水環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)

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水環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)

浙江大學(xué)教授、長(zhǎng)江學(xué)者、教育部污染環(huán)境修復(fù)與生態(tài)健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、浙江省科協(xié)常委、國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科帶頭人

我們說水是生命之源，健康的水是人類生存的必要資源。那么對(duì)于人類高等生物健康有利的水生態(tài)系統(tǒng)叫做健康水生態(tài)系統(tǒng)。浙江是個(gè)山清水秀、人杰地靈的地方，水秀了人才能杰。很多河流、湖泊都是人類文明的搖籃，優(yōu)越的水生態(tài)條件也對(duì)流域的經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展發(fā)揮了重要作用，所以保護(hù)修復(fù)建設(shè)穩(wěn)定的健康的水生態(tài)系統(tǒng)，是我們的向往，也是我們追求的美好目標(biāo)。

水是可再生資源，水量是可以循環(huán)的，水質(zhì)也是可以循環(huán)的。其實(shí)我們過去對(duì)水利的管理或者環(huán)保方面對(duì)水質(zhì)的循環(huán)考慮比較少、研究也比較少，所以導(dǎo)致了很多的淡水資源污染與浪費(fèi)。

水環(huán)境問題形勢(shì)嚴(yán)峻

浙江的水資源是很缺的，盡管杭州經(jīng)常下雨有很多水。中國(guó)水資源總量跟全世界比也是少的，人均水資源量只有2200立方。2060年中國(guó)人口達(dá)到16億的時(shí)候，我們?nèi)司Y源量就只有1700立方，接近世界公認(rèn)的缺水警戒線。對(duì)于我們來講，水是不夠的，我們是缺水地區(qū)，尤其是北部、西部，我們東部有水但是水質(zhì)不合格，這是我們的問題。

長(zhǎng)江是我們水量的最大組成部分，但是長(zhǎng)江這么長(zhǎng)的支流，這么大的水量，57%是二類到三類水，33%是四類到五類水。第一個(gè)問題是水量的時(shí)空分布不均勻；第二個(gè)問題是水質(zhì)，富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，再加上一些毒物危害，有機(jī)和重金屬、生物附著污染，以及大氣污染引起的酸化問題，各種問題導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)的退化。

水是可再生資源，水量是可以循環(huán)的，水質(zhì)也是可以循環(huán)的。其實(shí)我們過去對(duì)水利的管理或者環(huán)保方面對(duì)水質(zhì)的循環(huán)考慮比較少、研究也比較少，所以導(dǎo)致了很多的淡水資源污染與浪費(fèi)。

富營(yíng)養(yǎng)化是現(xiàn)在可以看得到的最嚴(yán)重的一個(gè)問題。什么叫富營(yíng)養(yǎng)化？就是大家看到的長(zhǎng)藻類的水，這是水環(huán)境普遍存在的水質(zhì)污染現(xiàn)象，它的定義就是有些封閉性的或者半封閉性的水體里面的一些營(yíng)養(yǎng)物——氮磷附著太多了。富營(yíng)養(yǎng)化的原因之一就是營(yíng)養(yǎng)物太多，就是污染物都往水里去了，藻類繁殖呈指數(shù)增長(zhǎng)，沒有辦法控制。所以一般情況下，湖泊營(yíng)養(yǎng)多了都會(huì)慢慢富營(yíng)養(yǎng)化瘀積起來。從平營(yíng)養(yǎng)到中營(yíng)養(yǎng)再到富營(yíng)養(yǎng)，這個(gè)自然過程是非常長(zhǎng)的，但是因?yàn)槿祟惖幕顒?dòng)，我們沒有把污染物及時(shí)地控制或者是運(yùn)用，最后導(dǎo)致了人為的富營(yíng)養(yǎng)化。我們現(xiàn)在在湖泊、河道、池塘里經(jīng)?？吹皆孱?，都是人為富營(yíng)養(yǎng)化造成的。

富營(yíng)養(yǎng)化最厲害的就是昆明的滇池，富營(yíng)養(yǎng)化20多年，到現(xiàn)在問題都沒有解決。太湖、貴州紅楓湖、南京玄武湖，包括我們的西湖也有富營(yíng)養(yǎng)化。西湖為什么沒有那么濃的藻類？因?yàn)槲骱蛎娣e比較小，另外一個(gè)原因是從錢塘江打水，每天45萬噸，甚至60萬噸打進(jìn)來沖。西湖現(xiàn)在是靠沖水才維持現(xiàn)狀，如果它半年不沖水，可能就會(huì)像滇池一樣了，因?yàn)樗L(zhǎng)藻類的多種條件都符合了。

