书城教材教辅启发青少年的科学探索故事
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第8章 科学探索的故事(7)

现在,王彦辉和他的同事开展的“中国林业发展战略专题——植被建设与水资源合理配置战略问题”,就是旨在充分发挥森林植被的涵养水源、减免洪灾、改善水质的作用,考虑森林植被对缺水地区的影响,科学而详细地进行林业生态环境建设规划,结合全国和区域水资源管理及综合配置规划,以保障我国社会、经济、生态环境的可持续发展。

3.谁挤占了谁?

多年来,生产和生活用水挤占了生态用水,而不是生态用水挤占了生产和生活用水,现在是归还挤占的生态用水的时候了。

目前,社会上存在的一种观点认为,西部地区是因为植树造林用掉了宝贵的水资源,种树把用水的比例加大了以后,就会减少农业、工业用水,以及生活用水。这样,是做了一件并不是十分有意义的事情。

针对这种观点,王彦辉认为,是多年来生产和生活用水挤占了生态用水,而不是生态用水挤占了生产和生活用水,现在是归还挤占的生态用水的时候了,应该将长期忽略的生态用水列入水资源配置计划。

目前,生态用水得到了承认和认可,是一个认识上的进步,但还有很多具体问题。生态用水怎样归还?怎样降低生态恢复的成本,如何在生态和生产、生活用水之间找到最优的平衡点?现在,依然存在生态用水数量的计算依据缺乏实验基础的问题,在计算生态用水时不仅要包括地表水、地下水,还应该包括土壤水。

王彦辉说,计算项目的完整,是将生态用水纳入水资源配置计划的基础工作。

4.节水是关键

生态环境建设的出发点,应该是在目前的技术和经济力量可及的前提下,首先修正那些破坏生态平衡的人为行为和改变那些不当的人为行为造成的生态环境退化结果。

王彦辉谈到,西部生态环境问题分很多方面,造成这些生态环境问题的原因既有人为的,也有自然的,人为原因对不同生态环境问题所起的作用是不同的。生态环境建设的出发点应该是在目前的技术和经济力量可及的前提下,首先修正那些破坏生态平衡的人为行为和改变那些不当的人为行为造成的生态环境退化结果。

西部与水资源和森林植被有关的主要生态环境问题包括:旱灾和水资源短缺、洪灾、水土流失和沙漠化,以及大面积面源污染(酸雨、农药、化肥)引起的水质恶化。

其中,水资源短缺是水资源需求大于水资源供给的结果,它不仅存在于北方和西北,也存在于富水的南方。造成水资源短缺的原因很多,不仅仅是降水量,解放以来,随着人口、农业灌溉、工业、城市化的发展和生活水平提高,用水量快速增加,是导致水资源短缺和一些地区(尤其是西北绿洲)生态环境退化的根本原因,其中农业是用水大户,存在“管理型”、“污染型”、“工程型”缺水问题。虽然在西北地区恢复和增加森林植被覆盖会影响水文循环和消耗一些生态用水,但这是生态环境治理必须要付出的成本,节约用水和进行水资源的合理配置是解决水资源短缺问题的根本。

体验“聪明厕所”

几个引人注目的微生物生态环保厕所充分派上了用场,它们的“聪明”之处在于可以就地将大小便“消化”掉。据介绍,“聪明厕所”里的复合活性菌泥可以将粪便分解、消化,将其转化成沼气、二氧化碳和水,然后消毒灭菌,最后作为粪便循环冲洗水被再次利用。

测算表明,一个两蹲位的“聪明”卫生间,一年可节约1000余吨水,这些水可提供10平方米以上绿化面积的灌溉。该环保厕所全部用电脑来“打扫清理”,电脑按照固定程序进行自动化管理,还可通过联网进行远程监控。

据介绍,第一座“聪明厕所”被命名为“诸葛明庐”号,既取其“聪明”之意,还给厕所赋予了一种文化内涵。“聪明厕所”的最独特之处在于它符合了网络时代的潮流,任何人都可以在网上查看“聪明厕所”的内部情况,在“聪明厕所”的控制室里,有一个网络端口,只要将其端口接到电话上,就可以知道厕所里是否有人、工作状态是否正常。经厕所处理留下的固化物仅占整个粪便固化物的2%,一般只需6个月清理一次。

蚯蚓可吞庞大垃圾山

让蚯蚓来处理垃圾不失为一个环保的办法,戈峰、霍维周等专家献言2008年北京奥运会组委会。

蚯蚓可大量吞食垃圾中的有机物,如饭菜、纸张等。一个3口之家一天产生的生活垃圾,几千条成年蚯蚓可将其全部“消耗”。蚯蚓吃垃圾的同时会产生无味、无害、高效的多功能生物肥料。蚓肥用于花卉,可明显延长花期,使花更鲜艳;用于果蔬生产,不仅可提高产量,而且可提高品质和贮藏时间。

