水环境保护与生态修复

主讲人：杨肖娥

浙江大学教授、长江学者、教育部污染环境修复与生态健康重点实验室主任、浙江省科协常委、国家重点学科带头人

我们说水是生命之源，健康的水是人类生存的必要资源。那么对于人类高等生物健康有利的水生态系统叫做健康水生态系统。浙江是个山清水秀、人杰地灵的地方，水秀了人才能杰。很多河流、湖泊都是人类文明的摇篮，优越的水生态条件也对流域的经济文化发展发挥了重要作用，所以保护修复建设稳定的健康的水生态系统，是我们的向往，也是我们追求的美好目标。

水环境问题形势严峻

浙江的水资源是很缺的，尽管杭州经常下雨有很多水。中国水资源总量跟全世界比也是少的，人均水资源量只有2200立方。2060年中国人口达到16亿的时候，我们人均水资源量就只有1700立方，接近世界公认的缺水警戒线。对于我们来讲，水是不够的，我们是缺水地区，尤其是北部、西部，我们东部有水但是水质不合格，这是我们的问题。

长江是我们水量的最大组成部分，但是长江这么长的支流，这么大的水量，57%是二类到三类水，33%是四类到五类水。第一个问题是水量的时空分布不均匀；第二个问题是水质，富营养化严重，再加上一些毒物危害，有机和重金属、生物附着污染，以及大气污染引起的酸化问题，各种问题导致了生态系统的退化。

水是可再生资源，水量是可以循环的，水质也是可以循环的。其实我们过去对水利的管理或者环保方面对水质的循环考虑比较少、研究也比较少，所以导致了很多的淡水资源污染与浪费。

富营养化是现在可以看得到的最严重的一个问题。什么叫富营养化？就是大家看到的长藻类的水，这是水环境普遍存在的水质污染现象，它的定义就是有些封闭性的或者半封闭性的水体里面的一些营养物——氮磷附着太多了。富营养化的原因之一就是营养物太多，就是污染物都往水里去了，藻类繁殖呈指数增长，没有办法控制。所以一般情况下，湖泊营养多了都会慢慢富营养化瘀积起来。从平营养到中营养再到富营养，这个自然过程是非常长的，但是因为人类的活动，我们没有把污染物及时地控制或者是运用，最后导致了人为的富营养化。我们现在在湖泊、河道、池塘里经常看到藻类，都是人为富营养化造成的。

富营养化最厉害的就是昆明的滇池，富营养化20多年，到现在问题都没有解决。太湖、贵州红枫湖、南京玄武湖，包括我们的西湖也有富营养化。西湖为什么没有那么浓的藻类？因为西湖湖域面积比较小，另外一个原因是从钱塘江打水，每天45万吨，甚至60万吨打进来冲。西湖现在是靠冲水才维持现状，如果它半年不冲水，可能就会像滇池一样了，因为它长藻类的多种条件都符合了。

环境治理要走中国特色

富营养化是一个国际性的难题，尤其像中国，我们人口那么多，我们的污染废水、污染物的产出量那么大，如果我们还是按照国外的思路治理，那我们就更走不通。我们要有创新的思维，我们不能照搬国外的技术，也不能照搬国外的治理思路，我们必须要走出中国适合的一条新的道路，我们叫生态修复，国外没有这个提法。

比如，我们造污水处理厂是从国外学习的，大学学环境科学工程肯定要学污水处理的工艺。污水处理就是把城市污水集中运到污水厂处理，处理以后达标排放的磷A级是0.5到1，达标排放的总氮是15到20，而富营养的磷要小于0.02、氮要小于1。也就是说污水处理后的氮相差20倍，磷相差30倍。20到30倍的污水算是达标排放，全部到河流湖泊，我们的河流湖泊能够吃得消吗？能够净化到不长藻类吗？所以这是一个大问题。中国的人口多，所以我们必须发展一个新的技术，不是造了污水处理厂就万事大吉了。

