国内外湖泊富营养盐基准的研究进展解读
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国内外湖泊富营养盐基准的研究进展
陈波
（同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092）
摘要：制定可行的湖泊富营养盐基准是制定我国湖泊富营养盐控制标准的理论基础和重要依据，但我国湖泊富营养盐基准的研究还没有深入系统的展开。本文详细介绍了国内外湖泊富营养盐基准的研究进展，分析了我国富营养基准研究中存在的问题，并针对我国湖泊富营养化的现状和湖泊流域的自然特征，提出我国制定湖泊富营养盐基准的建议。最后提出我国湖泊富营养化基准的研究展望。
湖泊营养物基准制定过程中最为核心的内容是确定生态分区的营养物指标和参照状态。以下是国外湖泊营养物基准制定过程中指标的选取和参照状态的确定方法。
2.2.1营养物指标的选取
湖泊营养物基准指标主要包括营养物变量(磷、氮)、生物学变量(有机碳、叶绿素a、透明度、溶解氧、大型植物、生物群落结构)和流域特征(土地利用)等[15]。能够反映湖泊富营养状态的变量很多，但只有部分指标可用于评价营养状态，不同的国家和地区所选取的指标也不同[16]。美国环保局(2000)推荐采用原因变量(TP、TN)和反应变量(Chl-a、SD)，但允许州或部落也可根据适用性对信息进行筛选，将其他变量增加到基准指标变量中[15]。
2.1国内研究进展
近年来，我国湖泊富营养化事件频发，在应对这些重大湖泊污染事件时，已明显暴露出我国对湖泊Hale Waihona Puke Baidu境质量特征与过程方面认识的不足，在污染物生态与健康效应等方面的基础储备不够。湖泊富营养盐基准是对湖泊富营养化进行评估、预防、控制和管理的科学基础。但是我国至今还没有针对湖泊富营养化特点的富营养盐基准。
湖泊富营养盐基准的确定过程包括环境暴露、效应识别和风险评估3个关键环节，而污染过程与机理、污染物的生态和健康毒理效应、及生态与健康风险评估是确定过程中的三个重要方面。在污染机理和过程方面，我国已有科学家就湖泊富营养盐基准作了有益的探索[11-13]；在污染物的生态和健康毒理效应，湖泊富营养化条件下(高氮磷营养水平、有机物和生物质)的复合污染过程及生态与健康效应研究基础薄弱，目前难以准确评估中国大面积富营养化湖泊或水体的污染程度及其对生态系统和人体健康的影响，尽管复合污染的表征研究已有较多的进展，但考虑到中国富营养化水体的普遍性，不同营养水平湖泊污染过程与机理，水生态系统生态与健康效应的响应机理尚缺乏系统研究[14]；在生态与健康风险评估方面，我国湖泊富营养化过程复杂，污染过程和生态与健康效应不清，重点湖泊富营养化条件下的生态与健康风险评估还没有系统深入的研究，此课题应成为湖泊富营养盐基准研究的关键或者前沿领域方向[4]。总体来说，国内关于湖泊营养盐基准的研究仍然比较零散，至今还没有国家主管部门颁布的湖泊富营养盐基准规范。因此，开展湖泊富营养盐基准研究是保护湖泊水生态系统、完善和健全水环境基准体系的要求。
关键词：湖泊、富营养盐、基准、营养物指标、参照状态
1.前言
湖泊及其流域是最适宜人类繁衍生息和社会经济发展的重要场所和水源地，具有航运、灌溉、调节洪水和旅游等多种功能。随着工业化、城市化进程的不断推进，我国湖泊流域内的工农业不断发展，人民生活水平不断提高。但是片面的追求经济利益、不合理的开发利用的行为，导致污水的排放量逐年增加，使得水体中氮磷的浓度也随之增加，湖泊水环境恶化，生态功能严重退化。根据对我国131个主要湖泊的调查显示，N、P营养盐严重超标的湖泊有67个，占调查湖泊的51.2%[1]，表明我国湖泊的富营养化问题突出，已成为流域经济和社会可持续发展的障碍，政府部门应加大对富营养湖泊的治理力度。
近几十年来，国内外学者们围绕湖泊营养物质的循环分布特征、理化因子与初级生产力关系、营养盐生态动力学过程等方面开展了大量的研究工作，为了解富营养化的发生过程提供了重要的理论基础[5-9]。然而如何吸收利用相关研究成果，从营养盐基准制订的角度分析相关的科学基础问题，提出有效的操作方式和方法，对此国内学术界的关注和系统研究显然不够。同时，学术方面尚存的差异、复杂的湖泊富营养化机制、地理区域和自然特征的差异以及不同定位(学术和管理)的研究需求和手段差异，亦使我国湖泊营养盐基准的制订难度加大。
