱。（2）人类活动干扰因素。主要有过度开发利用城市资源；过度的基础设施建设，改变生态系统结构和功能，破坏了生态系统的完整性；超过环境承载能力的有毒、有害污染物的任意排放，造成生物多样性减少，水质下降；过度的城市工业活动，造成地球气候变化、臭氧层破坏、酸雨等环境灾难，以及土壤和地下水的污染；植被破坏以及单一化处理，影响生态系统的自我恢复能力和服务功能的发挥。世界观察研究所1999年6月发表的调查报告表明，虽然城市面积只占陆地面积的2%,但是生活在城市里的人进行活动所排放出的二氧化碳却占总排放量的78%，全球城市消耗了四分之三的世界能源，贡献了四分之三的世界污染物.中国城市环境污染按其属性通常分为三大类，即环境化学性污染、环境物理性污染、环境生物性污染，主要包括大气污染、水体污染、固体废弃物污染、噪声污染和土壤污染等几个方面，而这些污染主要来源于工业“三废”和生活“三废”，以及汽车尾气、各种化学制剂等。1.城市大气污染中国城市的空气污染仍为煤烟型为主，主要染物是二氧化硫、烟尘和工业粉尘。中国环保网公布的数据显示，2001年全国烟尘排放量为1.0698104 t， 2006年为1 078.4104 t ，2001年全国粉尘排放量为990.610 t ，2006 年为807.5104t；2001年全国二氧化硫排放量为1 947.8104t ，2006年为2 588.8104 t。分析以上数据发现，随着国家采取多种措施控制工业污染排放，烟尘和粉尘的排放放量有所降低，但二氧化硫排放量仍逐年增加，大气环境污染的问题仍然比较严重，而大气污染主要来自于城市。2.城市水体污染2005年，全国废水排放总量为524.5104 t，比2004年增加8.7%了。 其中工业废水排放量为243.1108 t,比2004年增加了10% 。城镇生活污水排放量为281.4108 t，比2004年增加了7.7%。其中三。分之二未经处理直接排入水体，造成90%的城市地表水域受到不同程度的污染。国家环境保护总局进行的“城市环境综合整治定量考核”结果显示，按照城市水域功能区划进行评价，2006年全国城市水域功能区水质达标率为82.13%，比2005年下降了7.24%。3.城市固体废弃物污染固体废物污染包括工业废弃物、建筑垃圾和生活垃圾等。据国家环保总局统计，2006年全国城市生活垃圾无害化处理率平均为59.48%，比2005年降低了0.23。其中，生活垃圾无害化处理率超过80%的城市有319个，比2005年增加了45个；垃圾无害化处理率为0的城市仍有192个，比2005年加了62个 。4.城市噪声污染城市噪声可分为交通噪声、工业噪声、社区生活噪声和施工噪声等。由于机动车辆数量一直在急速增加，道路交通噪声成为影响最广泛的污染。据中国环境状况公报（20022005年）显示，中国多数城市噪声处于轻度和中等污染水平，其中生活噪声影响范围大并呈扩大趋势，交通噪声对环境冲击最强。5.城市土壤污染中国城市化和工业化进程不断加快，造成城市土壤污染、侵蚀、酸化和硬化，以及土壤生物和植被退化等一系列较为严重的城市环境问题，直接危及城市居民的健康和安全。 归纳起来，造成城市土壤恶化的原因主要有工业“三废”物质、生活垃圾、交通运输、大气降雨、降尘等。与非城区自然土壤相比，城市土壤的全氮、水解氮含量降低；全磷和有效磷含量显著偏高，磷在城市土壤中的富集现象严重。此外，高大的水泥建筑 硬化的道路与地面所形成的热岛效应，不仅增大了对资源的需求，而且已造成空气无法流动，污染物无法扩散，加剧了城市烟雾污染。以上分析表明，城市环境污染依然严峻，城市生态健康受到严重威胁 因此，对污染环境实施必要的修复极其迫切，意义也十分重大。对城市环境污染修复的建议生态修复是在生态学原理指导下，以生物修复为基础，结合各种物理修复、化学修复以及工程技术措施，通过优化组合，使之达到最佳效果和最低耗费的一种综合修复污染环境的方法。首先是生物修复。广义的生物修复既包括微生物修复、植物修复，也包括植物与微生物的联合修复等。微生物修复是利用天然存在的或人为培养的专性微生物，对污染物进行吸收、 代谢和降解，将环境中有毒污染物转化成无毒物质甚至彻底去除的环境污染修复技术。近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术土壤生物修复技术，主要是利用土壤中的微生物分泌酶降解污染物来减少其对环境的危害。植物修复是利用植物及共存微生物与环境之间的相互作用，对环境污染物进行清除、分解、吸收或吸附，使污染环境得以恢复的科学技术。