世界水质可能陷入困境

当我们思考气候变化将如何影响水资源时，我们“倾向于考虑干旱、洪水或极端降雨”，安娜·米哈拉克说。“但气候与水质之间的联系可能与气候与水量之间的联系一样紧密。”

米哈拉克是斯坦福大学卡内基科学研究所全球生态学系实验室的负责人，他今天在《科学》杂志上发表了一项研究报告，指出由于气候变化将导致一些地方降雨增多，全球水质将下降。

为了解释雨水如何破坏水质，我们先来回顾一下墨西哥湾：过去 32 年来，每年夏天，那里都会形成水生死区。2016 年，死区面积达 6,000 平方英里（大约相当于康涅狄格州的面积）。今年，美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 预测，死区面积将达到新泽西州的面积，即约 8,700 平方英里。墨西哥湾问题的根源是美国中西部玉米带，农场化肥中的氮流入溪流和小溪，造成所谓的富营养化。简而言之，富营养化是指水中营养物质过多。

从玉米带，营养物质流向密西西比河，再流向墨西哥湾。氮和夏季温暖的气温相结合，为该地区的藻类提供了养分，这些藻类在短暂的一瞬间成为了明星。它们盛开得绚丽多彩，然后又全部死去。它们死亡后，细菌会享用它们的遗体，在此过程中吸取水中的氧气。鱼可能不呼吸空气，但它们需要氧气才能生存。因此，速度最快的物种会离开，寻找充气更好的水域。速度较慢的生物，如墨西哥湾沿岸著名的牡蛎，则会死亡。它们腐烂的遗体为死区提供了养分并帮助其生长，导致该地区的生命损失。只有当秋季较低的气温有助于关闭这个可怕的反馈回路时，这个过程才会减慢。

Michalak 和研究报告的主要作者 Eve Sinha（Michalak 实验室的研究生）发现，气候变化导致的降雨增加将使整个过程更加恶化。为什么？因为更多的降雨意味着更多的营养物质（整个过程的原料）被冲入水道。在美国，这种模式在玉米带和东北部尤为明显。在全球范围内，这可能会加剧印度、中国和东南亚的富营养化。

“这些地区非常依赖地表水和沿海水，而且人口密度极高，”辛哈说。“这些地区水质下降对人类的影响将比世界上任何其他地方都要大。”

为了弄清这个问题，辛哈、米哈拉克和他们的同事采用了他们在之前的研究中开发的一个模型。该模型采用了美国地质调查局 (USGS) 对氮负荷的测量（即氮在一段特定时间内进入生态系统的情况），并将这些数据与降水量联系起来。如果下了一英寸的雨，有多少氮最终会流向何处？在这项新研究中，他们插入了未来降雨量的气候模型数据，以了解未来几年情况可能会如何变化。

因为他们只想看看降雨量的变化对模型的影响，所以他们保持其他驱动因素不变。例如，他们没有假设农民可能会开始增加灌溉量（由于降雨不规律），或者他们可能会开始使用更多肥料。

过去，如果你想做这样的事情，就需要一台超级计算机（或者在标准台式机上投入大量的计算时间）。这是因为你必须将气候模型输入另一个复杂的模型，这个模型会预测有多少水会渗入地下，而不是流入溪流。这些细节很有趣，但以这种方式运行模型有点像使用列出化学成分而不是面粉和酵母等成分的食谱来烤面包。这是可行的——但需要付出更多的努力。新模型更加灵活，专注于降水和氮负荷背后的关系，而不是陷入将这些数据点相互连接的变量中，这使得它更容易融入未来的气候预测。

他们发现，仅降雨量增加一项就会导致全国氮负荷增加 20%。由于富营养化问题严重，美国环境保护署已尝试将氮负荷减少 20%。因此，到本世纪末，仅基于降雨量增加，水道中的氮负荷将增加几乎与环境保护署目前试图减少的百分比相同。

在美国国内，大量的氮负荷将发生在美国大陆的密西西比河上游、阿查法拉亚河流域、东北部和五大湖地区。这并不完全令人惊讶，虽然墨西哥湾的死区可能是美国最大的死区，但它并不是唯一的死区。切萨皮克湾也有死区，伊利湖和密歇根湖也有。

即使你不住在这些地区，你的晚餐仍然有风险——例如，墨西哥湾的死区会抬高虾的价格。研究人员很快指出，他们的研究重点是营养物质会进入哪里——这有助于更好地管理土地——而不一定是营养物质最终会流向哪里。营养污染最终会进入地下水，使水变得不安全饮用。

情况听起来相当糟糕，但 Michalak 认为也有好的一面。

“这可以看作是对社会的挑战，而不是一个惨淡的结果，”米哈拉克说。“在思考这一挑战时，我们必须睁大眼睛，意识到这不仅仅是当地土地管理的问题。这也与气候变化有关。”

最终的解决方案将包括采取措施减少气候变化，以及减少营养流失。因为，辛哈说，“如果没有农业，就不会出现太多的富营养化。”

这并不意味着要回到狩猎采集时代。但采用新的、更好的农业实践可能不是一个坏主意。但无论我们选择做什么，都应该迅速行动。我们可能只剩下三年时间真正采取行动应对气候变化。