“生态修复”从一般意义上理解,是针对受到干扰或损害的生态系统,遵循生态学原理和规律,主要依靠生态系统的自组织、自调节能力以及进行适当的人为引导,以遏制生态系统的进一步退化。在生态学原理指导下,以生物修复为基础,结合物理修复、化学修复和工程技术措施,通过优化组合,使之达到最佳效果的修复技术。生态修复的施行需要生态学、植物学、微生物学、栽培学和环境工程等多学科的结合。
生态修复包括三个层次,即生态再生、生物多样性修复和生态复原。生态再生是指对于生物多样性要求不高的地区,针对生态环境下降的矿山,创造出可能当地以前没有的生态栖息环境。再造一个自然群落、或再造一个自我维持、并保持后代具持续性的群落;生物多样性修复指,不只是生态再生,需要在矿山选址和设计中考虑生物多样性,避免在世界自然保护联盟(International Union for Conservation of Nature,简称IUCN)规定的敏感地区开采,并在企业环境管理体系中加入生物多样性管理内容,在高度敏感地区,还需要编制和执行专门的生物多样性计划;生态复原是指对于生态环境非常敏感地区,生态修复要求极高的矿山,采用生态复原,即修复矿山开采前生物栖息状态。
近年来,新的生态修复技术相对完善,从传统的植树造林到水、土、气、生四相结合进行综合治理,进而开展生态修复工作。应用技术主要包括以下四个方面:
土壤修复技术
原位处理和异位处理是重金属污染土壤修复的常用修复技术,植物的原位修复技术是一种经济有效、友好的修复方法,主要取决于重金属的生物有效性。目前常用的修复技术主要包括物理化学修复技术—土壤淋洗技术、玻璃化技术、固化和稳定化技术和生物修复技术—植物稳定技术、植物刺激技术、植物转化技术、植物过滤技术、植物萃取技术和微生物修复技术。
原生植被的丧失是当今世界面临的最严重的土地退化问题之一。播种作为一种传统的植被恢复方法,在土地修复和管理中得以广泛使用。然而,在干旱和半干旱区的退化生态系统中,播种恢复效果并不理想,土壤结皮减少了水分的渗透和气体交换,严重影响种子的萌发率,导致植物建成率非常低(Jameset.al,2011)。Fernández等(2015)提出了干旱矿区植被重建关键技术,包括植物物种选择、幼苗种植、群落构建以及植被维护等;Merino-Martín等(2017)考虑到植被生命周期的重要性,提出了全局植被重建技术(植物物种优选、表土覆盖、播种和维护管理)。
Nassauer 和 Opdam 将景观定义为一个不断被人类改造以增加其视觉价值的生态系统的异质性镶嵌斑块,由不同植被类型和土地利用类型在空间上搭配组合而成(Lamb,et.al;Nassauer,et.al)。目前,景观方法在缓解生境破碎化和调整群落结构等方面发挥了一定作用,国外常用的景观修复技术主要包括加强斑块的生态连通性、地貌重塑,加强修复场地和周边生态系统功能的协调等。Aronson等(1996)强调了在景观尺度上进行生态修复的重要性,包括景观结构、生物组成和景观内生态系统之间的功能交互;Datar(2015)在露天矿山修复过程中利用拟自然理念来重塑景观,注重增加地形的异质性。此外,还可以控制景观的连通性和渗透性,从而实现特定的恢复目标。
再野生化(rewilding)是使某一区域回归到野性、自主的状态,它强调对种类繁多的本地物种和关键物种的大规模、大空间的生态保护与恢复,使这些物种在自然条件下达到一定数量,以重新获得健康、可持续、适应力强的生态系统(Jrgensen,2015)。Lorimer等(2015)则认为再野生化是一种维持或提高生物多样性的方法和技术。目前,再野生化已经从单纯的强调大型动物保护扩展为生态系统的保护与修复,即生态系统再野生化。当前,多个国家已应用该技术实现了生态系统修复,如德国莱比锡城市森林内自然洪水的恢复、瑞士国家公园的管理、巴西里约热内卢奇久卡国家公园的生物多样性的保护和生态系统的恢复以及白俄罗斯切尔诺贝利禁区的生态系统和野生动物保护与生态修复等。
水域修复技术
水域修复项目包括富营养化修复、湖滨带生态修复、生物多样性恢复。
富营养化修复可分为以下3方面:
物理修复技术
物理修复主要针对内源污染修复和外源污染修复。内源污染控制措施包括疏浚、机械除藻、调节湖水氮磷比、覆盖底部沉积物等措施;外源污染控制措施包括前置库、多级生态塘、水体修复工程和稳定塘等。物理修复最大的优点是见效较快,修复效果较明显,但这些技术不能从根本上解决问题,容易出现反复污染。
化学修复技术
化学修复包括两个方面:一方面是通过化学手段降低水体中营养物质的浓度;另一方面是使用化学药剂抑制藻类的大量繁殖。化学修复效果最为显著,但作用时间有限,由于化学药品本身的特性在治理过程中极易形成二次污染,修复成本比较高,易爆发水华,可以为辅助技术或应急控制技术,同样难以根治水体富营养化问题。
生物修复技术
生物修复技术是将生物学、工程学应用于受损的水体生态系统修复的技术,可以提高水体本身的自我净化、恢复能力。主要包括植物、动物、微生物和综合修复4个方面。植物修复包括利用水生高等植物对水体的净化作用、以藻控藻技术及生态浮床技术等。
这里主要介绍生态浮床技术。生态浮床的作用原理是采用高分子材料作为载体浮床种植陆生植物,利用其根系吸收、降解各类营养物质,吸附重金属盐类以及植物根系生物膜上微生物的代谢作用净化水质。可以应用于浮床的植物有芹菜、美人蕉、芦苇、大蒜和水稻。生态浮床技术为生态修复提供了更大的植物选择范围,可以应用于复杂水域,可以为鸟类和鱼类扩大生存空间,兼具观赏功能,已经在湖泊、水库等水域中广泛应用。
生态浮床
湖滨带修复技术大体上包括以下4个方面:生境修复、生物群落结构恢复、系统功能综合性修复以及生态护岸。
水域生物多样性的恢复和保护主要包括食物网生态修复技术和生态廊道技术两个方面。
关键食物网生态修复技术
食物网是指生态群落内物种间错综复杂的网状食物关系。关键食物网强调食物网中的物种是能形成主要能量传递路径的物种。该技术可以通过Ecopath模型和湖泊健康指数分别从生态系统成熟度和生态系统健康两方面进行预测修复效果。
生态廊道
生态廊道(Ecological corridor)是一种廊道类型,具有维持保护生物多样性、作为缓冲带过滤污染物、防止水土流失、防洪固沙等生态服务功能。湖泊生态廊道是以湖泊包括与其相连的河流为主体,主要功能是净化水质和物种保护。但生态廊道也存在一些问题,如以小尺度建设为主,缺少区域的生态廊道建设;生态廊道建设未能形成体系;生态廊道功能单一,过分强调满足人的需求,削弱了廊道的生态价值;规划建设不当。
来源:生态文明与大数据建设