流域生態修復技術探討

馬新萍

(西北大學城市與環境學院，陜西 西安 710127)

近年來，隨著我國人口的增加和社會經濟的快速發展，一方面，城市污水處理設施的建設嚴重滯后于工業化和城鎮化的進程，導致大量未經處理的工業廢水和生活污水排入自然水體;另一方面，農業生產中過量施用農藥化肥，導致更為廣泛的非點源污染不斷匯入自然水體;此外，為了過度追求經濟利益，自然河流不斷被人為渠道化、直線化以及硬質化，導致自然河流的自凈能力和納污能力減弱［1］。因此，保護和改善河流水資源的整體質量，保護河流生態系統的良性循環成為亟待解決的問題。20世紀60年代后期，許多國家開始采用生態修復技術取得了顯著地效果，近幾年來我國也開始研究并采用河流生態修復技術，有些河流也因此得到保護。

河流生態修復是利用生態系統原理，采取各種方法修復受損傷的水體生態系統的生物群體及結構，重建健康的水生生態系統，修復和強化水體生態系統的主要功能，并能使生態系統實現整體協調、自我維持、自我演替的良性循環。河流生態修復的主要技術方法包括緩沖區恢復、植被恢復、河道補水、生物-生態修復、生境修復等技術。目前，河流退化已被公認是一個全球性的生態環境問題，社會對修復嚴重受損的河流生態系統的要求越來越迫切，因此很有必要對河流開展生態恢復的措施［2］。現行的生態修復措施為:(1)在一個地區單獨實行，而不是站在戰略角度上;(2)主要集中在防洪、發電和旅游功能上，忽視了河流和漫灘的基本生態過程;(3)基于整個流域空間的外在信息［3］。從概念和理論上講生態修復是目前河流環境狀況下比較適用的一種修復方法，它遵循生態系統的原則和特點，很好的實現了人與自然的和諧這一思路，所以，大力發展研究河流生態修復技術對我國建設環境友好型社會是十分必要的。以下是對國內外流域生態修復技術的分析以及適應于我國生態模式的介紹，最后是對目前的流域生態修復技術作以總結。

1 國內流域生態修復技術

我國傳統水利工程技術的核心是工程結構的安全性及耐久性，材料主要是混凝土或漿砌石，沒有考慮人工構造物對生物及其生態環境的影響，由此產生的結果是河流廊道的作用越來越小、水質惡化、生境的喪失或被阻斷、物種減少等生態系統的退化［4］。近年來，我國對自然河岸帶植被結構和功能以及管理的生態學研究非常關注，正在努力探索修復受損河流生態系統的新理論和技術手段。

河流水系生態恢復的任務有三大項:一是水質條件、水文條件的改善;二是河流地貌特征的改善;三是生物物種的恢復［5］。針對河流健康出現的不同問題，采取的修復方法也不同，將其歸結為4個方面:水文特征的修復、水環境質量的修復、結構形態的修復和種群結構的修復.水文特征的修復是恢復由于水利工程的建設造成的河流水文模式的改變，改善下游生態和環境條件，主要采取調節水利工程的運行調度方式.水環境質量的修復方法較多，包括物理修復、化學修復和生物修復.河流結構形態的修復是要盡可能恢復河流的縱向連續性和橫向連通性，保持河流縱向和橫向形態的多樣性，防止河床材料的硬質化等，目前主要是采用近自然生態工法.種群結構的修復主要是采用各種生物技術.對于特定的河流，應具體分析河流健康的受損方面和受損程度，然后根據河流所處的狀態因地制宜地選擇合理、有效的修復方法。

