高科技農業如何防止即將來臨的全球水戰

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在玻利維亞的一個山坡上生長的旱稻,遠離任何稻田。 CAIT, CC BY-SA

忘記石油或天然氣 - 你應該擔心討論較少,但更令人擔憂的事實是,世界已經沒有清潔,可飲用的水。

我在加德滿都寫這篇文章。 尼泊爾的首都和最大的城市有一個 嚴重缺水。 即使所有房主向政府支付費用以獲取水,但供應每週只運行一次,持續幾個小時。 然後,絕望的居民被迫從私人供應商處購買水。 雖然這對富裕人群來說是可以承受的,但對於中下階層來說這是一個大問題。 對於發展中國家的許多人來說,水真正是繁榮與貧困之間的差異。

全世界有超過10億人擁有 沒有合理的淡水供應。 發展中國家的大多數疾病與水有關,每年造成數百萬人死亡(估計一名兒童死於腹瀉) 每17秒).

鑑於這一切,在水資源短缺成為國際衝突的主要原因之前,我們必須快速提出全球用水解決方案。

我們絕大多數的水都存在於海洋中。 只有3%是新鮮的,可以用於農業和飲用,並且在任何情況下大部分都是在冰川和極地冰蓋中冷凍。 這意味著只有0.5%的地球水 無障礙 而且,其中超過三分之二是 用於農業.

如果我們要削減用水量,我們必須專注於讓我們的農場更具可持續性和效率。 隨著全球人口 仍在增長在較少的農業用地上,我們需要用更少的水來生產更多的農作物。

在世界範圍內,只有超過三分之一(37%)的土地可用於種植農作物 目前使用。 潛在的農田可供使用,但由於缺乏基礎設施,森林覆蓋或保護而未開發。 到目前為止,缺乏土地並不是一個大問題 - 但水是。

超越傳統農業

那麼如何用更少的水種植作物呢? 一種選擇是找到一種可持續的方法,從我們(基本上是無限的)海水儲備中去除鹽分。 該 南澳大利亞的農場 如下圖所示,利用太陽能提取海水並將其淡化以產生淡水,可用於在大型溫室中種植作物。

這些農場位於貧瘠地區,植物種植的水培系統不需要土壤。 像這樣全年種植這樣的作物會大大減少炎熱和乾旱地區的淡水用量,但建立這些溫室的成本仍然是一個問題。

如果農民可以簡單地用更少的水來產生相同的產量,那麼水資源短缺也會顯著減輕。 當然,說起來容易做起來難,但這在乾旱多發地區尤為重要。

世界各地的植物科學家正在忙於鑑定能夠在乾旱,乾燥條件下植物生長的基因。 例如,它是什麼造成的 旱稻 在乾燥的土壤中生長,而低地水稻需要灌溉良好的稻田才能生長?

一旦確定了耐旱的關鍵,就可以通過基因工程將它們引入作物中(不,這不涉及按照建議的方式註入食物中的毒素) 谷歌圖片搜索).

傳統上,農民通過緩慢而艱苦的選擇和跨越多代的過程培育耐旱作物。 基因工程(GE)提供了捷徑。

最近的一項研究發現了多樣 根構造 不同鷹嘴豆品種的系統。 未來的研究希望能夠找到能夠有效捕獲乾燥土壤中水分和養分的基因。 一旦確定了遺傳因子,科學家就能夠直接提供幫助植物捕獲更多水分的基因。

植物抗旱性的一個關鍵因素是植物激素脫落酸(ABA),它可以提高植物在乾旱中的水分效率。 但ABA還會降低光合作用的效率,從長遠來看會降低植物的生長,從而降低作物產量。

但是植物並不總是有這種權衡:現代作物已經失去了 能使早期陸地植物生長的關鍵基因 像苔蘚一樣容忍極度脫水。 這使得早期植物能夠在500m周圍的淡水中定居土地。 現代 沙漠苔蘚 還通過葉子收集水分,幫助它們在乾燥的條件下生長。

這是植物科學家面臨的巨大挑戰。 為了設計可以用最少的灌溉種植並最終有助於緩解水資源短缺的作物,我們將不得不重新引入許多“更高”的植物已經失去的脫水耐受系統,但是必須保留像苔蘚這樣的東西。

基因工程仍然存在爭議 廣泛的科學研究 報告市場上可獲得的轉基因作物 安全食用。 這部分只是一個 溝通失敗。 但事實是,我們最終需要使用我們可用的所有技術,而GE作物有太多可忽視的潛力。

關於作者

Rupesh Paudyal,博士後研究員(分子與細胞生物學), 利茲大學

這篇文章最初發表於 談話。 閱讀 原創文章.

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