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Schernewski, G. N. Stybel和T. Neumann. 2012。Szczecin (Oder)泻湖的斑马贻贝养殖:水质目标和成本效益。生态和社会
17(2): 4。
http://dx.doi.org/10.5751/ES-04644-170204
研究,一部分的特别功能
海岸带可持续发展的系统方法
Szczecin (Oder)泻湖的斑马贻贝养殖:水质目标和成本效益
1莱布尼兹波罗的海研究所,2欧共体-德国沿海联盟
摘要
波罗的海南部的Oder (Szczecin)泻湖是一个严重富营养化和退化的沿海生态系统。我们应用系统方法框架来批判性地评估现有的水管理措施是否达到河流和泻湖系统的水质目标。模拟结果表明,现有的河流和沿海水域水质目标并不充分互补。我们提出了新的水质浓度阈值,与欧洲水框架指令一致,并计算了奥德河可接受的最大营养负荷。这些计算表明,仅减少河流流域的外部营养负荷似乎不足以在泻湖实现良好的水质。综合富营养化管理办法还应包括泻湖内的内部营养保留和营养清除措施。我们专注于贻贝养殖,也就是斑马贻贝养殖,Dreissena polymorpha,因为它们能有效地去除奥德泻湖的营养物质,并提高水的透明度。为此,利用贻贝模块和经济模型对生态系统模型ERGOM进行了扩展。经济模型描述了养殖贻贝的成本和收益取决于养殖场的规模。我们还包括了其他潜在的收入来源,如水质税或排放证书。模拟结果表明,在泻湖养殖贻贝是一项合适的支持性措施,而且,在负荷减少50%或以上的目标下,这是一项去除营养物质和执行《波罗的海行动计划》的成本效益措施。在奥德湖,养殖贻贝可能每年去除近1000吨氮(70吨磷),约占目前氮和磷负荷的2%,而且还能提高水的透明度。
关键词:波罗的海行动计划;沿海生态系统;成本效益分析;ERGOM;富营养化;边际成本;贻贝养殖;氮;奥得河泻湖;奥得河河; phosphorus; Szczecin Lagoon; Water Framework Directive; water management; water quality; zebra mussels (Dreissena polymorpha)
介绍
根据《波罗的海行动计划》(HELCOM 2007),由于磷(P)和氮(N)的过量输入,富营养化仍然是波罗的海的一个主要问题。超过90%(70%)的磷(N)通过河流进入波罗的海(HELCOM 2005)。波罗的海沿岸最重要的污染者之一是奥得河,其富营养化的河口系统由奥得湖(波兰语:什切钦)和波美拉尼亚湾组成。特别是在夏季,富营养化的影响,如蓝藻繁殖或鱼因缺氧死亡,可对旅游业造成严重的经济损失(Dolch and Schernewski 2003, Wasmund 2002)。由于奥德河口系统的规模、污染水平及其经济和生态重要性,人们对奥德河口系统的营养循环、预算和保留能力进行了深入研究(Lampe 1999, Meyer和Lampe 1999, Grelowski等人2000,Wielgat和Witek 2004, Pastuszak等人2005)。
磷负荷的减少对波罗的海很重要,但对泻湖富营养化状态的影响有限。在夏季,Oder泻湖的初级产量和藻类生物量受到N的限制。比较20世纪60年代末和90年代中期营养状态的模型模拟表明,河流氮负荷的减少对沿海水质和藻类生物量有积极影响(Behrendt et al. 2008, Schernewski et al. 2011)。在波罗的海,营养负荷的减少和管理应该侧重于氮还是磷已经讨论了很长一段时间,并且争论不休(Elmgren and Larsson 2001, Boesch et al. 2006, Conley et al. 2009)。对于奥德河口,P和N都必须考虑在内。
近年来,越来越明显的是,改进但具有成本效益的流域管理对河流营养负荷的影响有限(Behrendt和Dannowski, 2005, Schernewski等人,2008)。这可能不足以确保泻湖和沿海水域的良好水质。需要进行更全面的管理,其中包括在沿海水域采取去除营养物质的措施。在奥德泻湖,去除营养物质和改善生态系统质量的内部措施包括疏浚沉积物和在陆地上倾倒垃圾,扩大芦苇带,扩大水下大型植物区,藻类农场,扩大天然贻贝床和贻贝养殖。养殖/捕捞贻贝被认为是控制沿海水域营养物质浓度的有效方法(Newell 2004, Lindahl等人,2005),并被认为是对Oder泻湖最有希望的措施(scholes等人,2006,Stybel等人,2009)。
