城市河流並非「綠肺」,竟釋放大量溫室氣體

北京時間4月7日消息,通常人們認為河流會對全球氣候轉暖起到抑製作用,但最新研究表明,人類對部分河流缺乏治理,會使它們成為產生溫室氣體的一大來源,一旦河流水質遭受污染,河流釋放溫室氣體將更加嚴重。

城市河流並非「綠肺」,竟釋放大量溫室氣體

資料圖

新界是香港最綠色的區域之一,它似乎與香港城市中心的高樓大廈不相匹配,相比之下,新界仍有鄉村、大片農田,以及濕地、山脈、公園和河流,從表面來看,新界區域似乎是香港的「綠肺」,但事實是這樣的嗎?依據科學家對新界地區15條水道的全面分析,結果令人大吃一驚,蜿蜒穿過綠色景觀的河流實際上正在呼出大量的溫室氣體。

城市河流釋放3種溫室氣體

香港中文大學地理與資源管理學教授Derrick Yuk Fo Lai說:「新界所有河流可能飽和3種主要溫室氣體——二氧化碳、甲烷和一氧化二氮,這些河流溫室氣體濃度竟達到大氣中溫室氣體濃度的4.5倍。」

該項研究重點評估了水污染對香港溫室氣體排放的影響,分析結果表明,新界地區河流是大氣溫室氣體的持久來源,並可能導致氣候變暖,我們發現研究的河流都會產生溫室氣體排放,伴隨河流污染越嚴重,其溫室氣體排放量就越大。

畜禽養殖場排出的污水、舊建築坍塌拆除以及無溝渠的經營場地,是造成當地河流污染的主要原因,這與人類活動密切相關,事實上,污染嚴重的河流中二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的平均飽和水平分別是污染較輕河流的2.2倍、1.5倍和4.0倍。

微生物吸收各種形式的碳和氮,並將這些元素分解成其他形式,通常通過有氧或者厭氧呼吸,釋放二氧化碳,也可能釋放甲烷和一氧化二氮。

雖然人類活動影響下的河流碳排放量小於人類日常生活中化石燃料燃燒產生的碳排放量,但是香港地區河流排放的總溫室氣體不應忽視,該現象應當引起高度重視,盡可能將河流碳排放量最小化,從而盡可能減輕未來氣候變化。

微生物活動

香港新界地區河流高碳排放量現象並不罕見,令人驚訝的是,河流現已成為全球溫室氣體的重要來源。

統計數據顯示,全球河流和溪流每年釋放39億噸碳(大約是全球航班飛機每年碳排放量的4倍),如果考慮到地球上河流所占面積相對較小,該數據就不容小覷了。此外,大江和湖泊等大型水生系統釋放的溫室氣體占大氣甲烷50%以上,全球河流一氧化二氮排放量比人類排放量多10%。

英國伯明翰大學生物地球化學家索菲·科默·瓦爾納說:「之所以河流釋放大量溫室氣體是由於河流沖刷土壤吸收了大量的碳和氮,之前人們僅認為,河流只會將這些元素傳輸到海洋中,但我們現在知道,河流具有較高的生物地球化學反應度。」

換句話講,微生物吸收的各種形式碳和氮將被分解成其他形式,它們通常是通過有氧或者厭氧呼吸釋放二氧化碳,也可能釋放甲烷和一氧化二氮。

當河流水質惡化時,它對全球變暖的影響將上升一個數量級。

瓦爾納說:「在某種程度上,河流作為大氣中二氧化碳和其他溫室氣體排放的來源,是生態系統的自然組成部分,然而,如果河流水質惡化,溫室氣體排放量可能會增多。」

尤其是城市河流,更高的溫室氣體排放量正在成為一個日趨嚴峻的問題,在某些情況下,城市河流排放的溫室氣體是遠離城市河流排放量的4倍。

「當河流水質由可人類適應轉向污染惡化時,河流中的二氧化碳和甲烷濃度將增加10倍,一氧化二氮濃度增加15倍。」

近期,一項研究評估了厄瓜多爾昆卡城市河流系統排放的二氧化碳、甲烷和一氧化二氮氣體,發現了水質和溫室氣體排放之間的明顯趨勢——污染越嚴重的河流,溫室氣體排放量就越高。事實上,該項研究表明,當河流水質惡化時,它對全球變暖的影響可以上升一個數量級。

