氣候變化可能使水稻中的有毒砷增加一倍

研究人員報告說,氣候變化可能會導致主要產區的稻米產量急劇下降,這一下降可能危及關鍵糧食供應。

探索未來氣候條件下的水稻生產的新實驗表明,水稻的產量可能會下降40%2100%,這對依賴作物作為基本食物來源的世界部分地區可能造成毀滅性的後果。

此外,根據這項研究,發表在該刊物上的研究表明,溫度升高引起的土壤過程變化將導致大米中的砷含量是當今大米的兩倍。 自然通信.

“到2100時,我們估計將有10億人,因此這意味著我們有5億人 依靠大米,還有2億的人將無法獲得他們通常需要的卡路里,”合著者,斯坦福大學地球,能源與環境科學學院地球系統科學教授Scott Fendorf說。 “我們必須意識到即將到來的這些挑戰,以便我們能夠做好適應的準備。”

大米作為嬰兒食品

研究人員專門研究了水稻,因為水稻生長在淹水的稻田中,有助於從土壤中釋放出砷,並使水稻對砷的吸收特別敏感。 雖然當今許多糧食作物都含有少量 ,一些成長中地區比其他地區更容易受到影響。

更高的溫度以及洪水淹沒導致的未來土壤變化會導致水稻植物吸收較高水平的砷,而使用天然產生的高砷灌溉水會使問題更加惡化。

儘管這些因素不會以相同的方式影響所有全球商品,但它們的確會擴展到其他洪災作物,如芋頭和蓮花。


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“我只是沒想到我們觀察到的對水稻產量的影響如此之大,”同時也是斯坦福森林環境研究所高級研究員的芬多夫說。 “我想念的是 土壤 生物地球化學將對溫度升高做出反應,這將如何放大植物體內的砷,然後與溫度脅迫相結合,將對植物產生真正的影響。”

天然存在的半金屬化學砷存在於大多數土壤和沈積物中,但通常以植物不吸收的形式存在。 長期暴露於砷會導致皮膚損傷,癌症,肺部疾病加重甚至最終導致死亡。

它在大米中尤其引起關注,這不僅是因為其具有全球意義,而且還因為低過敏原食品通常是早期引入嬰兒的。

第一作者,斯坦福大學前博士後學者E. Marie Muehe說:“我認為這個問題對我們社會中有小孩的人也至關重要。他現在在德國蒂賓根大學任教。 “因為嬰兒比我們要小得多,所以如果他們吃米飯,這意味著相對於體重,他們攝入的砷更多。”

“土壤還活著”

研究人員根據政府間氣候變化專門委員會的預測,根據可能的5攝氏度(9華氏度)溫度升高和2100的兩倍大氣二氧化碳來估算溫室中的未來氣候條件。

儘管先前的研究在全球糧食危機的背景下研究了溫度升高的影響,但這項研究還是第一個考慮土壤條件和氣候變化的研究。

為了進行實驗,該小組在加利福尼亞水稻種植區的土壤中種植了中粒水稻品種。 他們控制了溫室的溫度,二氧化碳濃度和土壤砷含量,由於使用砷污染的水灌溉作物后土壤中的積碳會增加溫室氣體的排放,而地下水過量灌溉會使這個問題惡化。

“我們通常不會考慮這個問題,但是土壤還活著-它充滿了 以及許多不同的微生物,”芬多夫說。 “事實證明,那些微生物決定了砷是保持分配在礦物質上並遠離植物,還是從礦物質中進入水相。”

研究人員發現,隨著溫度的升高,微生物會破壞土壤中固有的更多砷的穩定性,從而導致稻米可吸收的土壤水中的毒素數量增加。 一旦吸收,砷就會抑制養分吸收並降低植物的生長發育,這是科學家觀察到的導致40%產量下降的因素。

預警,未來計劃

儘管生產上的巨大損失是令人擔憂的主要原因,但科學家們仍然希望這項研究將幫助生產者找到為全世界供養的潛在解決方案。

“好消息是,鑑於國際社會過去在適應新條件的品種育種能力方面的進步,以及對土壤管理的修訂,我很樂觀地看到我們可以解決研究中發現的問題。”說。

“我也很樂觀,隨著我們繼續了解5攝氏度變化所帶來的威脅,社會將採取措施確保我們永遠不會達到這種變暖的程度。”

下一步,芬多夫(Fendorf),合著者王天美(Tianmei Wang)和穆赫(Muehe)希望使用遙感來查明受污染的稻田,以便為未來的產量和砷污染建模。

地球系統科學博士學位候選人王說:“這是大多數稻米消費的問題,因此我們考慮了南亞和東亞。” “特別是對於像我父親這樣的人來說,他一天要吃三遍大米,沒有它他就無法生存。”

原始研究

關於作者

主要作者E. Marie Muehe,斯坦福大學前博士後學者,現在在德國蒂賓根大學任教。 共同作者,斯坦福大學地球,能源與環境科學學院地球系統科學教授Scott Fendorf。 另外的合著者,王天美,地球系統科學的博士學位候選人。

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