2021健康人居與未來(lái)城市國(guó)際論壇暨第十一屆園冶高峰論壇于3月28日?qǐng)A滿(mǎn)落幕。大會(huì)歷時(shí)兩天，內(nèi)容豐富，精彩紛呈，令人回味無(wú)窮。在3月27日的中英城市韌性論壇上，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）王焰新教授發(fā)表了題為《湖泊富營(yíng)養(yǎng)化成因與防治的環(huán)境地質(zhì)研究》的演講。

　　一、全球不容忽視的湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題

　　當(dāng)下，全球的內(nèi)陸湖泊水庫(kù)面臨著一個(gè)共性問(wèn)題，那就是富營(yíng)養(yǎng)化。2018年的最新調(diào)查結(jié)果顯示，世界上63%的湖泊水體存在富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題（圖1），這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)成為全球性的挑戰(zhàn)。中國(guó)也不例外，2019年的調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)69.5%的湖泊處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，高于世界平均水平。

圖1 全球內(nèi)陸湖泊/水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)（Wang et al., 2018）

　　以長(zhǎng)江為例。在整個(gè)長(zhǎng)江流域范圍內(nèi)，40%的湖泊不僅富營(yíng)養(yǎng)化，而且是重度富營(yíng)養(yǎng)化。這些湖泊水體接納大量的氮和磷，水的局部流動(dòng)又帶來(lái)或攔截相當(dāng)一部分的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；同時(shí)，由于底泥的沉降和富集，使湖泊的沉積物成為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的“內(nèi)源”，它也會(huì)持續(xù)釋放氮和磷，加速富營(yíng)養(yǎng)化的過(guò)程。所以，單純地關(guān)注水體本身已不足夠，還有底泥內(nèi)源污染物消除的問(wèn)題，也需要引起我們的重視。

　　相比廣袤的農(nóng)村來(lái)說(shuō)，城市湖泊更容易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題。這是因?yàn)椋鞘械娜萘侩m比較有限，但人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的污染物卻更多，所以問(wèn)題也更突出。號(hào)稱(chēng)“百湖之市”的武漢市有166個(gè)湖泊，在對(duì)比了24個(gè)典型湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)后，我們發(fā)現(xiàn)，武漢城區(qū)的湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度普遍高于郊區(qū)。

　　富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)導(dǎo)致什么問(wèn)題？有兩大方面的后果。首先，最直觀(guān)的就是水華，水體氣味難聞，還帶有一些毒性，這對(duì)動(dòng)物、人體健康會(huì)產(chǎn)生直接的影響，飲食安全難以保證；第二，會(huì)引發(fā)一系列的生態(tài)損害，進(jìn)而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失，如水質(zhì)變差會(huì)影響供水和水產(chǎn)業(yè)，還會(huì)影響交通運(yùn)輸業(yè)、物流等，旅游業(yè)也會(huì)受到波及，所以，富營(yíng)養(yǎng)化是一個(gè)很大、很復(fù)雜的問(wèn)題。

　　由于富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，藻類(lèi)和一些其他微生物在湖泊內(nèi)大量繁殖，速度超出我們的想象。這會(huì)導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)消耗，使得很多湖泊不再適合魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)。那污染物是如何進(jìn)入湖泊的呢？有兩大來(lái)源：一是外源輸入，即通過(guò)點(diǎn)源或者非點(diǎn)源的輸入，比如通過(guò)城市的下水道管網(wǎng)排放污水，從而進(jìn)入湖泊。中國(guó)一些城市的管網(wǎng)逐漸老化，大量市政污水在管道輸運(yùn)過(guò)程中會(huì)泄露到環(huán)境中去，最后通過(guò)水循環(huán)進(jìn)入到我們賴(lài)以生存的水體中，這是非常重要的污染源；還有一個(gè)是內(nèi)源污染，即前面講的底泥，其中同樣富集污染物，它們釋放的氮和磷也會(huì)加速這一過(guò)程。

