河流生态系统修复技术研究进展

第一篇：河流生态系统修复技术研究进展

河流生态系统修复技术研究进展

摘 要：河流生态系统受到人类活动的干扰和损害，河流生态系统修复技术日益受到重视。本文介绍国外河流生态修复理念和工程技术的发展历程，阐述我国河流生态修复的现状和实践。通过我国河流生态修复的成功实践案例，对河流生态修复技术和方法进行了简要介绍。

关键词：河流生态修复技术进展

导论

河流是物质流、能量流和信息流的载体，是一个一个连续的系统，同时也是连接生物系统的廊道，河岸植物群落对生态系统起着保护作用。但随着我国经济社会发展、科学技术的进步，人们重新认识和利用河流。从生态、环境保护等多维的角度，系统地研究和整治河流，已经成为水利工作者必须面对的重要课题。

人类活动直接影响着河流生态系统，特别是城市河流生态系统，主要体现以下几方面：（1）人类生产生活排放的废物，主要表现在污水对河流水质的污染；（2）人为对河道状况的改变，如挖砂作业，水泥护岸，河床的硬化以及河道的裁弯取直和断面形式单一化等；（3）对流域内生物组成部分的过度利用，如过度捕捞，流域内植物的破坏等；（4）对水资源的过度利用，使河流的径流量不能满足基本生态功能的需要，如水电站的兴建。国外的研究进展

随着修复实践的开展，河流修复已经从单纯的、结构性修复发展到整个系统整体的结构、功能与动力学过程的综合修复。如Ernst Bitttmann在莱茵河用芦苇和柳树进行生态护坡试验。随着河流生态修复技术方法的日渐成熟，发达国家于20世纪90年代尝试开展流域尺度下的河流生态修复工程。例如，美国已经开始对基西米河、密西西比河、伊利诺伊河、凯斯密河和密苏里河流域进行了整体生态修复，并规划了未来20a长达60万km的河流修复计划。

国外广泛应用于河流修复实践主要有8项措施，这些措施是：（1）恢复缓带；（2）重建植被；（3）修建人工湿地；（4）降低河道边坡；（5）重塑弯曲河谷；（6）修复浅滩和深塘；（7）修复水边湿地、沼泽地森林；（8）修复池塘。国内的研究进展 我国对河流生态修复的研究虽仅有二三十年的时间，我国生态学和水利学的学者开始从不同角度开展河流生态修复研究，探索修复受损河流生态系统的技术手段。董哲仁于2003年提出了“生态水工学”的概念。郑天柱等人分析其修复效果，认为河流流量、含氧量、生物多样性是河流生态修复的关键因素；高甲荣等在分析传统治理概念的基础上，提出了河溪的自然治理原则，并探讨其应用的基本模式。有学者从河流廊道的空间结构和生态功能的分析出发，提出了河流生态修复的概念和技术。赵彦伟等人研究了河流生态系统健康的概念、评价方法和发展方向，提出河流健康评价包括水量、水质、水生生物、物理结构与河岸带5大要素的指标体系。近年来，张博等人研究水培植物对城市污染河道水体净化效果分析，表明水插生根培育的植物对污染水体净化效果良好，可作为城市河道生态修复技术中的生态浮床工程，一种实用的植物培育栽种方式进行推广使用。

目前，不少城市河道对生态河堤的构建，也都取得了良好的生态和社会效益。比较成功的案例有：江苏镇江市运粮河生态堤岸示范工程，长沙市洋湖湿地公园等工程。河流生态系统修复技术 4.1多方位生态修复技术体系

随着城市化进程的加快，河道水环境受到了不同程度的破坏，严重制约了城市水生态的可持续发展。由于各地区河道的污染源不同，污染状况的多样性和复杂性使得单纯依靠物理修复、化学修复或生物修复技术均无法有有效保障河道水环境得到彻底改善。多方位生态修复技术体系，是一种多管齐下的水环境整治模式，以“综合治理、技术集成、统筹管理和长效运行”为基本原则，采取“外源截留、内源控制、人工净化和自净强化”的关键措施。

4.1.1控制污染外源

对水质污染严重的河道必须进行源头治理，控制入河污染物。通过工程措施控制点、面源污染，采取雨污分流排水的方法，来达到减少河流污染的目的。根据河流自净的特点，制定合理的排污计划，包括排污口位置和排污时间等内容，并按照现场的实际情况，对水体的环境容量进行合理利用，从而逐步改善河道水质。

4.1.2内源污染控制技术 内源污染主要指进入湖泊中的营养物质通过各种物理、化学和生物作用，逐渐沉降至湖泊地质表层并积累在底泥表层的营养物质，底泥疏浚是水域污染治理中普遍采用的措施之一，疏浚底泥意味着将污染物从水域系统中清除出去，可以较大程度削弱底泥对上覆水体的污染贡献率，进而解决内源释放而造成的二次污染。物理疏浚的方法较为简单，而且应用已较多。生态疏浚仍处于研发中，但已经有一些生态疏浚的方法和技术被投入使用。随着生物技术的发展，大规模大面积地利用植物、微生物来修复污染底泥前景广阔。综合经济和处理效果来看，底泥修复应发展疏浚和生物处理相结合。

4.1.3河流稀释

通过水量调度、增加污染河段水量来降低污染物质在河流中的浓度，对水质的变化具有决定性的影响。

4.1.4人工强化生物技术

（a）河道曝气、复氧：河道曝气技术即人工向水体充入空气或纯氧，加速水土复氧过程，强化水体的自然净化过程，去除河流中的污染物从而改善河流的水质。利用过水建筑物复氧，利用河水流经过水建筑物时的翻腾、紊动等实现复氧，促进河流的自净，改善河流的水质。

（b）砾间生物膜法：砾间生物膜法主要是以砾石为填料，在其表面形成生物膜，水中的污染物在砾间流动过程中与砾石附着的生物膜接触，被吸附，氧化分解，从而使河流的水质得到改善。

（c）生态浮导技术：生态浮岛对水质净化最主要的功效是，利用水培植物的根系吸收水中的富营养化物质，使得水体的营养得到转移。

4.2一般河道生态修复技术

一般河流生态修复的主要技术方法包括缓冲区地貌、植被恢复和生物强化修复等技术。

4.2.1缓冲区地貌、植被修复

缓冲区是河流生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的一个重要过渡带，受地表水以及地下水的影响具有明显的边缘效应。植被可以通过影响河流的流动、河岸抗冲刷强度、泥沙沉积、河床稳定性和河道形态而对河流生态系统产生很大的影响。同时，合理分布的植物还有助于减轻洪水灾害、净化水体、截留来自农田氮和磷以达到保护水质的目的，并可提供景观休闲场所和多种生态服务功能。

4.2.2生态护坡和生态沟渠

生态护坡是利用石头、木材、多孔环保混凝土和自然材质制成的柔性结构等构建，对河岸进行加固，防止河道淤积、侵蚀和下切，同时多孔护岸材料为植物的生长提供了有力条件，为水生动物提供栖息地。护岸的透水性也保证了地表径流与地下水之间的物质、能量的交换。生物强化生态沟渠充分利用现有沟渠条件，在不同渠段选择利用砾间接触氧化、强化生物接触氧化等措施，逐级净化水质，在达到分级净化水质功能的同时，将净化设施与地表景观融为一体，美化河流景观。

生态护坡是与周围环境相协调，与现代文明发展相适应的开放性生态系统，其设计应综合考虑各方面的因素，遵循水力稳定性原则、生态和谐原则、因地制宜以及经济高效的原则。生态护坡设计的方法与材料主要有四大类，植被护坡、土工材料复合种植基护坡、生态基护坡以及植被型生态混凝土护坡等。结束语

在我国河流生态系统修复的实践中，借鉴发达国家经验的同时，应立足国情，综合考虑我国的发展状况以及自然条件，研究适合的战略方针、理论技术。应充分利用生态系统自身的调控功能，实现生态系统的自我修复，重点是减轻对河流生态系统的胁迫，包括治理和控制水污染，保持最低生态需水量等。在不断探索河流生态修复技术的同时，还应加强对修复后生态河流的维护和管理，从而实现河流生态系统长期的健康和稳定。

