安娜·米查拉克说：“当我们想到气候变化将如何影响水时，我们‘往往会想到干旱、洪水或极端降雨’。“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强烈。”
米查拉克是斯坦福大学卡内基科学研究所地球生态学系的实验室负责人，她今天在《科学》杂志上发表的一项研究表明，由于气候变化将在一些地区导致更多降雨，全球水质将下降。
为了解释降雨如何损害水质，让我们先回顾一下墨西哥湾的情况：在过去的32年里，那里每年夏天都会出现一片水域死亡区。2016年，这片死亡区绵延6000平方英里（大约相当于康涅狄格州的大小）。今年，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）预测，它将达到新泽西州的大小，约8700平方英里。墨西哥湾困境的根源在于美国中西部玉米带，那里的肥料氮素从农田中流失到溪流和沟渠中，导致了所谓的富营养化。简而言之，富营养化发生在水中养分过多的情况下。
养分从玉米带经密西西比河流向下游，最终到达墨西哥湾。氮和夏季高温的结合，为该地区的藻类提供了养料，它们短暂地成为“摇滚明星”。它们灿烂地盛开——然后瞬间死亡。当它们死亡时，细菌以它们的残骸为食，在此过程中消耗水中的氧气。鱼类虽然不呼吸空气，但它们需要氧气来生存。因此，最快的物种会离开，去寻找氧气更充足的水域。行动缓慢的生物，如墨西哥湾沿岸著名的牡蛎，则直接死亡。它们腐烂的残骸滋养了死亡区，并使其不断扩大，加剧了该地区生命的流失。只有当秋季的凉爽天气帮助关闭了这个可怕的反馈循环时，这个过程才会减缓。
米查拉克和她的同事们，包括米查拉克实验室的研究生、该研究的主要作者伊芙·辛哈（Eve Sinha）发现，气候变化导致的降雨量增加将使整个过程变得更糟。为什么？因为更多的降雨意味着更多的养分——这个整个过程的“原料”——被冲刷到水道中。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。
辛哈说：“他们非常依赖地表水以及沿海水域，这些地区人口非常稠密。“在这些地区，将有比世界上任何其他地方更多的人类受到水质恶化的影响。”
为了弄清楚这一点，辛哈、米查拉克和他们的同事们使用了一个他们在一项先前研究中开发的模型。该模型利用美国地质调查局（USGS）的氮负荷测量数据（即氮素在一定时期内进入生态系统的位置），并将这些数据与降雨量联系起来。如果降雨量为一英寸，会有多少氮最终进入特定地点？在新的研究中，他们输入了气候模型关于未来降雨的数据，以了解未来几年情况可能如何变化。
由于他们只想了解降雨量变化对模型的影响，因此他们保持了其他驱动因素不变。例如，他们没有假设农民会增加灌溉（由于降雨不规律），或者他们可能会开始使用更多的肥料。
过去，如果要进行类似这样的研究，需要一台超级计算机（或在标准台式机上花费大量计算时间）。这是因为你需要将气候模型输入另一个复杂的模型，该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就像是使用一份列出化学成分而非面粉和酵母等配料的食谱来烘焙面包。虽然可行，但需要更多的精力。新模型更灵活，专注于降雨量和氮负荷之间的关系，而不是陷入连接这些数据点的变量中，这使得纳入未来的气候预测更加容易。
他们发现，仅增加降雨量就将导致全国氮负荷增加20%。由于富营养化是一个如此严重的问题，美国环境保护署（EPA）已试图将其输入量减少20%。因此，到本世纪末，仅凭降雨量增加，水道中的氮负荷将增加的百分比几乎与EPA目前试图减少的百分比相同。
在国内，很大一部分氮负荷将发生在密西西比河上游、阿查法拉亚河盆地、东北部和五大湖地区。这并不完全令人意外，虽然墨西哥湾的死亡区可能是该国最大的死亡区，但它并非唯一。切萨皮克湾也有一个死亡区，伊利湖和密歇根湖也是如此。
即使你不住在这些地区，你的晚餐仍然面临风险——例如，墨西哥湾的死亡区会推高虾的价格。研究人员还迅速指出，他们的研究侧重于养分将“进入”何处（这对于更好的土地管理很有用），而不一定是养分最终会去哪里。养分污染可能最终进入地下水，使饮用水不安全。
情况听起来相当严峻，但米查拉克认为有积极的一面。
米查拉克说：“这可以被视为社会面临的挑战，而不是一个黯淡的结果。“在思考这个挑战时，我们必须睁大眼睛，认识到这不仅仅是地方土地管理的问题。它也关乎气候变化。”
最终的解决方案将包括采取措施减少气候变化，以及降低养分径流的水平。因为，辛哈说，“如果没有农业，就不会有太多的富营养化。”
这并不意味着要回到狩猎采集时代。但是，采用新的、更好的农业实践可能是一个不错的选择。但无论我们选择做什么，我们都应该迅速行动。我们可能只剩下三年时间来真正应对气候变化了。
