2021健康人居與未來(lái)城市國際論壇暨第十一屆園冶高峰論壇于3月28日圓滿(mǎn)落幕。大會(huì )歷時(shí)兩天，內容豐富，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(yíng)養化成因與防治的環(huán)境地質(zhì)研究》的演講。

　　一、全球不容忽視的湖泊富營(yíng)養化問(wèn)題

　　當下，全球的內陸湖泊水庫面臨著(zhù)一個(gè)共性問(wèn)題，那就是富營(yíng)養化。2018年的最新調查結果顯示，世界上63%的湖泊水體存在富營(yíng)養化問(wèn)題（圖1），這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)成為全球性的挑戰。中國也不例外，2019年的調查結果顯示，我國69.5%的湖泊處于富營(yíng)養化狀態(tài)，高于世界平均水平。

圖1 全球內陸湖泊/水庫營(yíng)養狀態(tài)分級（Wang et al., 2018）

　　以長(cháng)江為例。在整個(gè)長(cháng)江流域范圍內，40%的湖泊不僅富營(yíng)養化，而且是重度富營(yíng)養化。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)或攔截相當一部分的營(yíng)養物質(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)養物質(zhì)的“內源”，它也會(huì )持續釋放氮和磷，加速富營(yíng)養化的過(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。

　　相比廣袤的農村來(lái)說(shuō)，城市湖泊更容易發(fā)生富營(yíng)養化的問(wèn)題。這是因為，城市的容量雖比較有限，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。號稱(chēng)“百湖之市”的武漢市有166個(gè)湖泊，在對比了24個(gè)典型湖泊的富營(yíng)養化狀態(tài)后，我們發(fā)現，武漢城區的湖泊富營(yíng)養化程度普遍高于郊區。

　　富營(yíng)養化會(huì )導致什么問(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)而導致經(jīng)濟損失，如水質(zhì)變差會(huì )影響供水和水產(chǎn)業(yè)，還會(huì )影響交通運輸業(yè)、物流等，旅游業(yè)也會(huì )受到波及，所以，富營(yíng)養化是一個(gè)很大、很復雜的問(wèn)題。

　　由于富營(yíng)養化問(wèn)題，藻類(lèi)和一些其他微生物在湖泊內大量繁殖，速度超出我們的想象。這會(huì )導致?tīng)I養消耗，使得很多湖泊不再適合魚(yú)類(lèi)生長(cháng)。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。中國一些城市的管網(wǎng)逐漸老化，大量市政污水在管道輸運過(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告（GEO-6）。報告指出，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)了全球可持續水平（圖2），世界兩大經(jīng)濟體——中國和美國都是氮和磷的通量超出了可持續水平的典型地區。

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)了全球可持續水平（UN Environment, 2019）

　　如何控制富營(yíng)養化？關(guān)鍵是控源?？卦磫?wèn)題跟城市規劃、城市韌性建設直接相關(guān)。在城市規劃當中，可以考慮通過(guò)工業(yè)結構的調整、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。另外就是控制內源氮磷的釋放，比如現在有很多清淤的工程會(huì )對湖泊底泥進(jìn)行氧化，還有一個(gè)辦法，是對受損湖泊開(kāi)展生物修復。

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

　　二、地下水和湖泊富營(yíng)養化的關(guān)系

　　富營(yíng)養化為何如此難以根除，甚至經(jīng)常反復？其中有一個(gè)很重要的原因，那就是地下水。長(cháng)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)養化有相當一部分原因是通過(guò)地下水的排泄輸入營(yíng)養鹽造成的（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(jué)得已經(jīng)治理好了湖泊富營(yíng)養化的問(wèn)題，卻不知表面治理完了，地下還在不斷輸入，所以才出現了后面的反彈。

　　我們再看看長(cháng)江。長(cháng)江流域從上游到中下游地區，富營(yíng)養化濃度呈現越來(lái)越高的趨勢。我們在研究長(cháng)江中游沿岸地下水水質(zhì)時(shí)，發(fā)現大型淡水湖—洪湖在內的各個(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(cháng)江流域著(zhù)名的牛軛湖——天鵝洲，做了詳細研究。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)在野外調查發(fā)現，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)現每天每平方米地下水排泄出來(lái)的銨達到將近370毫克，磷達到29毫克，占比較高。所以，我們在討論湖泊富營(yíng)養化的時(shí)候，必須要將地下水循環(huán)也考慮進(jìn)去。

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

　　三、如何控制氮磷點(diǎn)源污染

　　控制富營(yíng)養化的關(guān)鍵是控源。

　　首先是氮。市政污水攜帶大量的氮，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化？

　　其次是磷。以湖北為例：磷化工企業(yè)大都沿著(zhù)漢江和長(cháng)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 )導致磷的進(jìn)一步釋放，并進(jìn)入水體里面，進(jìn)而導致湖泊富營(yíng)養化。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(cháng)期探索，我校周俊教授團隊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(zhuān)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(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，而是想要強調，當研究一個(gè)城市濕地生態(tài)學(xué)或者做城市景觀(guān)設計的時(shí)候，設計者們一定要有水循環(huán)的概念，一定要和水文地質(zhì)學(xué)緊密結合。這種跨學(xué)科的研究非常重要。因為任何的韌性城市建設，不能僅顧眼前的事情，一定要考慮整個(gè)城市環(huán)境系統的可持續性。

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

　　如何才能實(shí)現“健康星球、健康人類(lèi)”的目標？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，驅動(dòng)地球表層系統的演進(jìn)。如果方向不對，或選擇了一個(gè)錯誤的政策，整個(gè)系統會(huì )受到干擾，甚至局部崩潰?，F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、建設宜居城市、采取氣候適應性策略等。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。