城市河流并非“绿肺”，竟释放大量温室气体

　　通常人们认为河流会对全球气候转暖起到抑制作用，但最新研究表明，人类对部分河流缺乏治理，会使它们成为产生温室气体的一大来源，一旦河流水质遭受污染，河流释放温室气体将更加严重。

　　新界是香港最绿色的区域之一，它似乎与香港城市中心的高楼大厦不相匹配，相比之下，新界仍有乡村、大片农田，以及湿地、山脉、公园和河流，从表面来看，新界区域似乎是香港的“绿肺”，但事实是这样的吗？依据科学家对新界地区15条水道的全面分析，结果令人大吃一惊，蜿蜒穿过绿色景观的河流实际上正在呼出大量的温室气体。

　　城市河流释放3种温室气体

　　香港中文大学地理与资源管理学教授Derrick Yuk Fo Lai说：“新界所有河流可能饱和3种主要温室气体——二氧化碳、甲烷和一氧化二氮，这些河流温室气体浓度竟达到大气中温室气体浓度的4.5倍。”

　　该项研究重点评估了水污染对香港温室气体排放的影响，分析结果表明，新界地区河流是大气温室气体的持久来源，并可能导致气候变暖，我们发现研究的河流都会产生温室气体排放，伴随河流污染越严重，其温室气体排放量就越大。

　　畜禽养殖场排出的污水、旧建筑坍塌拆除以及无沟渠的经营场地，是造成当地河流污染的主要原因，这与人类活动密切相关，事实上，污染严重的河流中二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的平均饱和水平分别是污染较轻河流的2.2倍、1.5倍和4.0倍。

　　微生物吸收各种形式的碳和氮，并将这些元素分解成其他形式，通常通过有氧或者厌氧呼吸，释放二氧化碳，也可能释放甲烷和一氧化二氮。

　　虽然人类活动影响下的河流碳排放量小于人类日常生活中化石燃料燃烧产生的碳排放量，但是香港地区河流排放的总温室气体不应忽视，该现象应当引起高度重视，尽可能将河流碳排放量最小化，从而尽可能减轻未来气候变化。

　　微生物活动

　　香港新界地区河流高碳排放量现象并不罕见，令人惊讶的是，河流现已成为全球温室气体的重要来源。

　　统计数据显示，全球河流和溪流每年释放39亿吨碳（大约是全球航班飞机每年碳排放量的4倍），如果考虑到地球上河流所占面积相对较小，该数据就不容小觑了。此外，大江和湖泊等大型水生系统释放的温室气体占大气甲烷50%以上，全球河流一氧化二氮排放量比人类排放量多10%。

　　英国伯明翰大学生物地球化学家索菲·科默·瓦尔纳说：“之所以河流释放大量温室气体是由于河流冲刷土壤吸收了大量的碳和氮，之前人们仅认为，河流只会将这些元素传输到海洋中，但我们现在知道，河流具有较高的生物地球化学反应度。”

　　换句话讲，微生物吸收的各种形式碳和氮将被分解成其他形式，它们通常是通过有氧或者厌氧呼吸释放二氧化碳，也可能释放甲烷和一氧化二氮。

　　当河流水质恶化时，它对全球变暖的影响将上升一个数量级。

　　瓦尔纳说：“在某种程度上，河流作为大气中二氧化碳和其他温室气体排放的来源，是生态系统的自然组成部分，然而，如果河流水质恶化，温室气体排放量可能会增多。”

　　尤其是城市河流，更高的温室气体排放量正在成为一个日趋严峻的问题，在某些情况下，城市河流排放的温室气体是远离城市河流排放量的4倍。

　　“当河流水质由可人类适应转向污染恶化时，河流中的二氧化碳和甲烷浓度将增加10倍，一氧化二氮浓度增加15倍。”

　　近期，一项研究评估了厄瓜多尔昆卡城市河流系统排放的二氧化碳、甲烷和一氧化二氮气体，发现了水质和温室气体排放之间的明显趋势——污染越严重的河流，温室气体排放量就越高。事实上，该项研究表明，当河流水质恶化时，它对全球变暖的影响可以上升一个数量级。

