导读

化学需氧量(COD)是评估水体有机污染的关键指标，然而由于无法区分水体中可作为碳汇的惰性溶解有机碳(RDOC)和造成污染的活性有机碳部分，COD被证实无法客观反映水体有机污染状况。文中基于多手段获得的数据，探讨了水体有机碳 (OC) 的生物可利用性、循环路径和归宿，讨论了COD指标的应用、测量方法和最新进展，估算了全球水体RDOC的储量，评估了人为RDOC对近海碳循环的影响。文章提出通过增强RDOC的保存来抵消人为碳排放影响的海洋负排放潜在途径(图1)。相关工作可帮助制定更为科学准确的有机污染监测指标，从而扩大水体碳汇的范畴。

图1 制定新的有机污染监测指标可保存更多水体RDOC从而增加碳汇，同时减少温室气体排放

研究结果

COD 对污水处理行业的影响极为深远。为了满足 COD的排放标准，污水处理厂采取的处理方法可以去除绝大部分的水体RDOC，并释放出大量温室气体，如图2中现状所示。研究指出污水处理的OC中至少有32%为RDOC，这导致污水处理厂每年多释放出数亿吨二氧化碳当量。因此，认识到COD会误判RDOC的基本事实，我们应改变环境保护政策，制定可以区分OC的生物可利用性的指标，将RDOC保存在水体中而不是作为污染处理后返回到大气中，如图2中未来愿景所示，兼顾水质保护和碳储存。

图2 污水中可被COD监测的OC的处理现和未来愿景

根据文献资料显示，海洋溶解有机碳(DOC)含量为662±32 Gt (1G=10⁹)，其中95%以上为RDOC(图3); Wadham等人估计南极和格陵兰冰盖中的DOC约为4.36Gt，BDOC占冰川水DOC总量的30%到58%，这意味着42%-70%的DOC可归类为RDOC；全球湖泊DOC平均浓度为3.88 mg/L，其中BDOC占总量的14%，RDOC约占86%；地下水中DOC的平均浓度为3.8 mg/L，RDOC则高达98%；在污水尾水中，RDOC至少占DOC总量的61%。据此估算出全球海洋、冰川冰盖、湖泊和河流以及地下水中DOC的总含量分别为662±32 Gt、4.36 Gt、0.7 Gt和92.3 Gt。根据RDOC在各类水体中所占的比例，可以估算出 RDOC的总量约为691-753 Gt，甚至超过大气二氧化碳的总量。因此，保存且增加水体RDOC对于抵御气候变化非常重要。

图3 全球各类水体DOC中的RDOC平均占比

总结与展望

随着人类活动增强，排放到水体中的OC逐年增加，其中一部分难以被微生物降解，是水体碳汇的重要形式。毫无疑问，现行的COD指标由于无法区分OC的生物可利用性而导致水质污染程度的误判，特别是处理过程会增加污水处理行业温室气体的排放。未来的研究应着重于改进传统的有机污染表征方法、兼顾水质监测和碳汇保存。新技术的发展有助于帮助人们理解OC组成、生物可利用性和主要循环过程，进而有效区分水体中活性和惰性OC，制定适应当下环境评估的有机污染监测指标，这或是实现负排放，应对气候变化的有效路径。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/olar.0050

文章标题：

Effectiveness of Chemical Oxygen Demand as an Indicator of Organic Pollution in Aquatic Environments

文章作者：

Zongqing  Lv, Xiangbin  Ran，Jun  Liu, Yao  Feng, Xiaosong  Zhong, and Nianzhi  Jiao.

