新浪科技

《科学大家》专栏|迫在眉睫的全球危机:保护水环境该从何做起

《科学大家》专栏|迫在眉睫的全球危机:保护水环境该从何做起

新浪科技

关注

出品:新浪科技《科学大家》、中关村论坛

撰写:挪威水环境研究院院长 斯耶恩·劳森

从今年三月开始,非州博茨瓦纳西北部地区相继出现大象神密死亡事件,至今死亡大象数量已经高达330头,多数被发现于水洼周围。博茨瓦纳野生动物和国家公园管理局21日宣布,数百头大象的死亡事件是由水中有毒的蓝藻细菌引发。

世界卫生组织公开资料显示,蓝藻亦称蓝绿藻,是地球上最早出现的光合自养生物,曾强烈地影响着地球环境和地球生命系统的演化。它在全世界都有分布,尤其是在营养素丰富的平静水域。有些种类的蓝藻会产生影响动物和人类的毒素。通过饮用受污染的水或在其中洗浴,人们可接触蓝藻毒素。高浓度的产毒蓝藻也可使动物、鸟类和鱼类中毒。

蓝藻菌曾经一度被其他生物和藻类“挤”至小小一隅,直到近现代才开始在各水体内“复兴”,蓝藻水华频发。在人类活动对水生态系统的影响中,富营养化是最受关注的问题之一,而人类活动直接或间接地对自然界氮、磷循环的强烈影响是造成这一问题的根本原因。

实际上,此次富营养化催生的蓝藻问题毒害大象事件只是地球水环境恶化造成的恶果之一。

迫在眉睫的全球环境危机

在过去的25年里,在环境污染和人类活动的可持续性方面都发生了巨大的变化。在这20多年里,有些问题有所改善,而有些问题却在恶化。从积极的一面来看,很多国家和地区正在积极采取行动,研发更加环境友好的产品和技术替代污染源,或是寻求改善污染地区的妥善应对之法。这些行动都已经在某些方面初见成效,例如我们看到大气中二氧化硫浓度下降,河流和湖泊中磷酸盐含量下降。但在其他地区,情况变得更糟。其中最明显的可能是塑料污染和海洋垃圾,它们目前受到广泛关注。最严重、最难解决的可能是气候变化,它对地球上生命的许多方面都有广泛的影响。

世界经济论坛于今年1月发布的《2020全球风险报告称》,未来10年按照发生概率排序的前五位风险依次为:极端天气事件(如洪灾、暴风雨等);气候变化缓和与调整措施失败;重大自然灾害(如地震、海啸、火山爆发、地磁风暴等) ;重大生物多样性损失及生态系统崩溃;人为环境损害及灾难。

而按照发生影响严重性排序的话,未来10年全球的前五位风险为:气候变化缓和与调整措施失败;大规模杀伤武器;重大生物多样性损失及生态系统崩溃;极端天气事件(如洪灾、暴风雨等);水资源危机。

世界经济论坛在过去的15年里一直在持续地发布一份年度性报告——《全球风险报告》,在这份报告中,我们可以了解不同利益攸关者对全球大风险的看法是如何变化的。这其中,绿色代表环境风险,蓝色代表经济风险,红色代表社会风险,紫色代表技术风险、橙色代表地缘政治问题。由下图可以看出,全球对于环境风险的关注在过去的15年间呈现着明显的增长趋势:在2007年时五大风险与基础设施、疾病和经济问题有关,并未涉及环境问题。但时间来到了2020年,五大风险却全都与环境问题或环境问题可能导致的严重后果密切相关。

《全球风险报告》是《全球风险倡议》的一部分,它将利益相关者整合在一起,制定针对世界最紧迫挑战的可持续、一体化解决方案。此外,值得注意的是,这项调查是在新冠肺炎疫情全球蔓延之前进行的,所以如果今天进行调查,结果可能会有点不同。

当《全球风险报告》列出所有这些全人类正在面临的紧迫的风险和挑战时,实际上这些风险和挑战也为相关的研究者和行业提供了机会。毋庸置疑,解决当今许多环境挑战的关键部分是创新,这可以是消除日常污染、阻止污染物排放,或者生产污染耕地的产品的创新技术,但也可能是有助于识别、管理和降低风险的创新,在自然遭到破坏或丧失的地方重建自然,或是帮助决策者、行业或普通民众在日常生活中做出更环保选择的方法。

