2021健康人居與未來城市國際論壇暨第十一屆園冶高峰論壇于3月28日?qǐng)A滿落幕。大會(huì)歷時(shí)兩天，內(nèi)容豐富，精彩紛呈，令人回味無窮。在3月27日的中英城市韌性論壇上，中國科學(xué)院院士、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）王焰新教授發(fā)表了題為《湖泊富營養(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養(yǎng)化問題

　　當(dāng)下，全球的內(nèi)陸湖泊水庫面臨著一個(gè)共性問題，那就是富營養(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養(yǎng)化問題（圖1），這個(gè)問題已經(jīng)成為全球性的挑戰(zhàn)。中國也不例外，2019年的調(diào)查結(jié)果顯示，我國69.5%的湖泊處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，高于世界平均水平。

圖1 全球內(nèi)陸湖泊/水庫營養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)（Wang et al., 2018）

　　以長江為例。在整個(gè)長江流域范圍內(nèi)，40%的湖泊不僅富營養(yǎng)化，而且是重度富營養(yǎng)化。這些湖泊水體接納大量的氮和磷，水的局部流動(dòng)又帶來或攔截相當(dāng)一部分的營養(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，加速富營養(yǎng)化的過程。所以，單純地關(guān)注水體本身已不足夠，還有底泥內(nèi)源污染物消除的問題，也需要引起我們的重視。

　　相比廣袤的農(nóng)村來說，城市湖泊更容易發(fā)生富營養(yǎng)化的問題。這是因?yàn)?，城市的容量雖比較有限，但人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染物卻更多，所以問題也更突出。號(hào)稱“百湖之市”的武漢市有166個(gè)湖泊，在對(duì)比了24個(gè)典型湖泊的富營養(yǎng)化狀態(tài)后，我們發(fā)現(xiàn)，武漢城區(qū)的湖泊富營養(yǎng)化程度普遍高于郊區(qū)。

　　富營養(yǎng)化會(huì)導(dǎo)致什么問題？有兩大方面的后果。首先，最直觀的就是水華，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，富營養(yǎng)化是一個(gè)很大、很復(fù)雜的問題。

　　由于富營養(yǎng)化問題，藻類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)致營養(yǎng)消耗，使得很多湖泊不再適合魚類生長。那污染物是如何進(jìn)入湖泊的呢？有兩大來源：一是外源輸入，即通過點(diǎn)源或者非點(diǎn)源的輸入，比如通過城市的下水道管網(wǎng)排放污水，從而進(jìn)入湖泊。中國一些城市的管網(wǎng)逐漸老化，大量市政污水在管道輸運(yùn)過程中會(huì)泄露到環(huán)境中去，最后通過水循環(huán)進(jìn)入到我們賴以生存的水體中，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)加速這一過程。

　　聯(lián)合國環(huán)境署2019年發(fā)布了題為《健康星球，健康人類》（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)超過了全球可持續(xù)水平（圖2），世界兩大經(jīng)濟(jì)體——中國和美國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)超過了全球可持續(xù)水平（UN Environment, 2019）

　　如何控制富營養(yǎng)化？關(guān)鍵是控源?？卦磫栴}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，可以考慮通過工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、流域的管理或者小的景觀水體周圍的小流域的管理來控制外源的輸入。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)受損湖泊開展生物修復(fù)。

　　在控制富營養(yǎng)化的實(shí)踐中，國際上有大量的案例。比如美國有個(gè)湖泊，20世紀(jì)70年代采取措施后，富營養(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，又回到了富營養(yǎng)化的狀態(tài)。丹麥有個(gè)湖泊也是這樣，通過生物調(diào)控之后富營養(yǎng)化程度下降，后來又出現(xiàn)了波動(dòng)、反復(fù)。

　　二、地下水和湖泊富營養(yǎng)化的關(guān)系

　　富營養(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。長期以來，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，富營養(yǎng)化有相當(dāng)一部分原因是通過地下水的排泄輸入營養(yǎng)鹽造成的（圖3）。比如美國那個(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。人們覺得已經(jīng)治理好了湖泊富營養(yǎng)化的問題，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江。長江流域從上游到中下游地區(qū)，富營養(yǎng)化濃度呈現(xiàn)越來越高的趨勢。我們?cè)谘芯块L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)而剖析了長江流域著名的牛軛湖——天鵝洲，做了詳細(xì)研究。過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，而通過污水處理廠實(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的效能，把進(jìn)入污水處理廠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)問題，就必須把磷石膏資源化。經(jīng)過長期探索，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)不僅獲得了國家專利，在國際期刊發(fā)表了論文，近期還建成了一個(gè)年產(chǎn)150萬平方米的生產(chǎn)線，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。

　　說到城市韌性和可持續(xù)發(fā)展，無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)問題不能忽視，那就是監(jiān)測——監(jiān)測全球變化對(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，沒有監(jiān)測作為基礎(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”的目標(biāo)？實(shí)際上，維系人類生存，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。人類社會(huì)必須共同為“健康星球、健康人類”這一目標(biāo)做出努力。相信在不久的將來，我們的星球會(huì)更加宜居、更加健康，人居環(huán)境也會(huì)越來越好。