　　比利时根特大学博士后研究员Long Tuan Ho说：“依据我们的评估，当河流遭受污染时，其全球趋暖潜势（GWP）会增加2-10倍，当河流水质从适合生命生存转变为遭受污染时，河流中的二氧化碳和甲烷浓度将增加10倍，一氧化二氮浓度增加15倍。”

　　同时，他和研究同事发现，河流释放的温室气体增量也与河流周边土地利用和土地覆盖的变化密切相关，尤其是邻近地市地区的河流，二氧化碳和一氧化二氮的平均浓度是远离城市河流的4倍，而甲烷平均浓度竟高达25倍。这些发现表明，土地使用和土地覆盖对遭受污水排放和地表径流污染地区的温室气体产生重要影响。

　　邻近城市的河流之所以无法成为“绿肺”，是因为氮化合物和人类活动造成的污染物会进入流动的淡水，被水域中的微生物转化为温室气体，具体而言，当河流中溶解氧因污染而下降时，厌氧细菌将有机物矿化产生二氧化碳和甲烷，反硝化细菌则将硝酸盐转化为一氧化二氮。

　　Long Tuan Ho说：“这些过程在我们通过机器学习应用中获得了验证，特别是溶解氧、氮化合物浓度和河流流量特征被确定为河流温室气体排放的主要影响因素。”

　　更清洁的水，空气就更干净！

　　因此，河流仍然受到人类活动的污染，尤其是城市地区，这最终导致了更多的温室气体排放，研究表明，世界50%以上居民生活在距离河流不足3公里的区域，城市化进程将对河流带来大量污染物，80%以上的城市污水仍然直接排入环境，事实上大多数污染物来自未经处理的废水、农业径流和逐渐增多的冲积泥沙，这将继续导致城市污染水体成为温室气体排放的重要热点。

　　据预测，河流排放的温室气体将逐渐增多，Long Tuan Ho说：“考虑到城市化的加剧，以及农业和水产养殖的集约化，未来河流对气候变化的影响可能会远高于当前的预测值。”

　　然而，人们如果充分意识到河流污染的严峻性，并积极采取相关措施进行河流水质治理（包括减少污染），将有助于降低温室气体排放速度。

　　Long Tuan Ho说：“我们研究表明，当污染河流的水质改善到优质状态时，水域甲烷浓度可能减少10倍，相比之下，二氧化碳和一氧化二氮浓度会减少4倍。”

　　因此，该研究结果表明，改善水质确实可以产生显著影响，为此，研究人员进行了许多研究工作，通过减少污染来恢复河流水质，例如：《欧盟绿色协议》、《欧盟水框架指令》和《美国清洁水法》等。

　　这些治理措施旨在改善河流水质、减少洪水风险、恢复野生动物栖息地，在增加全球生物多样性方面具有积极影响。

　　与此同时，Long Tuan Ho建议采取一系列预防措施从而减少污染，降低河流温室气体排放量，更好的污水处理措施，以及增加污水处理设施的数量，在河流周围引入缓冲带从而减少污染物流入，恢复自然河流形状和自然水流状态，以避免泥沙堆积，这都将有助于减少河流排放温室气体。

　　目前，香港中文大学Derrick Yuk Fo Lai教授进行了一项研究，测量了15条城市河流的温室气体排放，他建议减少农业领域过度使用化肥，并将污水处理网络扩展至更多的农村居民，从而可以减少污染。

　　Derrick Yuk Fo Lai教授与同事正在完善研究报告，计划将该研究成果分享给相关政府部门和非政府组织，让他们了解改善河流水质的更多益处。

　　他说：“虽然过去几十年里香港河流水质得到显著改善，基于香港污水处理系统采取的多项措施（例如：立法、建立污水处理网络），河流水质改善仍有一定空间，特别是新界西北部的河流，我们发现减少河流营养物质污染，不仅能改善动物活动产生的水质状况，还有助于减少温室气体排放，缓解全球气候趋暖。”（叶倾城）