这并非突发奇想,澳大利亚人在2000年的悉尼奥运会上就成功地做到了这一点。160万条蚯蚓曾为奥运村的垃圾处理立下了汗马功劳。悉尼还动用数千万条蚯蚓清除全城垃圾,再将垃圾转化为高质量的肥料。戈峰博士说,美国1982年建立的一个蚯蚓养殖厂,可处理100万城市人口的城市生活垃圾;加拿大1985年建立的一个蚯蚓饲养厂,每周可处理75万吨城市垃圾;日本的许多家庭都利用蚯蚓来消灭每日产生的生活垃圾。

在国内,对适宜处理生活垃圾的蚯蚓种“太平2号”的全面研究已经有20多年的历史。对其生态习性、养殖技术、综合利用积累了大量资料。同时至少有三家部级直属研究单位,对蚯蚓处理生活垃圾进行过系统研究,一些成果已经经过国家鉴定验收。

同时,戈峰、霍维周等专家先后七次召开全北京市的专题研讨会,对蚯蚓处理生活垃圾产生的垃圾源头分类、蚯蚓产业链、蚯蚓与生态农业等问题进行了深入研究。他们的初步结论是,蚯蚓处理生活垃圾值得推广。

阳光可作“清洁剂”

在英国工程与物理学研究理事会的资助下,英国诺丁汉大学开发出一种清除微污染物的新方法,他们利用阳光和一种无害的化学物质钛白清除水中的微污染物,取得了良好效果。

科学家新开发的这种称为光催化喷泉反应器的设备,能有效地将杀虫剂或其他残存的农药分子分解为二氧化碳和水。其主要过程为,使受污染的水通过一个特殊设计的喷嘴,然后,在水中加入钛白粉,让阳光或人工紫外线从喷嘴产生伞状的喷泉顶端照下。这样,光催化剂充分吸收太阳辐射后,便能有效地使污染物分解。污染物一旦被清除,经过净化的水将注入一个沉淀池中,以便水中的钛白粉沉淀后重新利用。

研究人员称,实验证明这一方法是可行的,它尤其适用于欧洲南部,中南美洲,非洲和亚太地区等阳光充足的地方。在英国等阳光较少的国家,可用耗能低的人工光源代替阳光来实施这种方法。用这一技术处理生活污水或工业废水,不会对环境造成危害,是一种环保型清污新技术。

空气质量与气象条件

城市空气质量的好坏与季节及气象条件的关系十分密切。许多城市的大气污染元凶是燃煤烟雾,其次是汽车尾气和悬浮颗粒物污染,它们的共同作用使空气污染更加严重。在污染源排放量没有大的变化情况下,风、雨、气压、温度等气象条件则直接影响空气质量的好坏。

首先,大气逆温现象直接影响大气污染物的扩散。逆温是空气温度随高度增加而增高的大气垂直层结现象。一般来说,冬季逆温层较强较厚,维持时间较长;夏季则相对偏弱。通常在晴朗微风的夜间有逆温现象存在,使低层大气比较稳定,非常不利于污染物扩散。太阳出来后,随着地表温度的升高,使逆温层逐渐消失,大气湍流混合和垂直对流加强,有助于污染物质的扩散。冬天,一场冷空气过后,特别是其后连续几天不刮风或只刮微风,人们会渐渐感到空气污浊;如果近地面层空气湿度较大,又常常会有雾相伴。造成这种现象很大程度上与逆温有关。出现逆温天气会加重大气污染,危害人们健康,因此,有人称逆温是冬天的隐性杀人帮凶。

一般条件下,气温是随着高度的增加而降低的,平均每上升100米,温度约降低0.6摄氏度,这样,大气低层温度高,空气密度小;高层温度低,空气密度相对较大,造成了“头重脚轻”的现象,大气层结就不稳定,容易上下翻滚而形成对流,这样就会使低层特别是近地面层空气中的污染物和粉尘向高空移散,从而减轻在大气低层污染程度。可是,在某些特定条件下,比如一场冷空气过后,却会出现气温随高度增加而升高的现象,导致空气“脚重头轻”,大气科学中称这种现象叫“逆温”。发生逆温的大气层叫“逆温层”。逆温层的厚度可从几十米到几百米,它就像一层厚厚的被子盖在地面上空,空气不能向上扩散,“无路可走”后又向下蔓延,从而加重了大气污染。