環(huán)境治理要走中國(guó)特色

富營(yíng)養(yǎng)化是一個(gè)國(guó)際性的難題，尤其像中國(guó)，我們?nèi)丝谀敲炊?，我們的污染廢水、污染物的產(chǎn)出量那么大，如果我們還是按照國(guó)外的思路治理，那我們就更走不通。我們要有創(chuàng)新的思維，我們不能照搬國(guó)外的技術(shù)，也不能照搬國(guó)外的治理思路，我們必須要走出中國(guó)適合的一條新的道路，我們叫生態(tài)修復(fù)，國(guó)外沒有這個(gè)提法。

比如，我們?cè)煳鬯幚韽S是從國(guó)外學(xué)習(xí)的，大學(xué)學(xué)環(huán)境科學(xué)工程肯定要學(xué)污水處理的工藝。污水處理就是把城市污水集中運(yùn)到污水廠處理，處理以后達(dá)標(biāo)排放的磷A級(jí)是0.5到1，達(dá)標(biāo)排放的總氮是15到20，而富營(yíng)養(yǎng)的磷要小于0.02、氮要小于1。也就是說污水處理后的氮相差20倍，磷相差30倍。20到30倍的污水算是達(dá)標(biāo)排放，全部到河流湖泊，我們的河流湖泊能夠吃得消嗎？能夠凈化到不長(zhǎng)藻類嗎？所以這是一個(gè)大問題。中國(guó)的人口多，所以我們必須發(fā)展一個(gè)新的技術(shù)，不是造了污水處理廠就萬事大吉了。

那么污染怎么控制、怎么修復(fù)？首先得了解污染是從哪里來的。水體富營(yíng)養(yǎng)化的成因主要是自然跟人為，造成水體生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)失衡的主要元素是磷、氮。

那么污染怎么控制、怎么修復(fù)？首先得了解污染是從哪里來的。水體富營(yíng)養(yǎng)化的成因主要是自然跟人為，造成水體生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)失衡的主要元素是磷、氮。磷和氮是繁殖的要素，只要滿足了條件生長(zhǎng)就很快。我們很多生活垃圾就是氮磷，是重要的污染源，還有我們的生活污水、養(yǎng)殖業(yè)、糞便等都是高磷高氮的來源。

因?yàn)槔鵁o論是填埋還是焚燒都是很大的問題，所以現(xiàn)在我們要把它資源化，就是環(huán)境修復(fù)、資源再生。如果把這些廢物當(dāng)做資源循環(huán)利用了，就是對(duì)環(huán)境治理最大的貢獻(xiàn)。所以一些低成本的創(chuàng)新技術(shù)非常重要，最近我們?cè)诎堰@些創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，扶持一批新型的、生態(tài)的、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

DDT是60年代的農(nóng)藥，我們已經(jīng)禁用20多年了，但因?yàn)樗茈y降解，在底泥、土壤里面一直在慢慢釋放。所以我們宣傳不要把農(nóng)藥、電池這些有害物亂丟到垃圾里去，就是這個(gè)道理。

現(xiàn)在我們已經(jīng)實(shí)踐了很多控制措施，比如畜禽養(yǎng)殖廢棄物在農(nóng)業(yè)里面做肥料，但實(shí)際農(nóng)民喜歡用化肥，有機(jī)肥運(yùn)輸、儲(chǔ)存不方便；還有的做沼氣，但沼液?jiǎn)栴}沒有解決，二次污染很大；現(xiàn)在五水共治很多做挖泥，底泥挖起來對(duì)水質(zhì)有作用，但對(duì)控制富營(yíng)養(yǎng)化沒有作用，挖出的泥最后還是循環(huán)到水里；而換水做環(huán)境容量的稀釋，長(zhǎng)期效果難以保證，且對(duì)下游污染有影響，沒有把污染物真正拿出來；還有種樹種草等簡(jiǎn)單的恢復(fù)歷史景觀，簡(jiǎn)單的恢復(fù)對(duì)中國(guó)來講也不是最佳的方案，難以抵御環(huán)境負(fù)荷。西溪濕地其實(shí)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的恢復(fù)歷史景觀的案例，把環(huán)境保護(hù)起來，但它的水還是富營(yíng)養(yǎng)化的。西溪濕地要保護(hù)，我們必須要有凈化水的措施。好多濕地建設(shè)是為了旅游，并不是為了把濕地生態(tài)進(jìn)行恢復(fù)，為健康水生態(tài)設(shè)置的很少，這也是現(xiàn)在普遍存在的一個(gè)弊病。還有一種是放養(yǎng)魚，叫生物操縱。魚是能吃藻類的，吃下的藻類消化了一部分變成魚肉，但是藻類沒有全部消化死，還有一部分拉出來是活的。另外藻類生長(zhǎng)太快，魚吃不過來。最后證明，魚放下去，氮磷并沒有減少，而且吃掉藻類之后拉出來的更細(xì)。生物操縱，放魚是必要的，但是還不夠。

