河流生态环境脆弱带生态修复技术研究

许 庆，李立伟

（临沂市沂水县环境监控中心，山东 沂水 276400）

生态环境脆弱带主要是指受到环境污染或扰动破坏较为严重的生态系统，该生态系统具有自我修复能力低、抗风险能力弱等特征，必须通过人工干预的方式对其进行基本修复，使其恢复基本的生态功能[1-2]。河流区域受到水流的长期冲刷，生态系统较为单一，它属于土壤、水体、空气污染的交汇点，常处于脆弱生态状态，因此有必要研究其生态修复技术[3-5]。

1 生态环境脆弱带的修复原则与基本流程

生态环境脆弱带很难通过自然恢复的方式予以修复，这一区域的生态保护与修复相对复杂。在当前的环保政策下，要通过控制污染与人为扰动等方式避免生态环境脆弱带的出现，对其自然修复能力进行评估。只有当自然修复需要时间较长或缺少可能性时，才会对其进行人工生态修复，在河流区域形成湿地生态系统，进而修复自然环境。生态环境脆弱带修复要遵循相应原则，执行基本流程。

1.1 生态环境脆弱带的修复原则

1.1.1 适应性原则

适应性主要包括3 个方面。一是技术应用的适应性。造成生态破坏的因素多种多样，修复技术的选择要与破坏的原因相适应，进而实现恢复原有功能的根本目的。二是条件的适应性。生态修复要充分考虑当地的气象、地质等环境要素，选择方法与要素时要与外部环境相适应，提高修复效能。三是结果的适应性。要尽可能避免过度修复，修复目标应该以恢复基本功能为主，降低对环境的扰动。

1.1.2 最小化原则

最小化原则主要是指在生态修复过程中遵循生态发展的基本规律，实现人工干预的最小化。例如，生态环境能够通过自然修复实现目标，就应该避免人工修复；如果通过简单的投放种子、鱼苗等方式可以实现修复，就应该避免长期干预。这一原则能够有效避免生态修复过程带来更多的环境扰动，使得修复后的环境更接近自然状态。

1.1.3 经济性原则

经济性原则是指在生态修复中要尽可能控制好修复成本。一方面，要避免过高的资金投入或过度修复带来的财政资金压力；另一方面，要通过技术应用提高修复的效率与成功率，避免重复修复或无效修复带来的资金浪费。

1.2 生态环境脆弱带的修复流程

生态环境脆弱带的修复流程如图1所示，主要包括修复潜力评估、修复方案制定、修复方案实施和修复效果评估。

图1 生态环境脆弱带修复流程

1.2.1 修复潜力评估

修复潜力评估是开展生态环境脆弱带修复的前提。首先，要对修复潜力进行评估，从而明确修复深度和修复可能性；其次，要在国家法律法规及相关政策的框架下确定生态修复目标，如修复至具有自我恢复能力、恢复原貌、恢复生态功能、重建生物多样性等；最后，根据评估结果和具体修复目标，为方案的制定提供依据。

1.2.2 修复方案制定

在方案制定的过程中，要充分考虑修复的安全性、可行性与经济性，同时分析修复方案的效率。具体而言，修复的安全性主要是指在生态修复过程中不能带来额外的污染与生态扰动；可行性主要是指修复所采用的技术要与生态破坏相适应，且符合当地的气象、地质条件；经济性则主要是指生态修复要符合目标预期并满足成本控制原则，在相同修复效果下选择最为经济的技术予以修复。在实操过程中，一般制定多套方案以供选择，在方案筛选中，可以依据具体的修复效率、经济效率等方面进行评价。

1.2.3 修复方案实施

在方案实施的过程中，要按照已制定的方案逐步施工，施以具体的修复，同时对修复过程进行有效的监控。值得注意的是，在施工过程中，可以根据阶段性成效对修复方案进行进一步修订。生态环境的影响要素较为复杂，很难通过理论推演的方式形成完整的修复方案，随着实践指标的变化，要实时进行调整。

1.2.4 修复效果评估

完成修复后，要对修复效果进行评估。一方面，对修复后的生态毒理进行评价，一般以水体微生物或土壤微生物作为表征指标，部分修复工程以敏感鱼类作为毒理评价指标。当水生生物或岸边微生物能够长期存活时，可以判断修复终点的出现，随着时间的推移，生物多样性与生态抗性会进行自我修复。另一方面，要对案例方案及其所应用的技术进行总结，形成技术规范予以推广。

2 河流生态环境脆弱带的修复技术

在一般生态修复中，多以环境元素为修复对象进行顺序修复，如土壤修复、水体修复等。不同要素及不同修复目标下可以灵活选择各类修复技术。

2.1 水体修复

水体中的污染物质多为溶解态，其修复难度较低，效果明显。在控制污染源的基础上，进行修复。当前的成熟技术包括物理法、化学法、生物法及生态法。物理法是指采用物理手段改变水体现状，利用水体自身的特性实现生态修复。例如，通过人工曝气提高水体的氧气含量，让微生物在水体中繁殖时消耗有机物，进而去除污染物。化学法是指通过投入化学药剂对污染物进行去除。例如，利用二氧化氯控制藻类生长，降低水体氧耗比；利用碳酸盐或絮凝剂等，去除水体中的悬浮物或重金属。此种方法效果显著，但药物过量使用容易造成二次污染，且仅能够对特定污染物起到相应效果。生物法和生态法可以进行广谱修复，适用于对绝大部分水体污染物的去除。例如，在水体中投放微生物制剂，抑制特定藻类的生长，消除水体中富集的有机物；建立湿地、生态塘等，逐步降解或吸附水体中的有机物。这两种方法见效缓慢，却是治本的修复手段。人工生态塘设计如图2所示。

