北美五大湖区面源污染治理经验与启示.pdf

第30 卷第 11 期 西 南 大 学 学 报(自然科学版)2008年11月Vol130 No111Journal of Southwest University(Natural Science Edition)Nov1 2008文章编号:1673-9868(2008)11-0081-11北美五大湖区面源污染治理经验与启示*谢德体1,2,张 文3,曹 阳31 1 西南大学 资源环境学院,重庆 400716;2 1 重庆市数字农业重点实验室,重庆 400716;3 1 重庆市科学技术委员会,重庆 401147摘要:北美五大湖区面积 2 1 44 105km2,蓄水量 2 1 3 105km3,是世界上最大的淡水湖水域,约占世界总淡水资源的 18%.湖区的污染源包括土壤径流、农用化学物质、城市废弃能物、工业区排放物和废物处理地渗出液,同时也受到大气沉降(雨、雪、尘土)污染物的影响.面源污染造成生物栖息地改变、生物多样性减少、影响人体健康.政府对面源污染控制采取了一系列国家行动,扩大公民的参与意识,制定了包括 EPA,NOAA,USDA,USGS 计划和总统水质动议法.考察研究北美五大湖区面源污染与治理,为控制三峡库区面源污染提供了经验和启示,以利国家、地区和部门尽快制定治理面源污染控制规划和行动计划.关 键 词:北美;五大湖区;面源污染中图分类号:X524文献标识码:A北美五大湖,包括苏必利尔湖、密歇根湖、休伦湖、伊利湖和安大略湖,湖区东西延伸大于 1 200 km,蕴含丰富的水资源和其他资源,在美国和加拿大的历史发展过程中发挥着重要的作用.如今,有 1/10 的美国人和 1/4 的加拿大人在湖区居住.世界上一些最大的工业中心也兴建于此.加拿大农业总产量的近 25%和美国的 7%出产于这个区域.美国将五大湖区视为第四大海岸.同时,它也在加拿大工业经济中起着主导作用 1.五大湖蓄水丰富,蓄水量约 23 000 km3,水面总面积 244 000 km2.除了极地以外,五大湖区是世界上最大的淡水水域,约占世界总淡水资源的 18%1.尽管湖区面积很大,但却易受到大范围污染的影响.湖区的污染源包括土壤径流、农业用化学物质、城市废弃物、工业区排放物和废物处理地渗出液.湖区广阔的表面也使其易受到随降雨、雪和尘土所带来的大气中污染物的影响.大湖区的流出水量相对于总蓄水量较少(每年低于 1%的流出水量)无论是从湖泊沿岸、支流、土地直接排入湖区还是通过大气进入湖区的污染物都留存于湖区系统中,并随着时间的推移其浓度会越来越大.污染物也会因为沉积物的重新悬浮(或重新与水混合)而滞留在系统中并通过生态系统食物链不断循环 2-6.1 五大湖区的面源污染从1960 年以来,人们已逐步认识到人类鲁莽的行为所产生的最大的影响是污染问题、栖息地减少和外来物种的入侵.水质恶化和栖息地的减少最初的影响是局部的.随着农业、林业的发展和城市化进程,整个大湖区的生态系统正在遭到破坏 4-7.1 11 病 菌追溯历史,人们最初控制水污染,主要是由于想防止水源传染病.大城市开始使用氯作为消毒剂来处*收稿日期:2008-05-06基金项目:国家科技支撑课题资助项目(编号:2007BAD87B10).作者简介:谢德体(1957-),男,四川开江人,教授,博士生导师,主要从事农业资源与环境研究.理饮用水,它能杀死水输送系统中的病原体,现在仍然使用氯作为消毒剂.人类不仅仅通过饮用水感染上细菌、滤过性病毒、寄生虫等所引起的疾病,而且还能通过直接接触被污染的水而受到感染.由于夏季水温高,人畜粪便中的细菌浓度较高,因此要防止水源性疾病的传播通常是在夏天关闭受污染的沙滩,随着下水道排出物处理技术的提高,通过关闭沙滩来防止疾病传染的做法越来越少使用.1 12 富营养化和氧损耗湖泊因为不同的生物生长量而各具特点,即湖区内生物的数量,主要是指海藻的繁殖量.海藻繁殖量最小的湖泊被称为贫营养湖泊;繁殖量居中的叫中营养湖泊;繁殖量最大的叫超营养湖泊.决定湖泊海藻繁殖量大小有多种因素,如温度、光、深度、湖泊的大小和来自周围环境的营养物质等等.除了在浅水湾和海岸沼泽地区域外,五大湖在被殖民和工业化之前都是贫营养湖泊.湖泊的大小、深度和气候使湖水保持长期的凉爽和清澈.只有少量的肥料和从森林地带流出的分解的有机物质,其中含磷和营养物质流入湖泊,大气中也有少量的氮和磷进入湖区.