近日，中国农业大学土地科学与技术学院陈永教授团队在水文、水资源领域著名期刊Water Research、Water Resources Research、Journal of Hydrology上发表了关于气候变化影响作物生理、水文循环和氮流失的一系列研究论文，揭示了作物生理、水文循环和氮流失对CO2浓度升高、冬季冻融循环及夏季极端天气事件的响应机制。土地科学与技术学院博士研究生温娜、李宝贵和张瑛淇分别为论文第一作者，陈永教授为通讯作者。
PART 1
大气CO2浓度的升高影响作物生长及其相关的水文循环，揭示作物蒸散发对CO2浓度变化的响应，对预测未来大气CO2浓度升高条件下作物生产力与需水规律的变化具有重要意义。然而，CO2浓度升高对作物蒸散发的影响具有两种相互抵消的效应，使得量化其总体影响变得极具挑战。一方面，CO2浓度增加会导致作物部分气孔关闭，降低气孔导度，从而减弱蒸散发；另一方面，CO2浓度升高会促使作物叶面积指数增加，增强植物的蒸散发。为了科学量化上述影响，本研究改进了气孔导度和叶面积指数对CO2的响应，系统评估了气候变化背景下CO2浓度升高对作物生长和水文循环的影响。研究结果表明，CO2浓度的升高引起的气孔关闭所导致的蒸散发减弱效应超过了叶面积指数增加带来的蒸散发增强效应，从而减少了作物的耗水量。
该研究成果以Improving Hydrological Modeling to Close the Gap between Elevated CO2 Concentration and Crop Response: Implications for Water Resources为题发表于水文学著名期刊Water Research上。
PART 2
随着全球气候变暖的加剧，量化冻融循环对北方温带灌区越冬作物水文过程的影响至关重要。研究通过在SWAT模型里嵌入自动灌溉算法模块、冻融循环模块与地下水模块，系统评估了未来气候变化背景下冻融循环对我国北方双季作物种植区（冬小麦-夏玉米）水文过程的影响。结果表明，考虑冻融循环过程能够使北方地区浅层地下水水位的模拟误差降低5%以上。本研究强调了我国北方温带灌区也需要考虑冻融循环过程的影响，并强调了冻融循环作用对东北黑土区的影响尤为重要。
该研究成果以Enhanced Freeze-Thaw Cycle Altered the Simulations of Groundwater Dynamics in a Heavily Irrigated Basin in the Temperate Region of China为题发表于水文学著名期刊Water Resources Research上。
PART 3
氮流失是流域水质污染的重要来源，但其与升高的二氧化碳浓度（eCO2）之间的关联机制尚不清晰。研究应用改进后的SWAT-CO2模型，在黑土区大流域上探讨了未来气候变化对流域内农田多形态氮素流失的影响。发现eCO2条件下流域上游的硝酸盐流失量显著增加，且在高排放情景下流失更为严重。此外，研究确定了硝酸盐淋溶增加是未来水质的主要问题，以及减少10%-20%的化肥投入量对降低硝酸盐的水平和垂直流失具有良好效果。本研究阐明了氮流失对气候变化的响应机制，为黑土区流域尺度的水质改善提供了科学的决策依据。
上述研究结果以Assessing the Response Mechanisms of Elevated CO2 Concentration on Various Forms of Nitrogen Losses in the Golden Corn Belt为题发表于水文学著名期刊Water Resources Research上。
PART 4
极端天气事件会对中国黑土区的水资源产生重大影响。研究将CO2动态投入与响应模块和冻融循环模块整合到SWAT模型中，建立了适用于黑土区的SWAT-BSR模型，系统评估了黑土区辽河流域历史和未来时期极端高温、低温、降雨和干旱事件对水文循环的影响。研究表明，未来极端高温条件下，作物冠层截留量和渗漏量减少，而极端低温条件下则相反，对作物潜在蒸散量和土壤蒸发量产生明显的负面影响。相比之下，极端降雨事件下所有水文变量均较正常条件有所增加，而极端干旱下的水文变量受到显著的负面影响。本研究突显了黑土区水土资源保护的紧迫性，并通过对极端天气事件的风险预警，为农业管理提供了科学依据。
上述研究结果以Evaluating the Effects of Single and Integrated Extreme Climate Events on Hydrology in the Liao River Basin, China Using a Modified SWAT-BSR Model为题发表于水文学著名期刊Journal of Hydrology上。
该系列研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金和国家重点研发计划课题等项目资助。
陈永教授团队长期致力于流域水文模型的开发和应用以及气候变化条件下水土资源的优化配置等研究工作，近年来在Water Research、Water Resources Research、Agricultural and Forest Meteorology、Journal of Hydrology、Agricultural Water Management、Computers and Electronics in Agriculture、Environmental Modelling & Software等国际权威期刊上发表了一系列论文，提出气候变化条件下黑土适应性水分调控与高效利用途径及应用技术，为黑土区水分高效利用、黑土退化阻控以及农业面源污染防治提供重要科技支撑。
图文供稿｜陈永教授团队
责任编辑｜焦 心 李沂珊
统筹策划｜陈永教授