比利時根特大學博士後研究員Long Tuan Ho說:「依據我們的評估,當河流遭受污染時,其全球趨暖潛勢(GWP)會增加2-10倍,當河流水質從適合生命生存轉變為遭受污染時,河流中的二氧化碳和甲烷濃度將增加10倍,一氧化二氮濃度增加15倍。」

同時,他和研究同事發現,河流釋放的溫室氣體增量也與河流周邊土地利用和土地覆蓋的變化密切相關,尤其是鄰近地市地區的河流,二氧化碳和一氧化二氮的平均濃度是遠離城市河流的4倍,而甲烷平均濃度竟高達25倍。這些發現表明,土地使用和土地覆蓋對遭受污水排放和地表徑流污染地區的溫室氣體產生重要影響。

鄰近城市的河流之所以無法成為「綠肺」,是因為氮化合物和人類活動造成的污染物會進入流動的淡水,被水域中的微生物轉化為溫室氣體,具體而言,當河流中溶解氧因污染而下降時,厭氧細菌將有機物礦化產生二氧化碳和甲烷,反硝化細菌則將硝酸鹽轉化為一氧化二氮。

Long Tuan Ho說:「這些過程在我們通過機器學習應用中獲得了驗證,特別是溶解氧、氮化合物濃度和河流流量特徵被確定為河流溫室氣體排放的主要影響因素。」

更清潔的水,空氣就更干淨!

因此,河流仍然受到人類活動的污染,尤其是城市地區,這最終導致了更多的溫室氣體排放,研究表明,世界50%以上居民生活在距離河流不足3公里的區域,城市化進程將對河流帶來大量污染物,80%以上的城市污水仍然直接排入環境,事實上大多數污染物來自未經處理的廢水、農業徑流和逐漸增多的沖積泥沙,這將繼續導致城市污染水體成為溫室氣體排放的重要熱點。

據預測,河流排放的溫室氣體將逐漸增多,Long Tuan Ho說:「考慮到城市化的加劇,以及農業和水產養殖的集約化,未來河流對氣候變化的影響可能會遠高於當前的預測值。」

然而,人們如果充分意識到河流污染的嚴峻性,並積極採取相關措施進行河流水質治理(包括減少污染),將有助於降低溫室氣體排放速度。

Long Tuan Ho說:「我們研究表明,當污染河流的水質改善到優質狀態時,水域甲烷濃度可能減少10倍,相比之下,二氧化碳和一氧化二氮濃度會減少4倍。」

因此,該研究結果表明,改善水質確實可以產生顯著影響,為此,研究人員進行了許多研究工作,通過減少污染來恢復河流水質,例如:《歐盟綠色協議》、《歐盟水框架指令》和《美國清潔水法》等。

這些治理措施旨在改善河流水質、減少洪水風險、恢復野生動物棲息地,在增加全球生物多樣性方面具有積極影響。

與此同時,Long Tuan Ho建議採取一系列預防措施從而減少污染,降低河流溫室氣體排放量,更好的污水處理措施,以及增加污水處理設施的數量,在河流周圍引入緩沖帶從而減少污染物流入,恢復自然河流形狀和自然水流狀態,以避免泥沙堆積,這都將有助於減少河流排放溫室氣體。

目前,香港中文大學Derrick Yuk Fo Lai教授進行了一項研究,測量了15條城市河流的溫室氣體排放,他建議減少農業領域過度使用化肥,並將污水處理網絡擴展至更多的農村居民,從而可以減少污染。

Derrick Yuk Fo Lai教授與同事正在完善研究報告,計劃將該研究成果分享給相關政府部門和非政府組織,讓他們了解改善河流水質的更多益處。

他說:「雖然過去幾十年里香港河流水質得到顯著改善,基於香港污水處理系統採取的多項措施(例如:立法、建立污水處理網絡),河流水質改善仍有一定空間,特別是新界西北部的河流,我們發現減少河流營養物質污染,不僅能改善動物活動產生的水質狀況,還有助於減少溫室氣體排放,緩解全球氣候趨暖。」

來源:cnBeta