陸海統(tǒng)籌背景下海洋環(huán)境污染生態(tài)修復(fù)治理研究

陳元卿

摘要：海洋生態(tài)環(huán)境治理易受氣候、水質(zhì)質(zhì)量、微生物種群等問(wèn)題的影響，且海洋污染物種類較多，導(dǎo)致海洋生態(tài)修復(fù)難度較大。為此，提出陸海統(tǒng)籌背景下新的海洋環(huán)境污染生態(tài)修復(fù)治理方法。根據(jù)上海市海洋污染現(xiàn)狀，采用微生物修復(fù)方法、水生動(dòng)物修復(fù)方法以及水生植物修復(fù)方法，實(shí)現(xiàn)海洋污染修復(fù)。確定實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)儀器，通過(guò)計(jì)算修復(fù)后的海洋水質(zhì)因子，得知海洋水質(zhì)得到明顯改善，海洋污染程度為清潔，浮游植物豐度與生物量、最終生態(tài)修復(fù)效果評(píng)分較高，驗(yàn)證了陸海統(tǒng)籌背景下海洋環(huán)境污染生態(tài)修復(fù)治理研究的有效性。

關(guān)鍵詞：生物修復(fù)技術(shù)；海洋重金屬污染；生物多樣性；信息熵權(quán)法；最終修復(fù)效果評(píng)分

中圖分類號(hào)：X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

由于工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，海洋環(huán)境遭受到各種污染的威脅，包括化工廢水、油污、廢棄物和陸源污染物等。“陸海統(tǒng)籌”是指在資源利用和環(huán)境管理方面，統(tǒng)籌考慮內(nèi)陸和海洋之間的相互影響。陸海統(tǒng)籌思想要求在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)兼顧生態(tài)環(huán)境，而海洋環(huán)境的污染治理與生態(tài)修復(fù)正是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在此背景下，海洋生態(tài)系統(tǒng)對(duì)維持全球生態(tài)平衡具有重要意義。海洋環(huán)境的污染和破壞導(dǎo)致海洋生態(tài)系統(tǒng)的崩潰，對(duì)海洋生物多樣性和生態(tài)平衡造成嚴(yán)重威脅。因此，針對(duì)海洋環(huán)境污染造成的生態(tài)系統(tǒng)功能退化的問(wèn)題，治理和修復(fù)海洋環(huán)境，以減少或消除污染對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響。該措施不僅可以恢復(fù)受損的海洋生態(tài)系統(tǒng)，還可以推動(dòng)海洋生態(tài)文明持續(xù)發(fā)展，因此研究海洋環(huán)境污染的生態(tài)修復(fù)治理方法具有重要意義。國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域相關(guān)專家已經(jīng)對(duì)此做出了研究，且取得了較好研究成果。馬瑩等人構(gòu)建基于水質(zhì)改良+污染監(jiān)測(cè)+吸附物濾壩的治理體系。孫曉軍等人利用生物碳基氣凝膠完成海洋環(huán)境污染生態(tài)的修復(fù)治理。

在以上兩種方法的研究背景下，提出陸海統(tǒng)籌背景下海洋環(huán)境污染生態(tài)修復(fù)治理研究，從而實(shí)現(xiàn)修復(fù)海洋環(huán)境污染。

1 污染現(xiàn)狀與修復(fù)治理

1.1 現(xiàn)狀調(diào)查

在陸海統(tǒng)籌背景下，上海市作為典型的現(xiàn)代資源型城市，其海洋環(huán)境污染現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果如下。

1.1.1 污染物種類

上海市近岸海域水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，部分海域水質(zhì)指標(biāo)超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中石油污染在一些區(qū)域較為突出，重金屬和微塑料污染較為常見。

1.1.2 污染范圍

不僅包括近岸海域，還涉及到部分遠(yuǎn)海海域。因?yàn)槲廴疚锟赏ㄟ^(guò)河流、雨水等途徑進(jìn)入海洋，海上運(yùn)輸也增加了污染風(fēng)險(xiǎn)。

1.1.3 污染程度

在一工業(yè)同區(qū)和港口附近，污染問(wèn)題尤為突出，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成了較大的壓力。

