人工促进生态修复：理论与问题研究

1.人工促进生态修复的常用方法

由环境污染、生境破坏等因素导致的海洋生态环境的退化，在自然条件下可以通过海洋生态系统的自我调节机制慢慢恢复，但自然恢复速度极为缓慢，因此常用的方法是进行人工生态修复。

(1)减少污染物入海量，改善水质

海洋环境污染导致海域水质退化，是造成海洋环境退化的主要原因之一。各种污染物进入海洋，极大地影响海洋环境中的各个生态因子，使生态系统结构和功能受损。特别是在长江口、黄河口、珠江口等海域，其流域中大量污染物进入，使这些海域呈现严重污染状态。因此，要修复退化的海洋生态环境，首要问题是减少污染物入海量，使入海污染物总量低于海洋环境容量，改善水质，通过海洋生态系统的自身修复机制，辅以其他修复手段，恢复海洋生态系统健康。

(2)生境修复

生境是指具体的生物及其群体生活的空间环境，包括该空间环境因子的总和。生态系统空间异质性的降低和生物多样性的减少，导致生态系统不稳而退化。常见的海洋生态环境破碎化表现在以下几个方面。

①海水空间的减少和海水质量的退化。由下列因素引起：海洋污染和海水富营养化，近海工程引起海水动力条件的改变，河流入海径流降低达不到河口水域的生态需水量等。

②近海水域、滩涂、红树林丧失。主要由海洋围垦、沿海工程、海水养殖活动引起。

③海草床和海藻床退化消失。影响因素有：海水富营养化导致透明度降低，使海底生活的海藻和海草得不到充足的光线；海水富营养化还会引起浮游生物大量繁殖，从而影响到底生的海藻、海草的生长；海洋渔业和其他人类活动；地震、台风、海啸等自然因素；海底动物的利用过度和竞争。

④海底状态的破坏。由海洋渔业活动(如底拖网)，海底工程、采砂等造成。

因此，可以针对生境丧失和破碎化的原因，采取相应的措施，对生境进行修复。主要方法有：①控制污染，提高海水水质，保护海洋环境；②拆除相关工程设施，禁止违法海底作业；③通过海洋生物保护和移植进行生物修复。

(3)生物修复

生物修复方法应用前景非常广阔。但由于实际操作比较复杂，目前仍处于实验阶段。生物修复包括微生物修复、大型海藻修复、贝—藻等生物修复等。

①微生物修复。海洋中虽然存在着大量可以分解污染物的微生物，但由于这些微生物密度较低，降解速度极为缓慢。特别是有些污染物质由于缺乏自然海洋微生物代谢所必需的营养元素，微生物的生长代谢受到影响，从而也影响到污染物质的降解速度。

海洋微生物修复成功与否主要与降解微生物群落在环境中的数量及生长繁殖速率有关，因此当污染的海洋环境中很少有甚至没有降解菌存在时，引入数量合适的降解菌株是非常必要的，这样可以大大缩短污染物的降解时间。而微生物修复中引入具有降解能力的菌种成功与否与菌株在环境中的适应性及竞争力有关。

环境中污染物的微生物修复过程完成后，这些菌株大都会由于缺乏足够的营养和能量来源最终在环境中消亡，但少数情况下接种的菌株可能会长期存在于环境中。

②大型藻类移植修复。大型藻类不仅能有效降低氮、磷等营养物质的浓度，而且能通过光合作用，提高海域初级生产力；同时，大型海藻的存在为众多的海洋生物提供了生活的附着基质、食物和生活空间；大型藻类的存在对于赤潮生物还起到了抑制作用。因此，大型海藻对于海域生态环境的稳定具有重要作用。

许多海区本来有大型海藻生存，但由于生境丧失(如污染和富营养化导致的海水透明度降低使海底生活的大型藻类得不到足够的光线而消失)、过度开发等原因而从环境中消失，结果使这些海域的生态环境更加恶化。由于大型藻类具有诸多生态功能，特别是大型藻类易于栽培后从环境中移植，因此在海洋环境退化海区，特别是富营养化海水养殖区移植栽培大型海藻，是一种对退化的海洋环境进行原位修复的有效手段。目前，世界许多国家和地区都开展了大型藻类移植来修复退化的海洋生态环境。用于移植的大型藻类有海带、江蓠、紫菜、巨藻、石莼等。大型藻类移植具有显著的环境效益、生态效益和经济效益。

