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【國外E覽】營養物質污染: 對水道的持續威脅
發布時間: 2016-06-29 17:41:45| 作者:本站編輯| 來源: 本站原創

1972年通過的《凈水法案》(Clean Water Act)遏制了大量有毒有機污染物進入水道,大大改善了地表水的狀況。但是42年之后,我們仍然未能顯著減少河流、湖泊和海岸的兩種主要污染物:營養氮和磷。盡管自2004年以來美國河流的氮污染總量已經有所下降,但許多水道的氮污染仍然十分嚴重,此外磷污染的總量明顯上升。氮和磷的危害常常發生在源頭數百或數千英里之外的地方,這使得氮、磷污染治理頗具挑戰性。


為什么氮、磷污染如此難以得到控制?目前的監管和規劃力度是否足以扭轉這個局面?


營養物質過剩

營養物污染的基本原理很簡單。在自然界氮和磷存在于土壤和水當中,此外氮也存在于我們呼吸的空氣。氮和磷也被人為地添加到環境中,其中主要形式是肥料。然而,這些肥料在增強了田地里作物的生長能力的同時,也促進了其最終流入的水道里藻類和水生植物的生長。

當氮和磷超過一定水平時,會導致藻類生長速度超過生態系統的承受范圍。藻類死亡的分解過程消耗氧氣。營養物質污染也會對水下的沉水植物產生影響,但是以另一種形式:土壤沖蝕形成的富含營養物質的沉積物所形成的不透光表面減少了沉水植物的光照,進而導致其死亡。沉水植物死亡之后的分解過程同樣也消耗氧氣。

大范圍的藻類繁殖可完全消耗水體中的氧,這種情況稱為缺氧。缺氧殺死幾乎所有無法逃離這些所謂“死亡區”的水生生物。弗吉尼亞海洋科學研究院(Virginia Institute of Marine Sciences)一項正在進行的研究顯示,1995年到2007年之間海洋死亡區的面積增加了三分之一。盡管每年夏天在墨西哥灣新形成的缺氧區域面積有所不同,但平均而言,每年缺氧區域為近5500平方英里,約為康涅狄格州三分之一的面積。

有害藻華(赤潮)產生的毒素也可以直接威脅人類健康。如果吸入或接觸這些毒素,可引起皮膚刺激、胃痙攣、嘔吐、惡心、腹瀉、發燒、頭痛、肌肉或關節疼痛、口腔水皰和肝損傷。當地水處理廠可能缺乏必需的設備對飲用水中的這些毒素進行清除。在這種情況下,只要供應水源中存在毒素,唯一一個安全的辦法就是尋找其他飲用水的來源。2014年8月發生的事件就是一個例子,當時數10萬托萊多市(Toledo)居民面臨“無水可飲”的局面。赤潮也對娛樂性捕魚、商業捕魚、商業貿易和旅游業有嚴重的經濟沖擊。美國環境保護署(EPA)估計,每年僅赤潮造成的捕魚和劃船活動減少就給美國旅游業帶來了近10億美元損失。 

根據EPA最新的國內河流和溪流評估(National Rivers and Streams Assessment),如果按支持水生生物存活的能力來衡量水體質量,則美國約40%的河流和溪流磷水平升高,28%氮水平升高。而這些營養物質來自哪里呢?磷和氮的主要來源是非點源污染——各種來源的污染不斷擴散,最終累積成了流域層面的營養物質污染問題。

盡管各個流域的營養物質相對污染量有所不同,但一般來說美國水道的非點源營養物質污染最主要還是來自農田的肥料和動物糞便浸出物。其他非點源營養物質污染包括暴雨積水夾帶草坪肥料和寵物糞便形成的地表徑流以及大氣沉降物,其中大氣沉降物中的營養物質污染很大一部分來自機動車尾氣和燃煤、燃油電廠排放的廢氣。