从全链条角度了解环境问题

从《全球风险报告》可以看出,环境问题已经受到越来越多的相关领域内研究人员和机构的关注,包括前文中提到的蓝藻菌在内的环境问题真在随着新技术、新模式、新产品的诞生而得到不同程度的缓解、改善,甚至解决。

我将从一些负有前景的发展和创新的例子开始讲起,这些发展和创新有利于可持续发展,尤其是对海洋和淡水环境的保护和改善。

首先让我们从海洋垃圾、微塑料和塑料污染的问题说起,在过去几年里这个话题一直都意味着一个严峻的挑战:这个问题随着塑料使用量的快速增长以及大量废弃塑料的处理变得越来越严重。这一挑战是复杂的,因为这是一个全球性的问题,与大量不同的行业和企业以及几乎每一个人都有联系。我们需要技术开发和基础设施投资,但也需要改变广大消费者的生活习惯与消费行为。

目前关于塑料在环境中的知识等方面依旧存在欠缺之处,要想找到最终的、整体的解决方案之前,我们需要先填补这些知识、制度、技术空白。例如目前的环境监测项目中没有塑料,因此我们几乎没有历史数据作为研究参考,这样一来我们也就对这些影响环境的废弃塑料最重要的来源知之甚少,自然也就对其影响知之甚少。但与此同时,在某些方面我们已经有足够的知识支持我们去做出一些事情改变现状。至少我们现在知道,越来越多地使用塑料会产生越来越多的废物,而这些废物又需要花费巨大的经济成本和环境代价进行收集和处理,否则就将成为难以治理的严重污染问题。

改善环境应先“填空”

在近几年的时间里,中国一直在努力应对塑料污染挑战,其中的一个例子就是“无废城市”示范项目,这个示范项目确定了11个试点城市和5个特例地区,在这些地方测试相关的政策、管理模式和技术,以期大幅减少不同类型的废物产生。如果“无废城市”试点项目成功,这将有助于大幅减少城市产生的塑料污染。

但“无废城市”项目能在多大程度上会产生什么样的结果?最具成本效益的措施是什么?为了回答这些问题,研究人员们正在开发相关的模型工具,以求将措施的实施与环境污染的影响联系起来,得出有实际价值的评估结果。

比如我们可以根据当地的社会经济和自然条件,模拟出在减少污染方面最有效的措施类型。我们可以先从河流流域开始,沿着相关的人类生产生活活动轨迹与场所,例如水产养殖、农业、城市居民的日常活动,垃圾场、酒店和渔村寻找答案。这些活动和场所或多或少地都会造成一定程度的塑料污染,之后这些已经进入环境中的塑料污染可能会被雨水冲刷走,并随着河流流向海洋。

有了这样的一个模型工具,我们就可以评估什么样的污染减排措施是最有效的。这其中还包括成本和社会经济影响,为了使这种模式运作可靠,为了使这种模式可信,我们非常需要知道不同地区当地的具体情况、知识和可靠数据。

措施是否有效?看看监测结果

这让我想到下一个例子,环境监测。环境监测是实施改善环境状况措施的重要组成部分。如果没有完备的环境监测体系,我们就不知道这些措施是否有效。我喜欢“量入为出”这句话,它取自企业管理理论,但放在这里同样适用。如果能够有效全面地测量环境的状态,并观察它是如何随时间变化的,或在实施一定的措施后发生了哪些变化,这些变化有什么趋势。那么这有助于明确措施的有效性。然而我们必须记住,实际操作中很难在监测前就确定哪几项数据是真正能够说明问题和趋势的,我们所能测量到的并不一定都是重要的数据。这可能听起来过于哲理化,我将向您展示几个例子。

一是关于欧洲的水监测如何从只测量水中化学成份的浓度转变为测量生态系统健康的生物指标。另一个例子是,关于使用新的监测平台和以新的方式使用数据。首先是监测生态系统健康的例子,在欧洲,过去十年左右的时间里,我们一直在监测水生生态系统的健康状况,从这些监测数据中我们看到了泛式的转变。从前,我们测量了水体中磷浓度,将这看作是能够体现水体营养丰富或藻类浓度的一个指标,但实际上这项监测数据并不一定能说明生态系统的健康状况。

