生物修复技术在水土保持中的应用

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1、生物修复技术在水土保持中的应用生物修复技术在水土保持中的应用概要：概要： 水土保持是指对自然因素和人为活动造成水土流失所采取的预防和治理措 施。而这里讲的利用生物修复技术进行水土保持是指为防治水土流失，保护与 合理利用水土资源，采取造林种草及管护的办法，增加植被覆盖率，维护和 提高土地生产力的一种水土保持措施。主要包括造林、种草和封山育林、育 草等。 关关键键词词：生物修复 水土流失 应用 正正文文： 一、一、水土流失的危害及水土保持的重要性水土流失的危害及水土保持的重要性 水土流失的危害主要在以下几个方面（1）破坏土壤肥力。土壤是人类生存 所必需的绿色植物生长的基础。肥沃的土壤，能够不断供应

2、和调节植物正常生 长所需要的水分、养分（如腐殖质、氮、磷、钾等） 、空气和热量。裸露坡地一 经暴雨冲刷，就会使含腐殖质多的表层土壤流失，造成土壤肥力下降。黄河每 年所携带的泥沙中含氮、磷、钾等养分就达数亿吨，其中绝大部分来自黄土高 原。 （2）加剧沟壑发展。随着水土流失程度的加深，沟壑发展也日益加剧。 在晋、陕、甘等省内大面积坡耕地支离破碎，耕种不便，以至弃耕荒废。 （3）淤积水库、阻塞河道、抬高河床。由于上游流域水土流失，汇入河道的泥 沙量增大，当挟带泥沙的河水流经中、下游河床、水库、河道，流速降低时， 泥沙就逐渐沉降淤积，使得水库淤浅而减小容量，河道阻塞而缩短通航里程， 严重影响水利工程和

3、航运事业。有些河流还因河床不断抬高而成为“地上河”。 这些“地上河”全靠人工筑堤束水，每当洪水季节，容易溃堤泛滥，危害人民的 生命财产。因此水土保持在恢复土壤肥力从而增加土壤的生产力，维持植被覆 盖率以调节气候，以及预防洪涝灾害方面具有重要的意义。 二、二、生物修复技术的定义及分类生物修复技术的定义及分类广义的生物修复，指一切以利用生物为主体的环境污染的治理技术。它包 括利用植物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤和水体中的污染物，使污染 物的浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也 包括将污染物稳定化，以减少其向周边环境的扩散。一般分为植物修复、动物 修复和微生物修复三

4、种类型。根据生物修复的污染物种类，它可分为有机污染 生物修复和重金属污染的生物修复和放射性物质的生物修复等。生生物物修修复复按按作作用用方方式式中中有有无无人人为为的的有有目目的的的的活活动动分分两两类类： 自自然然生生物物修修复复 没有人为的有目的的生物修复，叫自然生物修复，又 称为生物恢复，便于与生物修复相区别。 人人为为生生物物修修复复 有人为的有目的的生物修复，叫人为生物修复，通常 简称为生物修复。狭义的生物修复，是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物，或 是使污染物无害化的过程。它包括自然的和人为控制条件下的污染物降解或 无害化过程。 植植物物修修复复：就是利用植物去治理水体、

5、土壤和底泥等介质中的污染的技 术。植物修复技术包括六种类型：植物萃取、植物稳定、根际修复、植物转 化、根际过滤、植物挥发等技术。 微微生生物物修修复复： 即利用微生物将环境中的污染物降解或转化为其他无害物 质的过程。 动动物物修修复复：指通过土壤动物群的直接（吸收、转化和分解）或间接作用 （改善土壤理化性质，提高土壤肥力，促进植物和微生物的生长）而修复土 壤污染的过程。 三三、生生物物修修复复技技术术在在水水土土保保持持中中的的应应用用 （1 1）、利利用用生生物物修修复复技技术术改改善善水水质质 微微生生物物修修复复技技术术在在改改善善水水质质方方面面的的应应用用 受污染的水体中的污染物质成

6、分极其复杂。一般生活污水的主要成分是代 谢废物和食物残渣。工业废水可能含有较多的金属、酚类、甲醛等化学物质。 此外污水中还含有大量非病原微生物和少量病原菌及病毒。污水的生物处理就 是以污水中的混合微生物群体作为工作主体，对污水中的各种有机污染物进行 吸收、转化，同时通过扩散、吸附、凝聚、氧化分解、沉淀等作用，以去除水 中的污染物。因此，污水的微生物处理实际上是水体自净的强化，不同的是， 在去除了污水中的污染物后，必须将微生物从出水中分离出来，这种分离主要 是通过微生物本身的絮凝和原生动物、轮虫等的吞食作用完成的。 根据微生物对氧的需求不同，污水生物处理可分为好氧处理和厌氧处理两 大类。根据构筑

