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    生態環境中心揭示汙水氮磷排放及其幹預效應的全球熱區和關鍵因子
    2019-06-14 | 编辑: | 【 】【打印】【關閉

      近日,由中國科學院生态环境研究中心领衔,英国埃克塞特大学、美国密歇根大学、荷兰瓦赫宁根大学等参与的研究团队在污水氮磷排放管理方面取得重要突破,该研究从全球视角揭示了生活污水氮磷减排措施及其环境影响的时空异质性,为不同国家和地区的个体消费者、管理者以及决策者全方位参与氮磷点源污染控制与治理提供了科学的量化数据和关键信息,为社会经济与生态环境协调发展提供科学支持。这一成果以《污水氮磷减排的影响热区将随人口发展与饮食习惯改变而发生全球规模转移》(Impact hotspots of reduced nutrient discharge shift across the globe with population and dietary changes)为题发表在6月14日的国际著名期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上。

      近半個多世紀,隨著人口和社會經濟的快速發展,汙水排放已成爲水體富營養化和水生態退化的一個關鍵因素。目前,各國主要通過完善汙水收集處理以及提高汙水排放標准進行氮磷點源排放控制。然而,極少有科學家和管理者關注氮磷排放幹預措施的環境影響。有研究指出,汙水強化脫氮除磷産生的高能耗、高藥劑及衍生汙染很可能會對大氣或陸地系統造成看似無關的負面影響。水、大氣與陸地生態系統是一個相互影響的聯動體系;在一定條件下,當大氣與陸地生態系統破壞到一定程度,也能誘發水汙染。汙水氮磷管理及其減排措施對生物地球化學過程及環境系統可持續性的影響亟待闡明。但是,解決這一關鍵科學問題尚缺乏能夠從系統集成角度出發、且基于技術、空間和時間維度互饋的科學評估方法。

      對此,研究團隊開發出能夠深度融合人口發展、城市化、飲食習慣、水與衛生基礎設施發展水平等關鍵社會、經濟、技術、環境數據的綜合評估模型(IDEAS);在此基礎上,研究團隊利用IDEAS模擬了1990–2050年五大洲173個國家汙水收集與處理設施發展對減少氮磷點源排放的環境影響及效應。研究顯示,汙水設施建設與技術升級可有效減少氮磷進入淡水和沿海水體。但是,汙水氮磷排放貢獻呈現顯著的時空異質性(圖1),這主要由人口基數與人均氮磷排放水平的時空差異共同決定;其中,高人均氮磷排放水平與該區域(或時期)的高人均膳食蛋白攝入量、低衛生設施覆蓋率、不完善的汙水處理系統等因素相關。

      文章还结合了地球环境容量阈值(planetary boundary)对污水基础设施发展的宏观环境影响及驱动因子进行系统评估(圖2)。结果显示,从20世纪末到21世纪中叶,全球生活污水氮磷排放的重点区域正从东亚和中亚国家转向以西非等人口激增、膳食摄入量提高、而水与卫生设施落后为代表的欠发达地区和国家。与此同时,污水集中强化处理产生的能耗、药剂及衍生污染将导致污水氮磷排放的环境影响热区从水体富营养化转移到温室气体排放、气溶胶负荷升高、化学污染、水资源消耗、平流层臭氧耗竭和生物多样性流失等方面,其中,人口基数及其分布以及消费者饮食习惯是关键的驱动因子。

      文章認爲,汙水氮磷排放格局的演變、氮磷減排措施的效應轉移均將深刻影響汙水處理行業的未來發展。目前實現汙水氮磷有效減排且避免效應轉移的可行方法是重構汙水處理與管理體系,研發以氮磷回收利用爲導向的汙水處理綠色技術,構建有效減少衍生汙染、降低環境影響的汙水治理全系統調控策略。與此同時,文章呼籲通過多渠道引導消費者養成環境友好的飲食習慣和膳食結構。

      中國科學院生态环境研究中心王旭副研究员是该论文的第一作者兼通讯作者。研究工作得到英国皇家学会牛顿学者基金、国家自然科学基金、北京市科技新星、北京市高创计划青年拔尖人才、中國科學院青年创新促进会等资助。

      1 生活汙水氮磷排放的時空格局:a)全球排放總量;(b)五大洲173個國家的氮磷排放量;(c)典型區域和國家的人均生活汙水氮排放水平 

    2 基于地球環境容量阈值的汙水氮磷減排及其環境影響:

    a)全球尺度;(b)洲際尺度 

     

    論文信息:

    Xu Wang*, Glen Daigger, Wim de Vries, Carolien Kroeze, Min Yang, Nan-Qi Ren, Junxin Liu, David Butler. Impact hotspots of reduced nutrient discharge shift across the globe with population and dietary change. Nature Communications, 2019, 10: 2627. DOI: 10.1038/s41467-019-10445-0

     

    全文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-10445-0

     

    水汙染控制實驗室

    環境水質學國家重點實驗室

    2019年6月14日

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