之后随着《欧洲水框架指令》的制定,提供了一个更好的生态状况的反映。为了更好地建立一套系统的生物指标,为了能尽量通过数据体现自然界环境变化的复杂性,在环境监测中,我们一直在寻找可以衡量的指标,作为环境影响或环保措施结果的指示。例如为了量化某些排放行为对生态系统造成不良影响,这种方法的例子是我们通过测量磷作为富营养化或藻化风险作为指标。同样的思路也可以用于环境监测系统现代化中,我们可以使用智能监控平台,例如无人驾驶船或附表,或者使用替代派遣人员携带专用设备执行巡航或采样任务,防止在这种平台上的传感器可与其他类型的数据例如遥感数据结合使用,以提供接近实时的监测数据。

我们也在使用人工智能来学习现有的监测、测量和数据系统,以查看数据信号中指示发生异常或突变的模式。这样的人工智能系统可以用作早期预警系统,适用于水库、河流、湖泊或水产养殖基地。

基于自然的修复方案

接下来要讲的主题是基于自然的解决方案和生态系统的修复。通常,解决环境问题的办法被视为技术发明,例如如何处理生产生活产生的污水,或者改变工业运作过程中的某些缓解或做法以减少污染。但实际上,为了阻止人类活动对生物多样性的破坏和扭转其下降趋势,我们不仅需要保护现有的生态系统,还需要重建自然环境中受损的部分。修复生态系统不仅是实现生物多样性的政治目标的一种方式,譬如遵守国际《生物多样性公约》或《欧洲水框架指令》。同时这也是恢复和促进重要的生态系统服务的一种方式。

基于自然的解决方案,也已成为促进改善气候变化,恢复气候变化造成的影响的一个重要因素。它会是减少未来极端降雨事件影响的一个明显的解决方案。在图片中你可以看到一些挪威和欧洲修复项目的例子,在欧洲一个大型欧洲研究项目中,有一些海洋栖息地恢复的例子,我的同事在其中发挥了重要作用,图中的混凝土结构是在安装在海迪之前的人工暗礁,下面的视频则说明了湿地和蓄洪区对减少洪水影响的重要性。

几十年来,全球海洋食物消费量一直在稳步增长,预计将来几年这一增长趋势仍会继续。这意味着整个消费增加量都将来自于水产养殖产业。水产养殖可能会对周围环境造成严重影响,因此如何提高可持续性是该行业未来发展的关键。在中国相关的食品产品生产和水产养殖业发展十分迅速,这张图表显示了自1950年以来海洋业以及渔业与水产养殖所占份额,可以看出大部分的消费增长需求由来自淡水和海洋养殖的产品满足。挪威正在帮助指导水产养殖方面相关行业、产业和决策者如何朝着更可持续的方向发展。这其中可以包括从孵化场水质简单测试工具,到沿海社区蓝色增长机遇探索的全过程。

另一个可持续增长的生物基础机遇是基于藻类的生物降解技术。自60多年前成立以来,NIA(挪威水环境研究院)已经开发了大量微藻培养库。在此之前的微藻培养物收集主要用于学术研究,但我们现在正在建设一定比例的测试设施,培育测试期藻类生物。藻类可以在涉及水环境的诸多方面得到应用,例如,藻类可用于去除水产养殖、农业、家庭过工业肺水肿的营养物质和其他污染物。在从废物流中去除不需要的化合物的同时,藻类可以对其中的“养分”进行提炼,从而可用于不同的产品,如饲料、食品、肥料、甚至是高价值产品。对我们来说,这是对发展循环型、生物型蓝绿经济的重要贡献。NIA包括我本人参与与中国的合作项目已超过25年,我们在一系列与污染、水资源和水环境相关议题上进行了合作。

今天我一直在谈论利用不同类型的技术和知识,实现海洋和淡水环境可持续发展的例子。这些都是可持续发展的关键要素,但同时我也要强调,在发展可持续路线的过程中需要让社会中各种角色的人参与进来。如果我们给人们的印象是,这一切问题都可以用技术解决,那将是失败的尝试。人们的行为、消费模式以及对机遇和挑战的感知也很重要,在关键利益攸关者和普通民众中,开展拓展外延和能力建设至为重要。

为了实现可持续发展目标,必须将社会、环境和经济方面整合起来,只有当这三个方面相互重叠,协力同一个方向驱动,才能实现成功的可持续发展。

注:本文根据斯耶恩·劳森在“2020中关村论坛中国北欧可持续发展与创新论坛”的演讲内容整理而来,文中内容谨代表演讲者本人观点。

加载中...