美國溶解氧基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)及其對我國的啟示

黃煒惠， 李文攀， 霍守亮， 馬春子,3*， 陳艷卿， 何卓識， 鄭佳琦

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院， 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點實驗室， 北京 100012 2.中國環(huán)境監(jiān)測總站， 北京 100012 3.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院， 上海 200444

我國溶解氧標(biāo)準(zhǔn)在借鑒國外水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定. 我國幅員遼闊，地形復(fù)雜、氣候多樣，南北水體飽和溶解氧差異顯著，全國采用統(tǒng)一的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)易導(dǎo)致不同地理氣候區(qū)域水體的欠保護(hù)或過保護(hù). 近年來我國水環(huán)境質(zhì)量總體呈向好趨勢，正邁向生態(tài)文明建設(shè)的新階段，為有利推進(jìn)生態(tài)環(huán)境高水平保護(hù)，現(xiàn)急需通過科學(xué)的方法制定符合我國國情的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)水環(huán)境的精準(zhǔn)保護(hù). 美國從20世紀(jì)40年代開始探索建立水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)形成一套較為完善的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)體系. 美國環(huán)境保護(hù)局(US EPA)制定國家層面的溶解氧基準(zhǔn)，各州參照溶解氧基準(zhǔn)結(jié)合具體水體功能制定溶解氧標(biāo)準(zhǔn)，并定期(3年一次)對溶解氧標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審查和修訂，US EPA最終審批并監(jiān)督實施[1]. 該文通過系統(tǒng)梳理美國溶解氧基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)制定體系，對比分析我國溶解氧標(biāo)準(zhǔn)體系現(xiàn)存不足，初步提出美國溶解氧標(biāo)準(zhǔn)制定對我國的啟示.

1 美國溶解氧基準(zhǔn)

溶解氧基準(zhǔn)是指對水生生物產(chǎn)生可接受影響的最低溶解氧濃度[2]，是溶解氧標(biāo)準(zhǔn)制定的理論依據(jù). 美國現(xiàn)行的溶解氧基準(zhǔn)包括1986年US EPA發(fā)布的淡水溶解氧基準(zhǔn)[2-3]和2000年發(fā)布的海水溶解氧基準(zhǔn)[4]. 根據(jù)水生生物對溶解氧敏感性的不同，分別探討了溶解氧對冷水生物和溫水生物及其不同生活史階段生長和生存的影響，制定了淡水和海水溶解氧的慢性基準(zhǔn)值和急性基準(zhǔn)值.

US EPA針對冷水魚和溫水魚的早期生活史階段和其他生活史階段，分別制定了溶解氧基準(zhǔn)值(見表1). 冷水魚被認(rèn)為是鮭科魚類或與鮭科魚類的溶解氧敏感度相似的生物[3]，一般生活在20 ℃以下水體中[5]. 溫水魚適宜生存的溫度較高，所需的溶解氧基準(zhǔn)值較低. 不同生活史階段的魚類對溶解氧的敏感度不同，魚類在早期生活史階段對溶解氧更敏感，需要制定更高的溶解氧基準(zhǔn)值. 為了保護(hù)冷水魚棲息地常見的昆蟲，溶解氧急性基準(zhǔn)值采用4 mg/L，替代鮭科魚類的急性基準(zhǔn)值3 mg/L[3]. 為滿足7 d平均值的要求，限制溶解氧1 d最小值的發(fā)生頻率為每年3次，或?qū)⒗渌~可接受的溶解氧1 d最小值增至4.5 mg/L，溫水魚溶解氧1 d最小值增至3.5 mg/L.