2 國外流域生態修復技術的創新之處

國外修復受損河岸生態系統的研究發展很快。20世紀60年代后期，德國及瑞士認識到傳統的水利設計及管理思想是導致河流自然生態系統受損的根本原因，開始進行如何把生態學原理應用于土木工程，修復受損河岸生態系統的實驗研究;1989年美國Mitsch和Jorgensn正式探討1962年由H.T.Odum等首次提出的生態工程(ecological engineering)概念并賦予定義，正式誕生了生態工程［6-8］之后不斷論證了生態學原理運用于土木工程中的理論問題，奠定了“多自然型河道生態修復技術”的理論基礎。日本也很早就開始學習歐洲的河道治理經驗，并在理論、施工及高新技術的各個領域豐富發展了“多自然型河道生態修復技術”，由此誕生了生態學與土木工程學有機融合的“應用生態工學”及其理論［9］。

上世紀60年代，德國、瑞士興起了顧慮生態系統的河川建設。70年代，德國、瑞士、澳大利亞開始了近自然工法的河川建設。歐洲的近自然工法和治水相結合的治水對策，把很多以前的泛濫源的農地、住宅區再恢復到原來的狀態，從而達到治水的目的。這對美國、亞洲等國的影響很大。日本以近自然工法的河川建設盛行。在日本，科學家減少對自然環境損害和避免自然環境惡化發生的方面包括四項。第一，提供科學的證據。第二，根據這些證據給國家的管理部門提供科學的水利工程建設方法;有時可以達到立法。第三，直接參與各個河川流域的評委會。第四，直接參與河川水利建設工程［10］。

3 生態修復的模式

生態修復模式是指人們在生態修復活動中所采取的定型的修復方式、生態要素的組織形式、生態演替所遵循的理論以及經濟狀況和政策等的總稱。它具有穩定性、完整性和系統性的特點。生態進展演替的途徑則是生態修復模式的具體實現過程。生態修復包括生態自然修復和人工修復兩個部分。它是一個規模龐大、結構復雜、功能綜合、因素眾多的系統工程［4］。1995年，為改善科羅拉多河生態和環境問題，美國首先提出格倫峽大壩適應性管理程序(Glen Canon A-daptive ManagementPr ogramme)，并于1996年和2000年進行試驗，通過改變大壩調度方式，模擬建壩前的自然水文模式，達到輸沙、恢復生態環境和保護魚類等綜合效果［11］.2001年，美國工程兵團為提高密蘇里河生態條件，也提出修改大壩操作手冊(Master Manual)，建立大壩科學適應性管理模式［12］.根據我國河流的生態環境現狀，比較適用的生態模式有:

(1)水土保持型精耕細作和種植業集約經營型生態修復模式，這種模式的主要特點是從主要依靠農業生產技術和增加物質能量投入，上升到主要應用生態農業思想和系統工程方法對作物布局進行科學運籌，充分發揮種植結構的合理性和時間利用的科學性，從而在單位面積的空間和時間上形成若干類“優化組合”，使農作物合理利用光、熱、水、土資源，發揮最大的生物效應、生態效益和經濟效益。

(2)農、林、牧協調發展的立體生態修復模式，這種模式的科學機理是從合理組織農林牧之間物質能量循環轉化的網絡結構出發，利用“食物鏈”的內在關系，把農林牧三者緊密結合起來，提高太陽能的利用率和生物能的轉化率，從而在提高經濟效益的同時實現農林牧的合理結構和生態平衡。

(3)種養加密切結合的復合生態修復模式，將人類不能直接利用的植物、動物和微生物提供的多種有機物，如根、莖、葉、花、果、實、皮以及鋸末、殘渣和糞便等變廢為寶，應用生態經濟學原理，按照多層次大循環利用方式使這些物質得到重新利用，不僅能獲得比農林牧本身的經濟價值還要大得多的經濟效益，而且可實現生態平衡和社會文明。

(4)轉移農村剩余勞力的生態修復模式，將項目區剩余的農村勞力向沿海發達地區輸出，同時，政府出臺一系列的稅費優惠政策，鼓勵農民到縣城經商辦企業，發展私營經濟。另一方面，政府要千方百計發展小城鎮、小集鎮，讓農村剩余勞力向城鎮轉移。只有轉移了農村剩余勞力，生態系統所承受的超負荷壓力才能解除，生態修復才可能實現。

