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绝大多数省份的表面水质都已经突破了每升含氮

作者:admin 发布时间:2019-06-10 06:41

  问渠那得清如许?用现代环境科学的眼光来看,水质清洁与水体氮含量息息相关。过去四十年前,中国粮食产量大幅提高,氮肥施用量占到全球的三分之一,这为水质问题埋下了隐患。

  以清华大学地球系统科学系副教授喻朝庆为第一作者的相关论文,2月28日发表在世界顶级学术期刊、英国《自然》杂志(Nature)上。题为《论氮管理以恢复中国水质》。

  论文统计了1955至2014年间的水体氮富集数据和各省向内陆水体的氮排放量,首次计算出全国水体氮排放安全阈值为每年520万吨。

  作者提出,利用“4R”施肥、控释施肥等科学管理方法,每年能减少约230万吨的农田氮排放,占到超标排放量的25%。

  不过,若要全面恢复清洁水质,中国应全面改革氮管理体系,统筹农业、生活、工业等各个排放源。相关工程需要投入1040亿美元(约7000亿元人民币)的基础设施,每年的运营成本则为170至250亿美元。

  相比起水污染在2014年造成900亿美元(约为6000亿元人民币)的损失,占到当年GDP的1.5%,论文认为改革的收益十分可观。

  在过去的四十年间,中国的粮食产量显著提高。从1950年到2014年,在耕地面积总体没有太大变化的情况下,粮食产量从1.32亿吨攀升至6.07亿吨。除了新技术、政策支持和灌溉设施的提高,氮肥的大量施用是主要因素。2014年,全球氮肥施用量为1.1亿吨,中国占到约32%。

  加上来自畜牧、家庭和工业的氮排放,环境污染的伏笔就此埋下。硝酸盐、铵盐与水体污染息息相关,氨气和氮氧化物则是空气污染的帮凶,一氧化二氮还会破坏臭氧层。

  在这篇文章里,研究团队重点关注水体氮排放问题。他们统计了1955至2014年间的水体氮富集数据和各省向内陆水体的氮排放量,排放源包括农田、人畜排泄物、有机垃圾和工业废水等。

  空间分布显示,从1980年代中期以后,绝大多数省份的表面水质都已经突破了每升含氮1毫克的安全标准,并迅速恶化,到了1990年后,部分流域氮富集程度甚至达到了每升15毫克。

  1980年代后 地下水的氮富集程度也急速提高,同位素追踪显示,地下水中的氮主要来自农业和居民生活。2015年,水利部抽样了2103口井,其中80.2%的地下水水质都突破了IV类水质标准。

  控制氮排放将显著减轻水质的压力,但若要制定相关政策,首先就要面对量化的问题。也就是,向水体排放多少氮是安全的?

  这是论文解答的核心问题之一。作者把污染水平突破每升1毫克时的人为氮排放量定义为该省的氮排放门槛。

  那么,目前全国实际向水体人为排放多少氮呢?答案是每年1450万吨。其中农业系统占到59%(35%农田、24%牲畜),生活废物占到39%(13%城市污水、8%郊区污水、18%有机垃圾),剩余2%则来自工业。

  在占大头的农业方面,尽管中国已经提前实现了化肥零增长的目标,但2016年人工氮使用量依然高达3050万吨。

  中国近年来大力推广的“4R原则”(选择正确的肥料品种、采用正确的肥料用量、在正确的施肥时间、施用在正确的位置)将帮助改善这个问题。

  论文计算了保持现有粮食产量所需的最小氮肥量,在这个水平上,农田氮排放将从现有的每年510万吨降到280至300万吨,减少量超过每年超标量的25%。

  与此同时, 39%至72%的氨气污染和47%至55%的氮氧化物排放也随之消逝。

  在现有的氮管理体系下,论文分析的31个省份中,有14个省份光农田氮排放就已经超过阈值,而通过完善氮管理,29个省份可以把农田氮排放降到安全值,只有内蒙古和陕西无法在保持粮食产量的同时达到安全氮排放。

  其次是生活污水治理。2014年,大约494.3亿立方的城市污水(75%)得到了处理,消耗了148亿千瓦时电力,总成本为208亿美元,占到当年GDP的0.2%。

  不过,只有56%的污水处理厂配有除氮设备,平均除氮率为55%,因此只有26%的城市污水氮被处理了。

  论文认为,若要重建清洁水环境,中国需要动员整合所有相关的社会经济部门,采取一些列改革措施,将全国养分回收率从36%大幅提升到87%,这差不多是传统农业社会的水平。

  中国进行过的一项长期实验表明,将人工肥料和粪便结合施用的传统做法能提高土壤质量,提高8.2%至9.9%的大米、小麦和大麦产量。

  不过,传统的湿肥回收效率不高,且容易威胁到饮用水卫生。论文提出了一种可操作性较强的做法:将生活污水和工业污水分离开,并接入灌溉系统。

  据计算,该措施需要投入约1040亿美元的基础设施,每年的运营成本则为170至250亿美元。

  与此同时,利用调节饲料结构、精准吸收排放和建立沼气池等方式来管理牲畜废物。

  虽然价格不菲,论文认为相比起水污染造成的经济损失,上述举措依然效益可观。2010年,水污染造成的损失约占当年GDP的1.5%,即900亿美元,其中包括200亿美元的污水处理成本和700亿美元的环境成本。

  论文认为,相关工程也会改善卫生条件,提供农村就业岗位,并带动农民收入增长。返回搜狐,查看更多