　　聯(lián)合國(guó)環(huán)境署2019年發(fā)布了題為《健康星球，健康人類(lèi)》（Healthy Planet, Healthy People）的第六次地球體檢報(bào)告（GEO-6）。報(bào)告指出，全球進(jìn)入到生物圈和海洋里面的氮和磷的通量已經(jīng)超過(guò)了全球可持續(xù)水平（圖2），世界兩大經(jīng)濟(jì)體——中國(guó)和美國(guó)都是氮和磷的通量超出了可持續(xù)水平的典型地區(qū)。

圖2 全球進(jìn)入到生物圈和海洋里面的氮和磷的通量已經(jīng)超過(guò)了全球可持續(xù)水平（UN Environment, 2019）

　　如何控制富營(yíng)養(yǎng)化？關(guān)鍵是控源?？卦磫?wèn)題跟城市規(guī)劃、城市韌性建設(shè)直接相關(guān)。在城市規(guī)劃當(dāng)中，可以考慮通過(guò)工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、流域的管理或者小的景觀(guān)水體周?chē)男×饔虻墓芾韥?lái)控制外源的輸入。另外就是控制內(nèi)源氮磷的釋放，比如現(xiàn)在有很多清淤的工程會(huì)對(duì)湖泊底泥進(jìn)行氧化，還有一個(gè)辦法，是對(duì)受損湖泊開(kāi)展生物修復(fù)。

　　在控制富營(yíng)養(yǎng)化的實(shí)踐中，國(guó)際上有大量的案例。比如美國(guó)有個(gè)湖泊，20世紀(jì)70年代采取措施后，富營(yíng)養(yǎng)化程度持續(xù)降低，修復(fù)效果很好；但到了90年代中期，因某種原因，又回到了富營(yíng)養(yǎng)化的狀態(tài)。丹麥有個(gè)湖泊也是這樣，通過(guò)生物調(diào)控之后富營(yíng)養(yǎng)化程度下降，后來(lái)又出現(xiàn)了波動(dòng)、反復(fù)。

　　二、地下水和湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)系

　　富營(yíng)養(yǎng)化為何如此難以根除，甚至經(jīng)常反復(fù)？其中有一個(gè)很重要的原因，那就是地下水。長(zhǎng)期以來(lái)，我們一直關(guān)注地表水，卻忽視了地下水。要知道，除了地表和面源污染以外，富營(yíng)養(yǎng)化有相當(dāng)一部分原因是通過(guò)地下水的排泄輸入營(yíng)養(yǎng)鹽造成的（圖3）。比如美國(guó)那個(gè)例子，為什么會(huì)反彈呢？就是地下水在“作怪”。丹麥那個(gè)例子也是這樣，也是由于地下水的輸入。人們覺(jué)得已經(jīng)治理好了湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題，卻不知表面治理完了，地下還在不斷輸入，所以才出現(xiàn)了后面的反彈。

　　我們?cè)倏纯撮L(zhǎng)江。長(zhǎng)江流域從上游到中下游地區(qū)，富營(yíng)養(yǎng)化濃度呈現(xiàn)越來(lái)越高的趨勢(shì)。我們?cè)谘芯块L(zhǎng)江中游沿岸地下水水質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)大型淡水湖—洪湖在內(nèi)的各個(gè)湖泊周邊，高銨或高磷地下水都有一定空間范圍的分布。進(jìn)而剖析了長(zhǎng)江流域著名的牛軛湖——天鵝洲，做了詳細(xì)研究。過(guò)去我們不清楚天鵝洲的地表水和地下水是否有關(guān)系。我們通過(guò)在野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水里面有冒泡的地方，很明顯，這是地下水在排泄。于是，我們使用一些新的示蹤技術(shù)，發(fā)現(xiàn)每天每平方米地下水排泄出來(lái)的銨達(dá)到將近370毫克，磷達(dá)到29毫克，占比較高。所以，我們?cè)谟懻摵锤粻I(yíng)養(yǎng)化的時(shí)候，必須要將地下水循環(huán)也考慮進(jìn)去。