参考文献

[1]陈兴茹.国内外河流生态修复相关研究进展[J].水生态学杂志，2011.32.（5）：122-128.[2]赵彦伟，杨志峰，城市河流生态系统健康评价初探[J].水科学进展，2005，（16）：350-355.[3]董哲仁.生态水工学的理论框架[J].水利学报，2003a.(1):1-3.[4]高甲荣，肖斌，牛健植，河溪近自然治理的基本模式与应用界限[J].水土保持学报，2002.16:84-87.[5]苗伟波，邹剑，刘国庆，多方位生态修复技术在河道水环境治理工程种的应用[J].水电能源科学，1000-7709（2016）07-0167-04 [6]张琪，喻林，生态护坡在河道治理工程种的应用.《2016第八届全国江湖治理与水生态文明发展论坛论文集》.[7]张博，李真，水培植物对城市污染河道水体净化的效果.《2016水处理技术创新与应用前沿论坛学术年会论文集》.[8]王秀英，盛铭军，武周虎，环境生物技术在污染防治方面的应用[J]青岛建筑工程学院学报.[9]金元欢，周全，城市黑臭河道治理与景观修复诌议[J].水环境与海绵城市.[10]王春树，胡险峰，生态工程技术在城市河道治理中的应用研究.DOI:10.13928/j.cnki.wrdr.2005.07.005.

第二篇：城市河流修复技术研究范文

环境污染与防治网络版第7期2008年7月

城市河流修复技术研究

王雪莲1

(北京锦绣大地农业股份有限公司，北京100049)

摘要面对城市河流生态系统退化的现状，综合国内外对于城市河流生态修复技术的研究进展和实践经验，指出中国目前在此领域存在的不足，并展望了未来城市河流生态修复技术的发展方向，为城市河流生态修复技术的发展提供理论依据。

关键词城市河流生态修复 发展方向

Research of technology about river restoreWang Xuelian.(1.Beijing Glorious Land Agricultural Company Ltd., Beijing100049)

Abstract:Facing to the current situation of river biogeocenose degenerating, in this article, it collects the domestic and oversea research improvement or practice experience on the technology of river ecological restoring in cities, points out the insufficiencies in this field in our country, and shows the theory base and expectation of the technology of river ecological restoring in cities.Keywords:city;rivers;ecological restore;development way

近几十年来，河流汇水区植被覆盖下降，城市各类污染排放，河流库坝工程建设，水资源过量开采，河流渠化、人工化、裁弯取直等对河流生态系统的结构、功能与动力学过程造成严重破坏，引发全球范围的河流生态系统退化与服务功能下降[1]。因此，如何对受损河流生态系统进行修复，使其重新回到健康状态已经成为人类亟待解决的环境问题之一[2]。

1城市河流生态修复的国外研究进展

1.1修复理论研究进展

最早的河道修复技术“多自然型河道”生态修复技术起源于欧洲，出于土木工程对生态环境破坏的反省，重点研究如何把生态学原理运用于土木工程，创建新的土木工程理论和技术。1938年德国SEIFERT首先提出近自然河溪治理的概念，它是指能够在完成传统河道治理任务的基础上，可以达到接近自然、经济并保持景观美的一种治理方案[3-6]。1962年由ODUM等提出将自我设计的生态学概念用于工程中，首次提出的生态工程概念[7]。1989年美国MITSCH和JORGENSN正式探讨生态工程概念并赋予定义，正式诞生了生态工程[8]。之后不断论证了生态学原理运用于土木工程中的理论问题，奠定了“多自然型河道生态修复技术”的理论基础。20世纪90年代以来，美国将兼顾生物生存的河道生态恢复作为水资源开发管理工作必须考虑的项目，1998年出版了《河道廊道的恢复：理论、内涵与实务》[9]。当今欧美经济发达国家已普及了“多自然型河道生态修复技术”，以实现、再生“自然与人的和谐共处”的生态环境建设生态河流、生态道路及生态城市。近年逐渐推广应用到世界各国。1作者：王雪莲，女，硕士研究生，工程师，主要从事湿地设计、运行、维护和管理以及湿地除污机制的研究。

日本在1965年围绕河流引起的问题开展了新的河流治理，推行了“城市综合治水对策”，河川管理目标为“治水、利水与环境”。日本河流研究者将河流水域、河洪空间及河畔居民社区当作一个有机的整体，认为河流管理对象应该包括河流水量、水质、河流生态系统、河流水循环、河流水洪空间、河流与河畔居民社区的关系。20世纪90年代，日本实施了“创造多自然型河川计划”，强调用生态工程方法治理河流环境、恢复水质、维护景观多样性和生物多样性，形成良好的河流景观与滨水环境，建设城市水网并加强绿化，水边空地要具有舒适开阔的空间，为各种娱乐活动提供适宜的场所，并重视生物多样性。

在城市建成区，沿河流规划的生态网络，则通常与滨水景观改造和水环境整治相结合。如加拿大多伦多市曾于1998年完成《加里森溪流链接规划》。该计划结合城市排水系统整治，试图恢复一条因城市开发而消失的小河，重现河流及两岸景观，同时通过建设沿河绿带，沟通和连接现有公园绿地，在城市中心区构建融休闲、交通、绿化于一体的生态网络[10]。

1.2修复技术与实践

在河流生态系统修复策略方面，1965年德国的Emst Bittmann在莱茵河用芦苇和柳树进行生态护岸实验，可以看作最早的河流生态修复实践，此后著名的塞纳河、多瑙河等都采用了近自然的河流治理方法。

20世纪70年代末瑞士Zurich州河川保护建设局将生态护岸法发展为“多自然河道生态修复技术”[11]，对河流治理重视恢复植被和建设自然护岸，并于1983年颁发的河流保护法规中明确的规定了在河流整治中，应该从生态学的观念出发，在河道整治工作中应对生态和景观方面存在缺陷的河流双方面同时予以改善。

有研究表明，欧盟进行城市河流生态修复主要分为以下4类[12]：

（1）对消逝的自然景观的恢复，主要的措施包括软化河渠，重新恢复河流的自然曲线。允许河流在洪水高峰期进行可预期的洪泛。保留边渠，开挖U型湖泊与河道，更多的恢复河流漫滩地，恢复建设河流的怡人与舒适的景致。

（2）结合防洪与生态环境保护，建设双赢策略。扩大漫滩地的面积，增加防洪的蓄水量，降低地面，定期的洪泛，恢复原始自然的地形特征，为生物提供多种生境。

（3）为鱼类提供更多能够产卵的生境，重现建设河流渠道，设置鱼类游走路线，铺设砂砾及沙子岸滩等。

（4）重置那些没有更大经济效益的耕地，将其改变为河滩地。肥沃的耕地可以转化为蕴含丰富营养物质的河漫滩，可以协助河流改善水质。

随着修复实践的发展，河流修复己经从单纯的结构性修复发展到生态系统整体的结构、功能与动力学过程的综合修复。从修复的范围来说，河流修复不光包括河道本身，还应扩展到河漫滩乃至流域[13]。河流生态系统的退化是人为干扰与自然干扰累积作用的结果，修复规划中必须考虑两者之间的相互作用机制[14]。有人提出了“目标期望”的思想[15]，将保证生态系统的完整性作为修复的指导思想与目标。从管理角度对此进行论述，河流及

其水资源的管理方式也是河流修复能否成功的重要影响因素[16]。还有人借鉴景观生态学的等级思想，分别以河岸带与流域两个尺度开展研究，提出了与各自尺度相对应的群落组织和景观组织水平的修复措施[17]。河流修复是一项综合性、系统性的活动，必须综合考虑水文、土地利用、地貌、水质、生物与生态等，甚至娱乐、经济、文化等方面[18]。