個體農場也可能是點狀污染源之一,這取決于他們是否直接將污水排放到水道中。聯邦政府通過國家污染物排放消除系統對點狀污染源進行控制,盡管自20世紀70年代以來這一系統顯著降低了營養物質的排放量,然而在污水中仍含有由人的糞便、食物、某些肥皂及洗滌劑帶來的大量氮和磷,而在污水處理過程中并不能完全去除這些氮和磷。此外,技術較落后的污水處理廠仍是相當部分的營養物質點源污染。


最大日負荷總量方法(TMDL)

營養物質污染范圍廣、來源多,因此,美國政府要解決營養物質污染問題面臨著政治、技術以及經濟上的挑戰。1972年通過的《凈水法案》及后續的修改法案對點源排放的許多化學污染物設置了具體數字限值,然而磷和氮并不在監管的名單上。此外,該法案也沒有納入對非點源污染的監管。

《凈水法案》第303節要求各州提交其轄區內受污染損害和威脅的水體清單,并確定建立TMDL的優先順序。TMDL是通過計算在符合聯邦水質標準條件下,該水體所能承受的污染物最大負荷量。TMDL是為反映如何使用特定水體而制定的。例如,對提供飲用水的湖泊可能會比僅用于娛樂的湖泊磷含量限制更嚴格。因此,雖然聯邦政府沒有對氮、磷污染進行統一限制,但可以把它們作為TMDL實施計劃的一部分進行管理。

上世紀70年代和80年代,由于政府重點致力于將點源污染納入《凈水法案》,很大程度上忽視了TMDL方法。然而近年來,政府的注意力已經轉向建立TMDL,以處理點源污染之外的其他污染源。

但建立TMDL的步驟不僅耗時而且昂貴。各州必須首先確定哪些水體不符合《凈水法案》,然后確定建立TMDL的優先順序。由于缺乏資金和人才,大多數的州機構僅能對一小部分水域進行足夠穩定的檢測以發現水的質量問題。

第三個步驟是為每種污染物建立TMDL。這一步可能需要花好幾年,特別是像切薩皮克灣(Chesapeake Bay)這樣的大型水體,切薩皮克灣流域包括6個州和哥倫比亞特區6.4萬平方英里的面積。該地區的有關部門通過開會敲定目標、行動和時間表。擬議的限值必須提交給EPA以獲批準。2000年開始計劃在切薩皮克灣建立TMDL,直到2010年EPA才批準了該計劃(切薩皮克灣的TMDL實際上是由92個切薩皮克灣潮段的小TMDL組成。)

最后,TMDL必須付諸實踐。減少污染的目標是分階段的,同樣,在EPA批準TMDL計劃之后可能需要好幾年實現這一目標。就切薩皮克灣的TMDL而言,預計2017年將實現60%減少營養物和沉積物的目標,2025年實現100%目標。然而和大多數相同性質的復雜計劃一樣,實際的達標可能需要更長的時間,而且成本是驚人的。例如,馬里蘭州如果要全面落實其管轄范圍內的切薩皮克灣TMDL,預計花費如下:農場主需要9.28億美元,市政污水系統需要23.7億美元,暴雨積水系統需要73.9億美元,化糞池升級需要37.2億美元。


最佳管理措施

處理營養物污染的手段不只限于TMDL。包括由美國農業部管理的美國土地休耕保護計劃(Conservation Reserve Program, CRP)在內的聯邦項目,給環境敏感土地退耕,實施植被保護措施的農場主直接支付補貼。EPA為各州提供資助,以修建、升級污水處理廠或支持州內各種非點源污染管理項目。

我們使用各種最佳管理措施(best management practices, BMP)減少來自城市的營養物質污染。蓄滯洪區、人工濕地、植物洼地以及生物滯留設施(如雨園)等技術都可以用于減慢暴雨積水,在營養物質進入水道之前進行生物降解。減少發達地區營養物質地表徑流的措施包括掃集落葉、狗糞裝袋和草坪肥料禁磷。而農業上采用的BMP完全不同,但已被證明有效,其中包括冬季種植土地覆蓋作物、優化施肥時機和用量以及在河流沿岸建立植被緩沖區。

