【精选】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 键 词 ： 生 物 修 复 水 土 流 失 应 用正 文 ：一、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

2、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

3、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、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

4、物修复和微生物修复三种类型。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 物 修 复 按 作 用 方 式 中 有 无 人 为 的 有 目 的 的 活 动 分 两 类 ： 自 然 生 物 修 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 为 生 物 修 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

5、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 物 修 复 ： 就 是 利 用 植 物 去 治 理 水 体 、 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 生 物 修 复 ： 即 利 用 微 生 物 将

6、环 境 中 的 污 染 物 降 解 或 转 化 为 其 他 无 害 物质 的 过 程 。 动 物 修 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 、 生 物 修 复 技 术 在 水 土 保 持 中 的 应 用（ 1） 、 利 用 生 物 修 复 技 术 改 善 水 质微 生 物 修 复 技 术 在 改 善 水 质 方 面 的 应 用受污染的水体中的污染物质成分极其复杂。一

7、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。根据构筑物的不同类型以可分为多种方法。

8、 （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，借厌氧和兼性厌氧微生物（其中主要是厌氧菌）的作

9、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

10、，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，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

11、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） 、 利 用 生 物 修 复 技 术 改 变 土 壤 性 质植 物 对 土 壤 的 修 复 作 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

12、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

13、 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 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

14、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

15、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 物 改 善 土 壤 性 质 主 要 体 现 在 土 壤 内 的 无 脊 椎 动 物 ,有 节 肢 动 物 ,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 、 以 下 是 一

16、 个 关 于 生 物 修 复 技 术 在 水 土 保 持 中 应 用 的 实 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