植物可以通过其茎、叶表面的气孔吸收并同化大气污染物，或通过根系、根际微生物的协同作用，清除大气、干湿沉降进入土壤或水体中的大气污染物。据测定，植被可以减少90%的污染。利用植物净化大气成本低、废物量小，还具有保持水土、美化环境、促使经济增长等综合效益。其次是物理修复。物理修复是一种传统的修复方法，在水环境、大气污染防治以及污水处理等众多方面广泛应用。主要是利用光、温度、水等环境要素，根据污染物的物理性质，通过机械分离、蒸发、电解和加热等方法，清除或转化环境中的污染物。第三是化学修复。化学修复就是向土壤投入改良剂，通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用，以降低重金属的生物有效性。物理和化学修复措施结合生物修复，是构成生态修复的重要要素。第四是现代生物技术修复。现代生物技术是指以 DNA 技术为先导，包括微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程、蛋白质工程和生物修复技术在内的一系列生物高新技术的统称。自 20 世纪 80 年代以来，生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。目前，现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用，且随着日益突出的环境问题，其在治理污染、环境生物监测、工业清洁生产、工业废弃物、城市生活垃圾的处理、有毒有害物质的无害化处理等方面发挥着重要的作用。其在处理环境污染物等方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入，人们已越来越意识到，现代生物技术的发展，为从根本上解决环境问题提供了无限的希望。在改良环境中没有其他技术所可代替和比拟的。现代生物技术在环境保护中的应用1 污水的生物净化。污水的生物净化是利用微生物自身的生命活动过程对污水中的有毒物质进行转移和转化，从而使污水得到净化的处理方法。目前，污水生物净化技术发展迅速，好氧法、厌氧生物法以及生物发酵法已趋于成熟。1.1固定化微生物技术。固定化微生物技术是 70 年代末由固定化酶技术发展起来的，它是指通过物理或化学的手段将游离的微生物固定在限定的空间区域使其保持活性并可反复利用的一项生物技术。其可以被用来处理一般高浓度有机废水、印染废水、含氮废水、难降解有机废水及其他废水等，一些具有特异性的优势菌种不断得到改造或创造，将这些高效专性菌如脱色菌、脱氮、脱磷菌假单胞菌等进行固定化后，菌体密度提高，大大提高了处理效率，尤其是对难降解有毒物质有明显优势。1.2生物强化处理技术。生物强化处理技术是为了提高废水处理的效果，而向废水中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种，以去除某一种或某一类有害物质。主要作用方式有：直接投加特效降解微生物，废水中的微生物可以附着在载体上形成高效生物膜或以游离的状态存在；引入生物强化制剂，主要用于处理城市污水，有机物的去除率可以得到显著提高，固体物质的产生会减少、硝化作用得以增强，从而提高污水脱氮脱磷效果；固定化生物强化技术，将特定的微生物封闭在高分子网络载体内，使菌体脱落少、活性高，从而提高优势微生物浓度，增加了其在生物处理器中的存留时间。1.3生物反应器技术。生物反应器技术，是现代生物技术发展的一个主要方向。生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，其有利于微生物附着生长形成生物膜，供气或供给的其他反应条件优越，污染物具有充分的时间与微生物接触，有利于增强微生物的分解代谢能力。2.白色污染的消除。“白色污染”是指被抛弃在环境中的废塑料包装物及废农膜对自然景观和生态环境造成的破坏。据资料显示，目前我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右，约 45000km 面积的废农膜残存在土壤中，若再不采取相应措施，将会严重影响我国生态和环境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。而利用现代生物技术消除白色污染的途径有：(1) 利用生物工程技术可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌。