研究人员报告称，气候变化可能导致主要水稻产区的水稻产量急剧下降，这一下降可能危及关键粮食供应。
针对未来气候条件下水稻生产的新实验显示，到2100年，水稻产量可能下降约40%，这将对世界上以水稻为基本口粮的地区产生潜在的严重后果。
该研究发表于《Nature Communications》（自然·通讯）。
“到2100年时，预计世界人口约为100亿，这意味着我们将有50亿人依赖水稻为食，另有20亿人将无法获得他们通常所需的热量，”论文合著者、斯坦福大学地球、能源与环境科学学院地球系统科学教授斯科特·芬德福（Scott Fendorf）说。“我们必须意识到这些即将到来的挑战，以便做好适应准备。”
作为婴儿食品的大米
研究人员专门研究水稻，是因为水稻生长在淹水稻田中，这种环境有助于使砷从土壤中释放出来，并使水稻特别容易吸收砷。虽然目前许多粮食作物都含有少量砷，但一些种植地区比其他地区更容易受到影响。
未来气温升高导致的土壤变化，加上淹水条件，会使水稻植株吸收更多的砷，而使用天然含砷量高的灌溉水则会加剧这一问题。
虽然这些因素不会以相同方式影响所有全球农产品，但它们确实也影响其他淹水种植的作物，如芋头和莲藕。
“我没有料到我们观察到的水稻产量受影响的程度，”芬德福说，他同时也是斯坦福大学伍兹环境研究所的高级研究员。“我未曾预料到的是，随着温度升高，土壤的生物地球化学过程会发生多大变化，这将如何增加植物可利用的砷，以及这种变化与温度胁迫共同作用时，将如何真正影响植物。”
砷是一种天然存在的半金属化学物质，存在于大多数土壤和沉积物中，但通常以植物无法吸收的形式存在。长期接触砷会导致皮肤损伤、癌症、肺部疾病加重，并最终导致死亡。
水稻的问题尤为令人担忧，不仅因为它在全球具有重要意义，还因为这种低致敏性食品常被过早地给予婴儿食用。
“我认为这个问题对于我们社会中有幼儿的人群也至关重要，”第一作者、斯坦福大学前博士后学者、现任德国蒂宾根大学的E·玛丽·穆埃（E. Marie Muehe）说。“由于婴儿的体型比我们小得多，如果他们吃大米，这意味着相对于其体重，他们摄入的砷会更多。”
“土壤是有生命的”
研究人员在温室中模拟了未来的气候条件，依据是政府间气候变化专门委员会（IPCC）预测的到2100年可能出现的情况：气温升高5摄氏度（9华氏度），大气二氧化碳浓度翻倍。
此前的研究探讨了气温升高在全球粮食危机背景下的影响，而本研究首次将土壤条件与气候变化的转变结合起来进行考量。
在实验中，研究小组在加利福尼亚水稻产区的土壤中种植了中粒水稻品种。他们对温室的温度、二氧化碳浓度和土壤砷含量进行了控制。由于灌溉作物时使用受砷污染的水，砷会在土壤中累积，未来土壤砷含量将会更高；而过度抽取地下水会加剧这一问题。
“我们通常不会想到这一点，但土壤是有生命的——它充满了细菌和许多不同的微生物，”芬德福说。“事实证明，这些微生物决定了砷是保留在矿物质上、远离植物，还是从矿物质中脱离并进入水相。”
研究人员发现，随着温度升高，微生物使土壤中更多固有的砷变得不稳定，导致土壤水中可供水稻吸收的毒素含量增加。一旦被吸收，砷就会抑制养分吸收，并减缓植物的生长和发育。这些因素导致科学家观察到水稻产量下降了40%。
早期预警，未来规划
尽管产量的大幅下降令人严重担忧，但科学家们仍然希望，这项研究将有助于生产者找到养活世界的潜在解决方案。
“好消息是，鉴于全球社区过去在培育适应新条件的品种方面取得的进展，以及对土壤管理的改进，我乐观地认为，我们能够克服本研究中观察到的问题，”芬德福说。
“我同样乐观地认为，随着我们持续关注气温升高5摄氏度所带来的威胁，社会将采取措施，确保我们永远不会达到这一升温程度。”
下一步，芬德福、合著者王天梅和穆埃希望利用遥感技术精确定位受污染的稻田，以便建立未来产量和砷污染的预测模型。
“这很可能会在水稻消费量最大的地区成为一个问题，因此我们主要考虑南亚和东亚，”王天梅说。她是地球系统科学专业的博士候选人。“尤其是像我父亲这样的人——他每天吃三次米饭，离了它简直无法生活。”
来源：斯坦福大学