图2 人工生态塘设计

2.2 土壤修复

土壤修复是指对河流岸边及底泥进行修复，消除土-水的污染物循环，从而降低生态环境脆弱带污染物总量。土壤修复方法主要包括客土法、生物炭法和生物法。客土法是指对底泥进行客土，一般适用于严重污染的少量区域，在河流生态环境脆弱带修复中并不适用。生物炭法与生物法是河流生态环境脆弱带土壤修复的主要手段。生物炭法是指采用生物（主要是植物）遗留的碳单元对土壤内重金属进行吸附，同时释放氮、磷等营养元素，改善土壤营养条件。一般采用秸秆、废弃木屑等生物碳源，此类材料具有疏松多孔、价格低廉、可以自然降解等特征，能够在不造成额外扰动的情况下降低土壤污染物含量与活性。生物修复则包括动植物修复与微生物修复两个大类。在动植物修复法中，在水体中饲养清道夫等以淤泥为食物来源的高抗性鱼类，或在岸边种植芦苇、向日葵等喜水的高富集植物，对土壤中包括重金属在内的污染物进行吸收，后通过收割转移的方式予以彻底消除。微生物修复法主要通过向土体中投放青霉菌、曲霉等微生物，消除土壤中的有机污染物，但对重金属等非有机物、非营养元素的去除效率一般。芦苇对重金属Zn 的去除效果如图3所示。

图3 芦苇对重金属Zn 的去除效果

2.3 大气修复

水体与土壤中的污染物不会直接进入空气，空气污染具有显著的流动性，很难对生态产生直接影响。但是，水体与土壤中的有机污染物在降解或发酵的过程中会产生恶臭，本身是生态环境的制约因素之一，需要进行必要的修复。与土壤及水体污染物消除的思路不同，空气污染物以阻碍其传播扩散为主，其会在空气的自然流动中消除。因此，大气修复以植物修复为主。例如，在岸边种植高耐水性的木本植物，如杨树、花曲柳、臭椿和丁香等。一方面，植被在光合作用下会释放游离的氧自由基，可以作为天然的除臭剂，与大气中的复杂有机物发生氧化反应，将其分解为无气味的小分子；另一方面，植被花朵释放的芳香类物质也会对臭气产生中和与掩盖功能。

3 河流生态环境脆弱带修复效果的评估技术

河流生态环境脆弱带修复后，要采用相应技术评估生态修复效果。生态修复是一个缓慢而长久的过程，效果评估技术有助于确定生态修复的终点，进而在效果与资金投入上找到平衡。从当前的评估技术发展来看，其主要有4 种，即污染物监测技术、微生物群分布调研技术、生物指示技术以及模糊评价技术。

3.1 污染物监测技术

这种方法最为直接也最为常见，其核心是对水体、土壤及大气等环境要素进行采样，然后通过实验室分析的方式测定样本中污染物的含量，与国家标准进行比对，确定生态修复的具体效果。此种方法较为成熟，但多针对特定污染物，对于组分较为复杂、危害较为隐蔽、种类较为罕见的污染物，没有检测的固定流程，容易造成缺项漏项。此外，污染物监测很少涵盖动植物指标，生态修复效果的表征性不强。

3.2 微生物群分布调研技术

微生物群的种类与数量反映对应水体与土壤的健康程度。采样后进行实验室培养，核算微生物群的数量与种类，与背景值微生物状态进行比对，得出评估结果。微生物属于生态环境的重要组成部分，能够真实反映生态修复效果，但应用条件较为苛刻，容易产生误差，试验结果波动较大，尤其是在横向对比中数据的参考价值较低。除了传统的微生物群分布调研之外，近年来，以聚合酶链式反应为代表的微生物基因多样性检验技术也得到应用，相较于前者，准确性更佳，但应用成本较高。

3.3 生物指示技术

生物指示技术是指对河流生态环境中存在的动植物种类进行调研，从而评估包括水质在内的生物学指标。一般情况下，当水体中存在幼生鱼苗时，可以认定水体生态环境良好；当土壤中出现沙甲虫或虾蟹类食底泥生物时，可以认定底泥生态环境处于良好水平。此种方式与生态指标最为接近，但指示的修复时间周期较长，现场采样与调研较为困难。

3.4 模糊评价技术

模糊评价是一种针对人类主观感受的生态评估技术，其将周边影响人群对生态环境的认知作为生态修复效果评价的重要指标。周围人群与环境进行互动，若对环境要素表示出较高的满意度，则生态修复达到预期效果。一般来说，模糊评价的样本数量越大，则评估的准确性越高。作为一种概率推断法，该方法具有一定的科学性，但不可避免人类的主观感受对其客观修复效果的扰动。

4 结论

生态环境脆弱带的修复要坚持3 个原则，即适应性原则、最小化原则和经济性原则。生态环境脆弱带修复的基本流程主要包括修复潜力评估、修复方案制定、修复方案实施和修复效果评估。河流生态环境脆弱带的修复技术涉及水体修复、土壤修复和大气修复，修复效果的评估技术包括污染物监测技术、微生物群分布调研技术、生物指示技术以及模糊评价技术。总体来说，要遵循原则和基本流程，合理选用修复技术和评估技术，科学修复河流生态环境脆弱带，改善区域生态环境。