圖3 地下水排泄對(duì)于湖泊氮、磷富集的貢獻(xiàn)（Lewandowski et al., 2015）

　　三、如何控制氮磷點(diǎn)源污染

　　控制富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵是控源。

　　首先是氮。市政污水?dāng)y帶大量的氮，有的經(jīng)過(guò)地表水或者是面源污染帶走，剩下的一半則進(jìn)入污水處理廠(chǎng)，而通過(guò)污水處理廠(chǎng)實(shí)際上只能去除10%的氮，其他又全部回到水環(huán)境中。難題是：如何提高污水處理廠(chǎng)的效能，把進(jìn)入污水處理廠(chǎng)的這些氮從水中有效去除或轉(zhuǎn)化？

　　其次是磷。以湖北為例：磷化工企業(yè)大都沿著漢江和長(zhǎng)江分布，邊上有大量的湖泊存在。這些磷化工企業(yè)產(chǎn)生的磷石膏主要以堆存方式處置，必然會(huì)導(dǎo)致磷的進(jìn)一步釋放，并進(jìn)入水體里面，進(jìn)而導(dǎo)致湖泊富營(yíng)養(yǎng)化。怎么解決呢？我們做了很多探索，始終基于一個(gè)出發(fā)點(diǎn)：若想從根本上解決這個(gè)問(wèn)題，就必須把磷石膏資源化。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期探索，我校周俊教授團(tuán)隊(duì)形成了直接從磷石膏生產(chǎn)出石膏板的技術(shù)，產(chǎn)品可直接作為建材使用。這一技術(shù)不僅獲得了國(guó)家專(zhuān)利，在國(guó)際期刊發(fā)表了論文，近期還建成了一個(gè)年產(chǎn)150萬(wàn)平方米的生產(chǎn)線(xiàn)，摸索出磷石膏資源化的一條有效途徑。

　　四、展望

　　我用較大篇幅講地下水，并不是說(shuō)地下水比其他因素都重要，而是想要強(qiáng)調(diào)，當(dāng)研究一個(gè)城市濕地生態(tài)學(xué)或者做城市景觀(guān)設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)者們一定要有水循環(huán)的概念，一定要和水文地質(zhì)學(xué)緊密結(jié)合。這種跨學(xué)科的研究非常重要。因?yàn)槿魏蔚捻g性城市建設(shè)，不能僅顧眼前的事情，一定要考慮整個(gè)城市環(huán)境系統(tǒng)的可持續(xù)性。

　　說(shuō)到城市韌性和可持續(xù)發(fā)展，無(wú)外乎是好的城市治理、經(jīng)濟(jì)韌性、去中心化等；其實(shí)還有一個(gè)問(wèn)題不能忽視，那就是監(jiān)測(cè)——監(jiān)測(cè)全球變化對(duì)地下水、地表水和它們對(duì)城市湖泊水生態(tài)的影響。這是非常重要的，沒(méi)有監(jiān)測(cè)作為基礎(chǔ)，談城市韌性和供水系統(tǒng)韌性就缺乏“底氣”。

　　如何才能實(shí)現(xiàn)“健康星球、健康人類(lèi)”的目標(biāo)？實(shí)際上，維系人類(lèi)生存，涉及到生物多樣性、土地、淡水、空氣、海洋等自然因素，也包括人口、技術(shù)、氣候變化、城市化等人為因素，它們互相作用，驅(qū)動(dòng)地球表層系統(tǒng)的演進(jìn)。如果方向不對(duì)，或選擇了一個(gè)錯(cuò)誤的政策，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)受到干擾，甚至局部崩潰?，F(xiàn)在，人類(lèi)生產(chǎn)生活方式的改變迫在眉睫，比如使用清潔能源、推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)宜居城市、采取氣候適應(yīng)性策略等。人類(lèi)社會(huì)必須共同為“健康星球、健康人類(lèi)”這一目標(biāo)做出努力。相信在不久的將來(lái)，我們的星球會(huì)更加宜居、更加健康，人居環(huán)境也會(huì)越來(lái)越好。