校園生活：污水處理的繁榮改變了湖泊中必需的養(yǎng)分平衡
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發(fā)展中國家大量新的廢水處理廠導(dǎo)致地表水中磷和氮之間的不平衡。結(jié)果可能是潛在的有毒藻類過度生長，偏愛氮。一項(xiàng)新的研究呼吁更好地減少養(yǎng)分，以維持湖泊和其他地表水體中的生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性。
作為聯(lián)合國的17個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)之一，清潔水和衛(wèi)生設(shè)施受到了廣泛關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)這一綜合目標(biāo)，有效的市政廢水管理起著重要作用。大多數(shù)人類活動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生廢水-目前，全球范圍內(nèi)市政廢水的年產(chǎn)量已經(jīng)超過了巨大的亞馬遜河在大約12天內(nèi)釋放到大西洋的水量。
NIVA研究員Yan Lin說：“ 隨著城市化進(jìn)程以及相關(guān)人口的增加，廢水量繼續(xù)增長。廢水產(chǎn)量的增加，以及收集和處理設(shè)施的不足，已經(jīng)對水質(zhì)產(chǎn)生了負(fù)面影響?！?/p>
林說，許多發(fā)展中國家正在通過快速建設(shè)新的廢水處理廠來解決這個(gè)問題。
林說：“ 然而，氮和磷去除效率的差異導(dǎo)致水體中氮相對于磷的失衡。這可能對生物多樣性和接收水生生態(tài)系統(tǒng)的整體功能產(chǎn)生負(fù)面影響?！?/p>
在本文中，我們將更仔細(xì)地研究氮和磷以及這兩個(gè)元素對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響。氮和磷都是生物生長的必需元素。但是，由于過多的養(yǎng)分可能導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，因此控制進(jìn)入這些水的養(yǎng)分通量非常重要。
中國廢水處理的繁榮
許多國家通過增加市政廢水處理能力來解決營養(yǎng)過剩的問題。這通常比減少非點(diǎn)狀養(yǎng)分來源更容易實(shí)現(xiàn)，例如通過減少肥料施用量和流域保護(hù)實(shí)踐。在本文中重點(diǎn)介紹的中國，廢水處理廠的建設(shè)在過去的15年中發(fā)展迅速。
2005年，在中國全國范圍內(nèi)處理城市污水的比例僅為40%左右。在2017年，它達(dá)到了90%以上。
但是，這種措施相對于湖泊養(yǎng)分濃度的變化結(jié)果尚不清楚。
可能導(dǎo)致藻類大量繁殖
在PNAS出版的“改善城市廢水處理技術(shù)改變了人口稠密地區(qū)的湖泊氮磷比率”中，包括挪威水研究所(NIVA)的專家在內(nèi)的廣泛的科學(xué)家聯(lián)盟表明，中國城市廢水處理技術(shù)的蓬勃發(fā)展是主要的該國湖泊中氮/磷質(zhì)量比增加的驅(qū)動(dòng)力。這在人口稠密的華東地區(qū)尤其重要。
研究人員認(rèn)為，主要原因是在目前大多數(shù)廢水處理廠中，磷比氮更有效地去除。
NIVA研究人員林說：“我們調(diào)查了中國46個(gè)主要湖泊的營養(yǎng)狀況變化。雖然總體上水越來越干凈，但研究結(jié)果表明磷的減少速度更快?！?/p>
結(jié)果表明，在過去的十年中，中國東部大多數(shù)湖泊的磷濃度已經(jīng)顯著下降。另一方面，氮濃度基本保持穩(wěn)定。因此，氮與磷的比例一直在增加。
林說，這可能給水生食物網(wǎng)的功能帶來一些意想不到的后果，例如某些類型的藍(lán)細(xì)菌在富營養(yǎng)化湖泊中的患病率上升。
林說：“我們的發(fā)現(xiàn)突顯了污水處理中除磷減少以外還需要更有效地減少氮，以減少浮游植物開花和毒素產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，并維持下游水體中的生態(tài)系統(tǒng)多樣性?！?/p>
良好的平衡至關(guān)重要
對營養(yǎng)化學(xué)計(jì)量一詞不熟悉?該術(shù)語可以描述為一門探索各種生態(tài)過程中重要生命元素(例如碳，氮和磷)之間平衡的科學(xué)。其核心是揭示生活環(huán)境和生物元素組成的變化對陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)整體功能的影響。
正如人類在碳水化合物，蛋白質(zhì)和脂肪之間取得良好平衡的飲食中最能best壯成長一樣，自然也有一定的偏愛。營養(yǎng)素(例如氮和磷)之間的良好平衡至關(guān)重要。
為了維持具有良好生物多樣性的健康水，已安裝了廢水處理廠，以防止自然界中沉積過多的養(yǎng)分。然而，在最新的PNAS論文中，研究人員認(rèn)為，現(xiàn)在是廢水處理廠開發(fā)更有效的脫氮技術(shù)的時(shí)候了。
林說：“掌握水體中氮和磷的化學(xué)計(jì)量特征的長期演變，是弄清水生生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力變化和發(fā)現(xiàn)負(fù)面生態(tài)后果的潛在前提?！?/p>
呼吁新規(guī)定
NIVA研究人員認(rèn)為，在評(píng)估環(huán)境管理措施的實(shí)施并制定未來的養(yǎng)分管理和控制目標(biāo)時(shí)，應(yīng)考慮該項(xiàng)目的結(jié)果。
林說：“氮和磷之間日益嚴(yán)重的不平衡對水生生態(tài)學(xué)具有重要意義，至今仍未得到很好的考慮和理解。”
他說：“當(dāng)前法規(guī)需要更新，以包括營養(yǎng)物化學(xué)計(jì)量參數(shù)，而不是單個(gè)營養(yǎng)物極限值?！?/p>
特別是，研究結(jié)果對發(fā)展中國家的科普手抄報(bào)圖片廢水處理政策制定具有重大影響，因?yàn)榘l(fā)展中國家正在大規(guī)模建設(shè)包括廢水處理廠在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施。
林總結(jié)說：“ 廢水處理廠的設(shè)計(jì)應(yīng)除磷外還應(yīng)更有效地還原氮，以使氮磷質(zhì)量比保持平衡?！?/p>
