综述：关于在厌氧消化过程中发生直接种间电子转移（DIET）以产生生物甲烷的证据：综述

《Science of The Total Environment》：Evidence on the occurrence of direct interspecies electron transfer (DIET) during anaerobic digestion for the production of biomethane: A review

农业氮素流失的时空演变及耦合模型模拟研究。基于SWAT-SRNM耦合模型，分析未来情景下流域农业氮素流失机制。结果表明：过量氮肥施用是主要流失驱动因素，2020-2070年总氮损失下降49.31%，但N?O排放占比升至63.25%。 cropland面积每减1%，氮流失减少0.64%。GFG项目可降低14%氮流失，但极端降雨（+3.2%）和升温（波动+200%）将加剧氮流失。研究揭示了气候变化与土地利用交互作用对氮循环的影响路径。

　　氮素流失是氮循环中的关键过程，农业非点源（ANPS）和氧化亚氮（N?O）排放是农业氮素流失的两大主要途径。本研究通过构建一个流域尺度的模拟框架，将非点源污染模型（土壤水评估工具，SWAT）与氧化亚氮排放模型（空间参考非线性模型，SRNM）相结合，以分析不同未来情景下农业氮素流失的变化趋势。研究结果表明，ANPS和N?O排放是该流域农业氮素流失的主要途径，而农田中氮肥的过度施用是导致氮素流失的最关键因素。从2020年到2070年，农业氮素流失量减少了约49.31%，但N?O排放所占的比例则从约42.07%上升至63.25%。尽管N?O排放的氮素流失率整体下降，从3.12千克氮/公顷降至2.81千克氮/公顷，但农田仍然是氮素流失的主要来源，每减少1%的农田面积，氮素流失量就相应减少0.64%。实施“退耕还林”（GFG）计划可使总氮素流失减少14%。然而，未来可能发生的高降雨量和高气温可能会加剧氮素流失。研究结果还显示，在代表浓度路径（RCP）8.5情景下，降雨量比RCP2.6情景下高出3.2%，温度幅度则增加了200%，氮素流失量也相应增加了14.8%。强降雨主要促进了与地表径流相关的ANPS氮素流失，而高气温则加剧了N?O的排放过程。不过，GFG计划可以在一定程度上控制高降雨和高气温对ANPS和N?O排放造成的氮素流失增加。

全球环境变化对自然和人类生活的影响日益广泛和深远。环境变化对流域水文和水质的影响已成为众多研究的重点。流域作为一个独立的地理系统，其各个组成部分在不可分割的水系统中相互联系。在各种环境变化中，气候变化是最显著的，因为它可能导致全球范围内的极端气象灾害，如洪水和干旱。此外，人类活动对地表的改变也会显著影响流域。在这些综合因素的影响下，流域内的水文循环仍需进一步研究。

水文模型常用于研究环境变化对流域水文和水质的影响。随着计算机技术的进步，许多分布式模型，如SWAT，已经成功开发并广泛应用于相关研究。这些模型允许确定多个参数，而参数校准方法被广泛使用。然而，传统的参数校准方法只能提供一组最优解，适用于整个模拟周期。这种方法在动态环境中不足，因为在环境变化的影响下，参数会发生变化。近年来，数据同化方法被用于水文模型的时间变化参数校准，可以显著提高模拟精度。因此，在考虑气候变化和土地利用变化的同时，还需要考虑环境变化对模型参数的影响，以提高模型的准确性。

氮素是生物体的重要组成部分，也是植物生长所需的营养物质。然而，流域内农田中氮素的流失对环境产生了显著影响，这主要归因于人类生产活动中氮肥的过量使用。氮素流失的主要途径是通过地表径流进入水体，以有机和无机氮的形式存在。水体中的氮素会导致严重的非点源氮污染，进而影响水质，并引发一系列水环境和生态问题。另一种流失途径是土壤中的氮素转化为氧化亚氮（N?O）气体，这会增强温室效应，加剧全球变暖，并对粮食安全和生物多样性产生显著影响。虽然大多数水文模型可以模拟NPS污染，但它们通常忽略了N?O。因此，为了控制氮素流失并确保氮循环的稳定，流域内的氮素流失研究应同时考虑这两种途径。

控制氮素流失对于减少全球碳排放和缓解污染至关重要。未来环境变化的特征在不同情景下存在差异。耦合模型比较计划（CMIP）基于各种人类活动情景预测了未来的气候变化。然而，使用这些预测数据时，降尺度的准确性至关重要。此外，土地利用变化在不同未来情景下也存在显著差异。大多数预测模型使用静态参数，这些参数无法反映土地利用变化的时空异质性。此外，这些模型很少考虑与社会经济因素和政府政策相关的参数，例如“退耕还林”计划。因此，有必要考虑水文模型中参数的变化，特别是由不同未来情景下环境变化所引起的参数变化。为了有效实现全球碳减排和污染控制的目标，需要准确的未来输入数据和不同情景下模拟模型的参数变化。