表1 美國淡水溶解氧基準(zhǔn)

基于弗吉尼亞州(Virginia)夏季入?？诤徒逗Ｓ蚣棺祫游锖汪~類的毒理數(shù)據(jù)，US EPA制定了海水(入?？诤徒逗Ｓ?溶解氧基準(zhǔn)值(見表2)，該值適用于弗吉尼亞州入?？诤徒逗Ｓ?從低潮線向海域延伸3 m范圍)水生生物的保護(hù)[4]. 根據(jù)表2中的公式，各州采用自有的生物毒性數(shù)據(jù)可以推導(dǎo)其相應(yīng)的溶解氧基準(zhǔn)值. 海水基準(zhǔn)值分析了在持續(xù)低氧暴露(大于24 h)和間歇低氧暴露(小于24 h)兩種方式下，低氧對水生生物不同生活史階段的影響. 在持續(xù)低氧暴露情況下，采用處于未成熟和成熟階段水生生物的急性毒性效應(yīng)數(shù)據(jù)，利用毒性百分?jǐn)?shù)排序法計算得到溶解氧急性基準(zhǔn)值為2.3 mg/L；采用處于生長階段水生生物的慢性毒性效應(yīng)(4～29 d生長損失)數(shù)據(jù)，利用毒性百分?jǐn)?shù)排序法計算得到溶解氧慢性基準(zhǔn)值(4.8 mg/L)；當(dāng)水中溶解氧濃度介于二者之間時需要采用幼體增長階段模型，通過設(shè)定可接受增長累積損失(5%)，推導(dǎo)在該濃度下水生生物允許暴露間隔的持續(xù)時間，以評價該棲息地是否適合物種幼體生長.

表2 美國弗吉尼亞州(Virginia)海水溶解氧基準(zhǔn)

在間歇低氧暴露情況下，需通過低氧狀態(tài)的持續(xù)時間和強度，根據(jù)不同階段的公式，計算得到溶解氧的允許濃度和最大允許天數(shù)，判斷溶解氧的實際濃度是否達(dá)到水生生物生長和生存要求. 間歇低氧暴露下處于未成熟和成熟階段水生生物的溶解氧基準(zhǔn)值根據(jù)溶解氧在不同時間(h)造成的死亡率進(jìn)行擬合，以CMC(基準(zhǔn)最小濃度值)為終點計算得到；生長階段的數(shù)據(jù)與持續(xù)低氧暴露下生長階段中慢性毒性數(shù)據(jù)來源相同，利用間歇低氧暴露24 h的生長損失(為持續(xù)低氧暴露24 h生長損失的1.56倍)，計算得到某一時間內(nèi)總生長損失小于25%的溶解氧濃度和暴露允許時間；幼體增長階段利用生長階段計算得到TTD曲線(時間-死亡率曲線)，將數(shù)據(jù)代入TTD曲線得到最大日死亡率，再根據(jù)死亡率-允許天數(shù)曲線，得到該死亡率下的最大允許天數(shù)[4].

2 美國溶解氧標(biāo)準(zhǔn)

溶解氧標(biāo)準(zhǔn)是參照溶解氧基準(zhǔn)制定的保護(hù)特定水體功能的標(biāo)準(zhǔn)值，采用溶解氧濃度和溶解氧飽和度來評價，在2個指標(biāo)都監(jiān)測的情況下采用更嚴(yán)格的值對溶解氧進(jìn)行評價. 美國各州對行政區(qū)內(nèi)水體分段，每段河流具有多種功能，根據(jù)最敏感功能得到對應(yīng)溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值. 美國水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)制定的目的是保護(hù)魚類和貝類以及野生動物的生存和繁殖，滿足娛樂用水、飲用水供應(yīng)、農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水及航行等功能，并保護(hù)下游水質(zhì)[1,6]. 溶解氧基準(zhǔn)只考慮了溶解氧對水生生物生長和生存的效應(yīng)，完全基于試驗數(shù)據(jù)，簡化了環(huán)境要素的影響. 溶解氧標(biāo)準(zhǔn)的制定需要分析不同時間和棲息地環(huán)境中水生生物對溶解氧的敏感性，并考慮社會經(jīng)濟等因素. 除了保護(hù)水生生物外，溶解氧標(biāo)準(zhǔn)還通過實施反降級政策保護(hù)特定水體功能. 根據(jù)溶解氧標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)目標(biāo)的不同，從保護(hù)水生生物、保護(hù)水體功能和反降級政策三方面來介紹美國溶解氧標(biāo)準(zhǔn).