由于植被减少以及热污染,使湖区许多支流的温度升高,但更重要的原因是,高度集中的城市和农业使大量的营养物质和有机物质流入湖区.含磷洗涤剂和无机肥料的流入湖泊使其营养物质含量增加.尽管扩大了湖区磷污染的控制面,但在没禁止使用含磷洗涤剂的地方仍存在磷污染问题.湖泊内不断增加的营养物质刺激了绿色植物的生长,包括藻类植物.在水生系统中,植物体死亡后沉入湖底并分解.分解过程中消耗了湖底附近溶解在水的氧.随着植物数量的增加,更多的有机物被分解,湖泊内的氧消耗也随之增多.通过有机物的分解损耗氧被称为/生化氧需求0(BOD),这产生于两种途径:一种途径是污水处理厂排放物中含有的有机物流入支流和海湾;另一种重要的来源是腐烂的藻类植物.在大的海湾和开放的湖区,如伊利湖中心地带,藻类的 BOD 是主要的问题.随着 BOD 增加,湖泊内的氧含量下降,某些鱼种会因为缺氧而死亡,而厌氧鱼种如淤泥软体动物和爬行动物,能适应缺氧的环境而取代了湖泊最初的鱼种.因此可利用藻类、海底动植物群和鱼种类的变化来作为氧耗损情况的生物指示器.随着湖泊中绿色植物的增加,水逐渐变得浑浊,同时藻类植物也快速繁殖,这意味着富营养化过程的加剧.由于伊利湖是水最浅、温度最高的湖泊,其生物产量也最高.它是五大湖中第一个存在严重的富营养化问题严重的湖泊.伊利湖区在较早时期农业和城市的发展达到了较高的水平.大湖区约 1/3 的人口生活在伊利湖区域内,因此流入伊利湖的污染物要超过其它湖区.20 世纪 20 年代末,伊利湖中心盆部的氧损耗问题最先被发现.研究表明,尽管氧损耗程度会随每年,或一年中部分时间的温度变化而有所不同,但随着时间推移,氧损耗程度呈增长趋势.普遍认为富营养化是引起氧损耗的主要原因.在采取控制措施前,需要确定使曾经是中营养、贫营养湖泊发生富营养化的最重要的营养物质.到 20 世纪 60 年代末,科学界一致认为磷是引起富营养化问题的关键营养物质.在加拿大和美国,人们普遍认为伊利湖正在/死亡0,湖区处处都可见关于水被污染的公示警告牌.伊利湖正陷于困境之中.扁平纤维状的海藻在富养条件下生长迅速,成为了近海岸的主要植物,沙滩上遍布着绿色的、粘糊糊的腐烂团状物.越来越混浊的水使湖泊呈绿褐和黑色.两国对公众关注环境问题做出响应,采用了新的污染控制措施来处理水质问题,包括湖区内的磷含量.1972 年,加拿大和美国签署了5大湖区水质协定6 4,两国开始携手合作对大湖区进行清洁,着重减少进入湖区的磷物质.为了确定不会使环境恶化或者破坏水上系统完整性的磷物质最大含量,两国进行了研究.建立了数学模型来预测出低于预期的磷浓度而能被湖泊同化吸收磷的最大年负载量.5大湖区水质协定6中将这个最大值确定下来,两国共同遵守.1983 年,研究者们认为对土地径流中磷的控制也十分必要.10 年后,通过制定一系列规定,已达到了对点源污染控制目标,同时研究者们认为要完全达到所制定的目标,这需要在促进公众自愿参与控制面源污染方面取得进展.苏必利尔湖、休伦湖和密歇根湖中磷流入量已被减少到低于协定规定的最大值,伊利湖和安大略湖也在或接近其最大含量.同样,其它湖区的磷浓度也低于所规定的最大值,安大略湖和伊利湖中的磷浓度也未超标.在伊利湖的西部浅水区的磷浓度平时接近规定最大值,但会随气候变化和沉积物重新飘浮在水中物质的变化而发生较大改变.湖泊中磷含量降低不仅会减少过度繁殖的海藻数量,也会改变大量海藻的化合过程.这会更适宜对湖泊有益的物种生长繁衍,如硅藻属,而82西南大学学报(自然科学版)投稿网址 http:/xbgjxt1swu 1 cn 第 30 卷使藻类植物会大量减少.1 13 有毒污染物20 世纪 40 年代以来,由于生产的发展和大范围地使用合成有机化学物和含有重金属的物质产生了对环境有毒的污染物,并对人类健康有潜在的危害 8.人们通过对杀虫剂 DDT 的作用、持续性和移动性的研究,首次证明了在自然环境中有毒物质的危害性.有毒污染物包括人造有机化合物和重金属,这些物质即使很少量也会有剧毒,人们长期接触低浓度这类物质身体就会受到损害.许多现存于环境中的污染物,如果人们长期、低浓度地接触它们,会增加癌症、畸型胎儿和基因突变的潜在风险.在水生生态系统中,许多有毒物质在通过食物链时,易于产生生物积累作用.当水中化学物质浓度很低如 PCBs,而几乎检测不到,而在通过食物链的生物放大过程能将食肉鱼类体内的 PCBs 浓度提高百万倍,如鲑鱼、大麻哈鱼类.食鱼鸟类和其它动物也会发生生物放大过程.经过生物放大的有毒物质会继续影响湖泊内水生生物和捕食它们为生的鸟类和其它动物.