中国典型粮食基地旱涝急转事件通过地表径流加剧土壤氮流失的定量评估

针对旱涝急转(DFAA)事件对农田氮循环的影响机制不明问题，本研究通过田间实验与数值模拟相结合，首次量化了DFAA对皖北平原夏玉米农田土壤氮流失的驱动效应。结果表明，DFAA使土壤氮储存减少14.9%、植物氮吸收降低54.1%，地表径流氮含量增加54.1%，未来情景下区域土壤氮流失比例将达10.22-22.75%。该研究为极端气候下的农业面源污染防控提供了关键阈值。

　　

在全球气候变化背景下，旱涝急转(Drought–flood abrupt alternation, DFAA)作为典型的复合极端气候事件，近年来在中国粮食主产区呈现频发态势。这种先旱后涝的特殊气候模式不仅威胁农作物产量，更可能通过改变土壤氮(N)循环过程加剧水体污染。然而，现有研究多聚焦单一干旱或洪涝事件，对DFAA这种时序复合型极端事件的生态效应缺乏定量评估，特别是对农业面源污染主要来源——土壤氮流失的驱动机制认识不足。

针对这一科学空白，中国水利水电科学研究院等单位的研究团队在《Journal of Hydrology: Regional Studies》发表重要成果。研究以中国重要商品粮基地——皖北平原为研究对象，通过两年田间控制实验结合区域数值模拟，首次揭示了DFAA事件通过地表径流加剧土壤氮流失的定量规律。

研究采用多尺度方法学：在田间尺度设置8种DFAA组合处理（含4种干旱-洪水强度组合×2个玉米生育期），测定土壤(0-40cm)、植株和径流中各形态氮含量；建立氮迁移计算模型量化各组分占比；基于实验阈值开展1964-2050年区域模拟，设置历史、未来(RCP4.5气候情景)和假设自然三种情景。关键技术创新在于首次构建了DFAA-土壤氮流失的响应关系阈值体系。

研究结果揭示三大发现

3.1 农田系统氮分配格局重塑
实验显示DFAA使表层土壤总氮(TN)和有效氮(AN)分别降低14.9%和18.5%，而铵态氮(AmN)增加9.2%。值得注意的是，硝态氮在轻旱-轻涝(LL)处理中下降39.5%，但在轻旱-中涝(LM)处理反增94.4%，表明洪水强度主导硝态氮迁移方向。植株氮吸收锐减54.1%，且呈现从根系向茎叶转移的特征，根/茎/叶氮占比从对照组的25.58%/24.20%/50.22%变为12.23%/27.73%/60.04%。

3.2 地表径流成氮流失主通道
氮迁移模型显示，DFAA处理中17.22%的土壤氮发生流失，较自然降雨(7.63%)增加125.7%。其中径流水相氮占比0.091%，虽绝对值小但增幅达63.8%。径流氮形态以溶解态氮(SN)和硝态氮为主，在ML处理(中旱-轻涝)中硝态氮浓度较对照激增144.6%，时间动态显示径流初期氮浓度最高，后期渐趋平稳。

3.3 区域风险评估预警
模拟预测未来(2020-2050)年均土壤氮流失比例将达10.22-22.75%，热点区域从历史期(1964-2017)的西南部向中东部转移。假设自然情景分析表明，DFAA使最高氮流失值增加46.7-49.0%，其中径流氮负荷增幅35.3-41.0%，证实气候变异是驱动因子。

结论与展望
该研究首次通过实验阈值-模型耦合的范式，系统解析了DFAA影响氮循环的双重负面效应：既减少植物氮利用效率(降低54.1%)，又通过地表径流加剧水体富营养化风险。创新性发现包括：(1)干旱强度与洪水强度对氮迁移存在拮抗效应，中度干旱可缓冲后续洪水导致的氮流失；(2)玉米抽雄-灌浆期对DFAA更敏感，此阶段实施调控可事半功倍。

研究成果为《IPCC第六次评估报告》关于复合极端事件影响的论断提供了农田尺度的实证，提出的氮流失阈值可直接应用于区域非点源污染模型。未来研究可拓展至DFAA对N₂O排放的贡献机制，为碳中和目标下的农田管理提供更全面的科学依据。