1.1.4 生態(tài)影響

污染物導(dǎo)致生物多樣性下降、生態(tài)系統(tǒng)失衡等問(wèn)題。

1.2 海洋污染修復(fù)方法

陸海統(tǒng)籌即是指將海洋與陸地統(tǒng)一管理，構(gòu)建一種資源效益共享與生態(tài)平衡的發(fā)展模式。基于陸海統(tǒng)籌，生物修復(fù)技術(shù)常用方法如下。

1.2.1 微生物修復(fù)方法

通過(guò)采集需要治理修復(fù)的海洋海水，選取可靠的修復(fù)菌種，實(shí)現(xiàn)凈化海洋水質(zhì)。

采用微生物降解方法，引入沙氏外硫紅螺菌（SP3菌株），將代謝的有機(jī)污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化成無(wú)害物質(zhì)。添加酵母膏營(yíng)養(yǎng)鹽，更有效地修復(fù)海洋污染。SP3菌株具有很強(qiáng)代謝能力，可以分解各種有機(jī)物質(zhì)，包括石油、重金屬離子，從而減少對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。酵母膏含有大量的氨基酸、蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，為微生物提供必要的營(yíng)養(yǎng)，提高污染修復(fù)的效率。

1.2.2 水生動(dòng)物修復(fù)方法

通過(guò)擴(kuò)充以無(wú)機(jī)物為主要食物的魚類種群密度，促使微生物污染物降低，改善水體。投入定量的底棲動(dòng)物螺螄，分泌促絮凝物質(zhì)，使海洋水質(zhì)變清澈。在海洋中修建丁壩、魚道，保證大量氧氣傳遞至海水中，增加海水溶解氧量。每間隔15天打撈水中物質(zhì)，防止造成內(nèi)源污染。

1.2.3 水生植物修復(fù)方法

水生植物修復(fù)通過(guò)水生植物，以吸收多余營(yíng)養(yǎng)鹽，還可以自動(dòng)調(diào)節(jié)海水pH值，降低海水中的氮、磷等過(guò)剩營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)海洋生物凈化。

綜合應(yīng)用三種海洋污染修復(fù)方法，以達(dá)到更好的污染修復(fù)效果。

2 方法的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證本次研究提出的海洋環(huán)境污染生態(tài)修復(fù)治理方法的可靠性，利用其修復(fù)上海市2022年的海洋環(huán)境污染。

2.1 樣品采集與實(shí)驗(yàn)流程

水樣采集：采用隨機(jī)取樣法，采集上海市2022年1月至5月海洋水樣10L，放入采水器中混合均勻。

水質(zhì)因子測(cè)定：依據(jù)《海洋科學(xué)調(diào)查與勘測(cè)》，溶解氧、亞硝酸鹽、硝酸鹽氮、氨氮、總氮、活性磷酸鹽、總磷作為水質(zhì)因子，從海水水樣中選取200ml，對(duì)其測(cè)試。

浮游植物樣品采集：采用浮游生物網(wǎng)從海洋表層至深層循環(huán)拖動(dòng)，放置在采樣瓶中，選取2L海水水樣，并加入2.0%魯哥試劑固定，采用光學(xué)顯微鏡觀察鑒定。

采樣前，將所有儀器清洗干凈，有效降低由儀器造成的測(cè)試誤差。樣品采集所需的儀器有采水器、浮游生物網(wǎng)（25號(hào)）、采樣瓶、光學(xué)顯微鏡、pH試紙以及加魯哥試劑。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.2.1 生物多樣性

生物多樣性是指海洋水體中浮游生物與浮游植物的數(shù)量，是評(píng)價(jià)海洋水質(zhì)污染程度的重要指標(biāo)，其值越低，海洋水質(zhì)受污染程度越高。計(jì)算公式如式（1）所示：

式（1）中，I表生物多樣性指數(shù)；Qj代表海洋水體生物j占總量的比例；nj表示物種j的數(shù)量；N代表總體生物數(shù)量。

2.2.2 綜合評(píng)價(jià)值

將海洋中的水質(zhì)因子作為評(píng)價(jià)因子，通過(guò)計(jì)算第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重wi，獲取綜合評(píng)價(jià)值E，以評(píng)價(jià)海洋污染生態(tài)修復(fù)效果，公式如式（2）所示：

其中，m表示評(píng)價(jià)因子數(shù)量；Z代表正向指標(biāo)；V1、V2表示修復(fù)前后水平；X-Y表示海洋環(huán)境生態(tài)恢復(fù)閾值。