2.1 保護(hù)水生生物

為保護(hù)水生生物，溶解氧標(biāo)準(zhǔn)最低限值為4 mg/L[7-15]，溶解氧飽和度不得超過110%[7,16](見表3). 不同環(huán)境生存著不同類型的生物，生物在不同生活史階段的生長代謝狀況不同，對低氧敏感性也不同. 基于溶解氧基準(zhǔn)，美國從海水(入?？诩敖逗Ｓ?和淡水、冷水生物和溫水生物以及物種不同生活史階段3個層次分別制定了溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值. 海水溶解氧最低標(biāo)準(zhǔn)值為4 mg/L[10]，淡水溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值較高，最低標(biāo)準(zhǔn)值為5 mg/L[8,11,15,17-18]. 淡水生物又分為溫水生物和冷水生物，溫水生物的溶解氧最低標(biāo)準(zhǔn)值為5 mg/L[5,14,16-19]，溶解氧飽和度標(biāo)準(zhǔn)為60%[18]； 冷水生物敏感的早期生活史階段溶解氧標(biāo)準(zhǔn)為7 mg/L[8,15,18-21]，溶解氧飽和度標(biāo)準(zhǔn)為75%[18]；冷水生物其他較不敏感的生活史階段溶解氧標(biāo)準(zhǔn)為6 mg/L[8,15-16,18]，溶解氧飽和度標(biāo)準(zhǔn)為70%[18].

表3 美國部分州保護(hù)水生生物溶解氧標(biāo)準(zhǔn)的最小值

不同地貌、水文、氣候因素導(dǎo)致棲息地環(huán)境各異，隨著時間變化棲息地環(huán)境和物種活動軌跡也會改變，不同時間和棲息地環(huán)境中物種對溶解氧敏感性不同. 現(xiàn)階段水環(huán)境受人類干擾嚴(yán)重，不同地區(qū)水質(zhì)差異顯著，需要制定不同的溶解氧標(biāo)準(zhǔn). 如緬因州、紐約州和馬薩諸塞州等地區(qū)根據(jù)棲息地質(zhì)量劃分了水體等級，根據(jù)水體等級分別制定溶解氧標(biāo)準(zhǔn). 針對脆弱的棲息地和敏感物種及其生活史階段，各州制定了符合當(dāng)?shù)貙嶋H情況的溶解氧標(biāo)準(zhǔn).

2.1.1海水溶解氧標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)水文和水質(zhì)因素將海水分為入?？诤徒逗Ｓ?種水體類型. 入?？谖挥诤恿飨掠魏痛蠛＝唤缣?，受潮汐影響鹽度變化大，污染較重. 路易斯安那州入?？谌芙庋鯓?biāo)準(zhǔn)為4 mg/L，近岸海域的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)為5 mg/L[10]. 阿拉斯加州近岸海域1 m深的表層溶解氧濃度要求大于6 mg/L，入?？谔幨艹毕渌w的溶解氧濃度大于5 mg/L[7]. 對入?？?、近岸海域和淡水溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值比較發(fā)現(xiàn)，入海口受陸地污染源和鹽度雙重影響，溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值較低，適合耐污型水生生物生存. 不同時間入?？谔幊毕\動和生物活動存在顯著差異，因此同一地點不同時間物種對溶解氧的敏感性不同. 如華盛頓特區(qū)根據(jù)潮汐時間制定了不同的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值，規(guī)定2月1日—5月31日溶解氧標(biāo)準(zhǔn)瞬時值為5 mg/L，6月1日—翌年1月31日的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)瞬時值為3.2 mg/L. 根據(jù)不同時間和地點制定溶解氧標(biāo)準(zhǔn)能更有效地保護(hù)水生生物，避免過保護(hù)或欠保護(hù)現(xiàn)象的發(fā)生[14].