在城市河流生态修复的方法与具体措施上，很多学者也相继开展了研究，如FISCHENICH[19]提出了城市河流修复与流域管理的相关技术，详细阐述了城市化对城市河流的影响、城市河流水环境质量下降的经济损失及城市河流生态修复面临的挑战等；DEASON [20]提出了被污染的城市河流净化的方法，为其他河流污染治理提供了参考；CASAGRANDE[21]对人类活动在湿地生态修复中的重要作用进行了剖析；UDZIEL 等[22]运用条件价值法(CVM)对城市盐碱湿地修复的非市场价值进行了评估；TENT等[23]针对Hamburg河直线化严重、生物多样性消失的现状，采用非政府组织、公众参与的方式，对该河中畦鱼的生活习性进行了研究，以期通过改善其生活条件来达到修复河流生态的目的； JORMOLA[24]对国际上利用流域洪水过程改善城市河流生态环境的历史进行了简要回顾，并列举了利用洪水管理修复城市河流的实例；BRI11Y[25]研究了修复城市河流鱼类栖息地的方法等等。很多的国家都认识到湿地对建设生态城市的重要，各种关于城市河流保护、恢复、重建、规划等方面的研究项目和研究组织相继出现，并取得了一定的研究成果。

综合来看，河流生态修复的主要技术方法包括缓冲区恢复、植被恢复、河道补水、生物—生态修复、生境修复等技术。其中，生物—生态修复技术是目前河流生态修复的重要方法[26]。相关研究主要集中在生态系统修复策略及生态系统中的水质、水量、滨水区等要素的修复方面。尽管相关生态修复工作己进行了大量的理论研究和实践探索，而关于恢复中的生态学过程和机理的研究很少，缺乏证明恢复过程中的生态系统是如何进行及如何自我调节的理论和实验体系，尚未形成比较系统的河流生态修复的理论与方法体系。2我国城市河流生态修复的研究与实践

2.1理论研究进展

我国对城市河流生态修复治理的研究也是从“水利工程”角度逐渐引申过来，逐渐产生了“生态水利”、“生态水工学”等概念。同时也有从“环境整治”“景观设计”角度研究城市河道、滨水区、湿地的修复建设。

刘树坤[27-35]在其访日报告中，就自然环境的保护和修复、湿地生态系统的生态修复、水电站建设中的生态修复、大坝建设中的生态修复、河道整治与生态修复、河道景观建设和管理等进行了探讨，其中包括比较具体细致的修复思路、步骤、方法、措施等，为今后我国开展河流修复工作提供了参考。阎水玉[36]指出保持河流的自然地貌特征、维持自然水文过程、控制城市河流水污染、综合规划城市河流与城市建设的关系是发挥城市河流在城市生态系统中作用的基本方法。董哲仁[37]提出了“生态水工学”的概念，分析研究了人类对

河流生态系统的胁迫，从生态系统需要角度，提出了改善河流生态系统、修复河流生态环境的工程措施及思路。罗新正[38]阐释了还河流生存空间、疏浚水网通道等河流生态建设的原则。叶亚平等[39]则以扬州为对象，提出了水资源保护、水环境改善、水安全保障、水生态建设为主体的水生态系统建设对策。王超[40]则比较全面地提出了水安全、水环境、水景观、水文化、水经济五位一体的城市水生态系统建设模式。

另外国内对河流的植被结构、功能及管理的研究工作也较多。黄瑜[41]融合水文、经济、生态学等相关知识，分析城市小水系生态系统重要服务功能，提出城市小水系生态服务功能价值评估方法及其在城市规划管理工作中运用的初步设想。季永兴[42]分析了城市河道建设与生态城市建设之间的关系，认为城市河道的建设与整治是城市规划的一个重要内容。何松云等[43]提出城市河流生态恢复的尺度包括工程安全尺度、生态系统尺度、景观尺度、亲水尺度、时空尺度和经济尺度，同时指出为顺利开展河流生态修复实践,需要在理论、技术、水利工程设计规范、水利法等方面进行深入研究工作，认为留给河流一定的侵蚀、搬运、堆积自然作用空间是河流生态修复的重要课题，主张创造条件发挥河道生态系统的自我恢复功能。白世强等[44]从水、土、生物、功能4方面诠释了健康河流的概念，并认为城市河道生态修复的目标是恢复其健康，应依据健康的标准采取工程和生物手段进行修复。

总的来说，国内对城市河道的生态修复研究工作集中在近十年，除水利、环境、景观等层面进行研究生态修复外，还考虑了“文化”、“经济”层面的修复目标，并提出河道修复与城市规划建设之间密切关联。

目前国内研究在某些方面还存在不足：（1）缺乏对河流生态过程修复的机理研究；（2）缺乏从大尺度流域角度考虑河岸、河内、上下游的整体生态修复；（3）当前的研究大多只停留在对河流某一指标(鱼类指标、流量指标、水质指标、生物栖息地指标等)的生态修复，未考虑河流整体生态系统修复。

2.2修复技术与实践

目前，我国很多城市都相继开展了城市河流修复工作。

北京市近20年对城区河湖水系的治理大致可分为3个阶段[45]：

（1）以防洪建设和供水建设为主的阶段。20世纪80年代，北京为解决城市供水和防洪排水问题对城区河湖进行整治。

（2）以水资源保护及景观建设为主的阶段。1999年北京市完成筒子河和“六海”的清淤工程；2000年完成京密引水渠昆玉段、长河和双紫支渠治理工程；2001年完成昆玉河、玉渊潭、南护城河、通惠河和清河一期综合整治工程； 2002年治理万泉河、小月河和菖蒲河。该阶段对河湖水系采取污水截流、底泥清淤、两岸绿化、河底采用混凝土衬砌防渗等工程措施进行整治。

（3）生态修复为主的阶段。前一阶段对河道的改造，尽管使河边有了林带、绿地，但硬化堤岸的建成割裂了水体与土壤的关系，导致水体自净能力下降。因此，从2002 年

起北京开始生态河道建设，并于2003年竣工；2003年开始温榆河绿色生态走廊的建设；2004年末进行凉水河生态河道的建设等。这阶段的主要特点是采用卵石和叠石加固河堤、设计部分生态堤岸、设置生物浮岛和放养食藻的鱼类等。经过生态修复的河道，景观效果和生态功能都有明显的改善。

四川成都府南河的治理是城市河流治理的成功范例。府南河公园是一个以水的整治为主题的生态环保公园，受到污染的水从府南河抽取上来，经过公园的人工湿地系统进行自然生态净化处理，最后变为“达标”的活水，回归河流。该公园的创意由美国贝·达蒙女士提出，该项目也获得了世界人居奖等3项国际大奖。

合肥的护城河经过多年的改造和建设，如今形成了由逍遥津、包河公园、银河公园、鱼花塘、玻泊山庄等组成的环形风景区，成为城市中心区市民日常休憩的开放式公园，也使合肥市得到了园林城市的美誉。

苏州市在城市发展建设中，保持了三纵三横加一环的河网水系及小桥流水的水城特色，保持了路河平行的基本格局和景观，城市改造取得了很好的效果。著名华裔建筑师贝聿铭曾这样评价苏州：“苏州之所以成为苏州的关键在于水，建筑物还是其次的”。

其他大中城市如沈阳、哈尔滨、太原、天津等也相继开展了城市河道生态修复和景观重建工作等等。

国内的城市河流治理仍处于探索阶段，很多工作仍着眼于修复河流某一方面的功能，如国外在兼顾景观的同时，更侧重生态修复和重建等方面的工作，国内则较多地考虑景观建设，生态修复工作还有待加强。城市河流生态修复和景观建设缺乏相应的理论指导，未形成系统的河流建设和管理模式，未综合考虑河流建设与经济社会发展、水资源、旅游、居民需求、文化等方面的关系。