那么污染怎么控制、怎么修复？首先得了解污染是从哪里来的。水体富营养化的成因主要是自然跟人为，造成水体生态系统循环失衡的主要元素是磷、氮。磷和氮是繁殖的要素，只要满足了条件生长就很快。我们很多生活垃圾就是氮磷，是重要的污染源，还有我们的生活污水、养殖业、粪便等都是高磷高氮的来源。

因为垃圾无论是填埋还是焚烧都是很大的问题，所以现在我们要把它资源化，就是环境修复、资源再生。如果把这些废物当做资源循环利用了，就是对环境治理最大的贡献。所以一些低成本的创新技术非常重要，最近我们在把这些创新技术产业化，扶持一批新型的、生态的、循环经济的环保产业发展。

现在我们已经实践了很多控制措施，比如畜禽养殖废弃物在农业里面做肥料，但实际农民喜欢用化肥，有机肥运输、储存不方便；还有的做沼气，但沼液问题没有解决，二次污染很大；现在五水共治很多做挖泥，底泥挖起来对水质有作用，但对控制富营养化没有作用，挖出的泥最后还是循环到水里；而换水做环境容量的稀释，长期效果难以保证，且对下游污染有影响，没有把污染物真正拿出来；还有种树种草等简单的恢复历史景观，简单的恢复对中国来讲也不是最佳的方案，难以抵御环境负荷。西溪湿地其实就是一个简单的恢复历史景观的案例，把环境保护起来，但它的水还是富营养化的。西溪湿地要保护，我们必须要有净化水的措施。好多湿地建设是为了旅游，并不是为了把湿地生态进行恢复，为健康水生态设置的很少，这也是现在普遍存在的一个弊病。还有一种是放养鱼，叫生物操纵。鱼是能吃藻类的，吃下的藻类消化了一部分变成鱼肉，但是藻类没有全部消化死，还有一部分拉出来是活的。另外藻类生长太快，鱼吃不过来。最后证明，鱼放下去，氮磷并没有减少，而且吃掉藻类之后拉出来的更细。生物操纵，放鱼是必要的，但是还不够。

所以对于富营养化，我们用污水处理、造湿地、化学物质、放鱼养鱼这些单项措施都不能完全解决，还是要有个综合的措施来治理，这非常重要。

生态如何修复

水质问题是一个生态的问题，水质指标是水生态系统指标的一部分，所以重建优化健康水生态系统是改善水环境的主要目标，也是实现这一目标的主要手段。水质的污染是从局部到大范围发生的，改善水质也是从局部到大范围进行的，和改善沙漠一样。所以我们现在的五水共治方向是对的，但在步骤上更要有可持续性，大家不要说最好一个月内消灭黑臭河，除非把底泥挖掉清水冲一下，但这不是可持续的。这要从局部到大范围做，要有一个步骤。因为污染是多年沉积的，哪里靠一个月三个月可以解决好，但是我们用正确的科学的方法能够加快我们环境治理的速度。

什么叫生态？它从基本概念来讲就是生物在一定的自然环境下的生存与发展的状态，就是生物的生理特性和生物极性，这就是我们叫的自然生态。目前人们经常用生态来形容很多美好的事情，健康的、美好的、和谐的都称为生态。生态学，其实是研究有机体与周围环境相互关系的科学。中国古代人是最讲生态的，外国人的生态是向中国人学的。想想我们中华文明五千年的历史，都没有出现像现在这么差的水，为什么？因为我们有很好的生态的历练，很好的生态循环。近三十年就是因为我们的生产方式、生活方式全部现代化了，把水、土、气搞得一塌糊涂，连杭州这个山清水秀的地方空气都不好了。为什么？因为我们把老祖宗的生态全部抛在脑后，全部照搬国外的东西，所以这是我们要吸取教训的。有些东西是国外比我们先进，但是我们有的东西是国外没有的。

那么生态文明呢？就是人类要遵循自然社会和谐发展这一客观规律，取得物质与精神的综合，就是人与自然、人与人、人与社会和谐共生、良性循环，全面发展持续繁荣为基本宗旨的文化伦理形态。农业文明是黄色文明，工业文明是黑色文明，那么生态文明就是绿色文明。生态文明是人类文明的一种形式，就是要以维护生态环境为主旨，以可持续发展为根据，以未来人类继续发展为持续点，所以最终文明观要强调人的自觉与自律，强调人与自然环境的相互依存、促进，共促共融。要正确认识环境保护与经济发展的关系，要发展国家战略层面解决的问题，还要促进严格的环境保护制度，行动上要人人保护。

