量身定做：中國湖泊、河流的氮濃度有了“警戒線”
2008年6月，水藻污染嚴(yán)重的巢湖。來源：Greenpeace China, Flickr
撰文 | 楊雪
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由于人類活動的影響，大量氮物質(zhì)隨著工農(nóng)業(yè)和生活污染排入水體，在一些植物營養(yǎng)富集的湖泊、水庫，藻類及其他浮游生物迅速繁殖，原本清澈的水面會漂浮起大范圍藍(lán)綠色的腥臭浮沫，造成水質(zhì)惡化、水生物死亡。
最新研究可為解決水體富營養(yǎng)化問題提供量化依據(jù)。2月28日，《自然》雜志刊登了清華大學(xué)喻朝慶團隊的研究，文章評估了中國1955-2014年間人類活動導(dǎo)致的氮流失量，建立了各省淡水環(huán)境氮容量的最高“警戒線”，為近年來全球環(huán)境容量限界（Planetary boundary）研究的區(qū)域閾值定義提供了新方法。
“我們生產(chǎn)了大量化肥，也施用了大量化肥，這改變了我們現(xiàn)在的整個養(yǎng)分循環(huán)模式，以前是從農(nóng)田到城鄉(xiāng)生活再還到農(nóng)田，現(xiàn)在從化肥工廠一直到水處理廠，每個環(huán)節(jié)都變成污染源?！鼻迦A大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系副教授喻朝慶說，氮肥對糧食增產(chǎn)做出了重要貢獻，但過量氮排放也造成了水環(huán)境的急劇污染。
水體富營養(yǎng)化已經(jīng)成為一個世界性的環(huán)境污染難題。由于氮的影響因素復(fù)雜、數(shù)據(jù)缺乏，國際上關(guān)于氮排放安全閾值評估研究一直沒有可靠的量化定義方法。瑞典科學(xué)家約翰·羅克斯特倫（Johan Rockstrom）等曾提出全球每年3500萬噸氮的安全閾值，但這只是一種猜測；一些學(xué)者基于氮平衡模型開展全球尺度的閾值評估，而簡單的物質(zhì)平衡模型存在很大的不確定性。
為此，喻朝慶等提出，通過水體氮濃度演變的歷史數(shù)據(jù)，首次達到或超過IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（1.0mg/L）所在年份對應(yīng)的氮流失量（含徑流和下滲），即為該區(qū)域的氮排放閾值。結(jié)合中國不同區(qū)域代表性水體中歷史總氮濃度的觀測數(shù)據(jù)，基于DNDC作物模型及其它氮平衡模型計算的氮流失數(shù)據(jù)，喻朝慶團隊計算出60年間中國各省代表性水體中氮排放與水質(zhì)演變的時空關(guān)系。
研究結(jié)果表明，全國水環(huán)境的氮容量安全閾值為每年520±70萬噸，但目前氮的實際排放量每年達到1450±310萬噸，超排量高達930多萬噸。中國絕大多數(shù)省份的氮排放在上世紀(jì)80年代中期超過了水環(huán)境安全閾值。有14個省僅農(nóng)田氮流失量就超過自身閾值，主要分布在缺水的北方。中國當(dāng)前的氮管理面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
研究者對目前的氮管理措施進行了評估。結(jié)果表明，提高農(nóng)田氮的管理水平僅可減小全國總超排量的1/4，而污水處理在沒有革命性的新技術(shù)之前，除氮能力非常有限。
文章認(rèn)為，目前唯一可行的方法是重構(gòu)城鄉(xiāng)養(yǎng)分循環(huán)體系，提高城鄉(xiāng)有機廢物的還田率。例如，將工業(yè)廢水和生活污水分流，對污水中的重金屬等有毒物質(zhì)進行處理之后，接入農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)。這樣，既能實現(xiàn)氮的養(yǎng)分回收，又能減少水資源消耗。以2010年價格計，基礎(chǔ)設(shè)施所需成本約7000億元，實現(xiàn)人畜糞便全部循環(huán)利用的年運行成本約1200-1900億元，并不比2014年城市生活污水處理成本的1100億元高太多，但建成這一新的循環(huán)系統(tǒng)將徹底解決中國的水體富營養(yǎng)化問題。
對此，喻朝慶建議，政府各部門應(yīng)達成相互認(rèn)可的統(tǒng)一規(guī)劃，共享數(shù)據(jù)，形成共識，先在小范圍內(nèi)開展試點，確保城市污水不會污染土壤和傳播疾病，而后向全國推廣。
參考文獻
有道理，環(huán)境保護迫在眉睫