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贵州省人工湖季节性水质恶化机理研究——缘自一起突发环境事件的前沿探索
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科学人 网站
2005-07-31
日前，在贵州省科学技术厅组织下，以中国科学院院士刘东生，中国工程院院士郑绵平、汤鸿霄为主的鉴定委员会，对一项历时10年的有关人工湖季节性水质恶化的机理研究进行了鉴定。鉴定委员会对项目取得的成果给予高度评价，认为“是在沉积物—水环境界面理论前沿领域与国际同步，独具我国特色，处于国际领先水平的优秀成果”。
项目的全称为“贵州省人工湖季节性水质恶化的生物氧化作用机理”研究，缘自10年前贵州发生的一次震惊社会的突发性环境事件。鉴定委员会认为“这一研究提高了人们对突发环境事件的认识，发现了环境自然修复的潜在能力，提出了生态地球化学系统科学的措施，这一工作深入于人与自然和谐可持续发展的理论之中，是一项直接服务于水资源和水环境保护的重大研究成果”，其中隐含的，也是对此类突发性环境事件的严重警示。
饮用水源库水质突然恶化
10年前，作为贵阳重要饮用水水源、储存上亿立方米水体的人工水库白花湖和被誉为高原明珠的红枫湖部分地段，在短短10天左右时间，水质严重恶化，水体发黑，上百万斤鱼类死亡。事件引起贵州省领导的高度重视，当即指示有关部门组织专家研究解决。
接到任务的中国科学院地球化学研究所、环境地球化学国家重点实验室研究员万国江被指定领衔承担这一研究。他急经济建设所急，首先改变传统的基础理论研究思路，从找出水体污染变质的原因入手，再从水地球化学理论上寻找规律。
调研发现，这次环境事件是水体中污染物长期积累与特定季节及气候条件耦合的一个必然结果，只不过以“突发”形式出现。这种突发性水质恶化的表现为：水体变黑发臭、pH值降低、溶解氧降低、亚硝酸根浓度增高，从而造成鱼类缺氧窒息死亡。经过深入调研，他们发现，动态性的水体出现这种事件后，水质一般随着水体耗氧与复氧过程平衡、水输送以及天气好转，可望在一段时期（如2到3个月）内得到逐渐恢复。
但水体中物质怎样从“量变到质变”，又如何防治，却在短期内无法认识。
10年致力破迷津
在国家自然科学基金、贵州省科学技术基金的支持下，万国江等人展开了深入研究。他们发现在前述相互关联指标的水质恶化现象中，存在着一个重要的关键环节，那就是脱氮过程变化的控制因素。湖泊表层沉积物中的大部分有机质经生物氧化作用分解,
形成还原性化合物甲烷、氨、硫化氢、铁离子、锰离子等。生物氧化作用控制着沉积物—水界面物质循环过程，影响着湖泊沉积物—水系统中脱氮作用和铁—锰循环过程的季节性变化。这些物质沉积在水中，与原始库底形成一个面，即以后被理论界承认的“沉积物—水界面相互作用”的理论观点。这不仅是水环境界面领域的前缘科学问题，而且对认识湖泊水质变化、保护淡水资源具有重要意义。研究中还发现，基于边远山区湖泊汇水面积小，陆地生态系统对氮沉降吸收少，湖泊中硝酸盐含量高，湖水含碱低，酸中和能力弱，沉积物中有害微量金属和有机物容易积累，对气候变化反应敏感的特点。
正当万国江等人全面开展这项研究时，欧共体于1996年启动的重大项目“测量和模拟边远山区湖泊生态系统对环境变化的动力学反应”，即MOLAR计划，正将主要目标聚焦于湖泊系统的季节性变化、氮沉降及其生态影响。由于与MOLAR计划同步，中国学者的研究引起国际同行的关注，从此与欧美多个研究机构的学术交流和合作关系更加密切。国际同行认为，中国学者开展的“因环境条件变化微生物脱氮作用受抑制的研究”，在认识全球大气氧化二氮的产生和消解方面具有重要理论价值。而在国际合作研究中，中国科学家提出的控制pH值及在好氧—厌氧转变等环境因素变化下进行脱氮过程的瞬间动态观测，关于阿哈湖沉积物硫酸盐还原菌（SBR）的存在和垂直分布等问题，也被一一证实。
在向政府提交的预防措施中，万国江等人提出在水库现有的环境指标中首先要减缓水系统环境质量恶化的进程,
采取防工业污染、防流域侵蚀、防生活污染。需要确定湖区功能、设置保护区、限制各种有损于湖水系统的活动，整治湖区和周边环境的措施。
大量“病库”亟待防患于未然
在当天的成果鉴定会上，与会的专家认为，上个世纪50年代以后，随着城市人口的需要和城乡工农业生产的发展，我国开展了大规模的水利建设。经过建设，3000多个容积几千万到上亿立方米的水库遍布我国大中小城市周围。在近半个世纪的过程中，大量的水库从“流水不腐、户枢不蠹”的状况，逐渐演变成污染物质沉积、水质变化的“病库”，潜伏着极大的危机。发生在贵州高原的水库污染突发事件，近年在北京官厅水库、武汉东湖等相当多的水库区内均不同程度的发生。近两年来，在三峡库区内的巫山、神农溪几个长江入水口处也发现了这种现象的早期特征。
与会专家认为，中科院地化所的这项研究不仅为贵州高原湖泊突发环境事件找到了原因及预防途径，同时也为国内其他地区提供了指导和借鉴。
从应用研究入手 在科学前沿升华
选题是科学研究能否取得突破的关键一步。但题目从哪里来，又该到哪里去找，并不是每个科研人员都能做到从容不迫。原因之一，恐怕就出在价值观和方法论上。也许有人会说这扯得太远，其实不然。在科学服务于社会的问题上，心里掌握着什么样的价值判断标准，就会指导一个人朝着什么方向去努力；你也许会说万国江太幸运了，但我想说，如果你想，同样可以成为幸运儿。偌大一个中国，类似于人工湖季节性水质恶化的难题何止千万，又有哪个不事关一方百姓的福祉，不事关国计民生？只要肯一头钻进去，好的选题俯拾皆是。研究获得鉴定委员会的高度评价，我们向万国江表示祝贺，但更愿意把他成功的模式推荐给更多的科研人员，与大家共享。
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