生態(tài)修復(fù)環(huán)境工程

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[論文關(guān)鍵詞]生態(tài)修復(fù)生態(tài)恢復(fù)生態(tài)演替生態(tài)工程

[論文摘要]開展生態(tài)修復(fù)研究與實踐,應(yīng)理清環(huán)境、生態(tài)、環(huán)境生態(tài)、生態(tài)恢復(fù)、生態(tài)建設(shè)、生態(tài)工程等與之相關(guān)的一些概念及科學內(nèi)涵,避免概念上的混亂。我國的生態(tài)工程與國外的環(huán)境生態(tài)修復(fù)和生態(tài)恢復(fù)有較大差別,將生態(tài)學應(yīng)用于農(nóng)林水等生產(chǎn)領(lǐng)域,是我國生態(tài)工程研究與實踐的突出特點。流域生態(tài)修復(fù)是今后生態(tài)修復(fù)的發(fā)展方向,水土保持工程是建設(shè)項目生態(tài)修復(fù)的主體;當前亟待開展生態(tài)修復(fù)機理、生態(tài)修復(fù)潛力、生態(tài)修復(fù)指標體系等方面的研究。

在人與自然和諧相處,人口、資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略思指導(dǎo)下,水利部提出了“加強封育保護,充分發(fā)揮生態(tài)自我修能力,加快水土流失防治步伐”的水土流失防治新思路。全水土保持生態(tài)修復(fù)試點啟動后,各地因地制宜,采取措施,加配套,積極開展封山禁牧、輪封輪牧,努力探索和總結(jié)生態(tài)修的技術(shù)和經(jīng)驗。生態(tài)修復(fù)已為水土保持工作者所熟知,但其學涵義及有關(guān)問題尚待明確和研究。現(xiàn)對生態(tài)修復(fù)的若干關(guān)概念、理論及有關(guān)問題作一討論,以期達到拋磚引玉之目的。

1生態(tài)修復(fù)相關(guān)的重要概念和理論

1.1環(huán)境與生態(tài)

廣義上講,環(huán)境是人以外的一切事物的總和,如現(xiàn)代人居環(huán)境即為廣義的環(huán)境概念;狹義上講,環(huán)境是影響有機體生長、發(fā)展和生存的外界物理條件的總和。生態(tài)系統(tǒng)簡稱生態(tài),是有生命的主體(包括人類)與無生命的客體的總和。研究有機生命體與無機環(huán)境關(guān)系的科學稱為生態(tài)學,研究生命體以外的無機環(huán)境的科學稱為環(huán)境學。生態(tài)修復(fù)的研究與實踐離不開環(huán)境學和生態(tài)學,而后者尤為重要。

1.2生態(tài)環(huán)境與環(huán)境生態(tài)

生態(tài)包括環(huán)境,“生態(tài)環(huán)境”的說法是不科學和難以理解的,可以牽強地理解為與生命體最密切相關(guān)的環(huán)境。我國所謂的生態(tài)環(huán)境實際就是生態(tài),準確地講“生態(tài)環(huán)境建設(shè)”應(yīng)為“生態(tài)建設(shè)”[1]。生態(tài)修復(fù)是對生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù),故不能稱為生態(tài)環(huán)境修復(fù)。

環(huán)境雖然是無機的,但完全從無機角度理解環(huán)境是不完整的。特別是自然環(huán)境,本身是生物體或生物群體周圍的整體狀況,只有應(yīng)用生態(tài)學原理研究、認識和理解環(huán)境,才能更有效地解決環(huán)境問題,這就是環(huán)境生態(tài)學。環(huán)境生態(tài)作為概念不易理解,但環(huán)境生態(tài)學無疑是科學的,他對生態(tài)修復(fù)理論和技術(shù)的形成起到了直接的推動作用。