(5)生態移民搬遷生態修復模式，在生態環境脆弱、生態平衡失調的地方，人們生活往往很貧困，實施生態移民工程，可減少人為干擾，確保植被恢復。

(6)農業生態旅游生態修復模式，農業生態旅游是以生態農業建設為基礎，發展農業觀光、農藝與科技示范、休閑度假等旅游活動，并提供游客圍繞農產品采摘、加工等廣泛參與和體驗的新型旅游業，是農業與旅游業相結合的交叉性產業，其效益高、風險低［4］。

4 討論

河流生態修復工作最早從德國的“近自然河道治理工程”概念到現在眾多的流域生態修復技術，這說明流域生態修復技術逐漸趨于成熟。由以上對生態修復技術的探討，可以看出，水生態修復技術大體可劃分為兩類:

4.1 利用生物生態方法治理和修復受污染水體的技術

該類技術是利用培育的高等植物或培養、接種的微生物的生命代謝活動，對水體中污染物進行富集、轉化、吸收及降解而使水體凈化的技術，具有處理效果好、低耗能或不需耗能，工程造價相對較低，運行成本低廉以及不能形成二次污染等特點，強調對水質的凈化效果。主要用于受污染而失衡的自然水生生態系統的修復。按照與水生態系統融合的程度大小，生物生態治理技術又可細分為生物修復及生態修復技術。其中生態修復技術對于我國的潛水型湖泊的富營養化防治是一項應用潛力很大的技術，通過生物操縱或沉水植物重建，減輕營養負荷的再懸浮程度，促使藻型富營養化水體向草型富營養化水體演替，抑制藍藻暴發，達到提高水質安全性的目的。

4.2 生態友好的水利工程技術

污染水體生物生態治理技術:生態水利工程技術:最早由歐美發達國家針對河流整治帶來的“平面直線化、斷面規則化和河岸硬質化”問題。于20世紀80年代提出，目前生態水利工程技術按照技術布置的位置進行分類，大體可分為何到修復、河道內棲息地修復、河岸修復、流域內棲息地修復和流域內土地利用修復等。發展到現在河流生態修復工程技術包括有曝氣技術、濕地生態工程、生態浮島技術和微生物技術。

［1］洪昌紅，邱靜，劉達.河流生態修復技術淺議［J］.廣東水利水電，2010，10:33-35.

［2］羅波.河流生態恢復的基本思路與對策［J］.中國農村水利水電，2008，7:22-23.

［3］燕文明、劉凌、王建中、陳娟.長江流域與羅納河流域生態修復對比探討［J］.水電能源科學，2009，27(1):58-61.

［4］金家琪，何丙輝，呂樹鳴.長江流域水土保持生態修復及其模式探討［J］.貴州林業科技，2005，33(2):11-14.

［5］趙楠，張睿，尚磊.河流生態修復的研究內容和理論技術［J］.河南水利與南水北調，2010，5:55-57.

［6］Mitsch，W.J.，1989，Ecological engineering:An introduction to Ecotechnology，Wiley，New York.

［7］Mitsch，W.J.，1996，Ecological engineering:a new paradigm for engineers and ecologists，National Academy Press，Washington D.C.

［8］Mitsch，W.j，1998，Econogical engineering the 7-year itch，Ecological Engineering，10:119-130.

［9］李永祥，楊海軍，河流生態修復的研究內容和方法［J］.人民珠江，2006，2:16-19.

［10］張裕平，任紅，漫談日本河流的生態修復［J］.中國三峽，72-75.

［11］Panel on Adaptive Management，Water Resources Project Planning，etc.Adaptive Management for Wat er Resources Project Planning［M］.The National Academies Press，2004.

［12］Science and Technology Board，Division on Earth and Life studies，National Research Council.The Missouri River Ecosystem［M］.Washington，D.C.:National Academy Pr ess，2002:100-150.

［13］廖文根，杜強，譚洪武，水生態修復技術應用現狀及發展趨勢［J］.中國水利，2006，563，61-69.