大湖区和安大略省的/公共健康和环境机构0警告人们不要食用某些鱼类.这些鱼类不能在市场上销售是因为其体内 PCBs、汞或者其它有毒物质含量太高.那些常吃鱼和野生动物的人比那些不吃的人摄入更多的有毒物,尤其是那些土著居民、钓鱼者和他的家人和以吃鱼和野生动物为主食的移民是最易受到有毒物危害的群体.对密歇根居民所患的流行病进行研究,表明经常食用含 PCBs 量高的鱼的人,其体内的 PCBs浓度也高于其他人.从对动物观察所获得的科学证据表明,少量摄入一些有毒物会对生殖、生长和其它生理功能产生轻微的影响.这种影响可能在短期内不易被察觉,但是长期以往,会导致严重的积累性损害.研究表明,有持续性毒性的污染物对免疫系统、神经系统、胎儿和婴儿的生长,癌症的繁殖和生长等都有影响.研究者们已在跟踪研究一群刚出生婴儿,他们的母亲在过去的 6 年里经常食用密歇根湖中被污染的鱼.这项研究将 PCBs 的摄入量与婴儿出生的重量降低、头周长变小和婴儿不足月出生等问题联系起来.对这群孩子的跟踪研究表明,他们在短期记忆和某种认知能力方面的存在细微缺陷.摄入污染物的量与这些发生缺陷程度间联系仍然是极具争论的课题,这促使其它研究人员在实验室用老鼠继续做类似的研究.由于有毒物质潜在地改变性别特征和其它激素的功能,引起了人们对某种类似于人体荷尔蒙的污染物给予极大关注.DDT,一种氯有机化合物,有点类似雌性激素,据调查,它与一种乳癌有潜在的联系.研究也检测出 T CCD,一种二氧(杂)芑的潜在危害性,类似雌性激素,其潜在作用能导致男性性别器官女性化,同时中断其它性别特征的发育.这种类似雌性激素的化合物还能影响精液的质量.2 面源污染途径2 11 大气沉降人们致力于减少点源污染和研究面源污染的同时,发现许多污染物从大气中沉降下来.如酸雨,从较远的地方通过大气运移过来的污染物和营养物质通过降雨的形式沉积到湖泊中.大湖区中最先被认识到的由通过大气沉降的污染物是磷.通过对雨、雪和尘土的测定,发现进入密歇根湖的磷约有 20%来自于大气.由于对这种途径产生的磷污染不可控制,所以就更迫切需要降低洗涤剂、下水道和肥料流出物中磷含量.1971 年,人们在湖泊内鱼体内发现这些化学物质后通过测定降雨中 PCBs 的含量,才认识到通过大气沉降途径给湖区带来的污染.人们在苏必利尔湖一个遥远的岛上的一个湖中的鱼体内发现含有 PCBs 和毒杀芬,而这个地方与任何直接的污染途径相隔绝.这就确定了污染物能通过大气远距离运移并沉降湖泊内.通过大气所进行的物质运移过程事实上很复杂,如 PCBs.这些物质不易溶解于水,因此随着蒸发过程重新进入大气中或连接在一起成为小颗粒.大量的 PCBs 从湖中挥发出,同时,来自各个地方气团中的PCBs 沉降于湖中.已受到污染的沉积物是另一个造成湖区污染的途径.这是大多数城市工业地区所存在的问题.即使有可能将港口中被严重污染的沉淀物清除掉,将这些沉积物掩埋到地下,这会在以后从土壤中泄露出来,对湿地和地下水造成污染.为了利于航运而挖掘湖底,这也会存在对挖掘出的废弃物处理问题.美国和加拿大,正在进行研究和论证,试图找到有效的办法来隔离、清除和销毁受污染的沉积物.83第 11 期 谢德体,等:北美五大湖区面源污染治理经验与启示2 12 径 流地下水的流动是另一种污染途径 1.当水在地下缓缓流动,那些被掩埋在地下或被土壤吸收的物质就随着地下水的流动而被带走.地下水的污染一般易于使附近的区域都受到严重的影响,但如果污染物中有杀虫剂,其污染的波及面可能很广.对地下水的处理非常困难,预防显然是最好的方法.地表径流是多种物质进入湖区的途径.这些物质包括农业操作过程施加的营养物质、杀虫剂和耕作土壤;城市中,街道径流含有由机动车带来的物质,如盐、沙、石棉、镉、铅、油和油脂.表面径流还包括大量随降雨沉降的物质,如微粒、细菌、营养物质和有毒物质.2 13 封闭系统的累积与河流不一样,湖泊中的水不会流向大海.无论污染物是被溪流稀释还是暂时沉积于在溪流底部,这些污染物都将最终流向湖区以增加湖区的污染负担.由于湖区不仅对局部污染物浓度敏感,而且还受到具有持续性物质的总量的影响,所以了解从各种途径进入湖泊中的污染物总流入量是很重要的.实验室分析能力的不断提高,对生态系统中持续性有毒物质循环的认识加深,人们对湖区污染物总承载量也逐渐有所了解.有了这些知识以及对生物积累的认识,人们能根据污染物负载量,预测在生物区内的存在水平.这些研究的进展确保了全湖区范围内的管理计划的实现.