在进行退化海域大型藻类生物修复过程中，首选的是土著大型藻类。有些海域本来就有大型藻类分布，由于种种原因导致大量减少或消失。在这些海域，应该在进行生境修复的基础上，扶持幸存的大型藻类，使其尽快恢复正常的分布和生活状态，促进环境的修复。对于已经消失的土著大型藻类，宜从就近海域规模引入同种大型藻类，有利于尽快在退化海域重建大型藻类生态环境。在原先没有大型藻类分布的海域，也可能原先该海域本来就不适合某些大型藻类生存，因此应在充分调查了解该海域生态环境状况和生态评估的基础上，引入一些适合于该海域水质和底质特点的大型藻类，使其迅速增殖，形成海藻场，促进退化海洋生态环境的恢复。也可以在这些海区，通过控制污染、改良水质、建造人工藻礁，创造适合于大型藻类生存的环境，然后移植合适的大型藻类。

在进行大型藻类移植过程中，可以以人工方式采集大型藻类的孢子令其附着于基质上，将这种附着有大型藻类孢子的基质投放于海底让其萌发、生长，或人为移栽野生海藻种苗，促使各种大型海藻在退化海域大量繁殖生长，形成茂密海藻群落，形成大型的海藻场。

③底栖动物移植修复。底栖动物中有许多种类是靠从水层中沉降下来的有机碳屑为食物，有些可以过滤水中的有机碎屑和浮游生物为食，同时许多底栖生物还是其他大型动物的饵料。在许多湿地、浅海以及河口区分布的贻贝床、牡蛎礁具有的重要生态功能。因此底栖动物在净化水体、提供栖息生境、保护生物多样性和耦合生态系统能量流动等方面均具有重要的功能，对控制滨海水体的富营养化具有重要作用，对于海洋生态系统的稳定具有重要意义。

在许多海域的海底天然分布着众多的底栖动物，例如江苏省海门蛎蚜山牡蛎礁、小清河牡蛎礁、渤海湾牡蛎礁等。但是自20世纪以来，由于过度采捕、环境污染、病害和生境破坏等原因，在沿海海域，特别是河口、海湾和许多沿岸海区，许多底栖动物的种群数量持续下降，甚至消失，许多曾拥有极高海洋生物多样性的富饶海岸带，已成为无生命的荒滩、死海，海洋生态系统的结构与功能受到破坏，海洋环境退化越来越严重，甚至成为无生物区。

为了修复沿岸浅海生态系统、净化水质和促进渔业可持续发展，近二三十年来世界各地都开展了一系列牡蛎礁、贻贝床和其他底栖动物的恢复活动。在进行底栖动物移植修复过程中，在控制污染和修复生境的基础上，通过引入合适的底栖动物种类，使其在修复区域建立稳定种群，形成规模资源，达到以生物来调控水质、改善沉积物质量，以期在退化潮间带、潮下带重建植被和底栖动物群落，使受损生境得到修复、自净，进而恢复该区域生物多样性和生物资源的生产力，促使退化海洋环境的生物结构完善和生态平衡。

为达到上述目的，采用的方法可以是土著底栖动物种类的增殖和非土著种类移植等。适用的底栖动物种类包括：贝类中的牡蛎、贻贝、毛蚶、青蛤、杂色蛤，多毛类的沙蚕，甲壳类的蟹类等。例如，美国在东海岸及墨西哥湾建立了大量的人工牡蛎礁，研究结果证实，构建的人工牡蛎礁经过二三年时间，就能恢复自然生境的生态功能。

2.石油污染修复技术

(1)物理修复法

物理修复法就是借助于机械装置或吸油材料消除海面和海岸的油污染。这是目前国内外常用的处理溢油的方法，适用于较厚油层的回收处理。

①围油栏。

其原理是采用巨大的浮物在水面上形成围油栏将溢油海域围住以防止油扩散，主要用来处理一些突发性的油泄漏及海洋石油开采的喷油事故等。目前我国所有已投产的海上油田都配备了400～500m以上长度的围油栏。