2.2.3 生態(tài)修復(fù)效果評(píng)分

在修復(fù)效果評(píng)分的基礎(chǔ)上，計(jì)算修復(fù)治理下的最終生態(tài)修復(fù)效果評(píng)分G，公式如式（3）所示：

式（3）中，M代表生態(tài)系統(tǒng)的不同層次；αq、Kq代表第q類評(píng)價(jià)因子的權(quán)重與修復(fù)效果評(píng)分；ei-e5表示指標(biāo)對(duì)不同等級(jí)的隸屬度。

為了進(jìn)一步明確海洋環(huán)境污染生態(tài)修復(fù)治理方法的內(nèi)涵及效果，將海洋環(huán)境污染生態(tài)修復(fù)治理流程見圖1。

為了驗(yàn)證陸海統(tǒng)籌背景下海洋環(huán)境污染生態(tài)修復(fù)治理（所提方法）的有效性，與基于微生物載體技術(shù)的溝渠生態(tài)修復(fù)治理（文獻(xiàn)[3]方法）、生物炭材料在海洋石油類污染修復(fù)（文獻(xiàn)[4]方法）的修復(fù)結(jié)果分析。

2.3 不同修復(fù)方法下的水質(zhì)因子比較

各個(gè)方法修復(fù)后的海洋水質(zhì)因子結(jié)果見表1。

通過(guò)表1可知所提方法修復(fù)后的海洋水質(zhì)得到明顯改善。

2.4 浮游植物豐度與生物量

統(tǒng)計(jì)所提方法、文獻(xiàn)[3]方法、文獻(xiàn)[4]方法修復(fù)后的海洋浮游植物類別，為了方便分析，將不同方法修復(fù)模式下的海洋浮游植物豐度與生物量變化情況繪制成柱形圖，如圖2所示。浮游植物豐度與生物量越高，說(shuō)明修復(fù)模式可以有效降低海洋水體中氮含量，為水生動(dòng)物和高級(jí)生物提供更豐富的食物來(lái)源。

根據(jù)圖2可知，所提方法應(yīng)用下浮游植物豐度更高，生物量平均值更高，由此說(shuō)明，生物量的變化符合不同天氣溫度下的變化規(guī)律。

2.5 最終生態(tài)修復(fù)效果評(píng)分

修復(fù)效果評(píng)分RS（圖3（a））、最終生態(tài)修復(fù)效果評(píng)分ERS（圖3（b））來(lái)對(duì)比各方法的修復(fù)效果。

根據(jù)圖3（a）可知，所提方法對(duì)所有指標(biāo)的修復(fù)效果評(píng)分值均高于文獻(xiàn)[3]方法與文獻(xiàn)[4]方法的修復(fù)效果評(píng)分值。由圖3（b）可知，2022年1月至5月所提方法的最終生態(tài)修復(fù)效果評(píng)分分別為1.6、1.8、1.9、1.7、1.5。通過(guò)對(duì)比，所提方法的最終生態(tài)修復(fù)效果評(píng)分均高于文獻(xiàn)[3]方法與文獻(xiàn)[4]方法的評(píng)分，說(shuō)明所提方法修復(fù)治理效果更強(qiáng)。（見圖3）

3 結(jié)束語(yǔ)

為了解決海洋環(huán)境污染造成的生態(tài)系統(tǒng)功能退化的問(wèn)題，研究出一種陸海統(tǒng)籌背景下海洋環(huán)境污染生態(tài)修復(fù)治理方法。研究針對(duì)海洋污染的主要因素（石油污染、微塑料污染與重金屬污染）提出了綜合的治理方案，而非單一因素的治理，具有較強(qiáng)的綜合應(yīng)用價(jià)值。基于陸海統(tǒng)籌，引入了生物修復(fù)技術(shù)，在海洋環(huán)境污染治理中采用SP3菌株、擴(kuò)充魚類種群密度以及水生植物等多種生物手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海洋環(huán)境的綜合治理。對(duì)水體與浮游植物樣品完成采集，通過(guò)對(duì)比分析水質(zhì)因子、浮游植物種類等多個(gè)指標(biāo)，全面評(píng)價(jià)了生物修復(fù)技術(shù)對(duì)海洋環(huán)境污染的治理效果，說(shuō)明通過(guò)生物修復(fù)技術(shù)，能夠消除存在于海洋中的有害污染物。