制定使湖区关键污染物质的减少到规定标准的方案.2 14 其他途径当人们谈及水质和健康时常常忽略大气污染问题.距湖区远距离的持久性有毒物质经大气运移,最后沉降到湖区,然后通过食物链,这些物质便被生物体摄入体内.在经常使用石油作燃料和有大量熔炉排放物的地方就会有酸雨形成,通常在交通密集区域和发电厂酸雨最频繁.酸雨会严重影响水生系统.小湖泊和支流最易受到酸雨的影响.由于在地势较低的地方有沉积的石灰石,因此对酸雨的影响有自然缓冲能力.然而,人们仍然十分担忧发源于加拿大沿岸北部森林的湖泊和支流.在安大略、明里苏达、密歇根和威斯康星等地,许多小的湖泊酸化已很明显.烟雾已成为令生活在湖区的人们焦虑的一个问题.产生烟雾的主要原因是由于城市中集中的众多机动车所排放的尾气.空气中的硫酸盐含量超标,导致医院中患呼吸道疾病的人不断增加.气候变化对湖区具有长期性的威胁.如果气候使湖泊水位降低,这虽然会减少海岸的土壤流失,但是,水位降低到最低点,这会引起航海和湿地方面的问题.尽管过去多年来,生态系统已经历了数次气候变化,但在短期内会出现的全球变暖现象却使植物物种没有足够的时间适应变化或移植到更适宜生长的地方.2 15 污染物质控制人们称直接排放到水路的污染叫点源污染.由于这种途径的污染有特定的当事人,也能轻易地取样化验,因此能产生较好的控制效果.面源污染包括城市和农业用地的地表径流、汽车和工业生产所产生的废气、通过空中传播沉积的污染物质、以及被污染的沉淀物和地下水.由于这些途径的污染物散布于大自然中,不定期地造成污染而难以控制,加之缺乏机构支持,因此使对面源污染的控制十分困难.由于造成面源污染的因素多不胜数,因此解决这类污染问题采用控制的办法收效甚微.于是,对公众的教育,污染预防和促进自愿者行动就显得十分重要.随着人们对面源污染和点源污染采取有效的处理措施,对污染预防的认识越来越得到认可.污染预防主要是在产生污染之前消除污染物质.这包括改变生产流程、生产原料和改变消费者对有利于环境的良性产品的选择.2 15 1 1 栖息地和生物多样性保护随着欧洲殖民者的到来,大湖区内的栖息地已发生了巨大的改变,尤其是在过去的 150 年期间.几乎所有森林都被砍伐光,森林和大草原的土地被开垦为农田或用来放牧.随着水坝和城市的修建,已使动植物的数量发生了巨大的改变.不仅人为直接因素改变了河流,而且因土地利用方式的改变使地表径流和沉积物发生变化也会导致同样的结果;植被的破坏让土地失去了保护而致使温度上升.湿地对水生动植物群落具有重要作用,是湖区至关重要的一种栖息地.许多天然的湿地被填平或被开垦成农用田、城市用地、娱乐和资源开采(泥煤矿),尤其在湖区南部湿地消失很快.据估计,南安大略湖已有70%80%的原始湿地消失,在美国范围内的湖区,位于明里苏达湿地有 42%,俄亥俄州有92%的湿地84西南大学学报(自然科学版)投稿网址 http:/xbgjxt1swu 1 cn 第 30 卷消失.由于湿地具有自然储存和清洁功能,这些湿地的消失带来了水文过程和水质方面的问题.此外,湿地的消失给保护禁区和某些野生物种带来困难,这些野生动物需要部分或全部依赖湿地生存.生物多样性是指物种的数量和每个物种数量范围内的基因多样性.一些物种由于大湖区的生存条件改变而已灭绝,许多其它物种正受到灭绝的威胁或丧失其重要的基因多样性.一些极易看见的物种如鹰和鸬鹚已迅速恢复,但其它少有人知的物种仍然处于危险的边缘.一个物种内遗传多样性的或变化性的损失是难以理解的问题.例如,鱼的基因损害.某种基因会使鱼在某个区域或在某种条件下本能性的产卵或喂养.这种基因被损害会影响物种数量恢复,如鲱鱼,除了在苏必利尔湖外,在其它湖泊明显地不能自然繁殖以维持其稳定的数量.甚至在苏必利尔湖中,曾经在支流中产卵的鲱鱼已消失了.缺乏多样性的物种也会使它们对因疾病或环境条件发生重大改变引起的灾害的抵制能力更弱.当众多来源的污染得到控制和减少时,栖息地的重要性被认为是对湖区生态系统健康至关重要的.随着深入了解生态系统中物理、化学和生物反应,各因素间是相互联系的.要保护任何生命体,必须保护其栖息地.2 15 1 2 控制外来物种外来物种的引入与其他因素一样,对湖区的改变起着同等重要的作用.外来物种就是指非本地的动植物种类.湖区内,七鳃鳗、鲤鱼、胡瓜鱼、鲑鱼、斑马贻贝,还有许多品种,已有对生态系统产生很显著的影响.其它数百种外来物种的影响虽不太明显,但能对湖区产生根本性的影响.