2.2国外研究进展
美国1998年制定了区域营养物基准的国家战略，此后八年先后编制完成了湖泊/水库(2000年4月)、河口海岸(2001年10月)、河流(2006年7月)和湿地(2006年12月草案)的营养物基准技术指南，并首先制定一级分区湖泊营养物基准，各州根据营养物基准技术指南陆续制定本州的营养物基准[15]。欧洲各国也在分别制定湖泊营养物基准。美国在制定湖泊营养物基准中，首先建立区域技术协作组，创建合适的数据库，划分营养物生态分区，同时对湖泊进行分类(含地理性与非地理性分类)然后对各生态分区及湖泊/水库类型筛选候选变量、确定指标，建立参照状态，最后通过专家评价和考虑保护特定用途与对下游的影响等因素确定分区的湖泊营养物基准[15]。
与发达国家相比，我国水质基准特别是湖泊营养物基准研究极为薄弱，主要参考国外的相关基准值，但由于水生生物区系具有地域性，代表性物种不同，其它国家的水质基准不能够完全反映中国的水生生物保护的要求，所以如果参考其它国家的水质基准来制定我国的水质标准，将会降低我国水质标准的科学性，导致保护不够或过分保护的可能性[10]。
2.湖泊营养盐标准的研究进展
湖泊营养物基准是湖泊富营养化控制标准的理论基础和科学依据，一些发达国家已经制定或正在制定地表水的营养物基准。湖泊富营养盐基准研究主要是在揭示区域湖泊水环境富营养化特征，阐述湖泊富营养化过程、机理及生态毒理效应，强调在营养盐的物理、化学和生物过程及其生态健康影响机理研究的基础上，建立区域湖泊富营养盐基准的理论、技术和方法[4]。
营养盐基准是指以保护人类健康和生态平衡为目的，用可信的科学数据表示水中营养物质的允许浓度或者间接表示水中营养物浓度的相关理化和生物指标的数值[2]。湖泊富营养盐基准是湖泊富营养化控制标准的理论基础和科学依据，而制订湖泊营养盐标准的目的是为了对湖泊的营养状态进行评价，以便根据评价结论采取合理的治理措施，防治湖泊营养化程度的加深[3]。本文将系统介绍国内外湖泊营养盐基准的研究进展，并针对我国湖泊富营养化的具体情况，提出制定我国湖泊富营养盐基准的建议，以期为分区制定我国湖泊营养盐基准提供方法借鉴。
陈波
（同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092）
摘要：制定可行的湖泊富营养盐基准是制定我国湖泊富营养盐控制标准的理论基础和重要依据，但我国湖泊富营养盐基准的研究还没有深入系统的展开。本文详细介绍了国内外湖泊富营养盐基准的研究进展，分析了我国富营养基准研究中存在的问题，并针对我国湖泊富营养化的现状和湖泊流域的自然特征，提出我国制定湖泊富营养盐基准的建议。最后提出我国湖泊富营养化基准的研究展望。
湖泊营养物基准制定过程中最为核心的内容是确定生态分区的营养物指标和参照状态。以下是国外湖泊营养物基准制定过程中指标的选取和参照状态的确定方法。
2.2.1营养物指标的选取
湖泊营养物基准指标主要包括营养物变量(磷、氮)、生物学变量(有机碳、叶绿素a、透明度、溶解氧、大型植物、生物群落结构)和流域特征(土地利用)等[15]。能够反映湖泊富营养状态的变量很多，但只有部分指标可用于评价营养状态，不同的国家和地区所选取的指标也不同[16]。美国环保局(2000)推荐采用原因变量(TP、TN)和反应变量(Chl-a、SD)，但允许州或部落也可根据适用性对信息进行筛选，将其他变量增加到基准指标变量中[15]。
2.1国内研究进展
近年来，我国湖泊富营养化事件频发，在应对这些重大湖泊污染事件时，已明显暴露出我国对湖泊Hale Waihona Puke Baidu境质量特征与过程方面认识的不足，在污染物生态与健康效应等方面的基础储备不够。湖泊富营养盐基准是对湖泊富营养化进行评估、预防、控制和管理的科学基础。但是我国至今还没有针对湖泊富营养化特点的富营养盐基准。
