单一总氮控制对赤潮防治收效甚微海域综合治理仍需多元协同
发布日期:[2023-01-31] 浏览

2022年1月,生态环境部等7部门联合印发《重点海域综合治理攻坚战行动方案》,其中要求加强沿海城市固定污染源总氮排放控制和监管执法,但对其他入海污染物却并没有涉及。单一总氮控制对赤潮防治收效甚微。以浙江省为例。根据《2021年中国海洋生态环境状况公报》,2021年浙江省直排海污染源污水总氮排放17160吨,较2020年下降238吨。但2021年浙江海域赤潮发生天数共计75天,较2020年增加6天,赤潮面积4807平方公里,较2020年上升3537平方公里。尽管总氮排放量下降,但赤潮持续时间更长,涉及范围更大。总氮控制条件下赤潮防治收效甚微,主要涉及三方面原因:

一、赤潮优势物种适应低氮环境。引发海洋赤潮现象的生物绝大多数都是单细胞藻类。藻类细胞的化学组成并不是恒定不变的,而是会随其生存环境的变化而发生相应的改变 。在藻类细胞内普遍存在有“营养库”,在营养丰富条件下,可以过量储存某些营养元素,如氮、磷 、锌 、铁 等,以供长期使用。藻类细胞的营养储存现象有利于藻类克服外界环境的变化,度过营养盐缺乏时期。以我国赤潮优势物种东海原甲藻为例,在缺氮情况下,细胞内“营养库”中的氮可以保障其41.5天的正常生活、繁殖等需求。

二、赤潮伴生物种具备固氮能力。蓝藻是赤潮优势物种(如甲藻)的伴生物种,具备固氮能力,即便在缺氮环境下,蓝藻能够将空气中的氮气转化为铵盐,最终被生态系统吸收利用。我国东海、南海、长江口、珠江口等海域均发现蓝藻与赤潮其他物种伴生现象,蓝藻的固氮能力为海洋生态系统,特别是藻类繁殖和赤潮发展提供了营养条件。导致即便在严格总氮营养控制的情况下,赤潮物种依然能正常生长。

三、海域大气降水提供额外氮源。由于大气中含氮盐类含量丰富,主要以铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐形式存在。如我国东海海域每年通过降水,可输入含氮盐达99万吨。而上海、浙江、福建三省市直排海污染源总氮年输送量仅2.7万吨,前者远远高于后者,入海排污口并非氮输入主要途径。

建议在总氮控制基础上,进一步针对赤潮爆发必需的营养元素和微量元素加强协同控制,从而加强赤潮治理效果:

一、磷限制。一是藻类对磷的耐受远远低于氮的耐受。以我国赤潮优势物种东海原甲藻为例。在缺氮情况下,东海原甲藻能正常生长和繁殖41.5天,但缺磷情况下,只能正常生长和繁殖4.3天,两者相差9.6倍。因此,磷的控制比氮的控制对藻类生长繁殖影响更加明显。二是海洋磷元素来源单一,几乎全部由陆地汇入。海洋生物没办法从空气中得到磷元素的补充。尽管降雨等因素也可以造成磷元素从大气向海洋输入,但跟氮元素相比,总量极低。以东海为例,通过大气(降水)向海洋输送的氮总量,达到磷的279倍。建议切断海洋磷元素的补充途径,加强入海总磷管控,特别是农业源、养殖源管控,实施总量削减。

二、锌限制。锌是藻类光合作用和代谢相关酶类的组成成分,如碳酸醉酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶等。如果没碳酸醉酶,藻类的光合和生长速率就会大大降低。海洋藻类对游离锌浓度正常需求为氮/锌比例达到8000:1。但通常在海洋水体中游离的锌离子浓度较低,不能满足这个比例,所以锌元素的缺乏更能限制海洋藻类生长,特别是在高营养盐(氮)输入,但缺乏充足微量元素的区域。如我国东海海域,在夏季赤潮高发季,氮/锌比例高达59090:1。建议将锌排放列入我国入海排污口监管因子,加强水质锌含量监测,并制定削减计划。合理控制养殖行业含锌兽药、饲料的使用。同时,对涉锌行业,特别是金属冶炼行业大气污染排放标准进行修订,进一步控制大气中铁的排放,减少气源的输入。

三、铁限制。铁是海洋浮游植物生长所需的微量营养元素 ,也是引发近岸赤潮的重要因素之一。地壳中铁含量丰富而海水中游离态铁的浓度却很低。浮游生物只能利用游离态的铁,对沉积态的铁无法吸收利用,因而在许多大洋中出现了高营养盐、低叶绿素(藻类)海区。东海、辽东湾、长江口、杭州湾、珠江口等近岸海域近岸区域氮元素含量较高,尤其在东海赤潮高发区,几乎终年都处于富营养化状况。而铁的含量相对较低。以东海为例,海洋浮游植物对营养盐的吸收利用大致遵循氮/铁比为 465∶1,而东海的氮/铁比为 5357∶1,因此,对铁排放的限制更有利于对赤潮的控制。铁是污水处理常用的化学试剂,如绍兴水处理发展有限公司2021年总计在污水中添加69万吨硫酸亚铁(25%浓度),作为絮凝剂用于废水处理。这些废水处理后最终排入杭州湾。建议将铁排放列入我国入海排污口监管因子,加强水质铁含量监测,并制定削减计划,实施工艺改造,用其他盐如铝盐替代铁盐作为污水处理絮凝剂。同时,对涉铁行业,如钢铁行业大气污染物排放标准进行修订,进一步控制大气中铁的排放,减少气源的输入。

四、锰限制。锰是浮游植物生长所必须的元素。锰主要参与藻类光合作用。藻类的光合作用,释放氧气,依靠放氧复合体催化, 放氧复合体核心部分是由 4 个锰原子组成的锰簇, 可以在一些辅助因子的协助下, 将水分子裂解成氧气和氢离子, 并提供电子。在无锰条件下生长藻类无法正常生长繁殖。锰缺乏会导致细胞分裂减慢、类囊体结构破坏、叶绿素的积累减少, 造成光系统功能缺陷。因此,藻类在生长过程中需要从环境中摄入大量的锰。海洋藻类对锰浓度正常需求为氮/锰比例40000:1,但海水中的锰含量相对较低,氮/锰比例超过80000:1。进一步控制锰向海洋的输入有利于赤潮防控。建议将锰排放列入我国入海排污口监管因子,加强入海河流水质锰含量监测,并制定削减计划。促进农业生产中锰肥的合理使用,促进地表水环境质量指标修订,将高锰酸盐指数修订为总有机碳,减少锰的实验室排放。同时,对涉锰工业,如金属冶炼行业大气污染排放标准进行修订,进一步控制大气中锰的排放,减少气源的输入。