水環境保護與生態修復

主講人：楊肖娥

浙江大學教授、長江學者、教育部污染環境修復與生態健康重點實驗室主任、浙江省科協常委、國家重點學科帶頭人

我們說水是生命之源，健康的水是人類生存的必要資源。那么對于人類高等生物健康有利的水生態系統叫做健康水生態系統。浙江是個山清水秀、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，優越的水生態條件也對流域的經濟文化發展發揮了重要作用，所以保護修復建設穩定的健康的水生態系統，是我們的向往，也是我們追求的美好目標。

水環境問題形勢嚴峻

浙江的水資源是很缺的，盡管杭州經常下雨有很多水。中國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年中國人口達到16億的時候，我們人均水資源量就只有1700立方，接近世界公認的缺水警戒線。對于我們來講，水是不夠的，我們是缺水地區，尤其是北部、西部，我們東部有水但是水質不合格，這是我們的問題。

長江是我們水量的最大組成部分，但是長江這么長的支流，這么大的水量，57%是二類到三類水，33%是四類到五類水。第一個問題是水量的時空分布不均勻；第二個問題是水質，富營養化嚴重，再加上一些毒物危害，有機和重金屬、生物附著污染，以及大氣污染引起的酸化問題，各種問題導致了生態系統的退化。

水是可再生資源，水量是可以循環的，水質也是可以循環的。其實我們過去對水利的管理或者環保方面對水質的循環考慮比較少、研究也比較少，所以導致了很多的淡水資源污染與浪費。

富營養化是現在可以看得到的最嚴重的一個問題。什么叫富營養化？就是大家看到的長藻類的水，這是水環境普遍存在的水質污染現象，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養物——氮磷附著太多了。富營養化的原因之一就是營養物太多，就是污染物都往水里去了，藻類繁殖呈指數增長，沒有辦法控制。所以一般情況下，湖泊營養多了都會慢慢富營養化瘀積起來。從平營養到中營養再到富營養，這個自然過程是非常長的，但是因為人類的活動，我們沒有把污染物及時地控制或者是運用，最后導致了人為的富營養化。我們現在在湖泊、河道、池塘里經常看到藻類，都是人為富營養化造成的。

富營養化最厲害的就是昆明的滇池，富營養化20多年，到現在問題都沒有解決。太湖、貴州紅楓湖、南京玄武湖，包括我們的西湖也有富營養化。西湖為什么沒有那么濃的藻類？因為西湖湖域面積比較小，另外一個原因是從錢塘江打水，每天45萬噸，甚至60萬噸打進來沖。西湖現在是靠沖水才維持現狀，如果它半年不沖水，可能就會像滇池一樣了，因為它長藻類的多種條件都符合了。

環境治理要走中國特色

富營養化是一個國際性的難題，尤其像中國，我們人口那么多，我們的污染廢水、污染物的產出量那么大，如果我們還是按照國外的思路治理，那我們就更走不通。我們要有創新的思維，我們不能照搬國外的技術，也不能照搬國外的治理思路，我們必須要走出中國適合的一條新的道路，我們叫生態修復，國外沒有這個提法。

比如，我們造污水處理廠是從國外學習的，大學學環境科學工程肯定要學污水處理的工藝。污水處理就是把城市污水集中運到污水廠處理，處理以后達標排放的磷A級是0.5到1，達標排放的總氮是15到20，而富營養的磷要小于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倍的污水算是達標排放，全部到河流湖泊，我們的河流湖泊能夠吃得消嗎？能夠凈化到不長藻類嗎？所以這是一個大問題。中國的人口多，所以我們必須發展一個新的技術，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？首先得了解污染是從哪里來的。水體富營養化的成因主要是自然跟人為，造成水體生態系統循環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、養殖業、糞便等都是高磷高氮的來源。

因為垃圾無論是填埋還是焚燒都是很大的問題，所以現在我們要把它資源化，就是環境修復、資源再生。如果把這些廢物當做資源循環利用了，就是對環境治理最大的貢獻。所以一些低成本的創新技術非常重要，最近我們在把這些創新技術產業化，扶持一批新型的、生態的、循環經濟的環保產業發展。

現在我們已經實踐了很多控制措施，比如畜禽養殖廢棄物在農業里面做肥料，但實際農民喜歡用化肥，有機肥運輸、儲存不方便；還有的做沼氣，但沼液問題沒有解決，二次污染很大；現在五水共治很多做挖泥，底泥挖起來對水質有作用，但對控制富營養化沒有作用，挖出的泥最后還是循環到水里；而換水做環境容量的稀釋，長期效果難以保證，且對下游污染有影響，沒有把污染物真正拿出來；還有種樹種草等簡單的恢復歷史景觀，簡單的恢復對中國來講也不是最佳的方案，難以抵御環境負荷。西溪濕地其實就是一個簡單的恢復歷史景觀的案例，把環境保護起來，但它的水還是富營養化的。西溪濕地要保護，我們必須要有凈化水的措施。好多濕地建設是為了旅游，并不是為了把濕地生態進行恢復，為健康水生態設置的很少，這也是現在普遍存在的一個弊病。還有一種是放養魚，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。生物操縱，放魚是必要的，但是還不夠。

