科技要闻 作者:李禾 来源:科技日报 2006-12-27
“我国海岸带，特别是入海河口地区的生态环境遭到严重污染破坏。据调查，在引起渤海污染的原因中，由陆地排放大海的污染物占入海污染物总量的87％，居首位。其中，经过河口排入大海的污染物，占陆源污染物的95%%。因此，入海河口地区成为渤海沿岸污染最重的地区，加上河流上游水资源的过度开发、人为活动的破坏都使得渤海海岸带，特别是河口地区的生态系统遭到严重破坏，已经无法自我恢复了。”中国环科院院长孟伟研究员神态凝重地告诉记者。
一方面，河口及海岸带污染最严重，另一方面，这些地区又是生物多样性最丰富、人类最重要的生存环境，“其环境服务功能是其他任何人工乃至自然生态系统都无法取代的，历史上，众多大城市的诞生与发展一直与河口及其近岸环境演化息息相关，形成一个特定的、相互作用的生态、地理与人文系统。”孟伟具体介绍说，国家“十五”863课题“典型海岸带河口生态系统重建技术与示范”，针对渤海海岸及入海河口受到污染、盐分的双重胁迫，致使生境退化的现状，进行了河口生境退化机理研究，开展了技术研究与优化集成，在盐生植物物种筛选与种群构建、重盐土低成本生态重建、植物-微生物联合定向原位修复受污染生境等方面取得了突破，并形成了专利技术等。
河口生态无法自我恢复
“课题组对天津滨海新区2270平方公里范围内的动植物物种、群落分布、污染特征、分布及这一区域不断开发进程和由此带来的影响进行了大量艰苦、扎实的基础调查工作，揭示了滨海地区的生态特征。”天津环科院环境生态研究室主任孙贻超说，详细的调查表明，渤海海岸带面临着生态退化的风险。
渤海海岸带生态退化的情况到底怎么样了呢？由于气候干旱化、不适当的围垦和开垦，防洪和灌溉等水利工程、湿地周边的快速开发，使水禽栖息地缩小、生物种类和数量减少、鱼类产卵场几乎全部遭受污染；滨海地区内的许多河流沿岸地区，由于河道水质污染严重和工业、矿产资源的开发，造成两岸土壤退化，严重影响了生态环境……
此外，课题组基于地理信息系统，选择了受到人类活动干扰作用较大的海河样带（以海河为中心，选取长82km，宽16.5km的区域）作为研究区，研究了以河口地区为重点的河流及周边地理样带生态环境的变迁及其驱动机制。“我们发现，海河样带区域土地利用发生了较大变化，耕地、盐田卤水池、滩涂及未利用地的面积快速减少，海岸带的生态环境不可避免地被破坏了；海河干流河口建闸后，改变了潮汐河道性质，使闸上、下部分淤积严重；大量开采地下水造成的地面下沉、海水倒灌，工农业发展造成的水质污染，使得河口地区生态环境日益恶化。”孙贻超一边向记者展示不同时代海河地理样带土地利用和覆盖变化的图标，一边严肃地说：“海河区域的生境自然条件不可逆转地改变，进行历史生态系统原貌的恢复已不可能了，生态系统退化难以自我再恢复。”
由于天津渤海沿岸地区大部分为高盐碱度的滩涂及湿地，加上受到不断加剧污染的影响，日趋严重的城市生活污水和工业污水沿岸土壤的污染，周边地区农田中大量农药的不合理使用，土壤中所含的各种毒害性很强的有机物浓度和种类也大大增加。“天津地区面临着前所未有的环境压力和生态威胁。其中，持久性有机污染物在天津渤海典型河口环境中的富集趋势和对河口生态系统产生的潜在危害日益严重，已成为当今区域生态环境问题中亟待解决的前沿课题。”孙贻超说。
持久性有机污染物是指具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，能够在大气环境中长距离迁移并能沉降回地面，对人类健康具有严重危害的天然或人工合成的有机污染物质。研究表明，天津市区及滨海地区，特别是典型河口地区的土壤中，持久性有机污染物残存量较高，由此可见，人们过度干扰了陆地－海洋生态交错地带，人工修复典型河口退化生境已迫在眉睫。
重盐土生态快速重建技术
滨海地区的土壤是“发育”在盐渍淤泥上的，其盐分含量一般为1%—3%，有的甚至超过了8%，由于土壤含盐量超过0.6%就为重度盐渍土，一般植物无法生长，盐害成为滨海区域绿化的主要限制因素。但如果采取“客土改造”修复，也就是大规模挖掉1米到2米深的土壤，再从其他地方“转移”优质土壤，并在地下建设排水管，用淡水冲刷土壤中的盐碱，不但每亩修复费用高达10万余元，而且维持费用高、返盐严重，特别是大量使用了滨海地区宝贵的淡水资源，影响了水资源的合理使用。