我们应用了霍普金斯等人(2011)提出的系统方法框架。我们的目标是对河流和泻湖现有的水质目标进行批判性评估,并确定可接受的营养负荷。在此背景下,我们分析了斑马贻贝(
Dreissena polymorpha)耕作是对抗富营养化的一种措施,也是富营养化综合管理理念的一个组成部分。
研究方法和研究地点
奥得河/奥德河河口系统
奥得河长854公里,平均流量为530立方米/秒。它的盆地(118000平方公里)由波兰(89%)、捷克共和国(6%)和德国(5%)共享。这条河流域受人类活动的强烈影响。农业用地占上游流域70%,中部流域58%。几个较大的城市和许多工业都位于该流域。该流域总人口为1540万。
Oder泻湖(图1)很大(669公里)
2),但较浅(平均水深3.7米)。泻湖与波美拉尼亚湾有三个出口相连。奥德河至少贡献了泻湖94%的水预算,它也主导着营养预算。泻湖的平均水交换时间只有55天,盐度约为1.5 psu表明泻湖只在很小程度上受到波罗的海的影响,波罗的海的盐度为6 psu (radheijewska和Schernewski, 2008年)。由于泻湖的盐度较低,斑马贻贝(
Dreissena polymorpha)是泻湖内唯一滤食的底上双壳类动物;它们形成了生物量约68,000吨的贻贝床(Piesik et al. 1998, Wozniczka and Wolnomiejski 2008, radachiiejewska et al. 2009)。斑马贻贝于19世纪被引入Oder泻湖(Gruszka 1999),但它们甚至在最后一个冰河期之前就在整个德国北部普遍存在,这是认为斑马贻贝是本土物种的原因(Fenske 2003, Stybel et al. 2009)。
大部分沿海地区都受到自然保护。旅游业、农业、渔业(泻湖3000吨/年)和航运是海岸带的重要经济活动。沿着海岸线,旅游业是唯一的经济因素,每年可能有超过1000万的游客到访河口地区(图2)。
社会制度与优先事项
我们的系统方法旨在支持可持续的水质管理和可持续的区域发展。因此,除了经济和生态之外,还必须考虑到社会方面的问题,为了全面管理计划的成功,必须尽早确定和让区域利益攸关者参与。许多开发计划和战略、专家报告和科学论文存在于Oder河口地区。第一步是对这些文件进行系统分析和评价,详细概述了该区域的主要关切、问题和挑战。由于明显和严重的富营养化,以及由于在边界两边实施《欧洲水框架指令》(欧洲议会2000年版)所产生的压力,水质和富营养化管理成为主要的跨境政策问题。现有的区域《21世纪议程》是总共约30个利益攸关方代表(各部、区域当局、地区行政当局、非政府组织、经济利益集团、研究机构和公司)合作的基础。该小组每年举行两次会议,讨论政策问题,并参与系统方法框架的应用。
生态模型
生态系统模型ERGOM是一个综合生物地球化学模型,与覆盖整个波罗的海的三维环流模型相联系。河口处的水平分辨率为3海里。然而,在几年或更短时间内的模拟中,奥德河口的解决方案是1海里。研究区垂直地层厚度为2 m。生物地球化学模型由9个状态变量组成(图3)。该模型通过状态变量的平流扩散方程与循环模型耦合。Neumann(2000)和Neumann和Schernewski(2008)提供了详细的模型描述和验证。天气数据来自ERA-40再分析(50公里网格和6小时数据)和era -中期数据。流域模型MONERIS由几个子模型组成,这些子模型可以模拟和跟踪从排放源通过环境到达河口的营养物质。它的基础是一个地理信息系统,包括各种数字地图和广泛的统计资料。MONERIS应用于计算进入Oder河的养分排放和河中的养分滞留,并提供河口的月负荷。 Behrendt and Dannowski (2005) present details about the model. A comparison between observed and modeled N and P loads for the period 1983 to 2005 at the station Krajnik Dolny is shown in Venohr et al. (2010). We used MONERIS output as an input for ERGOM.