湖泊富营养盐基准的确定过程包括环境暴露、效应识别和风险评估3个关键环节，而污染过程与机理、污染物的生态和健康毒理效应、及生态与健康风险评估是确定过程中的三个重要方面。在污染机理和过程方面，我国已有科学家就湖泊富营养盐基准作了有益的探索[11-13]；在污染物的生态和健康毒理效应，湖泊富营养化条件下(高氮磷营养水平、有机物和生物质)的复合污染过程及生态与健康效应研究基础薄弱，目前难以准确评估中国大面积富营养化湖泊或水体的污染程度及其对生态系统和人体健康的影响，尽管复合污染的表征研究已有较多的进展，但考虑到中国富营养化水体的普遍性，不同营养水平湖泊污染过程与机理，水生态系统生态与健康效应的响应机理尚缺乏系统研究[14]；在生态与健康风险评估方面，我国湖泊富营养化过程复杂，污染过程和生态与健康效应不清，重点湖泊富营养化条件下的生态与健康风险评估还没有系统深入的研究，此课题应成为湖泊富营养盐基准研究的关键或者前沿领域方向[4]。总体来说，国内关于湖泊营养盐基准的研究仍然比较零散，至今还没有国家主管部门颁布的湖泊富营养盐基准规范。因此，开展湖泊富营养盐基准研究是保护湖泊水生态系统、完善和健全水环境基准体系的要求。
关键词：湖泊、富营养盐、基准、营养物指标、参照状态
1.前言
湖泊及其流域是最适宜人类繁衍生息和社会经济发展的重要场所和水源地，具有航运、灌溉、调节洪水和旅游等多种功能。随着工业化、城市化进程的不断推进，我国湖泊流域内的工农业不断发展，人民生活水平不断提高。但是片面的追求经济利益、不合理的开发利用的行为，导致污水的排放量逐年增加，使得水体中氮磷的浓度也随之增加，湖泊水环境恶化，生态功能严重退化。根据对我国131个主要湖泊的调查显示，N、P营养盐严重超标的湖泊有67个，占调查湖泊的51.2%[1]，表明我国湖泊的富营养化问题突出，已成为流域经济和社会可持续发展的障碍，政府部门应加大对富营养湖泊的治理力度。
近几十年来，国内外学者们围绕湖泊营养物质的循环分布特征、理化因子与初级生产力关系、营养盐生态动力学过程等方面开展了大量的研究工作，为了解富营养化的发生过程提供了重要的理论基础[5-9]。然而如何吸收利用相关研究成果，从营养盐基准制订的角度分析相关的科学基础问题，提出有效的操作方式和方法，对此国内学术界的关注和系统研究显然不够。同时，学术方面尚存的差异、复杂的湖泊富营养化机制、地理区域和自然特征的差异以及不同定位(学术和管理)的研究需求和手段差异，亦使我国湖泊营养盐基准的制订难度加大。
2.2国外研究进展
美国1998年制定了区域营养物基准的国家战略，此后八年先后编制完成了湖泊/水库(2000年4月)、河口海岸(2001年10月)、河流(2006年7月)和湿地(2006年12月草案)的营养物基准技术指南，并首先制定一级分区湖泊营养物基准，各州根据营养物基准技术指南陆续制定本州的营养物基准[15]。欧洲各国也在分别制定湖泊营养物基准。美国在制定湖泊营养物基准中，首先建立区域技术协作组，创建合适的数据库，划分营养物生态分区，同时对湖泊进行分类(含地理性与非地理性分类)然后对各生态分区及湖泊/水库类型筛选候选变量、确定指标，建立参照状态，最后通过专家评价和考虑保护特定用途与对下游的影响等因素确定分区的湖泊营养物基准[15]。
与发达国家相比，我国水质基准特别是湖泊营养物基准研究极为薄弱，主要参考国外的相关基准值，但由于水生生物区系具有地域性，代表性物种不同，其它国家的水质基准不能够完全反映中国的水生生物保护的要求，所以如果参考其它国家的水质基准来制定我国的水质标准，将会降低我国水质标准的科学性，导致保护不够或过分保护的可能性[10]。
2.湖泊营养盐标准的研究进展
湖泊营养物基准是湖泊富营养化控制标准的理论基础和科学依据，一些发达国家已经制定或正在制定地表水的营养物基准。湖泊富营养盐基准研究主要是在揭示区域湖泊水环境富营养化特征，阐述湖泊富营养化过程、机理及生态毒理效应，强调在营养盐的物理、化学和生物过程及其生态健康影响机理研究的基础上，建立区域湖泊富营养盐基准的理论、技术和方法[4]。
营养盐基准是指以保护人类健康和生态平衡为目的，用可信的科学数据表示水中营养物质的允许浓度或者间接表示水中营养物浓度的相关理化和生物指标的数值[2]。湖泊富营养盐基准是湖泊富营养化控制标准的理论基础和科学依据，而制订湖泊营养盐标准的目的是为了对湖泊的营养状态进行评价，以便根据评价结论采取合理的治理措施，防治湖泊营养化程度的加深[3]。本文将系统介绍国内外湖泊营养盐基准的研究进展，并针对我国湖泊富营养化的具体情况，提出制定我国湖泊富营养盐基准的建议，以期为分区制定我国湖泊营养盐基准提供方法借鉴。