文章摘要：

The chemical oxygen demand (COD) is an essential indicator of organic pollution that represents the amount of bulk carbon in water. COD is strongly correlated with nutrient cycles and other pollutants in the environment, but it has a limited ability to quantify the amount of organic carbon (OC), of which a large proportion is made up of refractory dissolved organic carbon (RDOC) and is a potential carbon sink. Moreover, the biodegradability of OC in terms of its fate and destination should be explored, as well as how this is reflected by COD. Methods based on particle size, spectroscopy, and isotopic tracing are expected to help with deciphering the bioavailability of COD-responsive OC and explore the processes of biogeochemical cycles. As the pressure on the environment from anthropogenic inputs increases, understanding the bioavailability of OC associated with COD will help with developing more precise scientific indicators for environmental monitoring and identifying how new tools will increase knowledge of the carbon cycle. In this review, we discuss the application, scope, means, and advances of COD measurement. Based on data in the literature, we estimate the global RDOC stock and assess the impact of anthropogenic RDOC on the carbon cycle in offshore bays. This review presents new insights into the behavior of OC in aquatic environments and a potential pathway for ocean negative carbon emissions by expanding the role of RDOC as a carbon sink to offset the effect of anthropogenic carbon emissions.

文章引用：

Zongqing Lv, Xiangbin Ran, Jun Liu, Yao Feng, Xiaosong Zhong, Nianzhi Jiao. Effectiveness of Chemical Oxygen Demand as an Indicator of Organic Pollution in Aquatic Environments. Ocean-Land-Atmos Res. 2024;3:0050.DOI:10.34133/olar.0050

作者简介：

吕宗青，博士毕业于厦门大学海洋与地球学院。2022.3月至今在自然资源部第一海洋研究所从事博士后研究工作。研究方向为海洋碳汇与生物地球化学过程，主攻海洋负排放国际大科学计划中胶州湾污水碱化负排放示范工程和污水惰性溶解有机碳的入海机制研究。研究成果发表于Science Advances、Environmental Research、Science China Earth Sciences和JGR Oceans等。

冉祥滨，博士/研究员，海洋化学，主要关注人类活动影响下河流与近海生源要素生物地球化学过程等方面的研究，形成了从河流到河口与近海有关生源要素生物地球化学过程较为系统的认识。主要成果发表在Nature Sustainability、Water Research、Limnology and Oceanography、Journal of Hydrology、Environmental Pollution、Biogeochemistry、Science China: Earth Sciences等主流学术刊物上；为共享航次计划2019年度东海科学考察实验研究和共享航次计划2021年度东海科学考察实验研究暨东海跨陆架碳输送过程研究首席科学家。

焦念志，中科院院士、发展中国家科学院院士、美国微生物科学院院士、厦门大学长江学者特聘教授。联合国海洋十年行动计划 “Global-ONCE”大科学计划首席科学家、执行委员会主任。主攻海洋生态过程及其资源环境效应，在国际一流学术刊物发表学术论文200余篇，包括 Science、Nature 系列9 篇，被引用万余次，单篇高引千余次。从2014年起持续入选ESI中国高被引作者。他提出了海洋储碳新机制— “微型生物碳泵（MCP）”理论，Science评论MCP为“巨大碳库的幕后推手”，并为MCP出版了Science增刊。两次获得国家自然科学二等奖（第一位）。

OLAR 期刊简介

Ocean-Land-Atmosphere Research (OLAR) 由南方海洋实验室和美国科学促进会合作出版，入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目、2024年度广东省高起点英文期刊创办项目，海洋负排放国际大科学计划（Ocean Negative Carbon Emissions, ONCE）学术出版合作平台，已被Scopus, Directory of Open Access Journals (DOAJ) 等15个数据库收录。本刊以海洋相关学科为重点，刊稿主题包括但不限于：海陆气相互作用、海洋碳中和、物理海洋学、海洋生物与生态、海洋地质与地球物理、化学海洋学、海洋气象学、大气物理与大气环境、冰冻圈科学、河口海岸学、海洋工程与海洋技术、海洋资源开发与利用。分享卓见，探索前沿，OLAR 诚邀您一起荟萃科学发现，共享学术盛筵！

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