贻贝模块聚焦
Dreissena polymorpha已开发并与生态系统模型ERGOM相关联。贻贝以碎屑、浮游植物和浮游动物为食。然而,在本分析中,我们使用了Oder泻湖斑马贻贝生物量和水透明度之间的经验关系,该关系来自Wolnomiejski和Wozniczka(2008)的数据。在0.1 kg/m³的泻湖水中,斑马贻贝在夏季使水的透明度(塞奇深度)提高了0.39 m。水的透明度是连接生态和经济的主要纽带(图3)。
我们假设浮动贻贝养殖系统,该系统能有效利用水体,在技术上很适合商业养殖(Lindahl et al. 2005, Walter and De Leeuw 2007)。假设泻湖的水深在2 - 5米之间适合贻贝的生产。这一深度层覆盖面积为335平方公里,占泻湖总面积669平方公里的50%。我们假设贻贝养殖覆盖率为20%(134平方公里)作为Oder泻湖的实际上限。
经济模式
该经济模型由几个子模型组成,用于计算斑马贻贝养殖的成本和收入、潜在的额外收入来源以及碳、氮和磷的去除量。
成本
成本计算区分了投资、维护、融资以及操作和收获成本(例如,Hoagland等人,2003年)。参数化的基础是Smartfarm AS的具体提供,以及有关蓝贻贝(
贝壳类)波罗的海地区的农业(如Lindahl et al. 2005, Gren et al. 2009)。下面我们假设1 m
2一个农场的面积相当于1米
3..对于一个1公顷(10,000平方米)的长线农场,我们假设投资成本(包括许可成本)为150万欧元
-³,寿命15年。加上每年10万欧元的维护费用
3一个
-15%的利率构成了资本成本。维护成本是投资成本除以使用寿命。运营和收获成本(包括贻贝加工)为每公斤0.2欧元。斑马贻贝产量0.7公斤米
3一个
-1根据Fenske(2003, 2005)的数据计算。为了实现真实的场景模拟,投资、维护、操作和收获成本随着规模的增加而减少,用1/log描述
10功能。
收入
销售:一般来说,贻贝出售供人类食用或用作动物饲料和肥料(例如,Lindahl等,2005,Jönsson等,2010)。在Oder泻湖的贻贝床中,斑马贻贝在2年后生长到1.2到1.4厘米大小,重量为0.5到1克(Fenske 2003)。即使在良好的条件下,成虫也很难长到4厘米。由于斑马贻贝体积小,生物量小,与其他商业贻贝品种相比,很难适合人类大规模食用。我们假设一个1公顷(10,000 m³)的农场可以以0.3欧元/公斤的价格出售其7000公斤年收成的5%供人类消费。相比之下,在德国,蓝贻贝的市场价格是每公斤0.5欧元
至2.6欧元/公斤,视季节和地区而定。随着农场规模的扩大,我们假设人类消费份额下降,价格下降。在我们的模型中,至少90%的产量作为动物饲料和肥料出售,价格在0.023欧元/公斤到0.05欧元/公斤之间。当农场规模达到10公顷时,价格会上升,但之后会下降。我们假设非常少量的贻贝几乎卖不出去,并且产量超过1000吨/年的贻贝由于运输成本的增加而价格下降。
水质的税收:贻贝能有效过滤周围的水,增加水的透明度。泻湖的海水透明度很低,夏天不到50厘米,阻碍了旅游业的发展。根据统计数据,全年约有20万名过夜游客和34万名日间游客入住泻湖。根据一项实证调查,游客愿意花1欧元/天的水透明度提高1米(J. Hirschfeld,
个人沟通).