所以對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化，我們用污水處理、造濕地、化學(xué)物質(zhì)、放魚養(yǎng)魚這些單項(xiàng)措施都不能完全解決，還是要有個(gè)綜合的措施來治理，這非常重要。

生態(tài)如何修復(fù)

水質(zhì)問題是一個(gè)生態(tài)的問題，水質(zhì)指標(biāo)是水生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)的一部分，所以重建優(yōu)化健康水生態(tài)系統(tǒng)是改善水環(huán)境的主要目標(biāo)，也是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要手段。水質(zhì)的污染是從局部到大范圍發(fā)生的，改善水質(zhì)也是從局部到大范圍進(jìn)行的，和改善沙漠一樣。所以我們現(xiàn)在的五水共治方向是對(duì)的，但在步驟上更要有可持續(xù)性，大家不要說最好一個(gè)月內(nèi)消滅黑臭河，除非把底泥挖掉清水沖一下，但這不是可持續(xù)的。這要從局部到大范圍做，要有一個(gè)步驟。因?yàn)槲廴臼嵌嗄瓿练e的，哪里靠一個(gè)月三個(gè)月可以解決好，但是我們用正確的科學(xué)的方法能夠加快我們環(huán)境治理的速度。

什么叫生態(tài)？它從基本概念來講就是生物在一定的自然環(huán)境下的生存與發(fā)展的狀態(tài)，就是生物的生理特性和生物極性，這就是我們叫的自然生態(tài)。目前人們經(jīng)常用生態(tài)來形容很多美好的事情，健康的、美好的、和諧的都稱為生態(tài)。生態(tài)學(xué)，其實(shí)是研究有機(jī)體與周圍環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)。中國(guó)古代人是最講生態(tài)的，外國(guó)人的生態(tài)是向中國(guó)人學(xué)的。想想我們中華文明五千年的歷史，都沒有出現(xiàn)像現(xiàn)在這么差的水，為什么？因?yàn)槲覀冇泻芎玫纳鷳B(tài)的歷練，很好的生態(tài)循環(huán)。近三十年就是因?yàn)槲覀兊纳a(chǎn)方式、生活方式全部現(xiàn)代化了，把水、土、氣搞得一塌糊涂，連杭州這個(gè)山清水秀的地方空氣都不好了。為什么？因?yàn)槲覀儼牙献孀诘纳鷳B(tài)全部拋在腦后，全部照搬國(guó)外的東西，所以這是我們要吸取教訓(xùn)的。有些東西是國(guó)外比我們先進(jìn)，但是我們有的東西是國(guó)外沒有的。

那么生態(tài)文明呢？就是人類要遵循自然社會(huì)和諧發(fā)展這一客觀規(guī)律，取得物質(zhì)與精神的綜合，就是人與自然、人與人、人與社會(huì)和諧共生、良性循環(huán)，全面發(fā)展持續(xù)繁榮為基本宗旨的文化倫理形態(tài)。農(nóng)業(yè)文明是黃色文明，工業(yè)文明是黑色文明，那么生態(tài)文明就是綠色文明。生態(tài)文明是人類文明的一種形式，就是要以維護(hù)生態(tài)環(huán)境為主旨，以可持續(xù)發(fā)展為根據(jù)，以未來人類繼續(xù)發(fā)展為持續(xù)點(diǎn)，所以最終文明觀要強(qiáng)調(diào)人的自覺與自律，強(qiáng)調(diào)人與自然環(huán)境的相互依存、促進(jìn)，共促共融。要正確認(rèn)識(shí)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，要發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略層面解決的問題，還要促進(jìn)嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)制度，行動(dòng)上要人人保護(hù)。

舉個(gè)例子，我們的垃圾、有毒的東西隨便亂扔，這就是不文明行為。現(xiàn)在是扔的方便了，但影響的不僅僅是別人，還會(huì)影響到我們自己。我們最近開過一個(gè)微量元素與健康的學(xué)術(shù)會(huì)，我的報(bào)告是關(guān)于乳腺癌的。乳腺癌細(xì)胞里面DDT含量非常高，就是一個(gè)持久性的有機(jī)污染物，還有重金屬的鉻、鉛。它們是從哪里來的？就是從水、空氣中來的，特別是從我們的食品中來的。為什么DDT都禁用20多年了現(xiàn)在還有？就是存在于土壤里面。還有很多是在底泥里面。以前的DDT施在土里，一沖到水里變成底泥，然后底泥給魚、海鮮、貝類吃，最后給我們吃了，凡是這種東西吃的多的人發(fā)病率是最高的。DDT是60年代的農(nóng)藥，我們已經(jīng)禁用20多年了，但因?yàn)樗茈y降解，在底泥、土壤里面一直在慢慢釋放。所以我們宣傳不要把農(nóng)藥、電池這些有害物亂丟到垃圾里去，就是這個(gè)道理。