举个例子，我们的垃圾、有毒的东西随便乱扔，这就是不文明行为。现在是扔的方便了，但影响的不仅仅是别人，还会影响到我们自己。我们最近开过一个微量元素与健康的学术会，我的报告是关于乳腺癌的。乳腺癌细胞里面DDT含量非常高，就是一个持久性的有机污染物，还有重金属的铬、铅。它们是从哪里来的？就是从水、空气中来的，特别是从我们的食品中来的。为什么DDT都禁用20多年了现在还有？就是存在于土壤里面。还有很多是在底泥里面。以前的DDT施在土里，一冲到水里变成底泥，然后底泥给鱼、海鲜、贝类吃，最后给我们吃了，凡是这种东西吃的多的人发病率是最高的。DDT是60年代的农药，我们已经禁用20多年了，但因为它很难降解，在底泥、土壤里面一直在慢慢释放。所以我们宣传不要把农药、电池这些有害物乱丢到垃圾里去，就是这个道理。

生态修复要以生物为主，物理、化学为辅

在生态文明的指导思想下做可持续的环境治理的技术，就是生态修复。它是以生物修复为基础，强调生态性原理在污染环境，包括土、水、大气修复中的应用，是物理生物修复、微生物修复各种修复技术的综合。

生态修复就是要建立生态系统。重建的健康生态系统是什么样的？是以特异的植物、微生物材料为主，强调发挥生物的强大功能，以物理、化学为辅的系统。我们要用物理化学的办法，但是我们要为辅不能为主，然后要建立高效复合能力的生态系统，利用太阳能为主要驱动力，低耗高效。所谓低耗就是低能耗，然后把土壤、水体里面的一些污染物作为一种生物资源把它取出来循环利用，我们要以这样的一个思路去考虑生态修复。

生态修复的过程有好几种。有一种过程就是通过生态系统把污染物给稳定住，转变它的形态。另一种就是直接把持久性污染物降解掉，挥发掉。还有一种是把它提取同化。比如DDT就要用特异的微生物降解变成二氧化碳和水，比如我们可以把重金属变成一种稳定态的形态固定在土壤里面使其不活化，还有我们用一种生物把污染物转化为另外的产品，就是提取、同化。再比如用植物把水体的氮磷吸出来，长成高大的植物，可以做很多的产品，那就是转化。稳定是降低它的生物有效性、移动性，沉淀固定到底泥、土壤当中，使它不要跑到空气里、水里，这也是一种办法。提取也很重要，比如，我们现在有特异的植物可以把土壤的重金属高于一百倍的拿出来，把这个植物拿掉，土壤的重金属就移掉了，这叫提取修复。

我们发展得最好的是5M技术，就是利用生物多样性的一种技术。5M技术第一是高等植物，第二是微生物，第三是软体动物，第四个就是仿生学，第五个是管理，利用这些原理我们最后输出了一个产品，把生物资源输出，管理健康的水。我们想把农业生产出来的地表污水，除了直流应用，让它变成干净的水进入到水系当中。利用水库净化，变成生物资源。通过三个圈的生态循环修复的措施，达到我们水质的净化循环。

我们还提出一个生态修复与生物能源一体的技术体系，叫生态能源工程。现在最大的修复是要创造新的植物，这个植物的特点就是要生物量大、污染物附着能力强、抗病性强、有再生利用价值等等。所以我们近20年有大量的关于土壤跟水体、高修复植物种子的研究，包括富营养化水体种子的研究。相信以后生态修复的技术和手段会越来越多。

（本文系杨肖娥在杭州市科协、杭州市科技工作者服务中心、市委党刊《杭州》杂志社联合主办的第100期“杭州科学大讲堂”上的演讲，文中观点不代表本刊立场）

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