二氧化碳的证书:我们假设CO
2根据《京都议定书》的规定,在收获的贻贝壳中固定的物质可以出售。实际上,这需要一个复杂的认证过程。我们假设验证减排期货(CarbonFix标准),这是自愿在市场上出售的CO
2排放价格为12欧元/吨(改编自BaumInvest项目,见
http://www.bauminvest.de/).我们假设CO为26.4%
2N (P)含量为1% (0.07%)(Haamer 1996, Gren et al. 2009)。
结果
水质目标和河流负荷
图4显示了40多年来河口营养物负荷的长期过程,以及河流和泻湖的营养物浓度。MONERIS的模拟也包括了20世纪50年代。根据模型和数据,在20世纪80年代末之前,河流中的营养物质浓度稳定上升,之后下降(图4a)。根据MONERIS的数据,年总磷排放量从20世纪60年代初的近6000吨增加到80年代中期的15000多吨,并在2000年下降到9360吨。总的来说,在1980年代末以前负荷的增加和之后负荷的减少反映在观测数据中的溶解无机磷(DIP)浓度以及中心泻湖的模型模拟中。在泻湖,夏季模型和观测数据之间的差异很明显(图4b)。一个原因是数据是单一抽样的,而模型结果是按月汇总的。然而,这种解释是不充分的。在某些年份,在7月和8月,即使在这个浅泻湖中,沉积物上方也会发生缺氧,并释放大量P。由于垂直模型分辨率的原因,模型模拟中缺氧释放没有很好地反映出来,磷的浓度被显著低估。然而,这种磷的缺氧释放对泻湖生物没有影响,因为磷在夏季总是过剩的,而钙沉淀在几天内就会再次从水柱中去除磷。 As a consequence this model shortcoming does not have implications for our analysis.
对于N, ERGOM的结果与观测数据吻合较好。河流负荷的变化引起泻湖中溶解无机氮(DIN)浓度的类似变化(图4c)。在大多数年份,氮被消耗殆尽(观察到的浓度低于1 mmol m
-³),可视为初级生产的短期和(潜在的)限制因素(图4d)。1977 - 1997年的数据和模型均显示夏季N超标。
根据欧洲水框架指令(欧洲议会2000年),河流和泻湖水质良好的阈值浓度(图4)。在20世纪70年代和90年代之间,河流中的磷浓度远远高于上阈值(图4a)。今天和20世纪60年代初,年平均浓度仅略高于阈值。对于溶解的无机氮和总氮,没有定义河流阈值(图4c)。在泻湖中,阈值(冬季营养物浓度)总是远远低于观测到的和模拟的冬季数据。河流中的营养物质浓度,以及水的排放,决定了河流中的营养物质负荷,而这些负荷在很大程度上决定了泻湖中的营养物质浓度。因此,不能独立于河流中的浓度来定义泻湖中的阈值浓度。其他直接营养来源,如大气沉积、地下水入侵和地表径流,只起很小的作用,被包括在河流负荷中。然而,很明显,根据LAWA-AO (2007,
未发表的工作报告), Oder河的阈值与Oder泻湖的阈值无关。这证明,根据LAWA-AO,良好的河水水质不会自动保证泻湖的良好水质。
MONERIS和ERGOM的长期模型模拟允许定义一致的水质阈值,这对计算年阈值河流负荷很重要。表1和表2将建议值与现有值进行了比较。我们假设在50年代后期泻湖和河流的水质状况良好。MONERIS提供了该时期的河流N和P组分浓度。假设年平均流量为550 m³/s(略高于长期平均值),我们得到了总氮和总磷的阈值负荷(在河口),ERGOM模拟允许根据这些负荷估计泻湖良好水质的实际阈值。与现有的LAWA-AO (2007,
未发表的工作报告)泻湖的价值。现有的官方假设值太低,不能反映泻湖的真实条件和压力(即奥德河的高营养负荷)。它们不能用作执行《水框架指令》的水质目标。
MONERIS的结果表明,在流域内采取多种减排措施的组合(Behrendt和Dannowski 2005)将使磷负荷降低到接近河流良好水质状态的临界负荷(图5a)。Vollenweider(1976)为湖泊开发了一个简单的方案,可以给出河流中磷浓度较高对泻湖水质的影响的印象。Vollenweider(1976)将该地区特定的磷含量与系统走向富营养化的脆弱性联系起来。脆弱性是由水系统的平均深度和水保持时间来定义的。系统越浅,对养分负荷就越敏感。就奥德泻湖而言,它的浅水被不到两个月的短暂停留时间所补偿。总的来说,奥德泻湖不太容易受到磷负荷的影响,但它从一个非常大的流域接受了极高的负荷。根据Vollenweider的方法,这个系统是,而且可能一直是,富营养化的。最佳排放方案产生的负荷,以及奥德河良好水质状态产生的负荷,将足以使泻湖保持富营养化状态(图5b)。然而,Vollenweider方法是否可以应用于泻湖还不确定。