本研究的主要目标是全面评估未来农业氮素流失在不断变化的环境条件下的动态变化。我们旨在量化未来气候变化和土地利用变化对两种主导氮素流失途径——ANPS和N?O排放的综合影响。为此，选择渭河盆地的武山—咸阳段作为研究区域，并构建了一个模拟与评估框架，以建模农业氮素流失。该过程包括获取不同情景下的气候和土地利用变化特征，模拟动态模型参数，并最终预测2020年至2070年间该流域农业氮素流失的空间和时间分布特征。

研究区域位于中国黄河流域的一个支流——渭河，其覆盖面积约为48,000平方公里。渭河是黄河流域的重要组成部分，流经中国黄土高原的东南部，为下游平原提供灌溉水源，从而促进中国西北地区的农业和经济发展。研究区域的年平均降雨量约为560毫米，这一特征对流域内的水文循环和氮素流失具有重要影响。此外，研究区域的土地利用格局受到多种因素的影响，包括农业活动、政策调控和自然条件的变化。这些因素共同作用，使得研究区域的氮素流失呈现出复杂的空间和时间分布特征。

在模型校准过程中，敏感性分析确定了七个最敏感的参数（见附表S2）。这些参数包括饱和水力传导度（SOL_K）、平均坡度（HRU_SLP）、平均坡长（SLSUBBSN）以及浅层含水层中需满足回流条件的水深（GWQMN）。这些参数在环境变化的影响下相对稳定，因此在模拟过程中保持不变。然而，其他参数如最大冠层截留量（CANMX）、土壤含水量条件II下的SCS径流曲线数（CN2）和基本流α因子（ALPHA_BF）则受到环境变化的影响，因此在模拟过程中需要进行动态调整。这些参数的变化反映了未来环境条件对氮素流失过程的潜在影响，并为模拟提供了更精确的输入。

在讨论部分，研究结果表明，ANPS和N?O排放是农业氮素流失的主要途径，并在氮循环中发挥着重要作用。在不断变化的环境中，土地利用和气候变化会直接或间接影响氮循环。此外，土地利用变化会影响氮素流失的来源，而气候变化则影响氮素流失的机制。农田作为主要的氮素流失来源，其面积的变化对氮素流失量具有显著影响。因此，减少农田面积是控制氮素流失的有效手段之一。同时，气候变化导致的降雨量和温度的变化也会影响氮素流失的途径和速率。例如，强降雨会促进与地表径流相关的ANPS氮素流失，而高气温则会加速N?O的排放过程。然而，实施“退耕还林”计划可以在一定程度上缓解这些变化对氮素流失的影响，从而降低农业氮素流失的总量。

未来情景下的氮素流失变化不仅受到气候变化的影响，还受到土地利用变化的调控。因此，有必要在模型中考虑这些变化的动态性，以提高模拟的准确性。此外，社会经济因素和政府政策的实施也会对氮素流失产生重要影响。例如，“退耕还林”计划的实施可以显著减少氮素流失，而其他政策的调整也可能对氮素流失产生不同的影响。因此，未来的研究应更加关注这些因素，并探索如何通过政策调控和土地利用优化来减少氮素流失，提高水资源的可持续利用能力。

研究还指出，随着未来气候变化的加剧，农业氮素流失的速率和路径可能会发生变化。例如，高降雨量和高气温可能会增加氮素流失的总量，但同时也会改变氮素流失的分布模式。在这些条件下，农业氮素流失的主要途径可能从地表径流转向大气排放，这将对氮循环和生态环境产生深远影响。因此，未来的氮素流失管理应更加注重这些变化，并采取相应的措施，以减少氮素流失对环境和生态系统的负面影响。

本研究的结果表明，农业氮素流失的模拟需要综合考虑多种因素，包括气候变化、土地利用变化以及政策调控。在不同未来情景下，这些因素的组合可能会导致不同的氮素流失模式，因此需要建立一个灵活的模拟框架，以适应这些变化。此外，研究还强调了数据同化方法在模拟中的重要性，这种方法可以显著提高模拟的精度，并帮助研究人员更好地理解和预测氮素流失的变化趋势。

总体而言，农业氮素流失的管理不仅关系到水资源的可持续利用，还关系到全球碳减排和生态环境的保护。因此，未来的氮素流失研究应更加注重多因素的综合分析，并探索如何通过政策调控、土地利用优化和气候变化适应措施来减少氮素流失。同时，还需要加强跨学科的合作，结合生态学、环境科学和社会科学的研究成果，以制定更加科学和有效的氮素流失管理策略。这些策略不仅可以提高农业生产的可持续性，还可以为全球环境保护和生态系统的恢复提供支持。