溢流污染 | 污水排放对全球海洋的氮通量贡献

导言：去年，联合国气候大会（COP26）在英国格拉斯哥已闭幕，可以说是同时期最为关注的一个大事件。实际上，人们在关注COP26是否能达成里程碑式的碳减排文件和共识的同时，英国去年底还发生了一件热度较高的与环境有关的事件，引起了英国学者和民众与政府的博弈。事件起因是英国众议院在10月份否决了控制污水溢流污染的提议，当时给出的理由是“太花钱”，这引起了民众、学者包括支持该议题的部分官员的强烈不满和反对，英国各大媒体也充斥着对政府继续放任水务公司污染溢流的反对和讨伐。继而，在去年11月8号，英国政府来了个大转弯并作出承诺通过立法强制水务公司应对溢流污染问题。英国老工业城市污水系统发展较早，目前面临着老化更换任务重但投资却跟不上的窘境，管道改造跟不上导致的问题即是携带者大量污染物的污水溢流进自然水体，给生态环境和居民健康带来了很大的威胁。那因人类活动导致的污水排放到环境中的污染物量到底有多少呢？城市发展的同时，我们投资建设的污水处理厂有没有很好地对污染物截留，这些设施对环境保护的贡献又有多大呢？这可能是我们更为关注的问题。去年，来自加利福尼亚大学和哥伦比亚大学的几位学者基于数据统计和处理，绘制了全球范围内人类活动导致的污水排放进入海洋的污染量（主要是氮和病原菌），通过收集汇入海洋河流的污染物通量，分析确定了不同国家流域河流的污染物通量，或许可以给我们一些答案。

污水排放对海洋氮通量的贡献

研究人员在全球尺度上基于2015年的人口量、密度、饮食类型、城镇类型、污水处理设施覆盖率，以及污染物在河流中的稀释去除等信息，统计分析了因人类活动导致的氮和病原菌流入海洋的量，以及全球不同流域各自的贡献大小。借助于高清分辨信息地图（分辨率为1×1 km2，包括人口、密度、污水处理设施等），研究人员对全球高达135000条河流输入海洋的氮和病原菌进行了统计分析。为了更好地区分污水来源的不同，研究人员依据WHO-UNICEF 2017JMP数据库对各个区域的污水处理程度分为三类：直接排放（无处理）、简单化粪池出水和处理出水。

统计结果显示，因污水排放导致的人类活动对海洋氮的贡献量为6.2Tg-N（即6.2×1012g），大概是因农业生产导致的氮输入量的45%。如果按污水的来源分类来看，63%的氮来自污水处理出水、5%来自化粪池，而剩余32%则来自污水的直接排放。也就是说，进入全球海洋的氮中有不到三分之一来自未经处理的污水，其余的则是经过处理的和化粪池的出水。由于全球大部分国家对污水处理出水中氮的要求并不像磷那么严格，加之如此大体量的污水，即使污水处理设施覆盖率较高，污水厂出水对海洋中氮的贡献依然非常显著。如果从排放的区域贡献来看，仅仅25条流域贡献了其中的46%氮排放量，体现了不同流域氮排放的不均匀性，而这些流域主要集中在一些新兴经济体，包括印度、韩国和中国，同时，文章特别提到，仅长江流域对海洋氮的输入贡献就高达11%（依据为2015年数据，而我国从当年发布了《水污染防治行动计划》）。但是，如果考虑到流域尺度和人口密度，归一化后的结果显示地中海地区、美国沿岸的比氮排放最高。

对于海洋生态环境来说，过高的氮输入则会产生很大环境问题。首先，高氮废水进入沿海生态系统将会导致藻类水华，随着藻类的分解，藻类水华反过来会耗尽水中的溶解氧水平，进而导致鱼类死亡，使沿海生态系统遭到破坏；此外，伴随着还会将除草剂和杀虫剂等物质带入系统，当然还有塑料。需要注意的是，本文的统计分析基于2015年数据，而在那一年我国相继实施了“水十条”、长江生态大保护等政策或战略规划，其氮承载量及对海洋氮通量的贡献或许已经降低了很多。

继而研究人员对全球的海洋输入氮分布图进行了解释，通过关联饮食数据，研究人员发现不同地区氮排放量相关的最令人惊讶的变量是当地饮食中的肉类量。通过对比长江和雅鲁藏布江对海洋氮的贡献通量可知，长江要比预期的贡献更多的氮通量，而这与长江沿岸居民饮食构成中肉类上升快有关系。可以归因于当地肉类饮食习惯和用量。我们吃的汉堡越多，排泄物中的氮就越多，对沿海栖息地的影响就越大。

如上图所示，由于人口增长或饮食结构的改善，肉类需求逐年递增，2020年全球肉类消耗量相比90年增长了一倍多，而且预测仍然保持持续增长。实际上，关于肉类饮食与环境的相关性不仅仅存在于海洋氮输入量。肉类饮食上升与温室气体排放也密切相关。据估计，由于肉类消耗量的增加，食品行业在2050年左右的碳排放量将会增加60%。因此，如何平衡我们对饮食改善的需求及环境保护似乎也是需要考虑和解决的矛盾之一，而可能的解决途径包括基于植物或单细胞为基础的替代肉品，以减少牲畜量；另外还包括绿色畜牧，像motral的产品或红海藻这样的饲料添加剂可以有效减少牛的甲烷排放，或者也可以在它们的饲料中加入更多的脂肪和蛋白质进而减少甲烷的排放。