围油栏是防止溢油扩散的必要设备，其作用为：

a.封锁和控制到港、离港的油船、炼油厂、油库及触礁油船所发生的溢油。

b.控制海上漂浮的污染物和拆船过程中造成的油污染。(www.xing528.com)

c.控制海滨浴场、海上渔场和河流、湖泊的油污染。

海上溢油事件发生后，最先采用的方法就是使用围油栏来防止溢油大面积的扩散。大连海域被石油污染后，辽宁海事局在溢油水域布设了7 000m的围栏，由20多艘清污船舶对海上油污进行清除。清理海滩浮油也是一项重大的工程，墨西哥湾沿岸各州设置了充气式围油栏，密西西比河入海口一带的路易斯安那州沿海湿地采用建造“障壁岛”、设置阻油带等措施清除油污。

②吸附法。

利用吸油材料吸附海面溢油，是一种简单有效的治理溢油的装置，适用于浅海和海岸边及比较平静的场所。

聚丙烯纤维是当前使用最为广泛的吸油材料，它是利用自身具有疏水亲油的特征和聚合物分子间的空隙包藏吸油，这类吸油材料原料来源广泛，价格较低，使用安全，在含油废水的净化处理中发挥着重要的作用。

除了专用的吸油毡、吸油棉等吸油材料外，头发、丝袜、手套等也是良好的吸油材料。墨西哥湾漏油事件发生后，麦克罗利通过海獭的皮毛被石油浸透的现象，设想头发能够有效地吸收油分，并用实验证实了自己的猜测。一般情况下，头发和皮毛能吸收相当于其本身重量4倍至6倍的油，1磅(0.454kg)头发能够吸收多达1加仑(3.79L)原油。美国民众纷纷捐献毛发、尼龙丝袜等吸油材料来清除海水中的油污。同样，大连海域受到石油污染后，市民收集头发50斤(25kg)左右，手套650余副，丝袜2 000多双来拯救受原油污染的大连海洋环境。

③机械法。

油回收船通常是双体船，两个船体之间装有一个氨基甲酸乙酯制的滚筒在海面旋转吸收浮油。墨西哥湾漏油事故发生后，由台湾海陆运输公司制造的“世上第一艘大型除油船”也参与了海上石油清污工作。这艘浮油回收船是利用鲸鱼吸水排水的原理，在船侧开凿12个吸水口，将浮油吸进船舱内，经油水分离后，再将海水排出。“鲸”号船身有3个半足球场长，10层楼高，每天可抽取多达50万桶被原油污染的海水，即每天可收集大约7.95×107L油水混合物并加以分离。分离后，油污将被转移到另一艘船，而干净的海水则会被排放回墨西哥湾。

同样，在大连海域石油污染后，为了及时展开海上清污工作，国家海洋局调来了4艘大马力高效率的海上收油船舶进行海域收油作业，仅几天时间，这4艘船收集上来的油污多达280m3。此外，还有21艘清油船、15艘辅助船，以及800余艘渔船在大连新港海域清污，预计当日回收油污可达160t。

(2)化学处理方法

海水受到石油污染后，除了采用一些常用的物理方法外，也通常采用投加化学药剂的方法消除海水中的石油，常用的化学药剂包括溢油分散剂、凝油剂和集油剂等。

在处理海洋油污染时使用化学药剂，不论其有无毒性都是不适宜的。这是因为：分散开或沉降的石油不仅依然存在于海洋环境中，而且变得更易于被生物吸收或同化；另外，许多化学药剂对生物的毒性比石油还强。因此，一些国家对使用化学药剂处理海洋油污染做了一定的限制和规定。瑞典的生物学家们认为，即使使用低毒性乳化剂，也会对海洋生物造成伤害。所以瑞典在处理油污染时一般不使用乳化剂。在日本，考虑到沉降到海底的石油对底栖动物危害更大，几乎不使用沉降剂。

