过去 二十年，科学家已开发出多种方法，用于预测生态系统将如何应对不断变化的环境条件。这类方法被称为 “生态预测”，这些新兴工具若得到有效运用，有助于减少我们水道中的污染。
死区与有毒藻类预测与天气和气候预报相似。它们能够对短期驱动因素（例如今年输入的氮和磷）引发的生态系统反应做出近期预测。它们还可用于情景分析，以评估未来控制这些驱动因素的影响。
这类预测尤为重要，因为当其与实际事件吻合良好时，便能增强人们利用模型指导政策和管理决策的信心。每年开展此类预测，也能对这些问题是否正在得到解决进行定期检验。
了解这些生态系统状况的范围和位置，可以让决策者调整其管理决策，但目前的生态预测——至少是与死区和有毒藻类相关的预测——在空间和时间上的精细度，尚不足以支持这种规模的适应性管理。希望有朝一日能够做到。与此同时，这些预测的应用有力地提醒我们，仍有诸多问题尚未解决。
今年的生态预测
死区（缺氧）是湖泊和海洋中氧气浓度降至危及海洋生物水平的区域。它们通常由藻类腐烂分解所致，而藻类的生长受到来自陆地的氮和磷输入的刺激。有毒藻类同样受这些过量营养物质刺激，当其污染供水时，会毒害水生生物和人类。
近几周，我的 预测 已提交给 NOAA 的集合预报，涵盖今年 墨西哥湾 与 切萨皮克湾的死区，以及 伊利湖有毒藻类的范围。
2015年的预测提醒我们，这些持续存在的问题尚未得到有效解决。死区预测大体反映的是“平均”状况，但需要指出，“平均”并不意味着自然状态，而在这些情况下，“平均”是不可接受的。有毒藻类预测清楚地提醒我们，长期减少营养物质输入至关重要。
墨西哥湾 – 在其 2001年行动计划 – 该计划在 2008年 并在 2013年 再次确认 – 联邦、州和部落的密西西比河/墨西哥湾流域营养物质特别工作组设定了一个目标：到2015年，将墨西哥湾缺氧（即氧气亏缺）的五年滑动平均范围降至5,000平方公里（1930平方英里）。
墨西哥湾氮负荷。
Donald Scavia，作者提供
但该目标几乎没有取得进展。自1995年以来，墨西哥湾死区的平均面积为15,323平方公里，与今年预测的规模相近，大致相当于康涅狄格州的面积。来自中西部农业的富含营养物质的径流最终汇入密西西比河，并进一步流入墨西哥湾。1960年代至1980年代间，主要由于农业径流，流入墨西哥湾的氮量增加了约300%，此后变化不大。
尽管墨西哥湾死区的面积逐年波动，主要随中西部“玉米带”的天气模式变化而变化，但根本结论是：除非采取更有力的措施减少中西部农田氮和磷的流失，否则无论天气如何，我们都永远无法达到5,000平方公里的行动计划目标。
切萨皮克湾 – 与墨西哥湾相似，切萨皮克湾的死区预测面积为5.7立方公里（1.37立方英里，或相当于230万个奥运规格游泳池），略低于其长期平均水平。同样与墨西哥湾相似，营养物质输入量及由此导致的缺氧情况逐年存在非常显著的波动。但与墨西哥湾不同，似乎在 削减营养物质输入方面取得了一定进展。
切萨皮克湾氮负荷。
Donald Scavia
为什么？在一项由 美国环境保护署（EPA）强制执行的区域性协定下，六个州和哥伦比亚特区已同意到2025年将氮负荷减少25%。请注意“强制执行”一词。在该协议的最大日负荷总量（TMDL）流域实施计划之下，于2017年设立的为期两年的阶段性检查，应当会产生实际作用。这些指标将由EPA进行评估，若未达标，区域性协定成员将收到警告，后果可能包括额外的监管措施。EPA近期判定，该地区很可能 在该目标上落后一半。因此，真正的成效将取决于EPA及当政政府是否有决心在2017年采取强硬立场。
