从浊到清：探寻太湖未来营养物污染治理新路径，守护湖泊生态健康

为解决太湖富营养化问题，研究人员开展 “探索管理方案以减轻太湖未来营养物污染” 的研究。结果显示，2050 年河流对太湖的总溶解氮（TDN）输出减少，总溶解磷（TDP）增加，临界营养负荷（CNLs）降低。该研究为治理太湖污染提供依据。

　　太湖，这片位于长江三角洲的明珠，曾有着清澈的湖水和丰富的生态资源，为周边上海、苏州、无锡、湖州等城市提供着重要的淡水资源，在渔业、防洪、航运等方面也发挥着关键作用。然而，随着经济的快速发展和城市化进程的加速，太湖的生态环境逐渐恶化。大量来自农业活动和城市化产生的营养物质，如氮（N）和磷（P），源源不断地流入太湖，导致湖水富营养化，藻类大量繁殖，水华频发。2007 年，太湖的水污染问题集中爆发，自来水水质变差，严重影响了周边居民的生活，敲响了太湖生态保护的警钟。尽管此后外部营养物质有所减少，但气候变化又给太湖带来了新的威胁，藻类水华面积仍有增加的风险。在这样的背景下，为了探寻治理太湖营养物污染的有效方法，恢复太湖的清澈水质和健康生态，国内研究人员开展了深入的研究。该研究成果发表在《Earth Critical Zone》，对于保护太湖生态环境、保障周边居民用水安全以及推动湖泊生态系统的可持续发展具有重要意义。

研究人员主要运用了两种关键技术方法。一是 MARINA-Lakes（Model to Assess River Inputs of Nutrients to lAkes）模型，该模型用于量化不同来源的氮、磷营养物质从河流输入太湖的情况，通过设定不同情景预测未来营养物质的输入变化；二是 PCLake 模型，用于计算太湖的临界营养负荷（CNLs，即湖泊生态系统在保持健康状态下所能吸收的最大营养物质量），并结合不同的叶绿素 a（Chl-a）浓度阈值来评估湖泊水质状况。

研究结果

1. 基线情景下营养物质输入变化：从 2012 年到 2050 年，在基线（BAU）情景下，河流对太湖的总溶解氮（TDN）输出预计从 61 kt / 年降至 55 kt / 年，减少约 10%。这主要归因于合成肥料使用减少，但污水中 TDN 输出却从 5 kt / 年增至 10 kt / 年。不同子流域的 TDN 输出变化不同，子流域 4 的 TDN 输出预计增加，其他子流域有所减少。总溶解磷（TDP）输出则从 2.0 kt / 年增至 2.6 kt / 年，增加近 30%，污水是主要贡献源，各子流域的 TDP 输出均呈上升趋势。
2. 气候变化对临界营养负荷的影响：研究考虑了三种水温情景：T₂₀₀₆（过去）、T₂₀₅₀（RCP6.0，较低气候变化影响）和 T₂₀₅₀（RCP8.5，较高气候变化影响）。结果表明，2050 年的临界氮、磷负荷预计比 2006 年更严格，在 RCP6.0 和 RCP8.5 情景下，临界氮、磷负荷分别下降 25 - 49% 和 32 - 53%。这意味着气候变化使得太湖能容纳的营养物质减少，治理污染的难度增加。
3. 营养物质输入与临界负荷的比较：对比 2050 年基线情景下河流营养物质输出与临界营养负荷发现，TDN 输出需减少至少 66%（基于 50 μg/L Chl-a 浓度的临界负荷），甚至 93%（基于 20 μg/L Chl-a 浓度的临界负荷）才能达到标准；TDP 输出也需大幅减少，分别减少 66% 和 93%。这表明在基线情景下，要将营养物质污染降低到临界负荷以下面临巨大挑战。
4. 替代情景下营养物质输出的减少：研究设计了四种替代情景，包括农业改进（AGR）、城市化改进（URB）、两者结合（SUS）以及基于 SUS 情景的人工湿地（CW）方案。结果显示，所有替代情景下 TDN 输出均有所下降，但都无法将 TDN 输出降低到基于 50 μg/L Chl-a 浓度的临界负荷以下。TDP 输出在各替代情景下的减少幅度更大，其中 CW 情景可使 TDP 输出减少 73%，是唯一能使 TDP 达到基于 50 μg/L Chl-a 浓度的临界负荷的情景。

研究结论与讨论

研究结果表明，在社会经济发展和气候变化的背景下，太湖未来营养物污染治理面临诸多挑战。尽管改进农业和污水系统的营养管理能减少 TDN 和 TDP 输出，但要将 TDN 污染降低到临界负荷以下仍很困难，而人工湿地等自然解决方案虽能有效降低 TDP 污染，但对 TDN 的效果有限。这意味着治理太湖污染需要综合多种方法，多管齐下。

从研究的局限性来看，模型假设存在一定不确定性，如假设未来水文无显著变化、水温与气温变化相同等，且 PCLake 模型参数也存在不确定性，这些可能影响研究结果的准确性。但总体而言，该研究为太湖水质管理提供了重要参考。研究建议，要进一步减少太湖流域的营养物质排放，从源头控制污染，如优化肥料使用、提高污水处理效率；实施更多工程措施，如建设人工湿地等；恢复湖泊生态系统，增强其生态韧性；加强水质监测，利用先进技术提高治理效率。这些措施对于改善太湖水质、保护湖泊生态系统至关重要，同时也为其他类似湖泊的污染治理提供了宝贵经验，有助于推动全球湖泊生态保护工作的开展。