3未来城市河流生态修复技术的发展方向

（1）城市河流建设要更多地考虑其与所在地区之间的关系，根据城市的发展规划制定合理的建设目标、策略、方法等；

（2）城市河流建设要更多地考虑如何推动当地经济发展和满足城市居民的需求，探索如何使生态修复、景观建设和文化有机融合的方法；

（3）城市河流生态景观建设要充分结合当地的经济基础、经济发展需求及水资源特点，寻找适合地区特点的城市河流景观建设策略；

（4）重视河流景观建设的管理工作，探讨合理的管理机制，实现河流景观建设“投资一收益—更多投资—更大收益”的良性循环；

（5）结合水利与生态学等相关学科，开展有关流量过程与生态修复之间密切联系的研究，从机理上修复包括河流流量、生物等在内的整个生态系统；

（6）形成完善的生态系统修复评价的指标体系，从宏观上能够对生态系统修复状况准确把握；

（7）积极开展相关问题的实践活动，为相关理论的研究积累经验和奠定基础。

参考文献

[1]赵彦伟，杨志峰.河流生态系统修复的时空尺度探讨[J].水土保持学报，2005，19(3): 196-200.[2]卿华，侯明明，魏艳，等.有关河流生态系统的恢复生态学研究综述[J].南水北调与水利科技,2006，4（5）:46-48.[3]杨海军，李永祥.河流生态修复的理论与技术[M].长春：吉林科学技术出版社，2005.[4]宋庆辉，杨志峰.对我国城市河流综合管理的思考[J].水科学进展，2002，5(3)：377-382.[5]谭炳卿，孔令金，尚化庄.河流保护与管理[J].水资源保护，2002，(3)：53-57.[6]高甲荣.近自然治理——以景观生态学为基础的荒溪治理工程[J].北京林业大学学报，1999，21(1)：80-85.[7]MITSCH W J.Ecological engineering: an introduction to ecotechnology[M].New York:Wiley,1989.[8]MITSCH W J.Ecological engineering: a new paradigm for engineers and ecologists[M].Washington D.C.: National Academy Press, 1996.[9]MITSCH W J.Ecological engineering the 7-year itch[J].Ecological Engineering, 1998,(10):119-130.[10]陈爽，张皓.国外现代城市规划理论中的绿色思考[J].规划师，2003（4）：71-74.[11]U.S.EPA.Stream-corridor-restoration-principles, processes and practices[S], 1998.[12]王巍巍.城市河流的景观与生态环境的共建[D].北京: 北京林业大学，2007.[13]BROOLCS & SHIELDS.Catchment approach to planning channel restoration In River Channel

Restoration.Guiding Principles for Sustainable Protects[M].Chichester, UK:John Wiley and Sons Ltd., 1996.[14]WISSMAR.Restoration and management of riparian ecosystems: a catchment perspective[J].Freshwater Biology, 1998,40: 571-585.[15]JUNGWIRTH.Re-establishing and assessing ecological integrity in riverine landscape[J].Freshwater

Biology，2002, 47: 867-887.[16]STROMBER G.Restoration of riparian vegetation in the south-western United States: importance of

flow regimes and fluvial dynamism[J].Journal of Arid Environments,2001,49:17-34.[17]POUDEVIGN E.A systems approach to river restoration: A Case Study in the Lower Seine Valley[J].France, River Research and Applications, 2002, 18: 239-247.[18]ASAE.River restoration committee, urban stream restoration(forum)[J].Journal of Hydraulic

Engineering, 2003, 129(7): 491-493

[19]FISCHENI J C.Technologies for urban stream restoration and watershed management[J].EMRRP

Bulletin No.01-1.[20]DEASON J P.The passaic river restoration provides a nationwide model for addressing polluted urban

rivers[J].Pollution Engineering，2001(9): 22-26.[21]CASAGRANDE D G.The human component of urban wetland restoration: interdisiplinary

restoration[R].Yale F & ES Bullutin, 1997.[22]UDZIELA M K.Contingent Valuation of an Urban Salt Marsh Restoration[R].Yale F & ES

Bullutin,1997.[23]TENT L, WANDSBEK B.Trout 2010-restructuring urban brooks with engaged citizens[R].RIZA

Report NR:The Netherlands 2000, ECRR and RIZA, 2001.[24]JORMOLA J.Restoration of urban streams in connection with stormwater management[R].Expert

Symposium Future Trends & Challenges of Urban Ecosystem Management Salzburg, 2004.[25]BRILLY M P.Monitoring of revitalization measures urban river fish habit[J].Geophysical Research

Abstracts, 2004(6)：1021-1026.[26]倪晋仁，刘元元.论河流生态修复[J].水利学报，2006，37（9）：1029-1037.[27]刘树坤访日报告：自然环境的保护和修复(一)[J].海河水利，2002(1)：58-60.[28]刘树坤访日报告：自然环境的保护和修复(二)[J].海河水利，2002(2)：56-61.[29]刘树坤访日报告：湿地生态系统的修复(三)[J].海河水利，2002(3)：61-64.[30]刘树坤访日报告：湿地生态系统的修复(四)[J].海河水利，2002(4)：61-65.[31]刘树坤访日报告：河流整治与生态修复(五)[J].海河水利，2002(5)：64-66.[32]刘树坤访日报告：大坝中的生态修复(六)[J].海河水利，2002(6)：62-65.[33]刘树坤访日报告：水力发电站建设中的生态修复(七)[J].海河水利，2002(7):63-66.[34]刘树坤访日报告：自然共生型流域圈与都市的再生(八)[J].海河水利，2003(8): 62-64.[35]刘树坤访日报告：日本城市河道的景观建设和管理(九)[J].海河水利，2003(9): 66-68.[36]阎水玉，工祥荣.城市河流在城市生态建设中的意义和应用方法[J].城市环境一与城市生态，1999,(1)：80-85.[37]董哲仁.生态水工学的理论框架[J].水利学报，2003(1)：1-6.[38]罗新正，孙广友.河堤生态环境效应略论[J].环境科学研究，2001，14(2)：11-14.[39]叶亚平，王如松.扬州市水复合生态系统问题的生态学实质及调控对策[J].城市环境与城市生态，2002，15(3)：12-13

[40]王超，王沛芳.城市水生态系统建设与管理[M].北京：科学出版社，2004.[41]黄瑜，谭克修.城市小水系生态系统服务功能及价值评估方法[J].城市规划汇刊，2004，149（1）：

83-87.[42]季永兴，何刚强.城市河道整治与生态城市建设[J].水土保持研究，2004，11（3）：245-247.[43]何松云，杨海军，闫德千.城市河流生态恢复的尺度[J].东北水利水电，2005，32：42-43，55.[44]白世强，张春梅，卢升高.基于维持河流健康的城市河道生态修复研究[J].人民黄河，2006，28

（8）：3-4.[45]车伍，黄宇，李俊奇.北京城区河湖水系治理中的问题与建议[J].环境污染与防治，2005，27（8）：

593-596.责任编辑：陈泽军（收到修改稿日期：2008-01-21）

©版权所有 《环境污染与防治》杂志社

第三篇：矿山生态修复的研究进展

矿山生态修复的研究进展

摘要:本文通过对矿山开发对环境造成的危害和进行生态修复的限制进行总结,并结合实际情况提出了对矿山进行生态修复的措施。

关键词:矿山 生态 修复 限制

随着经济的发展,对矿产资源的需求量也在与日俱增,其价格也在不断的攀升。特别是不可再生资源的日益减少,迫使世界各国都把资源问题放在首位。但是,由于现在大多数的国家和资源型企业一味的追求产量,而忽视了由于过度的开采或不加保护的开采而带来的环境问题,以至于矿区生态环境已经到了一个非常恶劣的地步,不但影响了居住在矿区附近的居民的健康,而且也不利于企业对资源的再次利用。因此,对矿区生态环境进行修复已经迫在眉睫。

1矿山开发对生态环境的影响

1.1对土地资源的影响

矿山活动,尤其是露天开采,严重破坏了山坡土体结构,加上大型采矿设备的重压导致地面塌陷,土壤裂隙产生。而土壤中的营养元素也随着裂隙、地表径流流入采空区或洼地,造成许多地方土壤养分短缺,土壤承载力下降,造成土地贫瘠、植被破坏,最终导致矿区大面积人工裸地的形成,使水土更易移动,水土流失加剧。矿山固体废渣经雨水冲刷、淋溶,极易将其中的有毒有害成分渗入土壤中,造成土壤的酸碱污染(主要是强酸性污染)、有机毒物污染与重金属污染。而且由于地下采空,影响了山体、斜坡的稳定性,从而导致地面塌陷、开裂、崩塌和滑坡频繁发生,泥石流发生的概率增大。