在陆地上,外来植物如紫色珍珠菜、欧洲鼠李科不断地取代本地物种.在一些区域,火灾也使陆地植物群落产生巨大的改变.所有这些因素的影响,使水陆栖息地的改变,从而引起植物和动物数量的进一步改变.最典型的影响是,对在殖民化以前已进化了数千年而形成的动植物群落的影响.土地利用方式的改变或外来物种的入侵而使这些群落遭到破坏,其结果是生物多样性的丧失.预防污染、保护和恢复栖息地、保护生物多样性、深入了解生态系统、解决原有的污染问题等都是可持续发展的一部分.评定是否达到可持续发展要看其完整性是否已被恢复或维持.生态系统的完整性这个定义使人们认识到生态系统具有一种能使其稳定而具有弹性.完整性包括系统具备面临外部和内部压力条件下能保持完整,自我调节的能力,并能朝着不断复杂和综合的方向进化.2 15 1 3 建立地域观地域观是指在一定地理区域,在这个地理区域范围内,对水资源和生物区的有益使用受到了不良影响,或者在这个区域内其环境标准未达到一定程度.建立地域观的目的是为了鼓励各种地方权力部门形成合作伙伴来使这些尖锐的、地方性的问题得到解决并恢复资源的有益使用.国际联合委员会(IJC)确定的区域范围位于靠近各支流入口附近,许多城市和工业位于这些地方.有数个区域沿着连接湖泊的运河分布.由于这些区域有来自于当地点源、面源污染和长期积累的沉淀的污染物质,因此这里的污染十分集中.3 五大湖区管理工作3 11 大湖区水质量协定20 世纪 60 年代末,公众对湖区水质恶化越来越关注,促使有关方面对污染问题进行研究,尤其是对富营养化和 DDT 问题 8-10.政府部门加大力度控制和规范污染物的排放,并修建了城市下水道处理工程.1972 年,美国和加拿大第一个签订了5大湖区水质量协定6 4.20 世纪 70 年代,污染排放物已大为减少.以前随处可见的飘浮残余物、水面上的油膜等现象开始逐渐消失.湖水中溶解的氧含量有所提高,臭味消失.由于下水道问题得到控制,许多沙滩重新对人们开放,湖区中的营养物质含量降低使成片的海藻消失.70 年代这些极具创造性的环境保护的行动表明,人们能够通过自己的行动来改善环境,同时我们也得到一个经验教训.首先,对因富营养化而引起的湖区海藻过度繁殖生长问题的解决,这需要一种能在全湖区范围测定出通过各种渠道进入和流出湖泊的重要营养物质磷酸数量的方法.这种计算物质大平衡的方法与其他研究和数学模型结合在一起来制定出进入湖区磷的含量限制标准.这个限制标准是,湖区中磷的含量不85第 11 期 谢德体,等:北美五大湖区面源污染治理经验与启示会引起海藻过度生长(也就是能被生态系统安全同化吸收的数量)在对有毒物质,最初的杀虫剂 DDT 的研究过程中得到了另一个关于湖区系统的经验教训.有毒污染物包括有持续性的有机化学物质和金属.这些物质通过下水道和工业废水直接排放到湖里或从垃圾、地表径流和大气沉降间接地进入湖区.经过不断地研究,对提取样品分析和监测,人们发现有毒物质污染是湖区的一个全系统范围内的问题.由于人类处于许多食物链端,所以湖区的有毒物质的污染不仅对湖泊的植物和生物物种构成了威胁,而且还对人类健康造成危害.一些有毒物质通过食物链移动会被积累和扩大.结果,食物链的高级捕食动物如湖中的鳟鱼和食鱼鸟类)鸬鹚,鱼鹰,鲱鱼,海欧等会摄入极大量的有毒物质.有毒物质在这些物种体内积累后,其浓度比在水中要高出数百万倍.人类食用被有毒物质污染的鱼所受到的损害程度要远高于饮用被污染的水所受到的危害.3 12 生物指示器监测生态系统的变化人们已对湖区的水生植物和动物种类进行了深入研究,一些不利的影响如鸟类的蛋壳变薄和鱼长肿瘤等问题已被重视.人们对摄入持久性、低含量的有毒污染物十分关注,它对人类的生殖、免疫系统和小孩的生长会产生微妙的不良影响.人们也注意到了环境污染和一些疾病如癌症之间的关系.人们越来越重视湖区有毒物质污染问题.测定生态系统完整性的方法是全区管理计划中生态系统方法的一个重要影响组成部分.已在苏必利尔湖使用生物指示器来监测生态系统的变化.这些指示器是生物体(如鸟或鱼类),通过这些指示器能测定出生态系统是否健康,生物物种的数量是否保持稳定和顺利地繁衍.理解全系统范围的污染问题和食物链中的生物积累作用已成为湖区生态系统管理观的重要部分.3 13 公众参与大湖区有 3 300 万多人居住,全湖区范围的管理需要维持对人们资源的利用,也需要公众更好的理解,政府坚定不移地保护湖区,并采取创造性的行动和合作.