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【国外E览】营养物质污染: 对水道的持续威胁
发?#38469;?#38388;: 2016-06-29 17:41:45| 作者:本站编辑| 来源: 本站原创

1972年通过的《净水法案》(Clean Water Act)遏制了大量有毒有机污染物进入水道,大大改善了地表水的状况。但是42年之后,我们仍然未能显著减少河流、湖泊和海岸的两种主要污染物:营养氮和磷。尽管自2004年以来美国河流的氮污染总量已经有所下降,但许多水道的氮污染仍然十分严重,此外磷污染的总量明显上升。氮和磷的危害常常发生在源头数百或数千英里之外的地方,这使得氮、磷污染治理颇具挑战性。


为什么氮、磷污染如?#22235;?#20197;得到控制?目前的监管和规划力度是否足以扭转这个局面?


营养物质过剩

营养物污染的基本原理很简单。在自然界氮和?#29366;?#22312;于土壤和水当中,此外氮?#27850;?#22312;于我们呼吸的空气。氮和磷也被人为地添加?#20132;肪持校?#20854;中主要形式是肥料。?#27426;?#36825;些肥?#26174;?#22686;强了田地里作物的生长能力的同?#20445;泊?#36827;了其最终流入的水?#35272;?#34299;类和水生植物的生长。

当氮和磷超过一定水平?#20445;?#20250;导致藻类生长速度超过生态系统的承受范围。藻类死亡的分解过程消?#38590;?#27668;。营养物质污染也会对水下的沉水植物产生影响,但是以另一?#20013;?#24335;?#21644;?#22756;冲蚀形成的富含营养物质的沉积物所形成的不透光表面减少了沉水植物的光照,进而导致其死亡。沉水植物死亡之后的分解过程同样也消?#38590;?#27668;。

大范围的藻类繁殖可完全消耗水体中的氧,这种情况称为缺氧。缺氧杀死几乎所有无法逃离这些所?#20581;?#27515;亡区”的水生生物。弗吉尼亚海洋科学研究?#28023;╒irginia Institute of Marine Sciences)一项正在进行的研究显示,1995年到2007年之间海洋死亡区的面积增加了三分之一。尽管每年夏天在墨西哥湾新形成的缺氧区域面积有所不同,但平均而言,每年缺氧区域为近5500平方英里,约为?#30340;?#29380;格州三分之一的面积。

有害藻华(赤?#20445;?#20135;生的毒素?#37096;?#20197;直接威胁人类健康。如果吸入或接触这些毒素,可引起皮肤刺激、胃痉挛、呕吐、恶心、腹泻、发烧、头痛、肌肉或关节疼痛、口腔水疱和肝损伤。当地水处理厂可能缺乏必需的设备对饮用水中的这些毒素进行清除。在这种情况下,只要供应水源中存在毒素,唯一一个安全的办法就是寻找其他饮用水的来源。2014年8月发生的事件就是一个例子,当时数10万托莱多市(Toledo)?#29992;?#38754;临“无水可饮”的局面。赤潮也对娱?#20013;?#25429;鱼、商业捕鱼、商?#24471;?#26131;和旅?#25105;?#26377;严重的经济冲击。美国环境保护署(EPA)估计,每年仅赤潮造成的捕鱼和划船活动减少?#36879;?#32654;国旅?#25105;?#24102;来了近10亿美元损失。 

根据EPA最新的国内河流和溪流评估(National Rivers and Streams Assessment),如果按支持水生生物存活的能力来衡量水体质量,则美国约40%的河流和溪流磷水平升高,28%氮水平升高。而这些营养物质来自哪里呢?磷和氮的主要来?#35789;?#38750;点源污染——各种来源的污染?#27426;?#25193;散,最终累积成了流域层面的营养物质污染问题。

尽管各个流域的营养物质相对污染量有所不同,但一般来?#24471;?#22269;水道的非点源营养物质污染最主要还是来自农田的肥料和动物粪便浸出物。其他非点源营养物质污染包括暴雨积水夹带草坪肥料?#32479;?#29289;粪便形成的地表径流以及大气?#20004;?#29289;,其中大气?#20004;?#29289;中的营养物质污染很大一部分来自机动车尾气和?#27982;骸⑷加?#30005;厂排放的废气。