2.1.2淡水溶解氧標(biāo)準(zhǔn)

淡水溶解氧標(biāo)準(zhǔn)分為冷水生物和溫水生物2種溶解氧標(biāo)準(zhǔn)，并針對敏感物種的產(chǎn)卵階段制定溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值. 根據(jù)水流狀態(tài)將淡水棲息地分為河流和湖庫2類. 河流流速大，流量隨季節(jié)變化顯著，在流量過低情況下甚至?xí)霈F(xiàn)斷流，無法維持水體正常功能. 威斯康星州規(guī)定河流流量低于10年內(nèi)最小7 d的平均流量(7Q10)或者全年平均流量的0.274%(相當(dāng)于每年一次)，難以維持生物生存繁殖等功能的情況下，可不制定溶解氧標(biāo)準(zhǔn)[15]. 密歇根州規(guī)定不同保護(hù)目標(biāo)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的流量要求：為保護(hù)野生動物，設(shè)計流量大于10年內(nèi)最小90 d的平均流量(90Q10)；為保護(hù)人體健康，設(shè)計流量大于諧波平均流量；在氨等物質(zhì)排放的情況下，設(shè)計流量大于4個季節(jié)中流量最高月95%時間的流量；實際流量超過設(shè)計流量時，溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值也應(yīng)相應(yīng)提高. 水力發(fā)電、閘壩建設(shè)等工程導(dǎo)致河流流量進(jìn)一步減少，溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值降低[13]. 如水力發(fā)電設(shè)施下魚類產(chǎn)卵期(7月15日—10月15日)，愛達(dá)荷州制定溶解氧標(biāo)準(zhǔn)瞬時值為3.5 mg/L，顯著低于其他條件下物種產(chǎn)卵期的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值[16].

湖庫等棲息地環(huán)境水體較深，隨著深度的增加，水體中溶解氧的濃度因氧氣補充減少而降低. 在分層情況下，湖庫下層水體植物產(chǎn)氧和大氣復(fù)氧能力弱，耗氧速率超過氧氣補充速率，易造成缺氧，因此溶解氧標(biāo)準(zhǔn)只適用于湖庫水體表層或者混合狀態(tài)良好的河流等水體. 密西西比州規(guī)定了未分層水體中溶解氧標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍：如果水體最大深度小于或等于3 m，溶解氧標(biāo)準(zhǔn)適用于湖庫上層水體(一半深度以上)，否則適用于水面以下1.5 m內(nèi)水體；對分層的水體，將湖庫上層視為未分層水體[13]. 愛達(dá)荷州對不同水深的湖庫規(guī)定了溶解氧標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍：對最大水深小于35 m的湖庫，溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值僅適用于水深20%以內(nèi)的表層水體；超過35 m的湖庫，溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值適用于7 m以內(nèi)表層水體；溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值不適合分層湖庫[16].

2.1.3敏感物種及其生活史階段

針對冷水魚等敏感物種及其早期生活史階段，需要制定更嚴(yán)格的溶解氧標(biāo)準(zhǔn). 在鮭魚洄游期間，威斯康星州規(guī)定溶解氧濃度需保持在自然背景濃度下，阿拉斯加州對溯河產(chǎn)卵的魚類制定溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值為7 mg/L[15]. 華盛頓州規(guī)定鮭魚飼養(yǎng)和遷徙期溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值為6.5 mg/L，產(chǎn)卵期為8 mg/L；鱒魚產(chǎn)卵期的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值也為8 mg/L；而紅點鮭魚產(chǎn)卵期溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值高達(dá)9.5 mg/L[14]. 佛蒙特州規(guī)定鮭魚卵成熟后期和仔魚發(fā)育期的溶解氧飽和度為95%[18]. 由于魚類有洄游的習(xí)性，尤其是生殖洄游期，在具體時間和地點制定溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值是保護(hù)敏感物種更有效的措施. 羅得島州對魚類早期生活史階段所處的不同地點制定了不同溶解氧標(biāo)準(zhǔn)：早期生命在礫石處溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值為8 mg/L；在上覆水中溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值為5 mg/L[19]. 愛達(dá)荷州規(guī)定建有水力發(fā)電設(shè)施的河段魚類產(chǎn)卵期的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)適用的時間為7月15日—10月15日[16]. 緬因州魚類產(chǎn)卵期溶解氧標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)的時間為10月1日—翌年5月14日，溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值為8 mg/L[22]. 冷水魚產(chǎn)卵期需要較低的溫度[22]，高溫會使得物種敏感性升高，因此高溫條件下應(yīng)制定更嚴(yán)格的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)來保護(hù)冷水生物[14].