1.2对水资源的影响

矿区塌陷、裂缝与矿井疏干排水,使矿山开采地段的储水构造发生变化,造成地下水位下降,井泉干涸,形成大面积的疏干漏斗;地表径流的变更,使水源枯竭,水利设施丧失原有功能,直接影响农作物耕种。同时,矿山开采过程中产生的矿坑水、废石淋滤水等,一般较少达到工业废水排放标准,严重影响水生生物的生存繁衍与人畜生活饮用。

1.3对大气的影响

矿山在生产过程中,产生大量的粉尘和有毒有害气体,特别是在露天煤矿中产生的粉尘、煤矸石的氧化和自燃中放出的大量有毒气体会在干燥气候与大风作用下产生矿尘暴,不仅污染矿区大气,破坏作业环境,损害工人身体健康,而且由于风的流动,也是矿区周围和全球大气的污染源之一。

1.4生物多样性损失。

植被清除、土壤退化与污染、水土流失、水资源的缺失与污染,对矿区生物多样性的维持都是致命打击,严重威胁了动植物生存,从而对生物多样性造成损害。矿山生态修复的限制矿山生态修复制约因素很多,如地形地貌、气候特征、水文条件、土壤物理化学生物特征、表土条件、潜在污染等。其中露天采场、废石场、尾矿库生态修复的主要制约因素是地形地貌、潜在污染物等;塌陷地生态修复的制约因素主要是塌陷地的范围和程度;受污染的地表水治理相对简单,现行的污水处理方法即可解决,但地下水的制约条件较多,情况也比较复杂;受污染土地生态修复更为复杂,矿山污染土地主要受重金属污染,而重金属的修复是一个漫长的过程,也是一个世界性难题,一般生态修复率不会很高。所以对矿山进行生态修复需要综合考虑各方面的因素,是结合当地水文、地理、气候条件来进行的一项复杂工程。3矿山生态修复措施

3.1边坡的治理措施

边坡治理主要工作就是要稳定边坡。该过程的任务是清除危石、降坡削坡,将未形成台阶的悬崖尽量构成水平台阶,把边坡的坡度降到安全角度以下,以消除崩塌隐患。之后就要对

已经处理的边坡进行复绿,使其进一步保持稳定。

3.2尾矿的治理措施

对占用大量土地的尾矿进行二次开发,加大尾矿的综合利用率;开发用量大、投资少、有销路的尾矿以实现规模经营和多品种开发的资源化、商品化使其变废为宝,真正成为经济商品中的一部分。还要对尾矿坝中的废水进行处理以达到国家标准,实现浮选废水适度净化后全部回用和零排放。对于未处理的采空区、废旧巷道和硐室的矿山,利用井下采空区排放尾矿是一种处置尾矿行之有效的办法。

3.3土壤基层改良

矿山开采造成生态破坏的关键是土地退化,也就是土壤因子的改变,即废弃地土壤理化性质变坏、养分丢失及土壤中有毒有害物质的增加。因此,土壤改良是矿山废弃地生态恢复最重要的环节之一。可以采取的措施包括:(1)异地取土措施:在不破坏异地土壤的前提下,取适量土壤,移至矿山受损严重的部位,在土壤上种植植物,通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用对受损土壤进行修复。(2)废弃地改造措施进行表土改造之前,设法灌注泥浆,使其包裹废渣,然后再铺一层粘土压实,造成一个人工隔水层,减少地面水下渗,防止废渣中剧毒元素的释放。(3)土壤增肥改良措施:添加有效物质,使土壤的物理化学性质得到改良,从而缩短植被演替过程,加快矿山废弃地的生态重建。

3.4矿山重金属污染的植物修复

重金属耐性植物不仅能耐重金属毒性,还可以适应废弃地的极端贫瘠、土壤结构不良等恶劣环境,部分耐性植物还能富集高浓度的重金属,因而被广泛地用于重金属污染土地的修复。考虑到引种可能会带来的生态问题,且乡土植物对当地气候条件的适应性,立足本地筛选重金属耐性植物十分必要。

3.5矿山水资源的修复

矿山开采中对水的损害分别表现在对地表水和地下水的影响。地表水、地下水的污染可以通过构筑人工湿地,通过耐受植物、微生物的作用对污染物进行去除。还有一方面就是由于过度采水造成的地表水缺乏、地下水水位下降,这就需要通过适当引水,缓解水缺乏压力,构建蓄水系统逐步解决这一问题。

3.6微生物修复措施

矿山废弃地的生态恢复,只是土壤、植被的恢复是不够的,还需要恢复废弃地的微生物群落。完善生态系统的功能,才能使恢复后的废弃地生态系统得以自然维持。微生物群落的恢复不仅要恢复该地区原有的群落,还要接种其他微生物,以除去或减少污染物。微生物的接种可考虑以下两种:一是抗污染的菌种,这些细菌有的能把污染物质作为自己的营养物质,把污染物质分解成无污染物质,或者是把高毒物质转化为低毒物质;二是利于植物吸收营养物质的微生物,有些微生物不但能在高污染条件下生存,而且能为植物的生长提供营养物质,比如说固氮、固磷,改善微环境。我国目前矿山的生态环境破坏比较复杂,要从根本上遏制矿山生态环境进一步恶化,就需要根据我国生态环境建设的实际情况,建立各方面参加的多渠道投入机制,才能推动矿山生态环境恢复治理的开展,防止增加新的污染和破坏,逐步恢复矿山生态环境的良好状态。

参考文献

[1]刘男男,周欣荣.浅谈矿山开采的生态环境效应与其生态恢复[J].黑龙江科技信息,2010,10:5.[2]郑怡斌,周连碧,林海.矿山生态修复及考核指标[J].金属矿山,2008,8:109～1 1 2.[3]李莲华,高海英.矿山开采的环境问题及生态恢复研究[J].现代矿业,2009,2:28～30.姓名：郭滨德 学号：200908110205 专业：生命科学学院09级生物技术（本）2班

第四篇：酵母双杂交技术研究进展

酵母双杂交技术研究进展

提 要 酵母双杂交技术是一种有效的真核活细胞内研究方法，在蛋白质相互作用的研究方面得到了广泛的应用并取得了许多有价值的重要发现。作为一个完整的实验系统，它自建立以来经过了不断的改进与完善，不仅进一步提高了实验结果的可靠性与精确性，而且在此基础上又发展了反向双杂交，三杂交及核外双杂交等多项技术。这些都将对功能基因组学和蛋白质组学的研究起到促进作用。

0 引言

随着分子生物学研究尤其是人类基因组计划的迅速发展，大量关于基因结构的信息不断涌现，对这些信息进行系统研究以了解新基因功能的要求也日益迫切。这不仅需要利用计算机进行生物信息学的分析和预测，而且必须结合生物学实验获取证据。为适应同时对多个基因或蛋白进行研究的发展趋势，已出现了很多新技术，如DNA微阵列技术（DNA micoarry）,基因表达的系列分析（SAGE）,肽质谱分析法，蛋白双向胶电泳技术及酵母双杂交技术（Yeast Two-Hybrid System）等。其中酵母双杂交技术以其简便，灵敏，高效以及能反映不同蛋白质之间在活细胞内的相互作用等特点在基因功能的研究中得到了广泛的应用。酵母双杂交技术的基本原理

1989年，Song和Field建立了第一个基于酵母的细胞内检测蛋白间相互作用的遗传系统〔1〕。很多真核生物的位点特异转录激活因子通常具有两个可分割开的结构域，即DNA特异结合域（DNA-binding domain，BD）与转录激活域（Transcriptional activation domain，AD）。这两个结构域各具功能，互不影响。但一个完整的激活特定基因表达的激活因子必须同时含有这两个结构域,否则无法完成激活功能。不同来源激活因子的BD区与AD结合后则特异地激活被BD结合的基因表达。基于这个原理，可将两个待测蛋白分别与这两个结构域建成融合蛋白，并共表达于同一个酵母细胞内。如果两个待测蛋白间能发生相互作用，就会通过待测蛋白的桥梁作用使AD与BD形成一个完整的转录激活因子并激活相应的报告基因表达。通过对报告基因表型的测定可以很容易地知道待测蛋白分子间是否发生了相互作用。