尽管这些化学药剂能在短时间内清除大量的石油，但是即使无毒无害的药剂使用后也不可避免地对环境造成一定的负面影响。例如，英国在处理海上石油污染时使用乳化剂，曾造成海鸟大量死亡。

为了缓解墨西哥湾的漏油压力，英国石油公司(BP)使用了至少190万加仑的石油分散剂，据称这些分散剂属于禁用物品。分散剂与原油结合后，会生成毒性更强的物质，并随着分散开的石油向沿岸扩散。这些有毒混合物中的芳烃是病因的罪魁祸首，能致癌、诱发有机体突变和导致畸形。附近的渔民因受到了有毒分散剂的影响，表现出一系列的症状，如整夜盗汗、经常腹泻、身上出现许多白色小泡、喉咙痛等，根据调查发现，墨西哥湾沿岸患有各种怪病的人数快速增加。由此可见，用化学药剂处理石油时要综合考虑所加药剂的种类、浓度及其可能产生的负面作用。

(3)生物治理技术

物理方法常存在吸油效率低的问题，化学法投加药剂可能会带来一定的负面影响，而生物处理方法能够有效清除海面油膜和分解海水中溶解的石油烃，并且费用低、效率高、安全性好，被认为是最可行、最有效的方法。

①生物表面活性剂的应用及影响。

化学合成的表面活性剂在生产和使用过程中常常会出现严重的环境污染问题，而微生物产生的表面活性剂既能加速石油降解，又不至于对环境产生负面影响。

②向土著微生物中添加营养物质。

表面活性剂可能具有毒性并在环境中积累，引入高效降解菌不能对土著微生物保持长久竞争优势，同时会引起相应的生态和社会问题，而对于石油污染海洋环境，通过向土著微生物添加营养物质，进行生物修复的研究相对较多。

③引进石油降解菌。

石油降解菌能够有效去除海洋中的石油物质。但是，在受污染环境中接种外来微生物也存在多重压力。引入高效降解菌不能对土著微生物保持长久竞争优势，同时会引起相应的生态和社会问题，因此，接入的降解菌必须经过详细的分类鉴定，以确定其中没有对人类及其他生物造成危害的致病菌。

④真菌类微生物。

除了细菌在海洋石油降解中发挥巨大作用外，真菌类微生物的功劳也不可小觑。在真菌中，金色担子菌属、假丝酵母属、红酵母属、掷孢酵母属是最普通的海洋石油降解菌。此外，一些丝状真菌如曲霉属、毛霉属、镰刀霉属、青霉属等也是海洋石油降解的参与者。

研究表明，酵母菌清除海洋石油污染与细菌等其他微生物相比有诸多优点：细菌受环境因素的影响较大，阳光能杀死细菌，海水的渗透压能破坏细菌的细胞壁，这些都有碍细菌分解石油的效能；而酵母对阳光的杀菌效应和对海水的渗透压都具有较强的抵抗力，而且很多种酵母菌株能很快吃掉石油，或者钻到油滴内部并在其中繁殖。这样，在海洋环境中的酵母菌就不会受到原生动物的伤害。

3.海水养殖污染修复技术

物理修复是指利用各种材料或机械对养殖环境施加物理作用，从而达到环境改善的目的，这也是最传统的生态修复技术。

化学修复是利用化学制剂与污染物发生氧化、还原、沉淀、聚合等反应，使污染物从养殖环境中分离或降解转化成无毒、无害的化学形态。在水产养殖业中已广泛应用的多数水质改良剂、水质消毒剂就是基于这个原理。

植物修复是一种高效生物修复途径，在水环境污染治理领域中得到广泛研究，并应用到我国江、河、湖、库等水体治理上，也取得一系列成功的工程实例。

对于投喂饵料过程来讲，减少饵料损失，仔细地监控食物摄入是非常重要的。加强饵料管理：确保饵料投喂新鲜度，即饵料要有一定质量，严禁使用腐败变质的；保持饵料投喂连续性，即要保证每天有饵料，在饵料紧张状况下宁可少投饵不可不投饵，这样使得养殖物不致缺少食物而减慢生长；有意识的增添投饵量。