生態(tài)修復(fù)要以生物為主，物理、化學(xué)為輔

在生態(tài)文明的指導(dǎo)思想下做可持續(xù)的環(huán)境治理的技術(shù)，就是生態(tài)修復(fù)。它是以生物修復(fù)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)生態(tài)性原理在污染環(huán)境，包括土、水、大氣修復(fù)中的應(yīng)用，是物理生物修復(fù)、微生物修復(fù)各種修復(fù)技術(shù)的綜合。

生態(tài)修復(fù)就是要建立生態(tài)系統(tǒng)。重建的健康生態(tài)系統(tǒng)是什么樣的？是以特異的植物、微生物材料為主，強(qiáng)調(diào)發(fā)揮生物的強(qiáng)大功能，以物理、化學(xué)為輔的系統(tǒng)。我們要用物理化學(xué)的辦法，但是我們要為輔不能為主，然后要建立高效復(fù)合能力的生態(tài)系統(tǒng)，利用太陽能為主要驅(qū)動(dòng)力，低耗高效。所謂低耗就是低能耗，然后把土壤、水體里面的一些污染物作為一種生物資源把它取出來循環(huán)利用，我們要以這樣的一個(gè)思路去考慮生態(tài)修復(fù)。

生態(tài)修復(fù)的過程有好幾種。有一種過程就是通過生態(tài)系統(tǒng)把污染物給穩(wěn)定住，轉(zhuǎn)變它的形態(tài)。另一種就是直接把持久性污染物降解掉，揮發(fā)掉。還有一種是把它提取同化。比如DDT就要用特異的微生物降解變成二氧化碳和水，比如我們可以把重金屬變成一種穩(wěn)定態(tài)的形態(tài)固定在土壤里面使其不活化，還有我們用一種生物把污染物轉(zhuǎn)化為另外的產(chǎn)品，就是提取、同化。再比如用植物把水體的氮磷吸出來，長(zhǎng)成高大的植物，可以做很多的產(chǎn)品，那就是轉(zhuǎn)化。穩(wěn)定是降低它的生物有效性、移動(dòng)性，沉淀固定到底泥、土壤當(dāng)中，使它不要跑到空氣里、水里，這也是一種辦法。提取也很重要，比如，我們現(xiàn)在有特異的植物可以把土壤的重金屬高于一百倍的拿出來，把這個(gè)植物拿掉，土壤的重金屬就移掉了，這叫提取修復(fù)。

我們發(fā)展得最好的是5M技術(shù)，就是利用生物多樣性的一種技術(shù)。5M技術(shù)第一是高等植物，第二是微生物，第三是軟體動(dòng)物，第四個(gè)就是仿生學(xué)，第五個(gè)是管理，利用這些原理我們最后輸出了一個(gè)產(chǎn)品，把生物資源輸出，管理健康的水。我們想把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)出來的地表污水，除了直流應(yīng)用，讓它變成干凈的水進(jìn)入到水系當(dāng)中。利用水庫(kù)凈化，變成生物資源。通過三個(gè)圈的生態(tài)循環(huán)修復(fù)的措施，達(dá)到我們水質(zhì)的凈化循環(huán)。

我們還提出一個(gè)生態(tài)修復(fù)與生物能源一體的技術(shù)體系，叫生態(tài)能源工程。現(xiàn)在最大的修復(fù)是要?jiǎng)?chuàng)造新的植物，這個(gè)植物的特點(diǎn)就是要生物量大、污染物附著能力強(qiáng)、抗病性強(qiáng)、有再生利用價(jià)值等等。所以我們近20年有大量的關(guān)于土壤跟水體、高修復(fù)植物種子的研究，包括富營(yíng)養(yǎng)化水體種子的研究。相信以后生態(tài)修復(fù)的技術(shù)和手段會(huì)越來越多。

(本文系楊肖娥在杭州市科協(xié)、杭州市科技工作者服務(wù)中心、市委黨刊《杭州》雜志社聯(lián)合主辦的第100期“杭州科學(xué)大講堂”上的演講，文中觀點(diǎn)不代表本刊立場(chǎng))

主講人：楊肖娥