中国氨氮水质基准研究支撑相关水质标准的科学制订

■文/ 刘征涛

水质基准是水质标准制（修）订的科学依据。在水专项课题“中国流域水环境质量基准与标准技术体系研究”和“重点流域优控污染物水环境质量基准研究”支持下，基于中国本土生物区系特征及流域水生态环境特征，对中国氨氮水质基准进行了研究，以期为中国氨氮水质标准的修订和科学实施提供参考。

一、水质基准的研究意义和作用

水质基准是指一定自然特征的水生态环境中污染物对特定对象（水生生物或人）不产生有害影响的最大可接受剂量（或无损害效应剂量）、浓度水平或限度，是水质标准制（修）订的科学依据。中国经过几十年的发展，已经建立了较为完善的水质标准体系，《地表水环境质量标准》1988年首次发布，并历经1988年、1999年、2002年三次修订，在中国水环境管理中发挥了重要作用。但中国现行水质标准基本上是参照国外水质基准或标准限值制定的，没有充分考虑中国的水生态环境特征，因此其科学性值得商榷。如在2005年松花江特大水污染事故处置中使用的中国硝基苯地表水水质标准，直接引用了美国的硝基苯国家水质基准（0.017 mg/L），使用过程中发现明显不适合中国国情。

水质基准可以分为急性基准和慢性基准，急性基准适用于突发性污染事故，慢性基准适用于水环境的日常管理。氨氮是中国现阶段流域水环境中的主要污染物之一，超标现象严重，科学确定氨氮水质标准对于加强中国流域水环境管理至关重要。

二、基于水质特征的氨氮水质基准研究成果

对中国氨氮水质基准进行的研究，主要针对国家和流域两个层面。在国家层面，搜集并试验验证了中国淡水生物的氨氮急、慢性毒性数据，依据美国物种敏感度排序(SSR )技术法对中国氨氮水质基准进行研究；在流域层面，针对主要流域的水质条件差异，试验研究提出了适用于不同流域水质的氨氮水质基准，以期为中国氨氮水质标准的修订提供参考。

根据水质因子对污染物生物毒性的影响，水体污染物目前可以分为三类，第一类如硝基苯，其生物毒性不受水质条件影响；第二类如重金属镉，其生物毒性受一种水质因子（硬度）影响；第三类如氨氮，其生物毒性受两种水质因子（温度和pH值）的影响。污染物生物毒性受水质因子影响越复杂，其水质基准的确定也就越难。基准值经常用函数式的形式来表示。对于氨氮水质基准，如美国设定了全国基准函数，氨氮基准值随水体温度和pH值变化而变化，各州基本也沿用了这种函数形式。针对中国水环境管理的具体情况，本文除了在国家层面提出国家氨氮水质基准函数外，还根据不同流域的水环境特征，制定了有关重点流域的氨氮基准阈值。

（一）国家氨氮水质基准

在国家层面上，影响氨氮污染物水质基准的因素主要是生物区系、水体温度和水体pH值。基于中国流域水生生物分布特征，对国家层面的氨氮水质基准（包括短期急性基准CMC和长期慢性基准CCC）进行了研究，得出中国国家氨氮水质基准函数式（见式1，式2）并与美国国家氨氮基准进行了对比。基于美国氨氮基准技术方法，由表1中最敏感的4属GMAV计算得最终急性值（FAV）为7.733mg/L，公式系数计算为0.643，得到中国氨氮短期急性基准CMC函数为：

式中，pH是水体酸碱度，T为水体温度。由表1中最敏感的4属GMCV计算最终慢性值（FCV）等于0.459mg/L，公式系数计算为0.502，得到中国氨氮长期慢性基准CCC函数为：

式中，pH是水体酸碱度，T为水体温度。

将中国本土氨氮基准结果与美国相关基准阈值进行对比，结果见表2。

表1 中国水生生物的氨氮慢性毒性数据

研究表明，不同的水体温度和pH值条件下，氨氮水质基准差别很大，如在水体pH6.5-9.0及温度0-30℃的范围内，中国氨氮基准值的差异可达数十倍至上百倍，美国氨氮基准值差异更大，可达数十倍至数百倍，温度与pH值对毒性基准限值的影响见图1。中国的氨氮CMC相对于美国来说，取值区间发生“收缩”，即低值比美国的低值高，但高值比美国的高值低，差异超过30%；中国氨氮CCC的取值区间与美国相比则“整体上移”，即低值比美国的低值高，高值也比美国的高值高，差异比CMC更为显著，接近80%，主要是中美水生生物分布的不同造成了上述差异。