1.3干擾與生態(tài)演替

自然界發(fā)生的大大小小的事件,如火災(zāi)、水災(zāi)、泥石流、蟲害、大風、人類活動等,改變著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,這些事件稱之為干擾。干擾可分自然干擾和人為干擾。干擾促使某一相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化,舊的環(huán)境和物種破壞了,新的環(huán)境和物種又會產(chǎn)生,并在一定時間內(nèi)維持其相對穩(wěn)定。在沒有嚴重干擾的情況下,自然生態(tài)系統(tǒng)會定向地、有秩序地由一個階段發(fā)展到另一個階段,這稱為生態(tài)內(nèi)因演替。演替的結(jié)果,最終會出現(xiàn)一個相當穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài),這稱為頂極穩(wěn)定狀態(tài)。每一演替階段有其特定生物群落特征,頂極穩(wěn)定狀態(tài)的群落稱為頂極群落。干擾常使生態(tài)系統(tǒng)受損并改變,稱為外因演替。生態(tài)系統(tǒng)正常演替總是從低級向高級發(fā)展,而干擾使演替進程發(fā)生變化,嚴重時,如人類大規(guī)模活動,則使生態(tài)系統(tǒng)向相反方向演替,這稱為逆序演替。生態(tài)修復(fù)就是使被干擾生態(tài)系統(tǒng)的逆序演替轉(zhuǎn)向正常演替[2]。

1.4生態(tài)穩(wěn)態(tài)與生態(tài)閾值

生態(tài)系統(tǒng)不是絕對平衡的,而是永恒地發(fā)生著演替,舊的平衡打破了,新的平衡就會產(chǎn)生,當演替到頂極狀態(tài)時,在很長時間內(nèi)將處于相對穩(wěn)定狀態(tài),即穩(wěn)態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)平衡中的穩(wěn)定狀態(tài),稱為生態(tài)穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)生態(tài)有相當強的自我調(diào)控能力,在干擾作用下雖不斷地振蕩和變化,但只是量變;當干擾嚴重并超過其調(diào)控能力時,系統(tǒng)將發(fā)生質(zhì)變、崩潰,而走向逆序演替,甚至不可逆演替。穩(wěn)態(tài)生態(tài)抵抗干擾的自我調(diào)節(jié)能力的限度稱為生態(tài)閾值[2]。只有研究生態(tài)穩(wěn)態(tài)和生態(tài)閾值,才能確定修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的類型、區(qū)域、難易程度、時間周期,并確定合理的修復(fù)指標。

1.5人與自然共生理論

人與自然共生和和諧相處,是人類對“自然改造論”深刻反思后產(chǎn)生的新認識。人是自然生態(tài)系統(tǒng)的組成部分,不是其對立面,脫離生態(tài)規(guī)律的自然改造,損害了自然生態(tài)系統(tǒng),必然損害人自身。人與生物、生物與生物之間存在著互利互惠的共生現(xiàn)象。任何形式的自然改造必須建立在人與自然共生的基礎(chǔ)之上。F.Vester基于共生現(xiàn)象的研究,總結(jié)了人類系統(tǒng)與生物系統(tǒng)之間生物控制的8條規(guī)律。據(jù)此研究,生態(tài)學家提出了以最小能量輸入和最小物質(zhì)消耗以保證生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)和恢復(fù)能力的生態(tài)設(shè)計原則。這也是生態(tài)修復(fù)規(guī)劃設(shè)計的指導(dǎo)思想。

2國外的環(huán)境生態(tài)修復(fù)與生態(tài)恢復(fù)

修復(fù)的本意是對錯誤和缺陷進行糾正的作用或過程,修復(fù)最早從污染環(huán)境治理角度被定義為:借助外界作用力使某個受損的特定對象部分或全部恢復(fù)到原初狀態(tài)的過程。環(huán)境生態(tài)修復(fù)起源于環(huán)境修復(fù),生態(tài)恢復(fù)又受環(huán)境生態(tài)修復(fù)的影響。

2.1環(huán)境修復(fù)與環(huán)境生物修復(fù)