酵母双杂交系统由三个部分组成：(1)与BD融合的蛋白表达载体，被表达的蛋白称诱饵蛋白(bait)。(2)与AD融合的蛋白表达载体，被其表达的蛋白称靶蛋白(prey)。(3)带有一个或多个报告基因的宿主菌株。常用的报告基因有HIS3，URA3，LacZ和ADE2等。而菌株则具有相应的缺陷型。双杂交质粒上分别带有不同的抗性基因和营养标记基因。这些有利于实验后期杂交质粒的鉴定与分离。根据目前通用的系统中BD来源的不同主要分为GAL4系统和LexA系统。后者因其BD来源于原核生物，在真核生物内缺少同源性，因此可以减少假阳性的出现。酵母双杂交技术的应用现状

酵母双杂交技术产生以来，它主要应用在以下几方面：(1）检验一对功能已知蛋白间的相

互作用。(2）研究一对蛋白间发生相互作用所必需的结构域。通常需对待测蛋白做点突变或缺失突变的处理。其结果若与结构生物学研究结合则可以极大地促进后者的发展。(3)用已知功能的蛋白基因筛选双杂交cDNA文库，以研究蛋白质之间相互作用的传递途径。(4)分析新基因的生物学功能。即以功能未知的新基因去筛选文库。然后根据钓到的已知基因的功能推测该新基因的功能。常见问题的解决与改进

酵母双杂交系统应用中常遇到的问题一是假阳性较多，二是转化效率偏低。所谓假阳性就是:在待研究的两个蛋白间没有发生相互作用的情况下,报告基因被激活。主要原因是由于BD融合诱饵蛋白有单独激活作用,或者这种融合蛋白的激活作用被外来蛋白激活。另外AD融合靶蛋白如果有DNA的特异性结合,则也可单独激活报告基因的表达。因此,为排除假阳性就需要作严格的对照试验。应对诱饵和靶蛋白分别作单独激活报告基因的鉴定。目前几个公司推出的酵母双杂系统都采用了多个报告基因,且每个报告基因的上游调控区各不相同,这可减少大量的假阳性。另外,报告基因通常整合到染色体上,可以使基因表达水平稳定,消除了由于质粒拷贝数变化引起基因表达水平波动而造成的假阳性。即使根据严格的对照实验证明确实发生了蛋白间的相互作用，还应对以下方面进行分析：

(1)这种相互作用是否会在细胞内自然发生,即这一对蛋白在细胞的正常生命活动中是否会在同一时间表达且定位在同一区域。

（2)某些蛋白如是依赖于遍在蛋白的蛋白酶解途径的成员,它们具有普遍的蛋白间的相互作用的能力。

（3)一些实际上没有任何相互作用的但有相同的模体(motif)如两个亲a-螺旋的蛋白质间可以发生相互作用。十年来,酵母双杂交技术一直在消除假阳性方面不断改进,并且已取得较好的效果。

在酵母双杂交的应用中有时也会遇到假阴性现象。所谓假阴性，即两个蛋白本应发生相互作用,但报告基因不表达或表达程度甚低以至于检测不出来。造成假阴性的原因主要有两 方面：一是融合蛋白的表达对细胞有毒性。这时应该选择敏感性低的菌株或拷贝数低的载体。二是蛋白间的相互作用较弱，应选择高敏感的菌株及多拷贝载体。目前假阴性现象虽不是实验中的主要问题,但也应予以重视。

转化效率是酵母双杂交文库筛选时成败的关键之一，特别是对低丰度cDNA库进行筛选时，必须提高转化效率。转化时可采用共转化或依次转化，相比之下共转化省时省力。更重要的是如果单独转化会发生融合表达蛋白对酵母细胞的毒性时,共转化则可以减弱或消除这种毒性。一种更有效的方法是将诱饵蛋白载体与靶蛋白载体分别转入不同接合型的单倍体酵母中,通过两种接合型单倍体细胞的杂交将诱饵蛋白与靶蛋白带入同一个二倍体细胞。目前很多机构建立了大量的cDNA文库和基因组文库，但这些文库大多无法直接用于双杂交系统的筛选。而文库的质量对于转化和筛选又非常关键。因此，大量构建适用于酵母双杂交的文库非常必要。现已出现一种采用体内重组技术来达到这个目的的方法。酵母双杂交技术的新发展

酵母双杂交技术在应用中发挥了巨大的作用，但人们也注意到了它有一定的局限性。为此发展了多种适应不同目的需要的改型的双杂交技术。

反向双杂交技术 在研究中检测并鉴定出那些能阻断两个蛋白间相互作用的因素有重要意义。在研究那些能使相互作用被阻断的因素(如寻找哪些结构域上发生突变可使相互作用中

断或那些分子可以阻断相互作用)时，传统的双杂交技术有较大的局限性。因此，反向双杂交系统(Reverse Two-Hybrid System)应运而生。这项技术的特点是采取了反选择筛选策略。根据反选择设计的不同，大致可以分为两类。一类是用便于反选择的URA3或CYH2基因作为报告基因。URA3基因编码尿嘧啶合成途径中的重要酶：乳清酸核苷5’-磷酸脱羧酶，它能把5’-氟乳清酸（5’-FOA）转变为细胞毒性物质，使细胞无法生长。反之，在能生长的细胞中，外界因素已使蛋白间的相互作用不能发生，而我们想知道的正是这些因素。因此，只要对存活的克隆进行检测就可以得到结果。Vidal等人用这种技术发现了影响转录因子E2F1中与DP1相互作用必需区内的点突变。另一类是将常规报告基因(如HIS3)置于大肠杆菌转座子Tn10编码的tet-抑制因子(TetR)/操纵基因控制之下。待测蛋白之间发生相互作用后首先激活tet-R基因表达抑制因子TetR,TetR结合到tet操纵基因后就抑制了报告基因的表达，结果转化子不能生长。只有当待测蛋白之间的相互作用被某种因素所阻断而无法激活tet-R基因时，报告基因才能摆脱tet操纵基因的控制而表达，使转化子获得在选择培养基上生长的能力。Shih 等人利用这种方法鉴定出cAMP-应答元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein,CREB)中磷酸化位点的Ser133突变会阻断其与辅助激活因子(CREB结合蛋白)的相互作用。

三杂交技术 在许多细胞内信号传递过程中，两个蛋白间的相互作用常涉及到其它的大分子。如蛋白，激酶，RNA,多肽及其它大分子。在研究这些大分子对蛋白间相互作用的影响过程中发展了一种新的技术系统——三杂交系统(Three-Hybrid System)，其本质与双杂交是相同的，只是需通过第三个分子的介导把两个杂交蛋白带到一起。例如小配体三杂交系统(Small Ligand Three-Hybrid System)是利用可以渗透的二聚体化学诱导物(Chemical Inducers of Dimerization,CIDs)作桥梁，将AD和BD融合蛋白连接到一起，激活报道基因的表达。研究较多的是免疫抑制剂FK506。Belshaw等将FK506与环孢菌素A(Cyclosporin

A)构建成异源二聚体，它能把分别与FK506和环孢菌素A有相互作用的AD和BD融合蛋白拉倒一起，激活报告基因。Licitra将FK506与地米塞松(dexamethasone)通过共价键连接成二聚体。通过实验进一步证实了FK506与蛋白FKBP-12间的特异性相互作用，表明用这种方法鉴定蛋白与小分子间的相互作用是切实可行的。RNA与蛋白之间的相互作用是许多细胞生命活动的基础，例如mRNA的翻译，早期发育以及RNA病毒的感染等。然而可用于这方面研究的简便方法却很少。RNA三杂交系统(RNA Three-Hybrid System)的建立为分析RNA与蛋白之间的相互作用提供了有效的手段。这个系统主要是由一个RNA分子和两个都能结合该RNA的蛋白质组成。此RNA的一部分与一个已知蛋白结合后就可利用它的另一部分去筛选新的RNA结合蛋白。因此这种技术既可检测由RNA介导的两个蛋白质之间的相互作用，也可筛选鉴定新的蛋白结合RNA。Putz等把HIV-1病毒Rev蛋白的突变体RevM10与Gal4 DB域融合作为诱饵蛋白，利用该RevM10蛋白能识别并结合其靶RNA中Rev蛋白反应元件(Rev responsive element,RRE)的作用去筛选同样也能与此RNA结合并已与Gal4 AD域融合的未知蛋白。根据同样的原理，如将一个已知RNA与RRE融合形成杂合RNA分子并配以RevM10-Gal4 DB融合蛋白作为诱饵，便可用于筛选该RNA结合蛋白的cDNA克隆。SenGupta 等利用RNA噬菌体衣壳蛋白能识别结合其基因组内一种21核苷酸的RNA茎环结构的特性，将RNA噬菌体衣壳蛋白与Lex DB域融合，构建成可用于寻找体内的RNA结合蛋白的酵母三杂交系统。