表2 中国和美国氨氮水质基准对比

（二）流域氨氮水质基准

根据中国主要流域重点断面水质自动监测周报及相关文献，针对中国七大流域的温度和pH值差异，采用中国国家氨氮基准函数，推算了适用于中国不同流域的氨氮水质基准，分别推算出夏季和非夏季氨氮急、慢性基准值（见表3）。

结果表明，由于水体pH值的差异，不同流域之间的氨氮基准阈值差别较大，如淮河的水体pH值高达9.18，其急、慢性氨氮基准阈值在七大流域中最低，急性基准分别为0.37mg/L（夏季）和0.81mg/L（非夏季），慢性基准分别为0.06mg/L（夏季）和0.15mg/L（非夏季）；珠江的水体pH值最低，为8.11，其氨氮基准阈值在七大流域中最高，急性基准分别为2.45mg/L（夏季）和5.16mg/L（非夏季），慢性基准分别为0.32mg/L（夏季）和0.57mg/L，与淮河的氨氮基准阈值最大差异超过6倍；同一流域在夏季和非夏季的氨氮基准阈值差别也较为显著，如松花江、海河、黄河、淮河在不同季节的氨氮慢性基准值差异均超过2倍。

（三）研究的氨氮基准对中国流域水生生物保护

推算25℃、pH 8.0时的中国氨氮CMC和CCC，分别与调整至同样水质条件下的中国水生生物GMAV和GMCV比较，并同时与美国相关数据相比，结果如图2所示，中国和美国的急性CMC和慢性CCC基准分别以横线表示，图中黑点代表中美两国水生生物。可以看出，不论是CMC还是CCC，都可以为中国物种提供恰当的保护，而如果直接采用美国氨氮基准，不论是CMC还是CCC，都偏于严格，会对中国生物造成一定的“过保护”。

图1 温度与pH值对毒性基准限值的影响

三、关于中国实施水生态差异性氨氮水质标准的建议

（1）经结合中国本土水环境的水质与水生生物的特征要素试验研究表明，中国氨氮水质基准阈值与美国氨氮水质基准值具有明显差异，因此有必要尽快修改目前中国基于直接参照美国水质基准值而制定的中国氨氮水质标准，特别是中国主要流域的氨氮水质基准，由于各流域水生态特征的差异，不同流域之间以及同一流域的不同季节之间的氨氮基准差异显著，以防止出现中国水质标准管理中的“过保护”或“缺保护”现象。

表3 中国主要流域氨氮水环境基准阈值

图2 中国和美国的氨氮基准对水生生物的保护水平对比。图中数据均已调整至25℃（无脊椎动物）和pH 8.0（全部水生生物）

（2）适时发布中国流域氨氮水质标准限值。在中国流域实际水环境开展氨氮基准的校验证基础上，经相关部门及专家审议后，建议中国向全国发布基于流域水生态差异化的中国水环境氨氮水质标准限值，在相关流域试行，并后续考虑以独立表格的方式将其纳入新的地表水环境质量标准。初步建议的氨氮水质标准值如下：松花江：夏季0.24mg/L，非夏季0.45mg/L；辽河：夏季0.18mg/L，非夏季0.35mg/L；海河：夏季0.08mg/L，非夏季0.22mg/L；黄河：夏季0.10mg/L，0.25mg/L；淮河：夏季0.06mg/L，非夏季0.15mg/L；长江：夏季0.16mg/L，非夏季0.24mg/L；珠江：夏季0.32mg/L，非夏季0.57mg/L。

（3）尽快建立中国环境基准制定、发布程序和平台。建议中国水环境质量管理建立基于本土水质基准为科学依据的能反映水体特征差异化的水环境标准技术管理体系。一是建立中国环境基准的制定、发布及发展完善的科学体系，二是逐步构建中国基于环境基准技术支撑的环境标准技术，增强环境保护标准制订的科学性，为改善国家环境质量作贡献。

总论：研究表明，主要由于流域自然环境及水生态系统特征的不同，中国与美国氨氮水质基准阈值具有明显差异；中国七大流域间的氨氮水质基准阈值差异高达数倍。如淮河流域氨氮基准阈值最低，夏季和非夏季氨氮慢性基准值分别为0.06mg/L和0.15mg/L；珠江流域氨氮基准值最高，夏季和非夏季氨氮慢性基准值分别为0.32mg/L和0.57mg/L。建议科学实施“水十条”，在流域水生态分区的基础上，基于研究建立的水环境基准方法技术，推进国家流域差异化的氨氮水质标准管理建设。