所以對于富營養化，我們用污水處理、造濕地、化學物質、放魚養魚這些單項措施都不能完全解決，還是要有個綜合的措施來治理，這非常重要。

生態如何修復

水質問題是一個生態的問題，水質指標是水生態系統指標的一部分，所以重建優化健康水生態系統是改善水環境的主要目標，也是實現這一目標的主要手段。水質的污染是從局部到大范圍發生的，改善水質也是從局部到大范圍進行的，和改善沙漠一樣。所以我們現在的五水共治方向是對的，但在步驟上更要有可持續性，大家不要說最好一個月內消滅黑臭河，除非把底泥挖掉清水沖一下，但這不是可持續的。這要從局部到大范圍做，要有一個步驟。因為污染是多年沉積的，哪里靠一個月三個月可以解決好，但是我們用正確的科學的方法能夠加快我們環境治理的速度。

什么叫生態？它從基本概念來講就是生物在一定的自然環境下的生存與發展的狀態，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。目前人們經常用生態來形容很多美好的事情，健康的、美好的、和諧的都稱為生態。生態學，其實是研究有機體與周圍環境相互關系的科學。中國古代人是最講生態的，外國人的生態是向中國人學的。想想我們中華文明五千年的歷史，都沒有出現像現在這么差的水，為什么？因為我們有很好的生態的歷練，很好的生態循環。近三十年就是因為我們的生產方式、生活方式全部現代化了，把水、土、氣搞得一塌糊涂，連杭州這個山清水秀的地方空氣都不好了。為什么？因為我們把老祖宗的生態全部拋在腦后，全部照搬國外的東西，所以這是我們要吸取教訓的。有些東西是國外比我們先進，但是我們有的東西是國外沒有的。

那么生態文明呢？就是人類要遵循自然社會和諧發展這一客觀規律，取得物質與精神的綜合，就是人與自然、人與人、人與社會和諧共生、良性循環，全面發展持續繁榮為基本宗旨的文化倫理形態。農業文明是黃色文明，工業文明是黑色文明，那么生態文明就是綠色文明。生態文明是人類文明的一種形式，就是要以維護生態環境為主旨，以可持續發展為根據，以未來人類繼續發展為持續點，所以最終文明觀要強調人的自覺與自律，強調人與自然環境的相互依存、促進，共促共融。要正確認識環境保護與經濟發展的關系，要發展國家戰略層面解決的問題，還要促進嚴格的環境保護制度，行動上要人人保護。

舉個例子，我們的垃圾、有毒的東西隨便亂扔，這就是不文明行為。現在是扔的方便了，但影響的不僅僅是別人，還會影響到我們自己。我們最近開過一個微量元素與健康的學術會，我的報告是關于乳腺癌的。乳腺癌細胞里面DDT含量非常高，就是一個持久性的有機污染物，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病率是最高的。DDT是60年代的農藥，我們已經禁用20多年了，但因為它很難降解，在底泥、土壤里面一直在慢慢釋放。所以我們宣傳不要把農藥、電池這些有害物亂丟到垃圾里去，就是這個道理。

生態修復要以生物為主，物理、化學為輔

在生態文明的指導思想下做可持續的環境治理的技術，就是生態修復。它是以生物修復為基礎，強調生態性原理在污染環境，包括土、水、大氣修復中的應用，是物理生物修復、微生物修復各種修復技術的綜合。

生態修復就是要建立生態系統。重建的健康生態系統是什么樣的？是以特異的植物、微生物材料為主，強調發揮生物的強大功能，以物理、化學為輔的系統。我們要用物理化學的辦法，但是我們要為輔不能為主，然后要建立高效復合能力的生態系統，利用太陽能為主要驅動力，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利用，我們要以這樣的一個思路去考慮生態修復。

生態修復的過程有好幾種。有一種過程就是通過生態系統把污染物給穩定住，轉變它的形態。另一種就是直接把持久性污染物降解掉，揮發掉。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定態的形態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化為另外的產品，就是提取、同化。再比如用植物把水體的氮磷吸出來，長成高大的植物，可以做很多的產品，那就是轉化。穩定是降低它的生物有效性、移動性，沉淀固定到底泥、土壤當中，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，把這個植物拿掉，土壤的重金屬就移掉了，這叫提取修復。

我們發展得最好的是5M技術，就是利用生物多樣性的一種技術。5M技術第一是高等植物，第二是微生物，第三是軟體動物，第四個就是仿生學，第五個是管理，利用這些原理我們最后輸出了一個產品，把生物資源輸出，管理健康的水。我們想把農業生產出來的地表污水，除了直流應用，讓它變成干凈的水進入到水系當中。利用水庫凈化，變成生物資源。通過三個圈的生態循環修復的措施，達到我們水質的凈化循環。

我們還提出一個生態修復與生物能源一體的技術體系，叫生態能源工程。現在最大的修復是要創造新的植物，這個植物的特點就是要生物量大、污染物附著能力強、抗病性強、有再生利用價值等等。所以我們近20年有大量的關于土壤跟水體、高修復植物種子的研究，包括富營養化水體種子的研究。相信以后生態修復的技術和手段會越來越多。

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