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海洋恢复生态学
1.5.5.4.2 二、 技术方法
二、 技术方法

(一)恢复区域调查技术方法

1.实地调查技术方法

河口水环境要素变化主要体现在水量、水质、泥沙(河岸形态)、咸潮四个分布场方面。实地调查内容包括指定河口的水文、理化及生物因素。根据调查结果,综合分析河口水环境的构成、特征、功能以及水环境现存主要问题。

2.遥感遥测调查技术方法

相对一般调查手段,遥感技术具有宏观、快速等特点,同时它可以记录历史、回溯历史的真实情况。因此在调查大范围的河道及口门长期变化,河口及海区的泥沙平面分布以及涨潮、落潮时的流向分布等方面,遥感技术具有较其他常规手段更为独特的优势。例如,彭静等(2004)利用遥感分析的先进手段,通过历时较长的影像解析和分析,对比研究了珠江河口西北江河道、岸线及口门区水域面积变化,并获取了特定时相的口门外潮流分布场和悬浮沙分布场;结果与水沙模型进行了宏观印证,取得了综合性的研究成果。

3.资料搜集方法

对恢复目标区域的相关研究文献进行搜集,同时通过相关政府部门获得目标区域的长期监测资料。

(二)确定河口污染类型

河口作为一个海水与陆地径流交汇的复杂生境交错带,河流、湿地、潮间带等各种生境类型都有分布。因此“河口生态系统”并非严格意义上的生态系统名称,而是多种生态系统的集合,其自身具有一定的复杂性,这就决定了对河口生态系统进行恢复研究需要具有很强的针对性(杨志等,2011)。

1.重金属污染型河口

关于河口的重金属污染物问题,国内外大量研究表明,通过各种途径排入水体的重金属污染物绝大部分迅速地由水相转为固相,即迅速地转移至沉积物和悬浮物中。悬浮物在被水搬运过程中,当其负荷量超过水的搬运能力时,便逐步转变为沉积物。另外,在受重金属污染的水体中,水相中重金属含量甚微,且随机性很大,常随排放情况与水文条件而变化,分布往往无规律;但在沉积物中,重金属常得到积累,表现出明显的分布规律性(刘绮等,2008)。

去除重金属的措施主要有化学沉淀法,氧化法和还原法,浮上法,电解法,吸附法,离子交换法,膜分离法。

2.有机质污染型河口

据报道,全球河流每年向海洋输送约1t的碳,其中约40%为有机碳(Hope等,1994),而河口是陆源有机碳向海洋运输的必经之处。因水滞留时间长,盐度、pH、氧化还原电位、离子强度等物理化学参数变化梯度大,导致大量有机质在河口区域沉降(张龙军等,2007;王华新,2010)。河口和海岸地区汇聚的有机质成分复杂,主要由腐殖质、类脂化合物、糖类化合物等(李学刚等,2004)。有机物既是主要的生原物质,也可能成为重要污染物,在河口生态系统中是一个极其重要的控制因素(张娇和张龙军,2008)。

研究表明,随着社会经济的高速发展和城市化进程的加快,有机物在河口、海湾区域的累积加剧。我国河口区域有机污染情况十分突出。《2009年中国海洋环境质量公报》指出,河流携带入海的污染物总量较上年有较大增长。2009年,对全国40条主要河流的监测结果显示,全年由河流入海的CODcr为1311万吨,比上年增加209万吨。牟平三八河河口潮滩污染情况如图13-12所示。对珠江河口沉积物中有机物累积规律的研究表明,随着珠江三角洲经济的快速发展,沉积物中有机质累积速率迅速升高(Jia & Peng,2003)。有机质在河口潮滩中的分布与当地的水动力条件、与排污口距离等因素有关(刘娇,2011)。

图13-12 牟平三八河河口潮滩污染情况

(三)污染物控制

河流携带的污染物在河口潮滩中累积,造成沉积物中重金属、有机质含量的升高。沉积物中大量有机质的降解容易形成缺氧环境,引起有害物质的累积,严重时会导致河口生态系统的退化。因此必须严格控制来自上游河流的污染物排放。

(四)重要生境整治方法

1.自然整治法

设立自然保护区,加强对河口周边土地使用权的管理,防止人类活动的干扰;制定相应法律规范,加强对旅游业的管理,合理配置旅游资源。

2.水污染治理方法

(1)建设污水控制系统:河口周边建设完善的排污管道,污水需经过处理后排放至深海;或将污水拦截后对其进行深度净化再排放至河口生态系统,从本质上改善水质。

(2)建设水利控导系统:在河道、围基间设置水涵和闸门,河道闸门可冲刷河道并在污水处理系统取水,围基闸门可控制各围基水位,满足不同生境动植物生存需要(沈凌云,2010)。