个体农场?#37096;?#33021;是点状污染源之一,这取决于他们是否直接将污水排放到水道中。联邦政府通过国家污染物排放消除系统对点状污染源进行控制,尽管自20世纪70年代以来这一系统显著降低了营养物质的排放量,?#27426;?#22312;污水中仍含有由人的粪便、食物、某些肥皂及洗涤剂带来的大?#24247;?#21644;磷,而在污水处理过程?#32961;?#19981;能完全去除这些氮和磷。此外,技术?#19979;?#21518;的污水处理厂仍是相当部分的营养物质点源污染。


最大日负荷总量方法(TMDL)

营养物质污染范围广、来源多,因此,美国政府要解决营养物质污染问题面临着政治、技术以及经济上的挑?#20581;?972年通过的《净水法案》及后续的修改法案对点源排放的许多化学污染物设置了具体数字限值,?#27426;?#30967;和氮并不在监管的名单上。此外,该法案也没?#24515;?#20837;对非点源污染的监管。

《净水法案》第303节要求各州提交其辖区内受污染损害和威胁的水体清单,并确定建立TMDL的优?#20154;承頡MDL是通过计算在符合联邦水质标准条件下,该水体所能承受的污染物最大负荷量。TMDL是为反映如何使用特定水体而制定的。例如,对提供饮用水的湖泊可能会比仅用于娱乐的湖泊磷含量限制更严格。因此,虽然联邦政府没有对氮、磷污染进行统一限制,但可以把它们作为TMDL实施计划的一部分进行管理。

上世纪70年代和80年代,由于政府重点致力于将点源污染纳入《净水法案》,很大程度上忽视了TMDL方法。?#27426;?#36817;年来,政府的注意力已经转向建立TMDL,以处理点源污染之外的其他污染源。

但建立TMDL的步骤不仅耗时而且昂贵。各州必须首先确定哪些水体?#29615;?#21512;《净水法案》,然后确定建立TMDL的优?#20154;承頡?#30001;于缺乏?#24335;?#21644;人才,大多数的州机构仅能对一小部分水域进行足够稳定的检测以发现水的质量问题。

第三个步骤是为每种污染物建立TMDL。这一步可能需要花好几年,特别是像切萨皮克湾(Chesapeake Bay)这样的大型水体,切萨皮克湾流域包括6个州和哥伦比亚特区6.4万平方英里的面积。该地区的有关部门通过开会敲定目标、行动和时间表。拟议的限?#24403;?#39035;提交给EPA以获批准。2000年开?#25216;?#21010;在切萨皮克湾建立TMDL,直到2010年EPA?#25490;?#20934;了该计划(切萨皮克湾的TMDL?#23548;?#19978;是由92个切萨皮克湾潮段的小TMDL组成。)

最后,TMDL必须付诸?#23548;?#20943;少污染的目标是分阶段的,同样,在EPA批准TMDL计划之后可能需要好几年实现这一目标。就切萨皮克湾的TMDL而言,预计2017年将实现60%减少营养物?#32479;?#31215;物的目标,2025年实现100%目标。?#27426;?#21644;大多数相同性质的复杂计划一样,?#23548;?#30340;达标可能需要更长的时间,而?#39029;?#26412;是惊人的。例如,马里兰州如果要全面落实其管辖范围内的切萨皮克湾TMDL,预计花费如下:农场主需要9.28亿美元,市政污水系统需要23.7亿美元,暴雨积水系统需要73.9亿美元,化粪池升级需要37.2亿美元。


最佳管理措施

处理营养物污染的手段不只限于TMDL。包括由美国农业部管理的美国土地休耕保护计划(Conservation Reserve Program, CRP)在内的联邦项目,给环境敏感土地退耕,实施植被保护措施的农场主直接支付补贴。EPA为各州提供资助,以修建、升级污水处理厂或支持州内各种非点源污染管理项目。

我们使用各种最佳管理措施(best management practices, BMP)减少来自城市的营养物质污染。蓄滞洪区、人工湿地、植物洼地以及生物?#22303;?#35774;施(如雨园)等技术都可?#26434;?#20110;减慢暴雨积水,在营养物质进入水道之前进行生物?#21040;狻?#20943;少发达地区营养物质地表径流的措施包括扫集落叶、狗粪?#25353;?#21644;草坪肥料禁磷。而农业上采用的BMP完全不同,但已被证明有效,其中包括冬季种植土地覆盖作物、优化施肥时机和用量以及在河流沿岸建立植被缓冲区。