大湖区周边包括加拿大的安大略省和美国的 8 个州,有数千个地方区域和有特别功能主管团体,他们均有权力对湖区某些方面实行管理.如水资源的使用、生物多样化、湖泊水位和海岸线的管理等是不分国界的,因此两国合作是很重要的.正因如此,公共咨询包括居民、私人组织、企业和政府等,被认为是对大湖区生态系统资源管理中做决策时的重要因素.湖区的居民已参与到解决问题的过程中,推动保护健康、可持续环境工作的进行,以及减少他们个人对湖区污的危害.大湖区居住的人们是自然生态系统的一部分,并依赖于她而生存.但是人们正在破坏这个系统的自我更新、维持人类自身及湖区所有生物生存的能力.要保护湖区的可持续发展,要求更好地研究过去的问题是如何产生的,同时继续采取措施预防进一步的环境破坏.利用生态系统方法管理大湖区,使美国和加拿大两国逐渐联合起来对湖区实施管理.人类逐渐认识到在利用湖区自然资源的过程中是如何对环境造成损害的,这促使两国政府和公民采取行动对湖区进行研究、监控和承担起保护的责任.生态系统管理不仅要求政府有关各个部门,还需要企业、非政府组织都要承担起自己的责任建立工作合作关系,一起来保护湖区生态系统.起初,水污染被看成是一个孤立存在的问题.实际经验证明,水污染与土地利用、空气和水源有着密切的关系.人们进一步了解到,它需要放入整个生态系统之中去考虑,寻找解决办法.美国和加拿大为了共享、保护湖区水资源,成立了专门机构来促进相互合作.3 14 生态系统方法管理随着对影响大湖区生态系统健康的诸多相互联系、相互依赖因素的不断认识,人们开始采用生态系统方法来管理大湖区.生态系统方法不依赖于任何具体行动过程,而是采取一种更全面、相互制约的观点,这种观点方法有更广泛的实际意义.生态系统方法具备的基本特点如下:第一,这种方法以一种广泛的、系统的观点来理解湖区内的物理、化学和生态因素间的相互作用.通过使用生物指示器监控水质和水生系统的变化过程,使湖区内生命体间的相互依赖关系被反映出来.例如,人们利用鲱欧的蛋作为有毒污染物的指示器、海藻快速生长的现象作为加速富营养化过程的指示器、水生群落物种的变化作为栖息地毁坏的指示器.能通过利用浮游动植物来衡量长期接触低含量的有毒化学物质对生物体的生长和繁殖的影响,对慢性有毒物质的影响实行生物监控.第二,生态系统方法是从地理区域角度对整个生态系统的全面理解,包括陆地、空气和水.在利用生态系统方法过程中,要求全湖区管理计划对大气中的污染物和土地利用对水质产生的污染给予新的重视.86西南大学学报(自然科学版)投稿网址 http:/xbgjxt1swu 1 cn 第 30 卷最后,生态系统方法是把人类作为生态系统良好运行的主要因素.这意味着认识到社会、经济、技术和政治等变量因素影响人们如何利用自然资源.在生态系统方法中必须考虑到人类文化、生活方式和观点的影响,这是因为这些因素影响到生态系统的完整性.生态系统管理方法不同于早期着重局部治理污染的管理方法.早期的管理方法是将生态系统中的各因素隔离开来,忽略土地利用对水质的根本影响.而生态系统方法促使管理者和计划者一起合作,修定全面的研究战略和行动,为未来保护和恢复大湖区生态系统的完整性,并为他们作出正确决策提供了一个基本框架.尽管大湖区的管理还处于完全的生态系统方法管理的早期阶段,但正在取得长足进步.4 面源污染控制的国家行动美国早就认识到水是国家最重要的资源,自1972 年实施清洁水法以来,对由工业和市政产生的点状污染加以控制,点状污染得到明显的改善.但是,根据 1994 年美国/国家水质评价0报告指出,农业面源污染不仅是导致河流、湖泊、口岸地区地表水污染的主要原因,也是造成地下水污染和湿地生态环境退化的主要原因.为此,美国对面源污染的控制采取了一系列的国家行动 8,10-12.1996 年5 月,美国环保局(EPA)出台了修改的控制面源污染计划指南,该指南取代1987 年 12 月EPA发布的面源指南和 1993 年 6 月的控制面源污染计划资助指南.这个指南是 EPA 改革控制面源污染计划所采取的一个重要步骤.根据这个指南,各州修改它们的控制面源污染计划,使之成为真正有效的、灵活的计划,以解决面源污染造成的水质问题.这个指南提供了未来控制面源污染计划的框架,旨在实现或维持水的有益使用.这个框架具有灵活性和动态性,将会产生更好的环境效果.EPA 于 1997 年 10 月 14 日,在Wye 河会议中心的国家面源计划的会议上,提交了题为/加快面源计划的步伐0的报告.该报告是 EPA 根据修改的面源计划指南制定的关于加强面源污染管理战略草案.