于是，课题组根据天津沿海各层物理特点，重点控制30公分的植物根系层土壤。通过选择适当的先锋物种、利用测渗排盐相结合等技术，进行人工干扰，加速自然演替过程，低成本快速改造高盐分、低营养的基地，实现了生态重建。
“我们筛选出适合在滨海盐碱地区推广应用的54个品种，这些植物对盐分有一定的适应能力。”孙贻超说，种植这些盐生植物既能改善盐渍土，起到使土壤脱盐的功能，又可以增加土壤有机质，增加肥力，减少蒸发，阻止盐分积累。“结合天津滨海地区基本情况，对整体研究区域的基本土壤进行划分，在不同单元内进行植物土壤盐分和其他生境条件的分析，进行物种的严格筛选，有针对性的建立不同功能区内的植物群落构建方案。”孙贻超说，课题组分别进行了滩涂区咸水人工湿地、海防护坡乔灌草复合植物系统、荒废盐碱地乔灌草土壤改良型群落的构建工作。
孙贻超微笑地说：“采用这一技术单位面积所用费用不足目前天津滨海新区盐碱地绿化费用的10％，效益比较显著。”
植物—微生物定向修复污染土壤技术
“土壤是大气、水体及固体废弃物中的污染物在环境中迁移、滞留和沉积的媒介和目标，是长期环境污染的承受者。”孙贻超说，随着我国工农业的迅速发展，各种农药及化学品的数量、种类剧增，其不合理的使用、处置或突发性的泄漏，往往造成严重的土壤污染。而土壤污染不仅导致粮食的污染和减产、威胁人体健康和生命安全，而且通过对地下水的污染及污染的转移多个层面上严重威胁着人类的生存环境。因此，对土壤生态环境的保护和治理已成为全球范围面临的迫切任务之一。
“针对持久性有机污染物的污染情况，特别是土壤的污染情况，课题组开发了植物—微生物联合定向修复技术，对受到五氯酚污染的土壤进行修复。”孙贻超详细介绍道，“植物—微生物联合定向修复技术”，即针对滴滴涕、多环烃和染料污染等，筛选针对性的菌群，然后让菌群进入植物根系，随着植物生长，在其根部形成了厌氧、耗氧的微环境，进而分解植物根系周边土壤中的有机物。
“该技术成本低、安全绿色环保、不破坏土壤、容易大面积应用、生态环境效益显著等优点，如植物选择适当，还可带来显著的经济效益。因此，这一研究可为沿海地区有机污染土壤的安全高效修复提供一条新的途径。同时，深入研究根际微生物和植物联合对有机污染物的降解机制，可为根际环境生态系统的研究提供基础信息和科学依据，具有重要的理论价值。”孙贻超高兴地说。
比如，课题组以五氯酚及其钠盐为对象，利用耐盐植物—碱蓬的根际效应，对根部植入经筛选的特定菌群并进行有针对性的污染降解。技术关键是根据土壤的土质状况和污染的实际情况寻找合适的植物—微生物的匹配组合。通过对降解菌进行富集、分离和筛选的鉴定，最终选取了两株降解效率最高的菌种，两菌株对最高浓度为500mg/l的五氯酚能够稳定降解，其降解率分别为92.56％、90.27％，进行混合后，混合菌株的降解效率要高于单菌，降解率为95.05％；而200mg/l的五氯酚降解率可达98.87％，菌株对1%—2％的盐浓度有一定程度的耐受。
■ 数字863
主持完成“十五”863课题的天津市环境保护科学研究院，在“六五”至“十五”期间，先后承担了国家“863”和部、市级重大科技攻关项目203项，取得科研成果189项，获各级科技进步奖146项；被科技部列为“全国软科学研究八十强”，是天津市“十大”骨干研究院所之一，为国家和天津市的环境保护工作做出了贡献。截至目前，全院具有高级专业技术职务的40人，形成了一支专业科技队伍，具备了研究攻关重大资源与环境问题的能力。
“十五”期间，天津环科院还先后完成了科技部863课题“典型海岸带河口生态系统重建技术与示范”；863水污染控制课题“天津市滨海新区城市水环境质量改善技术与综合示范”及“天津开发区再生水景观河道生态修复与生态净化技术示范工程研究”等多项重大科研工作，“天津梅江蓝水假期人工湖生态修复与净化工程”获2004年度第四届詹天佑土木工程大奖。结合沿海土地盐渍化，污灌区生态环境恶化，河流湖泊及海岸带等重点流域和区域的生态问题进行生态系统修复研究，特别是典型污染土壤修复技术研究也取得较大进展。正在承担GEF海河流域水资源与水环境综合管理项目中的“天津市水资源与水环境综合管理”及“小城镇污水处理项目中的面源污染控制与水生态恢复”两个课题，同时，在油田采油废水高效生物处理工程技术、景观水体生态强化净化技术、咸化污水生物处理技术以及油田、工业废弃地的土壤生物修复技术方面开展研究。
2007年1月5日