2.2 保護(hù)水體功能

根據(jù)不同的水質(zhì)等級制定不同水體功能的溶解氧標(biāo)準(zhǔn). 高質(zhì)量水體能提供多種功能，根據(jù)最敏感功能制定高質(zhì)量水體的溶解氧標(biāo)準(zhǔn). 水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧標(biāo)準(zhǔn)范圍為5～8 mg/L[7,19]；飲用水分為消毒后直接飲用水和給水處理后間接飲用水，其溶解氧標(biāo)準(zhǔn)范圍為4～8 mg/L[5,7,12,19-20,22-23]；農(nóng)業(yè)用水、娛樂用水和工業(yè)用水的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)范圍均為3～8 mg/L[5,7,12,19-20,22-25]. 針對冷水魚產(chǎn)卵期制定的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值最高，為8 mg/L[19,22]，只保護(hù)水生生物生存而不考慮物種繁殖的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值為3 mg/L[20]. 由于水流斷流等原因，無法保護(hù)水生生物等功能，但能維持人體非直接接觸的娛樂、景觀和保護(hù)地下水等功能，且沒有異味或腐臭的環(huán)境水體，被稱為有限資源水體. 有限資源水體溶解氧濃度最小值應(yīng)大于0，溶解氧日均值應(yīng)大于1 mg/L[12]. 佛羅里達(dá)州對工業(yè)用水制定的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)為0.1～0.3 mg/L，允許溶解氧存在正常波動. 根據(jù)棲息地水質(zhì)的特點，不同功能水體的溶解氧飽和度范圍為60%～75%[22]，最高質(zhì)量水體溶解氧標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到自然水平[20,22]. 明尼蘇達(dá)州為了防止富營養(yǎng)化，規(guī)定一晝夜內(nèi)北部、中部和南部河流溶解氧濃度最大值和最小值之差應(yīng)分別小于3、3.5和4.5 mg/L[12].

海水沒有飲用水供應(yīng)等功能，對應(yīng)溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值較低. 海水中貝類的繁殖期和捕撈期、娛樂用水和工業(yè)用水的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)為3～6 mg/L[5,7,19-20]. 低質(zhì)量海水只保護(hù)水生生物生存不考慮繁殖和娛樂等功能[20].

2.3 反降級政策

反降級政策[26-27]是為了保護(hù)水體并防止現(xiàn)有狀況良好水體的水質(zhì)惡化而制定的，是水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的重要組成部分. 上述溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值是為滿足各種水體功能制定的溶解氧最低值. 對未受人類破壞的自然棲息地，如五大湖(蘇必利爾湖、密歇根湖、休倫湖、伊利湖和安大略湖)等高質(zhì)量水體，根據(jù)反降級政策應(yīng)該保持自然狀態(tài)，需要制定更高的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值. 如果現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)低于可達(dá)最高標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)修改至可達(dá)最高標(biāo)準(zhǔn). 如果無法達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，除非是自然現(xiàn)象(非人類干擾)導(dǎo)致的溶解氧濃度偏低，否則低于溶解氧標(biāo)準(zhǔn)將被認(rèn)為是對水體功能的損害. 由于受到短暫的人為因素影響而無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，在水體進(jìn)行升級改造期間，可制定臨時標(biāo)準(zhǔn)[11]. 可達(dá)性分析表明,現(xiàn)有水質(zhì)持續(xù)下降，或由于社會經(jīng)濟等其他因素?zé)o法達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)時，可移除或者修改此水體功能并提供分析說明.