7、物的不同类型以可分为多种方法。 （一）、好氧生物处理 好氧生物处理是在水中有溶解氧存在的条件下，借好氧和兼性厌氧微生物 （其中主要是好氧菌）的作用来进行的。在处理过程中，绝大多数的有机物都 能被相应的微生物氧化分解。整个好氧分解过程可分为两个阶段。第一阶段， 主要是有机物被转化为 CO2、H2O、NH3 等；第二阶段，主要是 NH3 转化为 NO2 和 NO3。 用好氧法处理污水，基本上没有臭气，处理所需的时间比较短。 根据处理构筑物的不同，好氧生物处理的方法可分为活性污泥法、生物膜法、 氧化塘等。其中活性污泥法和生物膜法应用最广泛。 （二）厌氧生物处理 厌氧生物处理是在无氧的条件下，借厌氧和

8、兼性厌氧微生物（其中主要是厌 氧菌）的作用来分解污水中有机物的，也称厌氧消化或厌氧发酵。 有机物厌氧分解的钱过程是由三类生理上完全不同的细菌分三个阶段完成的。 第一阶段，复杂有机物如纤维素、蛋白质、脂肪等在微生物作用下降解为简单 的有机物如粮类、有机酸、醇等，是水解、发酵阶段；第二阶段，由产氢产乙 酸细菌群将有机酸等转化成乙酸、H2 及 CO2，为产氢产乙酸阶段；第三阶段， 在产甲烷细菌作用下将乙酸（包括甲酸）、CO2、H2 转化为 CH4，是产甲烷 阶段。 厌氧生物处理主要应用于有机污泥和高浓度有机污水的处理。由于所需时间 长，对设备要求严格，因而影响其迅速推广。 动物修复技术在改善水质方面

9、的作用动物修复技术在改善水质方面的作用 水体中的污染物首先被细菌和真菌作为营养物质摄取，并将有机污染物分解为 无机物。细菌和真菌又被原生动物吞食，所产生的无机物如氮、磷等作为营养盐类被藻类吸收。藻类通过光合作用产生的氧可供其他水生生物利用，但若藻 类过多又会产生新的有机污染，但水中的浮游动物，鱼，虾、蜗牛、鸭等，恰 恰以藻类为食，抑制了藻类的过度繁殖，不至于产生再次污染，使水体的自净 作用占绝对优势。国内外的许多学者和研究人员都致力于利用水生动物对水体 中无机和有机物的吸收与利用来净化水。尤其是利用水体生态系统中食物链中 的蚌、螺、草食性浮游动物和鱼类，直接吸收营养盐类、有机碎屑和浮游植物，

10、取得明显的效果，这些水生动物就像小小的生物过滤器，昼夜不停的过滤着水 体。 植物修复技术在改善水质方面的应用植物修复技术在改善水质方面的应用 植物修复技术在改善水质方面主要用到的是 根滤作用其原理是：借助植物羽状根系所具有的强烈吸持作用，从污水中吸收， 浓集，沉淀金属或有机污染物，植物根系可以吸附大量的铅，铬等金属.另外也 可以用于放射性污染物，疏水性有机污染物(如三硝基甲苯 TNT)的治理。进行 根滤作用所需要的媒介以水为主.因此根滤是水体，浅水湖和湿地系统进行植物 修复的重要方式，所选用的植物也以水生植物为主。 （2 2）、利利用用生生物物修修复复技技术术改改变变土土壤壤性性质质 植植物物

11、对对土土壤壤的的修修复复作作用用 植物萃取和植物固定是修复土壤的主要方式 植物萃取的原理：种植一些特殊植物，利用其根系吸收污染土壤中的有 毒有害物质并运移至植物地上部，通过收割地上部物质带走土壤中污染物的 一种方法。植物提取作用是目前研究最多，最有发展前景的方法。该技术利 用的是一些对重金属具有较强忍耐和富集能力的特殊植物。要求所用植物具 有生物量大、生长快和抗病虫害能力强的特点，并具备对多种重金属较强的 富集能力。此方法的关键在于寻找合适的超富集植物和诱导出超级富集体。 植物固定的原理：利用植物根际的一些特殊 物质使土壤中的污染物转 化为相对无害物质的一种方法。 植物在植物稳定中主要有两种功