泻湖管理:贻贝养殖
我们的问题是,养殖贻贝是否是一种生态和经济上可行的额外措施,可以从奥德泻湖中去除营养物质,并增加水的透明度。接下来,我们将关注经济方面,并展示几个种植场景的结果
为
斑马贻贝。图6 (a至c)显示了成本、价格和销售额与贻贝种植面积(特别是贻贝产量)之间的相关性。这些数字在很大程度上反映和说明了模型中的基本假设。图6d总结了贻贝养殖户从不同潜在来源获得的额外收入。二氧化碳排放证书的收入假设,二氧化碳排放量
2蚌壳固定在可以出售。一个1公顷的贻贝养殖场,每年的贻贝总产量为7000公斤,假设可以从二氧化碳排放证书中获得22欧元/年的额外收入。然而,关于去除贻贝壳是否真的能去除二氧化碳一直存在争论
2从大气中。由于海水中有碳酸氢盐缓冲系统,从海水中去除方解石会通过后续的补偿过程(如沉积方解石的溶解)降低水中的pH值。
水质税的潜在回报,即游客为改善水质透明度买单,1公顷贻贝养殖场的潜在回报约为19欧元/年。相对较少的游客数量和相对较小的贻贝对水透明度的影响(泻湖平均)是造成这一相对较小数量的原因。水质的改善吸引了更多的游客,增加了总支出,并对税收和就业产生了间接影响。然而,更多的游客带来的区域收入对贻贝养殖户的好处很小,不能被视为额外的直接收入来源。总的来说,二氧化碳排放证书和地方水质税不会给贻贝养殖户带来多少收入。
出售贻贝供人类食用,作为动物饲料和肥料,是迄今为止最重要的潜在收入来源。根据该模型,1公顷的贻贝养殖场每年可产生420欧元的收入。然而,即使考虑到所有额外收入来源,这也不足以支付贻贝养殖的全部成本(图6e)。但随着贻贝养殖面积的增加,总成本与总收益的差值减小;损失变得更小,贻贝养殖变得相对更有吸引力。然而,即使假设最大贻贝种植面积为134平方公里,每年的损失也将达到0.25万欧元
-2一个
-1,或总计3400万欧元/年。结论是,在给定的假设下,在Oder泻湖养殖贻贝是不可能盈利的。
图7a显示了如果假设化肥和动物饲料的市场价格上涨100%和500%,贻贝养殖的财务方面。结果是销售收入显著提高,而成本保持不变。然而,即使化肥和动物饲料的较高市场价格高出5倍(0.25欧元/公斤),贻贝养殖的差额也是负数。假设贻贝的最大种植面积为134平方公里,每年的损失将减少到0.13亿欧元
-2一个
-1.即使销售收入大幅增加,也不会带来经济上的、有利可图的农业。
为了能够在奥德泻湖经营贻贝养殖场,补贴或经济补偿是必要的。图7b显示了一个场景的结果,从奥德泻湖去除氮,贻贝养殖户每公斤获得8欧元的氮和每公斤50欧元的氮。第一个值改编了Lindahl和Kollberg(2009)中瑞典Lysekil的例子。成本保持不变,去除N的补偿被加到销售收入中。在每公斤去除N€8时,余额仍然是负的。每公斤去除的氮肥为50欧元,1公顷或更多的农场就能盈利。最大134平方公里的贻贝种植面积将产生0.18万欧元的利润
-2一个
-1.这些计算表明,从营养排放证书中获得可观的额外收入是必要的,以在Oder泻湖进行贻贝养殖的盈利。这只显示在N上,但方法也可以转移到P上。
图7c显示了对N和P的相对于种植面积的有利可图的农业所必需的补偿。1公顷的小农场需要每公斤51欧元的氮补偿或每公斤733欧元的磷补偿,而最大的贻贝种植面积(134平方公里)需要每公斤24欧元的氮补偿
N或350欧元/公斤P。将N和P补偿价格合并为一个联合的养分去除补偿将导致补偿价格显著降低。这些价格可视为营养去除的边际成本,与文献数据具有可比性。Gren等人(2008)计算了波罗的海地区相对于营养减少目标水平的氮和磷的总边际成本。边际成本随着负荷减少的增加而增加,因为要达到减少目标,必须采取越来越昂贵的措施。只有假设氮的减少目标达到50%以上,且养殖面积超过1000公顷,在奥德泻湖养殖贻贝才具有波罗的海规模的成本效益。
图8总结了结果,并比较了使用贻贝养殖场去除1公斤营养物质的成本与流域内单一外部措施的成本。外部测量的数据由Gren et al.(2008)计算,参考了Oder河流域。比较表明,在河流流域,存在着成本效益高得多的减少营养物质负荷的措施。然而,要达到奥德河的N负荷目标,就必须将负荷从目前的约55000吨/年减少到25000吨/年。在负荷减少50%及以上的水平下,流域措施的边际成本将与贻贝养殖的边际成本处于同一个数量级。在这种情况下,养殖贻贝将成为一种具有成本效益的措施,并具有提高水透明度的额外好处。然而,134公里
2的贻贝养殖场(占泻湖总面积的20%)可去除938吨N/a。
讨论
贻贝养殖:奥德湖的一个选择?
