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日圓滿落幕。大會歷時兩天，內容豐富，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，中國科學院院士、中國地質大學（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)境地質研究》的演講。

　　一、全球不容忽視的湖泊富營養(yǎng)化問題

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

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

　　以長江為例。在整個長江流域范圍內，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，水的局部流動又帶來或攔截相當一部分的營養(yǎng)物質；同時，由于底泥的沉降和富集，使湖泊的沉積物成為營養(yǎng)物質的“內源”，它也會持續(xù)釋放氮和磷，加速富營養(yǎng)化的過程。所以，單純地關注水體本身已不足夠，還有底泥內源污染物消除的問題，也需要引起我們的重視。

　　相比廣袤的農村來說，城市湖泊更容易發(fā)生富營養(yǎng)化的問題。這是因為，城市的容量雖比較有限，但人類活動產生的污染物卻更多，所以問題也更突出。號稱“百湖之市”的武漢市有166個湖泊，在對比了24個典型湖泊的富營養(yǎng)化狀態(tài)后，我們發(fā)現，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)化會導致什么問題？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，這對動物、人體健康會產生直接的影響，飲食安全難以保證；第二，會引發(fā)一系列的生態(tài)損害，進而導致經濟損失，如水質變差會影響供水和水產業(yè)，還會影響交通運輸業(yè)、物流等，旅游業(yè)也會受到波及，所以，富營養(yǎng)化是一個很大、很復雜的問題。

　　由于富營養(yǎng)化問題，藻類和一些其他微生物在湖泊內大量繁殖，速度超出我們的想象。這會導致營養(yǎng)消耗，使得很多湖泊不再適合魚類生長。那污染物是如何進入湖泊的呢？有兩大來源：一是外源輸入，即通過點源或者非點源的輸入，比如通過城市的下水道管網排放污水，從而進入湖泊。中國一些城市的管網逐漸老化，大量市政污水在管道輸運過程中會泄露到環(huán)境中去，最后通過水循環(huán)進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加速這一過程。

　　聯合國環(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告（GEO-6）。報告指出，全球進入到生物圈和海洋里面的氮和磷的通量已經超過了全球可持續(xù)水平（圖2），世界兩大經濟體——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 全球進入到生物圈和海洋里面的氮和磷的通量已經超過了全球可持續(xù)水平（UN Environment, 2019）

　　如何控制富營養(yǎng)化？關鍵是控源?？卦磫栴}跟城市規(guī)劃、城市韌性建設直接相關。在城市規(guī)劃當中，可以考慮通過工業(yè)結構的調整、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。另外就是控制內源氮磷的釋放，比如現在有很多清淤的工程會對湖泊底泥進行氧化，還有一個辦法，是對受損湖泊開展生物修復。

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

　　二、地下水和湖泊富營養(yǎng)化的關系

　　富營養(yǎng)化為何如此難以根除，甚至經常反復？其中有一個很重要的原因，那就是地下水。長期以來，我們一直關注地表水，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）。比如美國那個例子，為什么會反彈呢？就是地下水在“作怪”。丹麥那個例子也是這樣，也是由于地下水的輸入。人們覺得已經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，所以才出現了后面的反彈。

　　我們再看看長江。長江流域從上游到中下游地區(qū)，富營養(yǎng)化濃度呈現越來越高的趨勢。我們在研究長江中游沿岸地下水水質時，發(fā)現大型淡水湖—洪湖在內的各個湖泊周邊，高銨或高磷地下水都有一定空間范圍的分布。進而剖析了長江流域著名的牛軛湖——天鵝洲，做了詳細研究。過去我們不清楚天鵝洲的地表水和地下水是否有關系。我們通過在野外調查發(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，發(fā)現每天每平方米地下水排泄出來的銨達到將近370毫克，磷達到29毫克，占比較高。所以，我們在討論湖泊富營養(yǎng)化的時候，必須要將地下水循環(huán)也考慮進去。

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

　　三、如何控制氮磷點源污染

　　控制富營養(yǎng)化的關鍵是控源。

　　首先是氮。市政污水攜帶大量的氮，有的經過地表水或者是面源污染帶走，剩下的一半則進入污水處理廠，而通過污水處理廠實際上只能去除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，把進入污水處理廠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)產生的磷石膏主要以堆存方式處置，必然會導致磷的進一步釋放，并進入水體里面，進而導致湖泊富營養(yǎng)化。怎么解決呢？我們做了很多探索，始終基于一個出發(fā)點：若想從根本上解決這個問題，就必須把磷石膏資源化。經過長期探索，我校周俊教授團隊形成了直接從磷石膏生產出石膏板的技術，產品可直接作為建材使用。這一技術不僅獲得了國家專利，在國際期刊發(fā)表了論文，近期還建成了一個年產150萬平方米的生產線，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，而是想要強調，當研究一個城市濕地生態(tài)學或者做城市景觀設計的時候，設計者們一定要有水循環(huán)的概念，一定要和水文地質學緊密結合。這種跨學科的研究非常重要。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、經濟韌性、去中心化等；其實還有一個問題不能忽視，那就是監(jiān)測——監(jiān)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，沒有監(jiān)測作為基礎，談城市韌性和供水系統(tǒng)韌性就缺乏“底氣”。

　　如何才能實現“健康星球、健康人類”的目標？實際上，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、氣候變化、城市化等人為因素，它們互相作用，驅動地球表層系統(tǒng)的演進。如果方向不對，或選擇了一個錯誤的政策，整個系統(tǒng)會受到干擾，甚至局部崩潰?，F在，人類生產生活方式的改變迫在眉睫，比如使用清潔能源、推行循環(huán)經濟、建設宜居城市、采取氣候適應性策略等。人類社會必須共同為“健康星球、健康人類”這一目標做出努力。相信在不久的將來，我們的星球會更加宜居、更加健康，人居環(huán)境也會越來越好。