3 中美兩國溶解氧測定方法比較

溶解氧測定的方法主要有碘量法、電化學(xué)法和熒光法[28-29]. 碘量法操作較復(fù)雜，易受氧化、還原性物質(zhì)干擾，無法在線連續(xù)監(jiān)測；電化學(xué)法比碘量法測定快，操作簡便，易受環(huán)境因素干擾，需一定流速或攪拌[28]；熒光法測定前無需極化和校準(zhǔn)，響應(yīng)時間快，測量結(jié)果穩(wěn)定，抗干擾能力強，無需更換膜組件及電解液等，探頭耐用性高，電極壽命長，維護(hù)低. 我國目前發(fā)布了《水質(zhì) 溶解氧的測定 碘量法》(GB 7489—1987)、《水質(zhì) 溶解氧的測定 電化學(xué)探頭法(HJ 506—2009)》和《便攜式溶解氧測定儀技術(shù)要求及檢測方法》(HJ 925—2017)3種溶解氧測定方法. 美國已用熒光法取代電化學(xué)法進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測，并且建議在實驗室用碘量法進(jìn)行儀器校正[30]；熒光法在我國自動監(jiān)測站和便攜式溶解氧測定儀中廣泛采用[29]. 研究[29]表明，電化學(xué)探頭法和熒光法現(xiàn)場測定的溶解氧濃度沒有顯著差異. 中美兩國采用相同的方法計算溶解氧飽和度，即測量的溶解氧濃度除以飽和溶解氧濃度乘以100%. 淡水飽和溶解氧濃度考慮溫度和壓強的影響，海水飽和溶解氧濃度考慮溫度、壓強和鹽度的影響[31]. 中美兩國采用的溶解氧測定方法相近，溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值具有可比性.

4 我國溶解氧標(biāo)準(zhǔn)及其存在的問題

為保護(hù)某一水體功能，美國考慮多種因素的影響制定溶解氧標(biāo)準(zhǔn)，與我國溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值的范圍存在較大的差異(見表4). 如我國溶解氧標(biāo)準(zhǔn)中為保護(hù)水生生物早期生活史階段制定的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值為6 mg/L，其他生活史階段為5 mg/L，與美國溫水生物溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值接近，低于美國鮭魚產(chǎn)卵核心保護(hù)區(qū)的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值，高于水力發(fā)電設(shè)施下魚類產(chǎn)卵所需的溶解氧值. 我國《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097—1997)中一類和二類水體為保護(hù)水生生物制定的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)為5～6 mg/L，與美國近岸海域溶解氧標(biāo)準(zhǔn)接近，但我國未對入海口制定溶解氧標(biāo)準(zhǔn). 我國現(xiàn)行的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)值，主要參考國外發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)制定，缺少對我國溶解氧背景濃度和水生生物溶解氧敏感性的基礎(chǔ)研究(見表4). 通過對美國各州溶解氧基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)體系的分析比較，我國溶解氧標(biāo)準(zhǔn)主要存在以下問題.

表4 中國和美國溶解氧標(biāo)準(zhǔn)對比

a) 溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值單一，未考慮區(qū)域和季節(jié)差異性對溶解氧的影響. 我國地域遼闊，地形復(fù)雜，魚類等物種豐富多樣[32-33]，不同季節(jié)和區(qū)域飽和溶解氧濃度存在顯著的差異性；同時，溶解氧濃度因海拔高度和溫度的不同而差異顯著，全國不宜采用統(tǒng)一的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)評價水體. 采用溶解氧飽和度可以合理評價水體的溶解氧狀況，但冰封期區(qū)域不宜采用溶解氧飽和度對溶解氧進(jìn)行評價. 如東北地區(qū)溫度較低，飽和溶解氧對溫度變化較敏感，飽和溶解氧濃度較高且波動較大，在11～15 mg/L之間；南部地區(qū)溫度高，飽和溶解氧濃度較低，在7～9 mg/L之間. 東北地區(qū)冬季溶解氧普遍大于10 mg/L，而南方夏季溶解氧濃度普遍小于7.5 mg/L.