然而,即使經過幾十年的研究,氮和磷在環境中如何相互作用這一領域仍然有許多未知。例如,最近關于蘇必利爾湖(Lake Superior)的研究提示,降低磷負荷可能實際上降低了水生生物從水中去除氮的能力。然而作者指出,“這不應該被視為放松[磷]控制措施的理由。”相反,他們寫道,該研究結果提示我們需要更多關注對氮、磷污染的聯合控制——他們補充道,由于氮污染源往往比磷污染源更分散,聯合控制很有挑戰性。

在農場主方面,政府的重心一直放在鼓勵農場主自愿采用低污染的措施。這些方法通常使用財務、教育和技術援助作為刺激物。然而,調查表明,在關鍵的農業州如愛荷華州,總體參與率較低,而在參與的農場主中,在植被保護方面的投資趨小。根據2011年對愛荷華州農場主的一項民意調查,非盈利性的愛荷華政策項目的一份報告指出,51%的受訪者在過去的10年中沒有植被保護方面的支出,超過三分之一的受訪者對許多愛荷華州的植被保護項目并不知情。

報告進一步指出,在聯邦CRP中農場主少報了他們的土地面積。“愛荷華州納入CRP的土地正在下降,從2007年的1,970,486英畝到2012年的1,525,012英畝,下降了近四分之一。”他們寫道。“CRP登記土地量的下降與酒精的暴漲和玉米價格的上漲相吻合,這表明農場主重視經濟效應這一底線影響其采取保護耕地措施的意愿。當[政府]的補貼低于租金時,保護耕地的做法很難實施。”

點源和非點源之間的營養物質(污染)交易是成本分攤的一種替代方式。在這種自發的系統,農場主通過實施減少營養物質負荷的環境保護措施來積累和轉手信用。在同一流域的污水處理廠,通過購買農場主的信用而不是投資新技術,來達到聯邦政府降低營養物質排放量的要求。

在長島同一片流域有許多污水處理廠和農場,因此營養物質(污染)交易實施效果很好。Patrick Parentea是佛蒙特法學院的法學教授,也是環境和自然資源法律診所的高級顧問,他指出目前在點源之間進行營養物質(污染)交易,主要集中在康涅狄格州公共水處理工作場所。“已經有一些關于將非點源污染納入方案的對話,”他說,“但時機還不成熟。”

但在其他流域如伊利湖西部的莫米谷(Maumee Valley),農場比僅有的幾個污水處理廠排放的營養物質多得多,所以營養物質(污染)交易的機會有限。此外,營養物質(污染)交易項目很復雜,也需要時間來建立。

“農場主對營養物質(污染)交易既心懷希望又感到失望,” 賓夕法尼亞農業局政府事務顧問John Bell說,“賓夕法尼亞州建立一套合理的營養物質(污染)交易基本規則,但即使這樣,也很難讓農場主對營養交易感興趣,因為他們采取環境保護措施得到的信用很有限。”他解釋說,一個農場主可能采取措施減少了對流經其農場的溪流100磅的氮排放,但所獲得的營養物質(污染)交易信用值只是可能對數百英里以外的水域產生影響。“很少有減少非點源污染的措施對整片流域有立竿見影的效果”,他說,“常常在開始實施措施若干年之后還是無法衡量其效果的好壞。”

一些專家認為,如果不設具體的氮和磷的水質標準,降低營養物質污染的努力將會落空。現在,近一半的州已經至少在州內一些水體建立了氮和/或磷具體的限值。夏威夷是唯一一個州為所有類型水體建立了完善的氮、磷含量標準。這些州是否能夠保持和執行有意義的標準仍有待觀察。


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