气候变化驱动的降水变异性会影响作物产量与活性氮损失吗？

气候变化（如全球变暖）正在加剧全球水循环，降水的波动性显著增强，降水在时间分布上更不均匀，旱涝事件的发生也更为频繁。这种降水的非稳定性变化对于作物生长十分不利。一方面，降水变异性将直接影响作物施肥的时机，使得肥料养分供应和作物需求之间不匹配。另一方面，降水变异性增加可导致氮素供应与氮素需求之间的不同步，间接造成更多的氮素损失（包括淋洗损失、气体排放等），从而引起水体污染、温室气体排放、空气污染等生态环境和人体健康问题。

美国斯坦福大学Peter M. VITOUSEK院士及其团队基于所有生物有效氮、磷含量和土壤湿度、温度参数，建立了一个可模拟作物生产力的简化模型，用以评估降水的时间变化如何对作物产量和氮素损失产生影响。模型结果显示，在合理施肥量（100个单位的氮肥投入和20个单位的磷肥投入）和合理施肥时期（在生长期对作物追肥两次，且施肥时间越靠近作物生长期其增产和减排效应越显著），可使得作物收获物中的氮达到53.6个单位，而氮损失为60.8个单位，这也是当前农田生态系统中推荐的农艺实践措施。

降水变异性增强有可能使得旱季旱情更严重、汛期更容易发生洪涝灾害，水资源分布更加不均，给农业生产等带来各种不利影响。在该研究中作者发现，随着降水时间变异性的增加，作物产量出现下降，活性氮的损失逐渐增加。此外，由于极端降水更加频繁，导致以往固定在表层土壤中的磷素更容易通过土壤径流和侵蚀而大量损失。

在未来很长一段时间内，随着人为活动造成的气候变化，全球降水时间变异将变得更加剧烈，这将进一步减少作物产量，增加活性氮的损失。作者及其团队希望探寻到可以应对此气候风险的解决途径。然而，根据土壤含水量来调整作物施肥量（约30%）虽可减少部分活性氮损失（约50%），但无法增加作物产量。在雨养农业生态系统中，随着气候变化驱动的降水变异性逐渐增加，将使部分集约化种植体系难以同时维持较高的产量、较低的环境和人类健康足迹。简言之，随着降水变异性的不断增强，我们似乎将面临越来越严峻的粮食安全挑战。

大气是一个高度复杂的混沌系统，随着人类向大气中排放的温室气体逐渐累加，最终将可能引起暴雨等极端天气事件的发生。只有世界各国加大减排力度，尽早实现“碳中和”，才能够改变地球气候和我们赖以生存家园的未来。