Lindahl等人(2005)概述了瑞典蓝贻贝养殖的优势、劣势、机会和威胁,Stybel等人(2009)详细说明了奥德湖斑马贻贝养殖的这些方面。因此,这里我们只关注经济方面。
由于泻湖的特殊情况(即,浅,缺乏斑马贻贝养殖经验),我们计算的1公顷农场的资本成本为4150欧元/a,相对较高。根据Gren等人(2009)对南波罗的海地区1公顷农场的假设,资本成本为5800欧元/年。然而,Gren等人假设的是一个从地面垂下约6米的长管线系统,因此产量要高得多。我们的运营和收获成本(包括贻贝加工)为0.2欧元/公斤,导致每年额外成本为1.4亿欧元
3一个
-1和Gren等人(2009)的数据非常接近。我们的斑马贻贝产量为0.7公斤米
3一个
-1根据Fenske(2003, 2005)的数据计算得出,与波罗的海南部蓝贝养殖的数据相比低了近50% (Gren et al. 2009)。由于低流速,泻湖中贻贝的食物供应不足,但泻湖中较高的初级产量并不能补偿。然而,我们的贻贝产量和成本计算是保守的,到目前为止,它们没有与销售平衡。
斑马贻贝太小,不适合人类食用。因此,饲料和肥料的市场价格是最重要的销售收入。在我们的场景中,我们假设平均价格上涨100%和500%。Jönsson等人(2010)的最新研究结果表明,贻贝可能是一种高质量的蛋白质来源,可以取代蛋鸡有机饲料中的鱼粉。鱼类水产养殖生产取决于以复合水产养殖饲料形式提供和使用外部非农营养投入。目前,水产饲料的生产高度依赖于捕捞渔业,以获取必需的饲料脂类和高质量的海洋动物蛋白质(Mente等,2006年)。斑马贻贝很可能是很好的水饲料。这些例子表明,斑马贻贝有潜在的新的、有利可图的市场,可以增加贻贝销售的回报。此外,高质量蛋白质饲料的市场价格很有可能继续上涨。然而,即使化肥和富含蛋白质的动物饲料价格不断上涨,也难以平衡巨大的种植成本。 Possible additional sources of income for mussel farming, such as CO
2游客缴纳的排放证书或水质税对贻贝养殖的盈利能力只会产生微小的影响,因此可以忽略不计。未来的主要挑战是降低成本和提高奥德泻湖贻贝养殖的产量。
通常,水质是从生态学、生态系统健康的角度和根据《水框架指令》产生的法律要求来看待的。旅游业是最重要的经济因素,也是泻湖周围的主要收入来源。对于当地人来说,游客对水质的需求及其满意度是非常重要的,游客对水质的认知主要体现在良好的水透明度上(Dolch and Schernewski 2003)。Elmgren and Larsson(2001)、Wulff et al.(2001)和Savchuk et al.(2006)表明,水透明度是波罗的海沿岸水域富营养化状态的合适指标。它是我们系统方法的一个核心参数,因为它建立了生态、经济和社会方面之间的联系。
避免营养物质排放和采取措施增加流域营养物质的保留是富营养化管理的最高优先事项。然而,即使将流域所有最重要的减排措施结合起来(Behrendt and Dannowski 2005),仍将造成约40000 t N/a的河流氮负荷。定义上限阈值的临界负载是25000 t的N/a。这个负荷非常接近德国地表水质量报告中环境部(BMU 2001)所定义的区分轻微污染和中度污染的阈值。减少15,000吨的N/ A
超过最佳方案的负荷将非常昂贵,迄今为止为流域考虑的所有减少措施都不足以达到这一目标负荷(Behrendt和Dannowski, 2005年)。