b) 未考慮物種敏感性對溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值的影響. 我國溶解氧標(biāo)準(zhǔn)針對水生生物棲息地、洄游活動、敏感生活史階段等不同保護(hù)目標(biāo)分類制定了溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值，但沒有考慮不同地區(qū)、不同時間物種種類等因素對溶解氧的影響. 同一地點物種會因水生生物的活動范圍、棲息地的水文狀況、溫度等季節(jié)變化對溶解氧的敏感性產(chǎn)生影響. 如鮭科魚類普遍比鯉科魚類需要較高的溶解氧；葉爾羌高原鰍類夏季需氧量比冬季高[34-35]等.

c) 未考慮入海口、水庫等棲息地環(huán)境對物種及溶解氧濃度的影響. 棲息地環(huán)境比較脆弱的地區(qū)，易受人類活動影響導(dǎo)致溶解氧水平偏低，需要重點保護(hù). 入?？谑呛Ｋ偷幕旌蠀^(qū)域，水文狀況受潮汐和河流流量支配，水質(zhì)受鹽度和陸源污染影響，水文和水質(zhì)波動明顯，不適合敏感物種生存. 如我國長江口夏季受沖淡水影響導(dǎo)致入?？诿黠@分層，底層氧氣無法得到補充而產(chǎn)生嚴(yán)重低氧危害[36-37]. 我國水利設(shè)施分布廣泛，高壩泄水時產(chǎn)生的總?cè)芙庋鯕怏w過飽和會導(dǎo)致下游魚類產(chǎn)生氣泡病甚至死亡[38-39]. 較深的湖泊和水庫流速緩慢，易形成分層水體，導(dǎo)致下層溶解氧缺氧嚴(yán)重. 夏季水體易出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇底層水體缺氧. 東北地區(qū)冰封期阻礙了大氣與水體中氣體的交換，導(dǎo)致冰封期水體易出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象.

d) 水質(zhì)評價等級與水體功能劃分等級不一致，未體現(xiàn)反降級政策. 根據(jù)我國地表水環(huán)境功能和保護(hù)目標(biāo)，溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值對應(yīng)多功能水體，而目前我國水體功能劃分不夠詳細(xì)，容易造成欠保護(hù)或過保護(hù). 我國未實行反降級政策，會出現(xiàn)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值評價等級和功能區(qū)水體劃分等級不一致，而采取低級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的情況，使得優(yōu)質(zhì)水體被合法降級，水質(zhì)具有惡化風(fēng)險，這與水質(zhì)保護(hù)和管理原則相背. 由于人為活動導(dǎo)致的水質(zhì)惡化而降低水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等級時，未進(jìn)行可達(dá)性分析或者制定臨時標(biāo)準(zhǔn)，缺少嚴(yán)格的反降級政策等監(jiān)督管理措施. 如我國東北地區(qū)大部分水體冬季實際溶解氧濃度顯著高于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值(7.5 mg/L)，但水功能區(qū)劃為Ⅱ類，加大了水體污染空間，增加了水質(zhì)惡化的風(fēng)險.