核外双杂交技术 在传统的酵母双杂交系统中，蛋白之间的相互作用是在细胞核内发生的。因此,它不能检测某些在核外蛋白之间的相互作用。为了克服这种局限性，近年来有人建立了核外双杂交技术。其中SRS 和USPS就是这种技术的两个代表。SRS也称Sos蛋白召集系统(Sos Recruitment System)。它的基本原理是分别将待测蛋白X与哺乳动物细胞的一种鸟苷交换因子(EGF)Sos蛋白融合；将Y蛋白与锚定在酵母细胞膜上的Src肉豆寇烯化信

号蛋白融合，并使它们共表达于一个cdc25-2基因温度敏感型突变的酵母菌株内。由于该菌株中cdc25-2基因编码的EGF蛋白在36℃条件下不能激活细胞膜上的Ras蛋白，Ras途径不通。所以细胞无法在36℃条件下生存。但如果待测蛋白X与Y之间发生相互作用就能把Sos蛋白带到细胞膜上并激活附近的Ras蛋白，从而打通Ras途径，使该菌株获得在36℃条件下生存的能力。Aronheim等用此技术鉴别出了一些新的c-Jun相互作用蛋白，并分离到了一个AP-1抑制因子JDP2。USPS也称为基于遍在蛋白的裂解蛋白感受器(Ubiquitin-based Split Protein Sensor)。它的设计是根据这样一个事实，即真核细胞中遍在蛋白与某一蛋白之间新生成的融合会被遍在蛋白特异的蛋白酶(UBPs)迅速切开，但这种切割只有当遍在蛋白正确折叠时才会发生。研究发现，遍在蛋白基因的N端和C端这两部分即使分离，只要共表达与同一个细胞内，它们仍能正确折叠。将待测蛋白X与带有点突变的遍在蛋白N端片段融合，将待测蛋白Y与下游接有报告蛋白的正常遍在蛋白C端片段融合，并使它们共表达与同一个细胞内。因遍在蛋白N端片段内含有点突变，它与C端片段之间不能自然形成正确的折叠。只有当蛋白X和Y之间发生相互作用时才能克服点突变的影响，使遍在蛋白的两端形成正确折叠，从而引来UBPs切除与C端片段连接的报告蛋白。此技术建立之初是通过Western blot检测有无被切下的报告蛋白来判断待测蛋白之间是否发生了相互作用的，所以操作比较繁琐，不便于推广。最近有人对它作了改进，以一种融合的转录激活因子PLV作为报告蛋白。PLV一旦被从遍在蛋白C端片段上切下，它就会进入细胞核内激活特定的报告基因，如：LacZ 和HIS3等。这样就可以根据转化细胞是否生长及显色来判断待测蛋白之间有无相互作用。因此极大地简化了操作步骤，提高了筛选效率。酵母双杂交技术发展与应用的趋势

在后基因组时代更具意义且更能发挥酵母双杂交技术的领域是研究生命活动中的网络调节。第一个具有开拓性的工作是Bartel利用酵母双杂交技术建立了一个T7-噬菌体的网络调节图(linkage-map)。Fromont-Racine等对筛选到的阳性克隆进行鉴定测序，并将它们分为5类，然后对其中的四类(非编码序列除外)通过15轮的筛选与分析，绘制出一张综合了酵母蛋白相互作用的全局性信息图。这是以往的实验所难以获得的。

为适应功能基因网络调控研究的需要，CLONTECH公司在Merck-Washington大学的EST项目研究成果基础上，采用了与传统建库方式完全不同的细胞内同源重组方法，以高通量规模构建了一种阵列模式的酵母双杂交cDNA文库。它主要有以下特点：

(1)来源于多种组织器官和细胞系，因此含有几乎所有基因的cDNA；

（2）所含各种cDNA的丰度趋于平衡；

（3)含有较长的插入序列，但不是全长cDNA序列。

这样既避免了5’非编码区可能存在的终止密码阻碍融合蛋白的翻译，又保证了表达出的蛋白构象接近于天然。这种建库方法不仅减少了工作量，而且在双杂交中新发现的相互作用蛋白种类也明显增多。

最后，有必要指出的是，酵母双杂交技术必须与其它技术结合才能有利于对实验结果作出更为完整和准确的判断。

胡文峰

2007040380106

第五篇：金相灿：城市河流水污染控制及生态修复基础与技术

金相灿：城市河流水污染控制及生态修复基础与技术

金相灿，中国环境科学研究院水所所长、研究员。

国际湖泊环境委员会常务理事、联合国全球陆地观测系统专家组成员，国际水污染研究与控制协会中国委员。国际杂志：《LAKES RESERVOIRS》, 国际湖泊环境委员会主办 编委。

中国科技部“863“主题专家组专家，中国环境学会水环境分会理事长，中国疏浚协会副理事长，全国环境监测技术委员会委员，中国环境地学专业委员会委员。主持多项国家863项目，多次获得国家级、部级科学技术进步奖奖。

摘 要：城市河流是水环境的重要组成部分，我国城市河流的水质及水生生物环境随着近二三十年城市化的迅速发展而严重恶化。本文从城市河流治理理念与思路角度，阐述了城市河流的问题诊断、城市河流污染治理思路、控源对策、城市河流生态修复技术以及城市河流的管理对策。

关键词：城市河流；污染控制；生态修复

1、城市河流的概述

城市河流是我国水环境的重要组成部分，是广大城市居民生活生产的水资源基础，也在社会经济发展中发挥着巨大的作用，城市水环境质量的好坏会直接制约地区乃至全国整个国民经济的持续发展。

一般认为，河流指地表上有相当大水量且常年或季节性流动的天然水流；而对于城市河流，有的学者认为是指发源于城区或流经城市区域的河流或河流段，也包括一些历史上虽属人工开挖、但经多年演化已具有自然河流特点的运河、渠系，也有研究者认为城市河流水环境是指城市中的线状水体(自然河流、人工渠道、护城河)及其水循环空间。

但对于城市河流的环境修复而言，城市河流应理解为一个流域的或区域的概念，在随着区域的城市化与土地利用改变，河流的基本形态、水动力、补给来源与方式、水功能、水质量以及水生态均会发生变化，因此在研究城市河流环境时，应当考虑地区性与整体性，以及综合性。在对城市河流水污染研究及生态修复的此讨论中，认为河流不仅指水体本身，也包括河岸环境、河道周边环境、河流水体的循环空间（包括地下水源）、补给区的城市化建设；同时，由于城市河流所

处位置的特殊性，对城市河流的研究必须与城市社会经济、生产力的发展以及人类活动及干扰等综合起来一并进行，才能比较准确的把握其真蒂与内在规律。

2、我国城市河流的主要环境问题

城市河流是随着近二三十年以来城市迅速发展而出现一系列环境问题，据调查，我国城市河流、湖泊及景观水体普遍出现水污染与生态退化等问题，有的城市河流问题呈现越来越严重的态势，突出表现为水质恶化乃至黑臭、水生态严重退化甚至破坏、堤岸人工化、河流形态几何化、城市水灾频发、河流景观极大伤害，成为我国水环境污染中的重灾区。