(2) 利用生物工程技术可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物 ( 如：根瘤菌)中，使两者同时发挥各自的作用，将塑料和农膜迅速降解。(3) 大力研发可降解塑料和地膜。降解塑料具有与普通塑料同样的使用功能，但在完成其使用功能而被废弃后，其化学结构可以在某些条件下发生变化，使高分子分解成分子量较小的分子，最后，被自然环境所同化。降解塑料有三类：光降解塑料、生物降解塑料及双降解塑料。目前在世界上降解塑料还远远没有得到大规模使用。开发使用降解塑料也只能作为解决白色污染的辅助措施。3污染土壤的生物修复与治理。目前工业的迅速发展，大量的人造化学物质排放入环境中，对资源和环境构成越来越严重的破坏。化石燃料的开采和使用，工业三废的排放，农村化肥和农药的大量使用，给我们赖以生存的环境造成了难以估量的污染。3.1重金属污染是造成土壤污染的主要污染物(1)植物修复。植物修复是一种利用植物去除和消减污染物的环境治理技术，是一种新兴的绿色生物修复技术，能在不破坏土壤生态环境、保持土壤结构和微生物的状况下，通过植物的根系直接将大量的重金属吸收，从土壤中移去从而修复被污染的土壤，它是环境污染治理的重要手段；(2) 微生物修复。微生物修复是利用微生物（细菌、藻类和酵母等）的生物活性对重金属的亲和吸附或转化为低毒产物，从而降低重金属的污染程度。3.2使用化学杀虫剂也会造成土壤污染。给农作物使用化学杀虫剂等，在防止病虫草害的同时，也造成了土壤污染严重，破坏了生态平衡，影响了农业的可持续发展，威胁着人类的身心健康。目前，利用生物技术降解农药，有多种方法，具体如下：(1)利用微生物降解农药：土壤中的微生物，包括细菌、真菌、放线菌和藻类等，其中细菌类对农药分解起主要作用，其可以利用自身生化上的多种适应能力，诱发突变菌株，例如假单胞菌对敌敌畏；曲霉菌、镰孢霉菌对敌百虫；芽孢杆菌、曲霉、青霉、假单胞杆菌、瓶型酵母等对甲胺磷。通过微生物的作用，把环境中的有机污染物转化为 CO2 和H 2O 等无毒无害或毒性较小的其他物质。且这种降解途径彻底，一般不会带来副作用。(2)共代谢作用：共代谢作用是指微生物在有它可利用的唯一碳源存在时，对它原来不能利用的物质也能分解代谢的现象。通过共代谢作用，即微生物从其他化合物获得碳源和能源后，将农药转化为可代谢的中间产物，甚至完全降解。能进行共代谢反应的微生物，细菌有假单胞菌属、不动杆菌属、诺卡氏菌属、芽孢杆菌属、分枝杆菌属、甲基弯曲菌属和节杆菌属等；真菌有青霉属和丝核菌属等。(3) 推广使用生物农药：生物农药，在传统意义上主要是指可以用来防治病、虫、草等有害生物的生物活体，利用细菌、病毒、真菌、线虫及拮抗微生物等来控制病虫草害的制剂。其具有安全、无毒、不污染环境等特点，目前已得到国内外农药行业的高度重视。现今，我国对生物农药的研发创制已出具规模，主要研制的农药品种有 B.t. 杀虫剂、农用抗生素、植物源农药、转基因植物、病毒类农药、真菌类农药、植物生长调节类农药等。随着生物技术、生物化学工程的不断进步，生物农药以其高效、广谱、对人畜安全及与生态环境相容等优势，将成为农药市场上的主流产品，值得推广使用。采用何种修复方法，应根据不同的生态环境，因地制宜。生物修复、物理修复、化学修复仅仅是城市生态修复的主要方法，复合的城市生态系统还需用系统的方法进行修复。现代生物技术是环境保护广泛应用和十分重的技术，在污水的生物净化、工业清洁生产、工业废弃物、城市生活垃圾的处理、有毒有害物质的降解、废物资源化、环境生物监测、环境修复和污染严重的工业企业的清洁生产等方面发挥着重要的作用。随着全球范围内对环境保护的高度重视和越来越严厉的环境法，市场对环境生物技术的需求会越来越广泛，且随着现代生物技术的不断发展，在未来的社会发展中，运用现代生物技术预防和治理环境污染，改善生态环境具有巨大的潜力和优势。城市化的推进要按照“资源节约型环境友好型”的要求，调整和完善城市生态经济结构，严格控制污染物的排放，加快城市污水和垃圾处理设施建设，提升城市环境质量；城市规划应注重体现“以人为本，人与自然和谐”的建设主旨，优化城市生态布局，实现生态系统各子系统的相互协调，提高城市整体功能，实现生态文明与经济文明的高度融合；对城市进行生态重建，将森林引入城市，形成由适宜本土生长的草地、灌木、树木构成的多层次、立体的生态系统，着力城市土地的生态恢复，让自然回归城市；用生态的方法解决生态的问题，更符合可持续发展之道。参考文献1 孙毅现代生物技术应用与环境保护研究的新进展