12、能： 1.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.通过金属根部的积累和沉淀或根表吸持来加强土壤中污染物的固定。 应用植物稳定原理修复污染土壤应尽量防止植物吸收有害元素，以防止 昆虫、草食动物及牛、羊等牲畜在这些地方觅食后可能会对食物链带来的污 染。 然而植物稳定作用并没有将环境中的重金属离子去除，只是暂时将其固 定，使其对环境中的生物不产生毒害作用，但并没有彻底解决环境中的重金 属污染问题。如果 环境条件发生变化，重金属的生物可利用性可能又会发生 改变。因此，植物固定不是一个很理想的方法。 动动物物改改善善土土壤壤性性质质 主要体现在土壤内的 无脊椎动物,有节肢动物 ,

13、软体 动物,环节动物等的运动与代谢，增加土壤的肥力，与疏松性。 利用生物修复技术保持水土主要就体现在修复水体和土壤，并将两者修 复结合起来，达到 防止水土流失及 改善水土环境的目的。 四四、以以下下是是一一个个关关于于生生物物修修复复技技术术在在水水土土保保持持中中应应用用的的实实例例： 深圳市水土保持科技示范园位于深圳市南山区西丽镇乌石岗，紧邻西丽水库， 一期工程占地面积 22 万平方米。该工程主要包括水土保持护坡技术展示工程、 水土保持试验及展示工程、道路工程、园林景观工程等内容。2009 年，该项目作为全国第一个以城市水土保持科教示范为概念的基地，被水利部命名为“全国 水土保持科技示范园

14、区”。 凭借科学的规划设计和先进的施工技术，这一建设 目标最终得以完美实现。该项目也因此荣获 2010 年度中国风景园林学会优秀园 林工程奖“金奖”称号。深圳水土保持科技示范园主要是利用生物修复技术进行水土保持的展示， 科技园内主要的景观有：“蚯之丘”、 “土厚园”、 “木华园”、 “金哲园”、 “水清园”。它 们都展示了利用生物修复技术， （即植物修复，动物修复，微生物修复）来改善 土壤性质，改善水质，维持植被生长的适宜环境，以达到保持水土的目的。如 “蚯之丘”就是模仿蚯蚓在土壤中拱起的洞穴，通过放大、形象的人工塑造，让 观众在洞内感受蚯蚓在土中穿行的过程，揭示自然界动物疏松、改良土壤的活

15、动。又如在建筑单体墙面的处理中，采用透明玻璃墙体设置成各种土壤断面， 展示水生植物对水体的净化过程，以及种子从泥土萌发到枝叶繁茂的整个生长 过程。园内体现生物修复技术的工程主要有植草护坡、喷草护坡、喷草加植乔 灌木、喷混植生、喷混植生加植乔灌木、木桩护坡、生物袋护坡、浆砌石护坡、 浆砌石格网护坡、浆砌石拱形护坡、挂笼砖绿化、挂网喷混植生绿化等。从深圳市水土保持科技示范园的案例来看，实施水土保持工作不仅是生物 修复技术的充分利用，还要注重其他合理修复技术的结合运用，遵循几个基本 原则：1 1、因地制宜，通过考察修复地水土流失的特点确定合理的实施地点和方 法，如深圳市的水土流失主要因开发建设造成，

16、同时，因自然因素形成的水土 流失类型具有典型的花岗岩地区水土流失特点，如崩岗，滑坡等。水土保持示 范园区为低山丘陵地貌，主要为石土构成。现状地形丰富，山体、丘陵、坡地 交错分布，水体、山体、滩涂、湿地等自然构成要素齐全。园区一期建设区域 原为南山区乌石岗废弃石场，严重的水土流失主要是因深圳建设初期大量开山 采石的；该石场经过阶段性水土保持综合整治，区域生态环境发生了根本性扭 转。二期建设区域为一期建设区域的周边范围，水土流失类型以崩岗为主，具 有典型的花岗岩地区水土流失特点。2、开展水土保持科普教育工作，带动更多 人重视水土保持工作。深圳地域面积虽然不大，但有来自全国的众多建设者， 具有人口众多的特点，水土保持宣传可起到以一市带动全国的效果。而青少年 儿童是祖国的未来和希望，他们正处于人生观、价值观形成的重要阶段，具有 较强的可塑性，是生态建设和保护的重要后备力量。3、规划先行，高水平建设 水土保持工程。4、科技引领，广泛应用水土保持科研成果。深圳十余年的城市 水土保持工作实践，在山地水土流失治理、裸露山体