5 我國溶解氧標(biāo)準(zhǔn)修訂建議

我國溶解氧標(biāo)準(zhǔn)缺乏系統(tǒng)的理論研究，尤其缺乏對溶解氧基準(zhǔn)的基礎(chǔ)研究工作，這是制定標(biāo)準(zhǔn)的理論和科學(xué)基礎(chǔ)[40]. 溶解氧基準(zhǔn)主要是針對保護(hù)水生生物制定，需要從物種對不同溶解氧濃度的敏感性等方面分析溶解氧對生物的影響. 近年來我國已經(jīng)開展了一系列基準(zhǔn)研究，為我國標(biāo)準(zhǔn)修訂奠定了良好基礎(chǔ)[41]，但目前尚未建立適于我國水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的基于溶解氧基準(zhǔn)的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)體系.

a) 開展溶解氧基準(zhǔn)的分區(qū)研究工作. 綜合考慮氣候、地理條件等自然因素對飽和溶解氧的影響，建議在根據(jù)飽和溶解氧濃度對全國進(jìn)行分區(qū)的基礎(chǔ)上，分區(qū)域制定溶解氧基準(zhǔn).

b) 開展水生生物對溶解氧敏感性的相關(guān)研究工作. 不同于一般污染物，溶解氧受環(huán)境影響顯著，物種對溶解氧的敏感性主要與生物種類本身和所處生活史階段及環(huán)境因素有關(guān). 我國多采用密閉空間“窒息點”研究溶解氧對生物的毒性[42-44]，國際上采用一定時間內(nèi)某一溶解氧濃度下生物產(chǎn)生的急性或慢性效應(yīng)制定溶解氧基準(zhǔn)，更接近實際水體情況. 我國應(yīng)開展符合國情的溶解氧毒性研究，并在分區(qū)基準(zhǔn)制定的基礎(chǔ)上，分析我國水生生物對溶解氧的敏感性，借鑒美國溶解氧基準(zhǔn)值制定的毒性百分?jǐn)?shù)排序法，考慮不同物種及其生活史階段，分別制定保護(hù)水生生物生存和生長的急性基準(zhǔn)值和慢性基準(zhǔn)值.

c) 開展棲息地環(huán)境對物種及溶解氧濃度影響的相關(guān)研究工作. 以保護(hù)水生生物為目標(biāo)制定溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值時，棲息地水文水質(zhì)及生物活動都會發(fā)生季節(jié)波動，影響水生生物對溶解氧的敏感性，需要分析不同時間和棲息地條件下物種不同階段對溶解氧的敏感性. 針對我國環(huán)境脆弱區(qū)域和敏感物種及其生活史階段，需要制定考慮地點、時間、物種等要素的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)，如制定入?？凇⑺畮斓拳h(huán)境下的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值.

d) 細(xì)化水體功能對應(yīng)的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)，并充分體現(xiàn)反降級政策. 我國目前根據(jù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能高低制定分類的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值，同一個溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值對應(yīng)多個功能. 需要根據(jù)社會經(jīng)濟、棲息地環(huán)境物理化學(xué)和生物特征、及人類活動干擾程度，進(jìn)一步明確和細(xì)化水體指定功能，對不同水體指定功能制定切實可行的溶解氧標(biāo)準(zhǔn). 根據(jù)我國水體自然狀況和污染特征制定反降級政策，有效地保護(hù)和改善水體的現(xiàn)有水質(zhì)，防止水體進(jìn)一步退化，為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的實施提供重要政策保障. 同時，對由于人為原因不能達(dá)標(biāo)的水體，要制定懲罰機制，根據(jù)污染源管控和社會經(jīng)濟因素制定可達(dá)的最大標(biāo)準(zhǔn)值，在進(jìn)行水體修復(fù)時制定臨時標(biāo)準(zhǔn)或提交降級說明，并監(jiān)督和適時更新溶解氧標(biāo)準(zhǔn).

總之，需要基于我國不同區(qū)域物種對溶解氧的敏感性分區(qū)制定溶解氧基準(zhǔn)，在綜合考慮社會經(jīng)濟、自然要素和反降級政策的基礎(chǔ)上制定溶解氧標(biāo)準(zhǔn). 綜合各部門力量細(xì)化水體功能，針對分段水體特定功能制定相應(yīng)的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)調(diào)好跨省行政區(qū)水體管理部門，保證下游水體水質(zhì).

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