其目标是:所有州、领地和部族,以及所有利害关系者积极支持和参与实施动态的、有效的控制面源污染计划,到 2013 年实现并保持水的有益使用.采取的战略如下:灵活的、动态的、有明确近期和远期目标的州控制面源污染计划.尽可能加快实现和维持水的有益使用的步伐;识别和减轻面源污染造成的水质损害,并防止现在和未来的人类活动对水质产生不良的影响;改进州控制面源污染计划;加强各个层次之间的广泛合作关系;加强与联邦的合作.资助与联邦研究一致的州的行动;汇集联邦面源污染的研究力量;与联邦机构共同建立面源污染研究备忘录;扩大公民的参与意识;加快合作的步伐;以风险为目标.加强推行/日最大总荷载0(TMDL)计划;改进的水质标准;加强饮用水供给的保护;建立空气沉降减轻战略;建立和利用法律权限.提倡州总体强制体系;加强有关废物管理的联邦和州立法力度;加强城市暴雨径流面源污染管理的规章;在强调州控制面源污染计划的同时,兼顾受威胁的其他水流域的水质管理;管理和实施高效率的州控制面源污染计划,建立面源污染控制的资金保障管理体系;加强面源污染控制的评估.至少每 5 年对州控制面源污染计划进行评估和修改.4 11 EPA(美国环保局)计划4 11 1 1 面源污染管理计划1987 年美国国会通过了清洁水法修正案,建立了控制面源污染的国家计划.该计划是联邦政府首次对面源污染控制进行资助.该计划的建立是由于美国政府认识到需要联邦政府的领导来加强州和地方政府的面源污染的控制工作.清洁水法授权 EPA 实施该计划.各州如果要得到联邦的资助,必须完成评价报告和面源污染源管理计划.经 EPA 审批合格便可以实施各州的计划.1990 年 EPA 开始向各州、领地和部族进行资助,实施它们的计划.EPA 在 1990年和 1991 年资助各州实施管理计划的金额分别是 4 000 万美元和5 000 万美元.到1996 年底用于该计划的总资金已达417 亿美元.到 1997 年末,EPA 已发放了 319 个款项的资金,资金总额达该计划总资金的 40%.这些资金用于该计划的各项活动,如计划的推行、立法或非立法活动,技术支持、财政支持、教育培训、技术转让、试点工程、监测和评价特殊的面源污染控制工程的成功性.4 11 1 2 国家口岸计划这个计划主要针对重要的口岸地区点状和面源污染问题.EPA 帮助口岸地区各州和地方政府建立口87第 11 期 谢德体,等:北美五大湖区面源污染治理经验与启示岸特别综合保护和管理计划.到目前,已在 17 个口岸地区实施了该计划.4 11 1 3 近海岸水域计划该计划主要目的是近海岸水域污染防治、生态环境和人类健康保护.4 11 1 4 地下水保护计划除了清洁水法以外,EPA 关于地下水保护方面已实施了一些计划.这些计划为各州提供有关地下水保护的技术和财政支持.根据安全饮用水法,EPA 实施了唯一源含水层计划(Sole Source Aquifer Program),该计划并没有得到联邦政府的财政资助.EPA 根据 1986 年安全饮用水法修正案,建立了井源保护计划(Wel-l head Protection Program),其主要目的是变化公共饮用供水系统的安全.EPA 与美国农业部合作私人饮用水井也实施了这项计划.地下水不但可以提供大量的饮用水,它还具有重要的生态功能.一旦地下水被污染,用于清理地下水污染的费用相当昂贵,而且耗时长.因此,EPA 强调保护地下水资源是首先要考虑的战略.在保护地下水资源的同时,保护与地下水相联系的地表水资源和生态环境.每个州要根据地下水的使用目的和价值,来确定地下水污染治理的优先顺序.EPA 已在地下水保护方面投资超过 8 000 万美元.4 11 1 5 杀虫剂计划EPA 的杀虫剂计划是根据联邦杀虫剂、杀菌剂和灭龃齿类动物药剂法(Federal Insecticide,Fungicideand Rodenticide Act)制定的.该计划是针对面源污染问题.该法授权 EPA 实施该计划,目的是控制杀虫剂,以免它们危害地下水和地表水,特别是保护脆弱的地下水受到杀虫剂的污染.4 11 1 6 湿地保护计划EPA 的湿地保护计划也开展了一些关于面源污染控制的项目,它们是关于河流走廊水质管理、面源污染综合研究、洪涝灾害的管理、水质改善、湿地生态环境保护.EPA 已编辑出版了/湿地最佳管理实践(BMPs)技术手册0.4 11 1 7 水源评价和保护计划美国上议院 1996 年的报告指出,水资源保护是保证安全饮用水的持续供给的一种经济有效的战略.