实际上，城市河流的环境问题的出现并不能简单地归结为排污的后果，我国70年代随着改革开放，城市化进程加速发展，带来人口压力增强，城市地面硬质化地面比例增加，自然植被覆盖率下降，地下水位降低，水资源过度开发，城市污水排放量急剧增加等一系列后果。

由于城市河流水质恶化，很多城市将河流覆盖变成地下暗河，或修建直立岸、河道人工化、物理化，河岸缓冲带减少，水域栖息生物减少或消失；河滨生物栖息地网络被分割、孤立，河岸自然生物群落消失、绿地人工化，生物多样性受损。城市人口的增加，经济的发展，使城市非透水地面增加，造成地下水补充不足，城市地表径流增加，因此该城市带来水灾，在北京，每年暴雨季节都会发生雨水淤积，进而影响交通，造成大量的经济损失，并给人们的生活带来不利影响。

随着城市化步伐的加快，城市河道基本功能受到损害，大量工业废水、生活污水不经处理直接排放到城市河流中，致使城市水体水质迅速下降。目前,全国80%以上的城市河流受到污染。据全国2222个监测站的统计,在138个城市河段中, 符合Ⅱ、Ⅲ类水质标准的仅占23%，超过Ⅴ类水质的占到38%。归纳起来，我国城市河流所面临的主要环境问题有：

（1）水质污染严重，COD、BOD5、氨氮、总氮、总磷等超标严重；

（2）水体溶解氧低下，部分区域已经处于厌氧状态，河流自净能力丧失；

（3）堤岸硬质化，城市河流面积减少；

（4）河流生态退化甚至遭到破坏，生物多样性减少；

（5）河道透明度下降，河流景观差。

3、城市河流的治理理念与思路

河道是城市生命有机体的重要组成部分，使城市居民与认为活动的综合结果，城市河流的治理应从城市高度与流域范围进行思考、规划、设计、实施。城市河流的修复则应以控源为主，生态修复要以自然修复为主。

（1）综合规划，合理布局

首先，城市规划与社会经济结构应合理布局；实行控源，改善城市河流水质，生态修复，景观重建，进行长效管理最终达到城市河流功能的恢复。

（2）确定近期与远期目标

城市河流治理与修复应当统一规划，分期实施。对于污染严重的河流，目标制定可分为近期与远期。这样有利于治理信心的建立与资金的投入。

近期目标为：解决河水的黑臭问题，提高河水透明度，改善水体水质，建设生态堤岸，改善河区生态景观。

长远目标为：水质洁净优良；生态系统良性；河流防洪安全；景观文化永续。

（3）目标制定的依据

水生生态保护与修复的目标可依据河流目前的状况确定。对自然环境良好的河流，应以与河流密切相关的指标优先如：固有物种、一旦破坏很难恢复的物种、生态机能高，影响生物多样性的物种等；对污染严重的河流，则采用类比的方法确定目标如：过去清洁时期河流的指标、邻近地区污染较轻河流的指标以及同一条河流上下游污染较轻段的指标。

4、城市河流问题诊断

城市河流的治理与修复的前提是对城市河流问题进行诊断。只有深入了解城市河流的主要环境问题及其原因，才可能做到“对症下药”，有的放矢地进行河流污染控制及生态恢复。

河流问题的诊断应从以下几个方面来进行：

（1）河流的历史沿革；

（2）城市化进程的发展；

（3）河流污染源调查；

（4）水质下降和恶化过程；

（5）土地利用的改变；

（6）地形地貌调查；

（7）河流水动力学变化过程。

在诊断的基础上, 提出城市河流的水污染的控制方案。

5、城市河流污染治理的思路

城市污染河流的治理应分类进行，对于不同污染程度的河流或河段应采用不同的治理方法和手段。

（1）轻度污染河流

对城市轻度污染河流采取的治理对策有：沿河污染源控制对策（村镇污水土壤净化槽、面源控制、人工湿地等）；河水水质改善对策（河水增氧、生态砾石床、富营养化水华防治等）；河流生态修复对策（生态堤岸、岸边带、生物多样性建设等）；河道防洪对策（与城市防洪规划相结合）；文化景观与景观保护对策（水文化、文化古迹、生态景观）以及生产与消费结构优化调整（促进绿色消费、清洁生产）。

（2）重度污染河流

对城市重度污染河流或河段（黑臭水体）的治理概念则应包括：严格控源；入流水体控源对策；水体宏观层面的改善对策；局部水质强化净化对策；水体生态修复对策；景观建设与保护管理对策。

黑臭段水体的治理手段主要有：河滨污水净化系统；河道曝气增氧；河道陆生浮床；网状生物膜；生态修复与净化。对于中污染段河道水体的治理手段主要有：除沙/藻技术；河滨污水净化系统；河道曝气增氧；河道陆生浮床；生态护岸景观恢复。

通过以上手段，使大部分水体达到地表水规划目标。

6、控源(控制污染源)对策

造成河流水污染的主要原因是外界环境输入到河流的污染物质过量，在河流中累积，因而最根本的控制措施是减少河流污染负荷的输入量，即通过对河流外

源负荷和内源负荷的控制来实现的。

① 减少COD与氮、磷的入河排放量

首先应该计算河流COD与氮、磷环境容量，采取总量控制。削减点污染源和非点污染源的入河负荷，采取有效措施解决污染源入河的根本问题。② 控制河内污染源

河流内源是河流污染的又一重要污染源，控制河内污染底泥、旅游污染、船舶污染和养殖污染等是控制河内污染源的主要任务。

7、城市河流生态修复技术

生态修复是城市污染河流控制必不可少的措施，建立健康的生态系统的良性生态平衡。也是城市河流治理的最终目标。生态修复对策应包括河流陆域和水体两部分：

① 恢复河流水体生态系统，包括河流滨岸带生态恢复和浅水区沉水植物生态恢复，它们是巨大的污染物的累积场所并具有净化作用，对波浪的缓冲、生态系缓冲和泥沙的缓冲等功能，恢复生物栖息场所(产卵场、生物多样性)等。

② 恢复河流沿岸上生态系统

保护河区周围及上游的森林植被，防止营养物质的过多流失，减少非点源的污染物入湖量。

主要的城市河流治理的生态修复技术有：增氧曝气技术、生态浮床技术、生态复合填料技术、河道生态砾石床、河道的生态修复、生态堤岸修复、以污泥作基底的直立堤岸植物修复技术以及河流滩潭水质净化技术。

8、城市河流的管理对策

河流污染治理既需要工程措施又不缺少管理对策，因此，根据国情和经济实力提出切实可行的、有效的管理对策，也是城市河流污染控制的关键任务之一。首先应对河流制订出水质管理规划，确定水环境和河流生态目标，同时制订保护河流的法规，加强对群众的宣传教育，建立河区管理机构，制定保护河流的法规条例, 切实保证治理措施和管理措施的实施。

特别应当指出的是，对于污染已经相当严重的河流应当进行综合的工程治理和有效的管理，这是河流水质修复最有效的措施。

主要参考文献

1． 宋庆辉，杨志峰，对我国城市河流综合管理的思考，水科学进展，2002，13

（3）：377-382

2． 江红梅,王正中，张小朋，我国城市河流水环境综合规划治理探讨，西北农林科技大学学报(自然科学版).2006 Vol.34 No.125-128

3． 金相灿 等，1990，中国湖泊富营养化，中国环境科学出版社

4． 金相灿 等，中国湖泊环境(I册)，北京：海洋出版社，1995

5． 中国科学院南京地理与湖泊研究所，1989，中国湖泊概论，科学出版社

6． 《全国主要湖泊（水库）富营养化调查研究》课题组，1990，全国主要湖泊水库富营养化调查研究报告

7． 顾丁锡、舒金华，1988，湖泊水污染预测及防洪规划方法，中国环境科学出版社

8． 金相灿、屠清瑛 等，1990，湖泊富营养化调查规范（第二版），中国环境出版社

9． Morikiro Aizaki and Harukuni Tachibana, Limnlogical Comparison of Characteristics of Water Quality in Chinese and Japanese Lakes,Proceedings of Symposium on “Limnological Comparison of Chinese and Japanese Eutrophic lakes”at Hokkaido University in July 1990, 95～96