2008年6月，水藻污染严重的巢湖。来源：Greenpeace China, Flickr

撰文 | 杨雪

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由于人类活动的影响，大量氮物质随着工农业和生活污染排入水体，在一些植物营养富集的湖泊、水库，藻类及其他浮游生物迅速繁殖，原本清澈的水面会漂浮起大范围蓝绿色的腥臭浮沫，造成水质恶化、水生物死亡。

最新研究可为解决水体富营养化问题提供量化依据。2月28日，《自然》杂志刊登了清华大学喻朝庆团队的研究，文章评估了中国1955-2014年间人类活动导致的氮流失量，建立了各省淡水环境氮容量的最高“警戒线”，为近年来全球环境容量限界（Planetary boundary）研究的区域阈值定义提供了新方法。

“我们生产了大量化肥，也施用了大量化肥，这改变了我们现在的整个养分循环模式，以前是从农田到城乡生活再还到农田，现在从化肥工厂一直到水处理厂，每个环节都变成污染源。”清华大学地球系统科学系副教授喻朝庆说，氮肥对粮食增产做出了重要贡献，但过量氮排放也造成了水环境的急剧污染。

水体富营养化已经成为一个世界性的环境污染难题。由于氮的影响因素复杂、数据缺乏，国际上关于氮排放安全阈值评估研究一直没有可靠的量化定义方法。瑞典科学家约翰·罗克斯特伦（Johan Rockstrom）等曾提出全球每年3500万吨氮的安全阈值，但这只是一种猜测；一些学者基于氮平衡模型开展全球尺度的阈值评估，而简单的物质平衡模型存在很大的不确定性。

为此，喻朝庆等提出，通过水体氮浓度演变的历史数据，首次达到或超过IV类水质标准（1.0mg/L）所在年份对应的氮流失量（含径流和下渗），即为该区域的氮排放阈值。结合中国不同区域代表性水体中历史总氮浓度的观测数据，基于DNDC作物模型及其它氮平衡模型计算的氮流失数据，喻朝庆团队计算出60年间中国各省代表性水体中氮排放与水质演变的时空关系。

研究结果表明，全国水环境的氮容量安全阈值为每年520±70万吨，但目前氮的实际排放量每年达到1450±310万吨，超排量高达930多万吨。中国绝大多数省份的氮排放在上世纪80年代中期超过了水环境安全阈值。有14个省仅农田氮流失量就超过自身阈值，主要分布在缺水的北方。中国当前的氮管理面临严峻的挑战。

研究者对目前的氮管理措施进行了评估。结果表明，提高农田氮的管理水平仅可减小全国总超排量的1/4，而污水处理在没有革命性的新技术之前，除氮能力非常有限。

文章认为，目前唯一可行的方法是重构城乡养分循环体系，提高城乡有机废物的还田率。例如，将工业废水和生活污水分流，对污水中的重金属等有毒物质进行处理之后，接入农业灌溉系统。这样，既能实现氮的养分回收，又能减少水资源消耗。以2010年价格计，基础设施所需成本约7000亿元，实现人畜粪便全部循环利用的年运行成本约1200-1900亿元，并不比2014年城市生活污水处理成本的1100亿元高太多，但建成这一新的循环系统将彻底解决中国的水体富营养化问题。

对此，喻朝庆建议，政府各部门应达成相互认可的统一规划，共享数据，形成共识，先在小范围内开展试点，确保城市污水不会污染土壤和传播疾病，而后向全国推广。

参考文献

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1001-1