環(huán)境修復(fù)是對被污染的環(huán)境采取措施使污染物濃度降低到未污染前的狀態(tài)。早期的環(huán)境修復(fù)主要采用工程技術(shù)手段,以后采用物理和化學手段。1972年美國嘗試采用微生物生命代謝活動降解管線泄漏造成的汽油污染,1989年對ExxonVal-dez油輪泄油造成污染的阿拉斯加海海面進行修復(fù)(阿拉斯加研究計劃),從而出現(xiàn)了環(huán)境微生物修復(fù)技術(shù),后來出現(xiàn)了環(huán)境植物修復(fù)技術(shù),最終形成了環(huán)境生物修復(fù)技術(shù)。環(huán)境生物修復(fù)被定義為利用生物生命代謝活動降解被污染環(huán)境的污染物,并使之無毒化和無害化。

2.2環(huán)境生態(tài)修復(fù)

20世紀60年代,美國生態(tài)學家H.T.Odum提出生態(tài)工程概念,受此啟發(fā),歐洲一些國家嘗試應(yīng)用研究,并形成所謂“生態(tài)工程工藝技術(shù)”,實際屬于清潔生產(chǎn)的范疇。隨著生態(tài)學與環(huán)境生態(tài)學的發(fā)展,90年代美、德等國家提出通過生態(tài)系統(tǒng)自組織和自調(diào)節(jié)能力來修復(fù)污染環(huán)境的概念,并通過選擇特殊植物和微生物,人工輔助建造生態(tài)系統(tǒng)來降解污染物,這一技術(shù)被稱為環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)。由于生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性,該技術(shù)至今還不成熟,國外的環(huán)境生態(tài)修復(fù)也只是對輕度污染陸地的環(huán)境修復(fù),最典型的事例就是通過濕地自調(diào)節(jié)能力防治污染。這與我國的生態(tài)自我修復(fù)有很大差別。

2.3生態(tài)恢復(fù)

20世紀20年代開始,德、美、英、澳等國家對礦山開采擾動受損土地進行恢復(fù)和利用,逐漸形成土地復(fù)墾技術(shù),包括農(nóng)業(yè)、林業(yè)、建筑、自然復(fù)墾等,實際仍是土壤環(huán)境修復(fù)的范疇。70年代后,受生態(tài)工程學術(shù)思想的影響,從土壤環(huán)境修復(fù)和生產(chǎn)力恢復(fù)層面上升到了生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)層面,基本內(nèi)涵就是在人為輔助控制下,利用生態(tài)系統(tǒng)演替和自我恢復(fù)能力,使被擾動和損害的生態(tài)系統(tǒng)(土壤、植物和野生動物等)恢復(fù)到接近于它受干擾前的自然狀態(tài),即重建該系統(tǒng)干擾前的結(jié)構(gòu)與功能有關(guān)的物理、化學和生物學特征。1975年,“受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)”國際會議在美國佛吉尼亞工學院召開,此后英美等國創(chuàng)刊恢復(fù)生態(tài)學的雜志,生態(tài)恢復(fù)被列為當時最受重視的生態(tài)學概念之一。

1987年,Jordan發(fā)表《生態(tài)恢復(fù)學》專著,1993年,Bradsh做更詳盡的研究,生態(tài)恢復(fù)學成為生態(tài)學一個分支學科。在其指導(dǎo)下,生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究的領(lǐng)域進一步拓寬。目前國外恢復(fù)生態(tài)學主要研究森林、草地、灌叢、水體等生態(tài)系統(tǒng)在采礦、道路建設(shè)、機場建設(shè)、放牧、采伐、山地災(zāi)害、工業(yè)大氣及重金屬污染等干擾體系的影響下退化和自然恢復(fù)的機制和生態(tài)學過程,涉及植被、土壤、氣候、微生物、動物等多方面,研究具有積累性好、綜合性和連續(xù)性強的特點。目前多集中在大型礦區(qū)、大型建筑場地、森林采伐跡地、受損濕地等生態(tài)恢復(fù)方面,研究的焦點領(lǐng)域是土壤、野生動植物及其生物多樣性恢復(fù)。這與我國開發(fā)建設(shè)項目水土保持和工礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建比較接近。