河流流域的营养保留措施以及内部管理措施,如贻贝养殖,几乎没有利润,需要额外的资金。谁来承担这些措施的费用?《欧洲水框架指令》(欧洲议会2000年)和《波罗的海行动计划》(HELCOM 2007年)可被视为水质保护的主要动力。它的实施要求具有成本效益的营养管理,并需要新的资助计划。Lindahl等人(2005)以瑞典Gullmar Fjord为例,比较了外部去除氮措施与蓝贻贝养殖场的成本。蓝贻贝养殖被证明是一种具有成本效益的方法,但仍然需要补贴。为去除营养物质提供资金的一个解决方案是建立营养物质排放交易系统。污染者为营养物的排放支付费用,这笔钱被用于资助具有成本效益的内部或外部清除措施。其他的替代方案是对化肥征收营养去除税,或重新定向农业补贴(林达尔和科尔伯格2009年)。
贻贝养殖是减少营养负荷和改善水质的一种选择,但在奥德河口,它只能支持而不能取代流域的措施。根据贻贝养殖场的规模和假设,从泻湖中去除1公斤氮(磷)的成本不同,从每公斤氮28欧元到68欧元不等(每公斤磷398欧元到978欧元)。今天,在流域的一些措施去除1公斤氮的边际成本要低得多,成本效益也更高。波罗的海行动计划的实施需要在波兰每年减少62,400吨氮的负荷(HELCOM 2007),而在奥得河实现良好的水质状况需要将氮的负荷从目前的约55,000吨/年减少到25,000吨/年(1700吨磷)。在奥德泻湖养殖贻贝可能每年去除近1000吨氮(70吨磷),约占目前氮和磷负荷的2%。在负荷减少50%或更多的目标下,养殖贻贝将成为与流域措施相比具有成本效益的措施,并具有提高水透明度的额外好处。然而,这是一个不赚钱的行业,需要补贴。
结论
系统方法框架是构建工作过程的合适工具,它有助于大规模地整合生态和经济方面。该方法可同时评价在波罗的海最大的河流系统之一奥德河的生态目标和经济成本效益方面对抗外部(河流流域)和内部(泻湖)富营养化的措施。
为了使贻贝养殖成为现实的选择,一种新的、大规模的管理系统是必要的。它必须允许在流域(污染者)和沿海水域(受害者和净化系统)之间重新分配资金,并且,在奥德河的案例中,必须允许在德国和波兰之间进行资金转移。管理陆地和海洋之间营养物质的全面、大规模办法必须将外部和内部管理措施联系起来,并必须遵循指导原则。
首先,必须尽量减少养分在陆地系统上的应用及其对地表水的损失。其次,必须建立和/或加强营养循环。在实践中,这意味着必须优化化肥的施用和农业用地的利用,以减少损失。必须在流域建立新的和改进的措施,以增加营养的保留。
最后,必须考虑在沿海水域采取措施作为一种选择。随着贻贝的收获,营养物质被移回到土地上,最终成为农业肥料。因此,这个循环是闭合的;而且,如果正确实施,贻贝养殖可能有助于减轻波罗的海富营养化的负面影响(图9)。
致谢
这项工作得到了SPICOSA(海岸系统评估的科学和政策整合;欧盟FP6综合项目,036992),AMBER(波罗的海生态系统响应评估和建模;加强过渡水域环境完整性行动;欧盟-南波罗的海方案项目)和波罗的海区域合作项目(部分资金由欧盟波罗的海区域方案提供)。它是在IKZM-Oder项目(联邦教育和研究部项目,03F0465A)中启动的。国家环境、自然和地质保护局(LUNG)、R. Ehrcke、J. Hirschfeld、R. Scheibe、T. Schr - der和R. Thamm提供了地图、数据或更正。超级计算能力由HLRN (Norddeutscher Verbund f′r Hoch-und H′chstleistungsrechnen)提供。
文献引用
Behrendt, H.和R. Dannowski,编辑。2005.
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