基于生物技术的水环境修复与生态重建

基于生物技术的水环境修复与生态重建

王先锋、黄聪

天津市天水智信基础设施建设运营有限公司 天津市300400

摘要  随着工业化进程的加快和人口的不断增长，水环境污染和生态退化问题日益严重，对人类健康和生态系统稳定性造成了严重威胁。传统的水环境治理方法，如物理法和化学法，虽然在短期内能取得一定的治理效果，但往往存在成本高、易产生二次污染等问题。寻找一种绿色、高效、可持续的水环境修复与生态重建技术显得尤为重要。

关键词：生物技术  水环境修复  生态重建

一、水环境污染与生态退化的现状

全球范围内，大量的污水和工业废水未经有效处理便直接排放到水体中，导致水质严重污染。据统计，全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，相当于全球径流总量的14%以上。中国的情况也类似，尽管地表水Ⅰ到Ⅲ类优良水质断面占比在逐年上升，但水体污染依然是一个严重的问题。

由于过分开采、水污染和水土流失等原因，全球许多地区的水资源正在减少。在中国，由于水旱灾害频繁，加上水资源时空分布不均，南方水多、土地少，北方水少、土地多，导致许多地区水资源紧缺。湿地作为重要的生态系统，其面积正在逐年减少。湿地退化不仅影响生物多样性，还导致水环境恶化。全球生物多样性正面临严重威胁。许多野生动植物的数量和种类都在持续减少，一些物种甚至面临灭绝的风险。这主要归因于栖息地破坏、非法狩猎和污染等因素。由于水环境污染和生态退化，许多生态系统的稳定性正在下降。这表现为生态系统功能的减弱、生物多样性的减少以及生态平衡的破坏。

二、生物技术在水环境修复中的应用

1、微生物修复技术

微生物修复技术利用特定的微生物种群或群落，通过生物降解、生物转化、生物吸附等过程，去除或降低水体中的污染物质，从而达到修复水环境的目的。这些微生物可以在自然环境中找到，也可以通过基因工程等生物技术手段进行改造和优化。

微生物修复技术的主要方法有：微生物降解技术是利用微生物降解废水中的有机物、氮、磷等污染物质，从而改善水质。例如，通过引入特定的微生物群落，可以加速废水中有机物的生物降解过程，降低水体中的COD（化学需氧量）和BOD（生物需氧量）；生物滤池技术是通过建立合适的生物滤池系统，利用微生物的降解作用去除水中的污染物。生物滤池通常包括生物膜和填料两部分，微生物在填料上生长并形成生物膜，通过吸附和降解作用去除水中的污染物质；微生物固定化技术是通过将微生物固定在载体上，提高其稳定性和降解效率。这种技术可以增加微生物与污染物的接触面积，提高降解速率，同时减少微生物流失和污染物的扩散。

2、植物修复技术

植物修复技术主要依赖于植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用来去除或降低水体中的污染物。例如，水生植物如睡莲、香蒲等，能够通过其根系吸收水中的有机物和重金属等污染物质，同时利用共生微生物的降解作用，进一步转化和去除这些污染物。

湿地是植物修复技术的重要应用场所。通过在湿地中种植具有强吸收能力的植物，如芦苇、蒲草等，可以有效去除水中的氮、磷等营养物质，改善水质。湿地植物还能为微生物提供生长环境，促进微生物的降解作用。水生植物具有强大的污染物吸收能力。这些植物可以在水体中生长，通过其根系吸收水中的污染物，并将其转化为无害物质。水生植物还能为水体提供氧气，促进水体中的好氧生物降解过程。植物与微生物之间存在密切的共生关系。在植物修复过程中，可以利用这一关系，通过引入具有高效降解能力的微生物菌种，与植物共同作用，提高修复效果。例如，在种植湿地植物的同时，投加具有高效降解能力的微生物制剂，可以加速水体中污染物的去除过程。

3、动物修复技术

动物修复技术是水环境修复中的一项重要生物技术，它利用某些动物（特别是底栖动物）的生物特性，如过滤、转化、降解等功能，来去除或降低水体中的污染物，进而改善水质。这种技术因其独特的环境适应性和生物降解能力，成为水环境修复领域的重要补充。