伊利湖 – 今年伊利湖有毒藻类的预测显示，藻华规模将大于2014年的那次藻华，后者 导致供水中断 ，影响托莱多五十万居民，并接近创纪录的 2011年大规模藻华。值得注意的是，就在正式预测发布前仅一两周，NOAA原本预计将出现 相对温和的藻华，而预测的改变是一场春季风暴所致。由于这些藻华是由以农业为主的莫米河流域中分散的磷源所驱动，此次更新并不令人意外，也再次提醒我们，这一问题在多大程度上受这些 气候变化引发的暴风雨增多所驱动。
此外，与死区不同，这些藻华在时间和空间上都高度多变。事实上，2014年的藻华虽远小于2011年的大规模藻华，却在托莱多供水源附近形成，当地风力将藻华搅入城市的深水取水口。因此，无论规模大小，藻华预测都未必与风险相关。除非磷输入量得到显著且持续的削减，使得只出现最轻微的藻华，否则这一地区的居民、生态系统和经济都将持续受到威胁。我们不能只是寄希望于季节性天气波动来保障安全。
利用生态模型进行情景分析
我们之所以参与这些年度预测，还因为相同的模型被用于指导关于长期营养物质输入目标的决策，这些目标是将 死区 和 有毒藻华 降至可接受水平所必需的。
预测记录。
Donald Scavia
我们一直在追踪其中部分年度预测的准确性，发现在没有飓风或热带风暴于测量前扰乱死区的年份，这些模型的表现相当不错。这增强了我们利用这些模型就所需营养物质削减提供建议的信心。
事实上，其中一些模型已用于指导设定营养物质输入削减目标的政策制定者，而且大多数模型得出了惊人一致的建议：将输入量减少35%-45%。然而，尽管这些 建议 中的部分已实施逾十年，进展却仍然甚微。预测、情景分析、建议和协议显然是远远不够的。
那么，该怎么办？
在一篇 近期发布的文章中，我提出，尽管更广泛地应用现有和新型农业最佳管理实践（BMPs），例如溪岸缓冲带和湿地恢复，十分重要，但仅靠这些措施可能不足以减少流入墨西哥湾、切萨皮克湾和伊利湖的氮和磷。即便最佳管理实践行之有效，目前这种自愿性、以激励为基础的机制也并未奏效，正如 报告 中所述，该报告的作者为美国农业部经济研究局高级经济学家Marc Ribaudo。
事实是，我们的流域正被工业规模的行播作物农业所压垮，其中大部分种植的是玉米，而真正的进展只有通过减少对玉米的需求才能实现。这需要改变美国人的饮食结构、推动农业供应链的变革，并削减玉米乙醇的产量。
改变饮食和供应链需要长期的文化变革，而减少汽车中的玉米用量则可以更快实现。
一项简单但在政治上显然存在风险的举措，是由国会禁止将玉米用于生产乙醇。此举已在多地被多次提出。那么，为何联邦政府仍坚持在汽车油箱中燃烧玉米——尤其是考虑到 已被证明 ，乙醇产生的温室气体比汽油更多，并且对 消费者 或 环境都不利？或许答案在于：每四年都有竞选总统的人前往爱荷华州，高调表达对玉米和乙醇的热爱，而乙醇行业也在不断壮大其 游说人员阵容。
当然，这些都是在华盛顿特区和各州首府中权衡后的政治考量。与此同时，我们每年预测的死区和藻华，仍持续显示过量营养物质径流所造成的破坏性影响。
本文最初发表于 The Conversation。阅读 原文。。刊发本文并不代表世界经济论坛认可其中的观点。
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作者： Donald Scavia 现任 密歇根大学的格雷厄姆家族可持续发展教授。
图片：一只大蓝鹭飞越马萨诸塞州纽伯里普拉姆岛上的Parker National Wildlife Refuge盐沼。路透社/Brian Snyder。