(3)生态修复法:针对不同污染类型的河口生态系统,可供选择的生物修复常见技术方法包括以下几种,且可以综合应用。

植物修复:主要利用植物直接吸收有机污染物、通过植物根部释放的酶催化降解有机污染物、或是利用在植物根系共生的微生物降解有机物。植物修复在污染物修复中的作用已被大量研究证实,并逐渐成为原位修复的主要技术手段之一。可处理的污染物包括PCBs、PAHs、含氮芳香化合物、链烃等(刘娇,2011)。

动物修复:主要利用一些耐污的大型底栖动物,通过摄食及生物扰动作用,改善底质环境,提高污染物的去除率。大型底栖动物在自然界物质循环和生态平衡中起着巨大作用,在改善环境方面具有一定潜力(Cuny & Miralles, 2007;陈惠彬,2005)。以沙蚕为例,定期跟踪监测结果表明,沙蚕投放后对改善底质结构、增加底质透气性、调节氧化还原电位、促进底质微食物环的形成等均起到良好作用。沙蚕修复区沉积物中石油烃、总氮、砷、总汞和有机质的含量呈明显下降趋势。 但目前国内外在该领域的研究相对较少(刘娇,2011)。

微生物修复:是在人为优化的条件下,利用自然环境中生长的微生物或人为投加的特效微生物来分解有机物质。与动物和植物相比,微生物具有比表面积大、繁殖快、适应性强、使用范围广等优点,具有强大的降解与转化能力(金志刚等,1997)。目前,利用微生物进行污染环境的修复倍受国内外研究学者的重视,具体工作主要集中在寻找高效降解菌、提高污染物的可利用性以及为微生物提供更合适的环境三方面。

在河口修复的过程,要将各种修复技术有机地结合起来,才能提高对河口水体的治理效率,进一步形成有效的生态修复技术。

3.制定相关环境保护条例

根据《中华人民共和国海洋环境保护法》,结合地区的特点,可制定如下的环境管理条例:①海区与河区划分条例,地区环境功能区划条例;②海域保护条例;③海域环境监测条例;④ 地下水管理条例(内容包括地下水限量开采,地下水收费,限制建井,禁止向地下水排放有害物质等);⑤ 渔业资源保护条例(包括在鱼类产卵期限制排放污染物,浅海水域的管理等);⑥ 放射性污染的管理条例,石油事故防止及处置条例;⑦ 环境影响预测评价管理条例;⑧ 环境损害补尝条例,排放收费、处理条例;⑨ 工业废渣管理条例;⑩ 工业废物投海、掩埋、堆放管理条例。

(五)重要种群的保护及恢复

根据物种生长繁殖对环境的要求与河口区自然条件的符合程度,确定重要种群的种类。具体种类及恢复方法见第十章。

(六) 监测、管理与保护方法

(1)对于重金属污染型河口,需严格控制污染源的重金属排放,加强对污染源的治理(刘绮和欧阳茉,2008):①使用含重金属量低的原料;②对原料进行预处理;③改革工艺,控制污染;④ 推行综合利用三废,实现化害为利;⑤ 对工业污染源实行总量控制。

(2)对于有机质污染型河口,需提高对污染物的去除率,通过适当手段去除过量有机质,改善沉积物环境。

(3)建立健全该地区的环境保护机构和法律、法规、政策。可针对该地区环境保护工作的特点,建议设立如下管理、监测、科研等机构:①海域污染状况监测预报站(负责对海区和沿岸排污口和河口的监测,并且定期预报海域污染趋势,以便采取对策);②工业废物管理中心(负责三废的管理、收费、存放、处理等);③污染事故处理机构(负责事故的报警和处理,如石油事故的报警和对排到海上石油的回收等);④ 建立或充实本地区的环保科研机构,加强对该地区环境保护的科研工作。

我国海河流域首部河口管理规章《海河独流减河永定新河河口管理办法》于2009年7月1日正式施行。《办法》的颁布实施,标志着海河、独流减河、永定新河河口(以下简称三河口)管理进入了依法管理的新阶段(韩清波,2009)。

(七) 修复成效评估方法

鉴于河口生态系统复杂的环境因素及重要的生态服务功能,开展河口生态系统评价指标体系研究很有必要。Ferreira(2000)综合考虑物理和生化特性,建立了河口质量综合评价方法,其中包括了抗干扰能力、水质、沉积特性和营养动力学等4个方面。Roy等(2001)通过对河口结构与功能的关系的比较分析,得出河口管理应当综合考虑人为干涉因素的影响,而不能仅仅依据简单的河口评价指标,要给出切合实际的管理对策。

孙涛和杨志峰(2004)综合考虑河口生态系统对全流域及人类生活的影响,分别从生态系统的环境部分、生物部分以及对人类的影响等3方面,采用集水面积、人口密度、入海量、河口断流时间、水质、生物多样性指数和生物量等7项指标对河口生态系统状况进行评价,建立了河口生态系统恢复评价指标体系。