?#27426;词?#32463;过几十年的研究,氮和磷在环?#25345;?#22914;何相互作用这一领域仍然有许多未知。例如,最近关于苏必利尔湖(Lake Superior)的研究提示,降低磷负荷可能?#23548;?#19978;降低了水生生物从水中去除氮的能力。?#27426;?#20316;者指出,“这不应该被视为放松[磷]控制措施的理由。?#27605;?#21453;,他们写道,该研究结果提示我们需要更多关注对氮、磷污染的联合控制——他们补充道,由于氮污染源往往比磷污染源更分散,联合控制很有挑战性。

在农场主方面,政府的重心一直放在鼓励农场主自愿采用低污染的措施。这些方法通常使用财务、教育?#22270;?#26415;援助作为刺激物。?#27426;?#35843;查表明,在关键的农业州如爱荷华州,总体参与?#24335;系停?#32780;在参与的农场主中,在植被保护方面的投?#26159;?#23567;。根据2011年对爱荷华州农场主的一项民意调查,非盈利性的爱荷华政策项目的?#29615;?#25253;告指出,51%的受访者在过去的10年中没有植被保护方面的支出,超过三分之一的受访者对许多爱荷华州的植被保护项目并不知情。

报告进一步指出,在联邦CRP中农场主少报了他们的土地面积。“爱荷华州纳入CRP的土地正在下降,从2007年的1,970,486英亩到2012年的1,525,012英亩,下降了近四分之一。”他们写道。“CRP登记土地量的下降与酒精的暴涨和玉米价格的上涨相吻合,这表明农场主重视经济效应这一底线影响其采取保护耕地措施的意愿。当[政府]的补贴低于租金?#20445;?#20445;护耕地的做法很难实施。”

点源?#22836;?#28857;源之间的营养物质(污染)交易是成本分摊的一种替代方?#20581;?#22312;这种自发的系统,农场主通过实施减少营养物质负荷的环境保护措施来积累和转?#20013;?#29992;。在同一流域的污水处理厂,通过购买农场主的信用而不是投资新技术,?#21019;?#21040;联邦政府降低营养物质排放量的要求。

在长?#21644;?#19968;片流域有许多污水处理厂?#22242;?#22330;,因此营养物质(污染)交易实施效果很好。Patrick Parentea是佛?#21830;?#27861;学院的法学教授,也是环境和自然资源法?#28903;?#25152;的高级顾?#21097;?#20182;指出目前在点源之间进行营养物质(污染)交易,主要集中在?#30340;?#29380;格州公共水处理工作场所。“已经有一些关于将非点源污染纳入方案的对话,”他说,“但时机还?#24576;?#29087;。”

但在其他流域如伊利湖西部的莫米谷(Maumee Valley),农场比仅有的几个污水处理厂排放的营养物质多得多,所以营养物质(污染)交易的机会有限。此外,营养物质(污染)交易项目很复杂,也需要时间来建立。

“农场主对营养物质(污染)交?#20934;?#24515;怀希望又感到失望,” 宾夕法尼亚农业局政府事务顾问John Bell说,“宾夕法尼亚州建立一套合理的营养物质(污染)交易基本规则,但?#35789;?#36825;样,也很难?#38376;?#22330;主对营养交易?#34892;?#36259;,因为他们采取环境保护措施得到的信用很有限。”他解释说,一个农场主可能采取措施减少了对流经其农场的溪流100磅的氮排放,但所获得的营养物质(污染)交易信用值只是可能对数百英里以外的水域产生影响。“很少有减少非点源污染的措施对整片流域有立?#22270;?#24433;的效果?#20445;?#20182;说,“常常在开?#38469;?#26045;措施若干年之后还是无法衡?#31185;?#25928;果的好坏。”

一些专家认为,如果不设具体的氮和磷的水质标准,降低营养物质污染的努力将会落空。现在,近一半的州已经至少在州内一些水体建立了氮和/或磷具体的限值。夏威夷是唯一一个州为所有类型水体建立了完善的氮、磷含量标准。这些州是否能够保持和执行有意义的标准?#26434;写?#35266;察。


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