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任洪强院士/黄辉教授团队观点文章 | 排纳协同:解锁水生态自生的密码丨ENG Env |
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我国水生态治理正处在由污染削减向生态健康保护转型的关键阶段,与双碳目标及绿色高端制造发展节奏深度契合。城镇化、产业发展持续带来污染物输入,流域水体既要承载生产生活排污压力,又要维持生物群落与物质循环正常运转。以往以末端工程治污为主的模式虽能有效降低水体污染物浓度,但只盯着减排,忽略水体自身纳污能力,则易出现水质达标但生态功能持续退化的现实矛盾。叠加气候变化带来的扰动,如何激活水体自身演化修复能力,已经成为流域绿色发展必须面对的现实课题。
南京大学任洪强教授(中国工程院院士)、黄辉教授团队在中国工程院Engineering集群分刊ENGINEERING Environment上发表题为“Water ecological authigenesis: from the perspective of emission-accommodation synergy”的观点文章,提出“排纳协同”这一创新范式,通过构建污染物输入与水体纳污能力之间的动态平衡(E≤A),系统阐释了水生态系统实现自生的内在机制,并建立了涵盖机制解析、监测评价、技术装备和智能管控四大维度的完整研究框架。
图1.摘要图
当前水生态修复普遍存在碎片化治理短板,部分核心评估与模拟工具还存在技术瓶颈。传统自净理论主要关注污染物理化去除,缺乏对生态系统“自适应、自平衡、自恢复”整套内在演化逻辑的认知。实践中常将排污强度与水体纳污能力分开管控,未能建立二者间动态匹配关系。一方面,多源生态监测数据尺度不一,生态系统临界状态预警能力不足,难以预判系统滑向不可逆退化的临界点;另一方面,机理模型可解释性有限,部分智能装备落地适配性不足,属于行业隐性卡脖子问题。治理方案容易陷入重工程投入、轻生态本底的误区,人为干预过多却难以激活水体自生能力,导致治理投入与长期生态收益不匹配,也制约流域绿色低碳模式落地。
图2.水生态自生的内在机制
研究提出“排纳协同”概念,用E≤A这个简洁的不等式,将复杂的水生态自生问题锚定为一个可量化、可调控的科学目标。E代表污染物排放负荷,A代表水体纳污能力,二者动态平衡即为系统韧性的理想状态。围绕这一核心,团队构建了四层递进式的研究框架:解析协同作用机制与演化规律、建立多维监测评价指标体系、研发智能技术装备、搭建原位-异位协同管控路径。值得关注的是,该框架将深度学习、数字孪生、合成生物学等前沿手段有机嵌入水生态研究,并非简单地“给传统方法加个AI标签”,而是从机理建模、预警识别到决策调度全链条重构技术逻辑。这种多学科深度耦合的思路,也为环境领域突破关键装备与算法瓶颈提供了可行路径。
图3.排纳协同作用的系统研究方法
03 从理论突破到实践落地
这项成果丰富了水生态系统韧性理论体系,为流域生态治理转型提供科学支撑。在理论层面打通污染排放与生态承载之间的逻辑链条,补齐过去重治理工程、轻生态内生能力的理论缺口。实践层面可为河湖修复、流域管控提供可落地技术路径,助力水环境管理由指标管控转向生态健康管控。在技术层面推动环境智能监测、模拟装备迭代,赋能环境领域高端制造发展。在双碳导向下,更多依托生态自生能力,降低人工治理能耗成本,助力实现污染治理过程低碳化。该研究对破解流域跨界协同治理难题,提升我国水生态保护的理论与技术自主水平,支撑国土空间生态保护修复国家战略,具有重要参考价值。
相关论文信息:
▌文章标题:Water ecological authigenesis: from the perspective of emission-accommodation synergy
▌文章DOI:10.1007/s11783-026-2230-9
▌文章链接:
https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-026-2230-9
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