对城市空气质量影响最大的是辐射冷却造成的逆温。秋末和冬季晴朗无风的天气里,一到傍晚日落时,地面强烈地向空中辐射热量,使地面和近地面空气温度迅速下降,而上层空气降温较慢,从而出现气温上高下低的现象,形成逆温层。又因为冬季昼短夜长,晚上辐射降温时间长,往往使低空辐射逆温层更多出现。白天,由于日照增温不足,使逆温层终日难以破坏,所以人们常会见到大气污染物整天覆盖着地面,特别是在城区,天空总是灰蒙蒙的。

其次,大气污染与风力的大小有关。一般来说:污染浓度与风速平方成反比,与污染源排放强度成正比。通常风速越大越有利于空气中污染物质的稀释扩散。而长时间的微风或静风则会抑制污染物质的扩散,使近地面层的污染物质成倍地增加。但也有例外情况。在我国冬春干燥季节,几乎每年都有强大的西北风席卷整个北方甚至南方广大地区,将内蒙古和黄土高原的大量地表泥土沙粒带到空中,形成大风浮尘、扬沙或严重的沙尘暴天气,使得天空呈现土黄色或漫天昏暗。

第三,大气污染与雨雪有关。自然降雨、降雪对空气污染物能起到清除和冲刷作用。在雨雪作用下,大气中的一些污染气体能够溶解在水中,降低空气中污染气体的浓度,较大的雨雪对空气污染物粉尘颗粒也起着有效的清除作用。但是需要指出的是,当前空气中的雨水已经不很干净。降水与空气中的二氧化硫等气体混合溶解会形成酸雨,则是大气质量差的另一种表现形式。

从季节角度来说,由于冬季北方降水较少,气候干燥,刮风天气较少,光照较弱,日照时间短,逆温层较厚,且温度较低,大气对流不活跃等不利于空气中污染物质扩散的因素较多。夏季由于太阳辐射很强,大气对流活动旺盛,逆温层的生成存在时间缩短,且降雨天气较多,降雨量很大,对污染物质清除作用明显,使空气污染程度相对减轻。

绿色技术的价值

环境问题的主要表现为资源枯竭、生态恶化和环境污染。资源枯竭削弱了工业的物质基础,威胁到人类的可持续发展。生态恶化增加了农业生产投入,减少了产出,同时降低了人类的生存质量。环境污染导致生物物种灭绝,加剧了生态恶化,同时通过食物链危害人类。

为了解决环境问题,人类需要超越现代技术,寻求一种新的技术体系,以实现人类的可持续发展。在此背景下,绿色技术应运而生。所谓绿色技术,是指能减少污染、降低消耗、治理污染或改善生态的技术体系。

绿色技术是由相关知识、能力和物质手段构成的动态系统

这意味着,有关保护环境、改造生态的知识、能力或物质手段只是绿色技术要素,只有三个要素结合在一起,相互作用,才构成现实的绿色技术。环保和生态知识是绿色技术不可缺少的要素,绿色技术创新是环保和生态知识的应用。具体说,环境科学家、生态学家和相关技术专家是知识的载体,发展绿色技术,就要加强环保和生态知识基础研究和教育、培训。

绿色工艺不能等同于绿色技术。工艺是技术活动中加工程序(流程)和方法,是依据知识、能力来组合物质手段。同样,绿色工艺只反映了绿色技术构成要素之间的相互作用关系,是绿色技术从潜在性向现实性转化的中间环节。

环保设备只是绿色技术发挥功能的物质手段,不能等同于绿色技术。诸如煤粉收集器、超生雾化消毒机、浮油回收装置、电解防污防腐装置等环保设备,需要具有相关知识、经验的人来操作使用,否则,就是一些普通物品。

绿色产品在使用中履行着保护环境、改善生态的功能,是绿色技术活动的最终结果。绿色产品与绿色技术之间的关系是:同一绿色技术可以生产多种绿色产品,同一绿色产品生产可能需要多种绿色技术。产品的绿色包装(能自然分解或易回收)应属于绿色产品,可以这样理解:绿色包装本身就是一种产品,它是某种绿色技术(如用农作物秸秆为原料的新材料生产技术)活动的产物。但是,绿色包装里面的产品可能不是绿色产品。

绿色技术包括清洁生产技术、治理污染技术和改善生态技术

按联合国环境规划署的定义,清洁生产是关于生产过程的一种新的、创造性的思维方式。清洁生产意味着对生产过程、产品和服务持续运用整体预防的环境战略,以期增加生态效率并降低人类和环境的风险。无疑地,清洁生产技术属于绿色技术。但绿色技术不能等同于清洁生产技术。