底栖动物是生活在水体底部的生物，如蚯蚓、河蚬等，它们具有较强的过滤能力、耐污能力、富集能力和分解能力。例如，河蚬作为重要的淡水经济贝类，对高浓度的重金属、有机污染物等反应敏感，对中、低浓度的污染物则具有相当强的蓄积能力。通过养殖或投放这些底栖动物，可以有效地吸收和转化水体中的污染物，达到净化水体的目的。某些鱼类，如鲤鱼、鲫鱼等，能够通过摄食和代谢作用去除水体中的有机物质和营养盐。这些鱼类在摄食过程中会摄入水中的浮游生物和底栖生物，从而间接地去除这些生物体内的污染物。它们的排泄物也可以作为水体中微生物的养分，促进微生物的生长和降解作用。

4、生物-生态修复技术

生物-生态修复技术是一种综合应用生物学、生态学原理和方法的水环境修复技术。它强调通过恢复和增强水生态系统的自然功能，来去除水体中的污染物，实现水质的自然净化。这种技术具有环境友好、成本低廉、可持续性强等优点，是水环境修复领域的重要发展方向。

生物操纵技术，通过引入或培养具有高效降解能力的生物种群（如微生物、植物、动物等），来去除水体中的污染物。例如，在水体中投加具有高效降解能力的微生物制剂，可以加速有机污染物的降解过程。生态工程技术，利用生态工程原理和方法，构建具有特定功能的生态结构（如人工湿地、生态浮岛等），以改善水质和恢复水生态系统。这些生态结构能够模拟自然水生态系统的功能，通过物理、化学和生物过程去除水体中的污染物。植被恢复技术，在水体岸边或浅水区域种植具有生态修复功能的植物（如湿地植物、水生植物等），通过植物吸收、降解和稳定污染物来改善水质。同时，植被还能为水生态系统提供栖息地和食物来源，促进生态系统的恢复和稳定。

三、生物技术在生态重建中的应用

植物修复技术利用植物及其共生微生物体系来吸收、转化、降解或稳定环境中的污染物，以达到生态重建的目的。这种技术具有成本低、环境友好、易于操作等优点。例如，湿地植物修复通过种植湿地植物如芦苇、蒲草等，能够有效去除水体中的氮、磷等营养物质，改善水质，为水生生物提供良好的生存环境。

二、微生物修复技术

微生物修复技术利用特定的微生物种群或群落，通过生物降解、生物转化、生物吸附等过程，去除或降低环境中的污染物质。在水环境修复中，微生物修复技术被广泛应用于废水处理、河流及湖泊修复、地下水修复等多个领域。例如，通过引入特定的微生物群落，可以加速废水中有机物的生物降解过程，降低水体中的COD（化学需氧量）和BOD（生物需氧量），从而改善水质。

三、基因工程技术

基因工程技术通过改变生物体的遗传信息，培育出具有特定性状的新品种，以适应受损生态系统的特殊需求。例如，通过基因工程技术改良作物，提高它们的抗病性和耐荒性，从而减少化学农药的使用，保护农作物的健康，并减少对环境的污染。基因工程技术还可以用于增加濒临灭绝的野生动物的繁殖率，并帮助他们恢复原有的栖息地。

生物材料技术利用生物体或生物大分子制备出具有特定功能的材料，用于生态修复和重建。例如，通过纳米技术制备高效的吸附材料，可以用来处理水体和土壤中的污染物，有助于恢复受损的生态系统。这些生物材料具有环境友好、可降解、生物相容性好等优点，在生态修复中具有广阔的应用前景。

四、结束语

基于生物技术的水环境修复与生态重建是一个长期且至关重要的过程，它体现了我们对环境可持续性的深刻理解和不懈追求。通过应用先进的生物技术，我们能够以更加自然和高效的方式修复受损的水环境，重建健康的生态系统。

参考文献

[1]刘芳，李伟. 基于生物技术的水环境修复与生态恢复策略研究进展[J]. 生态环境学报，2021，30(4)：96-105.