仅依靠治理的办法是远远不能解决复杂的水污染问题,特别是分布面积广的面源污染问题.因此,在 1996 年对安全饮用水法进行了修正,重点强调水资源的保护,防治水资源污染,以保证安全饮用水的供给.根据该修正案,建立了水源评价和保护计划(SWAPPs).计划要求各州向 EPA 在 1999 年 2 月 6 日前递交州的评价计划.主要内容应包括:(1)圈定水资源保护区;(2)编录这些地区的主要污染物;(3)确定每个公共供水系统对污染的敏感性.EPA 制定了 SWAPPs 指南,以帮助各州建立 SWAPPs.EPA 希望将SWAPPs 与井源保护计划、地下水保护计划、唯一源含水层指定计划、水流域面源杀虫剂计划和废物控制计划相结合,帮助各州和地方政府建立最有效的水资源保护计划,以避免昂贵的水污染治理.4 12 NOAA(国家大气和海洋管理局)海岸带面源污染管理计划1990 年国会通过了海岸带法修正案(Coasal Zone Act Reauthorization Amendments),建立了海岸带面源污染管理计划,综合管理海岸带地区的面源污染问题.CZARA 要求 NOAA 和 EPA 协助 29 个州、领地和部族实施海岸带计划,NOAA 和EPA 制定了/海岸带面源污染特别管理措施指南0,以帮助各州建立它们的计划.该指南有七大方面内容:(1)保护海岸水域,防治面源污染;(2)保护农业,防治面源污染.包括管理沉积,管理营养物、氮、磷、钾,管理动物设施,管理灌溉,管理杀虫剂,管理放牧;(3)管理城市径流,防治面源污染;(4)管理林业面源污染;(5)管理船业和码头的面源污染;(6)管理生活面源污染;(7)管理湿地,防治面源污染.到 2004 年完成海岸带面源污染管理计划的第一阶段,2009 年完成计划的第二阶段.4 13 USDA(美国农业部)计划4 13 1 1 乡村清洁水计划农村清洁水计划是一个联邦资助的、针对水流域的农村面源污染的控制计划.水质监测是这个计划的重要内容.该计划是根据/农业、农村开发及相关机构拨款法0制定的.实施该计划的目的是(1)在项目实施地区,尽可能通过经济有效的方式,在提供充足的粮食的同时,改善水质和生态环境;(2)帮助农民减少农88西南大学学报(自然科学版)投稿网址 http:/xbgjxt1swu 1 cn 第 30 卷业面源污染,改善农村地区的水质,使水质达到规定的目标;(3)建立和实施面源污染控制管理计划,确立管理方针和管理步骤,以控制农业面源污染.4 13 1 2 国家灌溉水质计划1986-1993 美国内务部在主要农产区-美国西部的 26 个灌溉地区实施了该项计划,主要是针对地表水.该计划研究有两个目的:一是建立 26 个地区地表水及其沉积物、生物样品的关系数据库.二是利用数据库识别不同地区由于灌溉水引起的水质问题的共同特征,并且识别主要影响因素.4 13 1 3 农业水土保持计划该计划的目的是水土保持,改善水质,保护野生动物栖息地的生态环境.该计划有一部分内容是关于面源污染控制的问题研究.4 13 1 4 水土保护区计划该计划的主要目的是保护国家最严重的水土侵蚀地区,以保护和改善水质,特别是保护环境敏感地区,如渗滤带、湿地和井源保护区.同样,该计划也涉及到面源污染问题的研究.4 14 总统水质动议法1989 年布什总统颁布了这个新法规.目的是保护地下水和地表水免遭化肥和杀虫剂的污染.在过去的十几年中,国会对此进行了资助.美国农业部、环保局、地调局和大气和海洋管理局共同参与了这个计划.开展了一些水流域项目,包括水质刺激项目(WQIP)、水质合作试点项目(Demos)和水文单元合作项目(HUA).通过这些项目,研究化肥和杀虫剂的面源污染问题.4 15 USGS(美国地调局)计划4 15 1 1 国家水质评价该计划从 1991 年至今,NAWQA 计划的长期目标是:在综合不同空间尺度水质信息的基础上,描述国家大的、代表性地区的地表水和地下水资源的水质状况和趋势.对影响水质的主要自然和人类因素提出可靠的和科学的认识.该计划由两个部分组成:一是研究单元调查;二是国家综合行动.NAWQA 计划首先考虑的是营养物和杀虫剂.关于硝酸盐和杀虫剂的初步综合研究得出了一些重要的结论,这些研究将有助于今后的监测重点方向:NAWQA 计划在 1994-1995 年开始考虑对挥发性有机化合物(VOCs)的监