據(jù)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(IPCC)發(fā)布的評(píng)估報(bào)告，當(dāng)前所有大陸和各大海洋都在受到氣候變化的影響。氣候變化除了對(duì)生態(tài)環(huán)境、水資源、物種分布等產(chǎn)生重要影響外，最新的科學(xué)研究還表明，不斷升高的二氧化碳排放量使得全球主食作物營(yíng)養(yǎng)降低，惡化了由于營(yíng)養(yǎng)不良導(dǎo)致的疾病病情。
高二氧化碳導(dǎo)致作物減鋅、減鐵、減蛋白質(zhì)
據(jù)英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》報(bào)道，科學(xué)家對(duì)小麥、稻米、玉米和大豆均進(jìn)行了田間試驗(yàn)，試驗(yàn)證明升高的二氧化碳水平明顯降低了這些作物所含的如鐵、鋅等此類(lèi)的基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)降低了這些作物的蛋白質(zhì)含量。
該研究主要作者、波士頓哈佛大學(xué)環(huán)境衛(wèi)生專(zhuān)家薩繆爾·邁爾斯教授(Samuel Myers)說(shuō)，“我們發(fā)現(xiàn)二氧化碳水平上升會(huì)降低重要主食作物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而影響人體營(yíng)養(yǎng)。而從健康角度看，鐵和鋅都是對(duì)人體非常重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。”
薩繆爾·邁爾斯說(shuō)，全世界幾乎有20億人口都被缺乏鐵、鋅這一問(wèn)題所困擾。尤其對(duì)成長(zhǎng)中的嬰兒和孕婦來(lái)說(shuō)，問(wèn)題更為嚴(yán)重。目前，每年幾乎有6300萬(wàn)人口因此而死亡。“現(xiàn)在這一問(wèn)題已然成了一個(gè)巨大的公共健康問(wèn)題，而大氣中二氧化碳的不斷上升將惡化這一問(wèn)題。”
牛津饑荒救濟(jì)委員會(huì)食物與天氣政策主管漢娜·斯圖達(dá)特(Hannah Stoddart)說(shuō)：“這是另一個(gè)證實(shí)氣候變化已經(jīng)影響人類(lèi)耕種作物、攝取所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的例子。預(yù)計(jì)到2050年，將有2500萬(wàn)不到5歲的兒童會(huì)因氣候變化而遭受到營(yíng)養(yǎng)不良的困擾。因此，削減二氧化碳排放量刻不容緩。”
據(jù)研究，在高二氧化碳水平下成長(zhǎng)的小麥相比正常水平鋅含量減少了9%、鐵減少了5%、蛋白質(zhì)含量減少6%；同樣的，在高二氧化碳水平下成長(zhǎng)的稻米，鋅含量減少了3%、鐵減少了5%、蛋白質(zhì)含量減少8%；玉米和大豆的鋅和鐵含量減少水平相近，但蛋白質(zhì)含量變化不大。
二氧化碳高濃度抑制作物硝酸鹽轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)的過(guò)程
無(wú)獨(dú)有偶，4月6日的《自然氣候變化》雜志在線發(fā)表了《田間生長(zhǎng)麥子的硝酸鹽同化受到CO2升高的抑制》，該論文顯示了來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校植物科學(xué)家們的小麥田間試驗(yàn)結(jié)果。
小麥?zhǔn)欠浅Ｖ匾募Z食作物，提供了全球人類(lèi)近1/4的飲食蛋白。
研究論文第一作者、加州大學(xué)戴維斯分校植物科學(xué)系教授阿諾德·布魯姆(Arnold Bloom)表示，“食物質(zhì)量正隨著大氣中二氧化碳水平的上升而逐漸下降，人們已經(jīng)對(duì)此提出過(guò)多種解釋。但我們研究首次證明，大氣二氧化碳濃度升高抑制了農(nóng)作物將硝酸鹽轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)的過(guò)程。這也意味著氣候變化加劇，將導(dǎo)致糧食作物的營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量變差。”
氮同化作用，又稱(chēng)氮同化過(guò)程，在植物的生長(zhǎng)和生產(chǎn)中起著關(guān)鍵的作用。在糧食作物中，氮同化作用尤其重要，因?yàn)橹参锢玫a(chǎn)生對(duì)人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)至關(guān)重要的蛋白質(zhì)。
何為氮同化作用？我們的空氣中含有近79%的氮?dú)猓欢参餆o(wú)法直接利用這些分子態(tài)氮，植物所利用的氮源主要來(lái)自土壤。而土壤中的有機(jī)含氮化合物主要源于動(dòng)物、植物和微生物軀體的腐爛分解，但這些含氮化合物中的大多數(shù)是不溶于水的，通常不能直接為植物所利用，植物只可以吸收其中的氨基酸、酰胺和尿素等水溶性的有機(jī)氮化物。
于是，以銨鹽和硝酸鹽為主的無(wú)機(jī)氮化物，約占土壤含氮量的1%—2%。植物從土壤中吸收銨鹽后，可直接利用它去合成氨基酸這樣的有機(jī)氮化物；如果吸收硝酸鹽，則必須經(jīng)過(guò)代謝還原才能將其利用。
總之，植物從土壤中吸收銨，或由硝酸鹽還原形成銨后會(huì)立即被同化為氨基酸。氨的同化在根、根瘤和葉部進(jìn)行。
未來(lái)幾十年內(nèi)，蛋白質(zhì)總量可能下降約3%
在過(guò)去的20年內(nèi)，二氧化碳對(duì)植物的影響成為科學(xué)界的研究熱點(diǎn)。其研究主要集中于水稻、小麥、棉花等一些重要農(nóng)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量方面。許多實(shí)驗(yàn)室的研究表明，大氣中二氧化碳水平升高抑制谷物和非豆科植物葉片的硝酸鹽同化，即氮同化作用。
為了研究小麥對(duì)不同水平的大氣二氧化碳反應(yīng)，加州大學(xué)戴維斯分校的研究人員檢測(cè)了1996和1997年種植在亞利桑那鳳凰城附近馬里科帕農(nóng)業(yè)中心的小麥樣品。在那個(gè)時(shí)候，富含二氧化碳的空氣釋放到田間地頭，使實(shí)驗(yàn)田大氣中碳的水平升高，受控制的小麥作物也生長(zhǎng)在這一環(huán)境中。于是，研究人員在當(dāng)時(shí)便將各種不同小麥試驗(yàn)田中收割的葉子即刻置于冰上，然后放進(jìn)烘箱烘干并儲(chǔ)存在真空密封的容器中，最大限度地減少各種氮化合物隨時(shí)間的變化。10多年后，該研究團(tuán)隊(duì)利用這些材料開(kāi)展在實(shí)驗(yàn)小麥植株收割時(shí)所不能開(kāi)展的有關(guān)化學(xué)分析。
根據(jù)馬里科帕農(nóng)業(yè)中心的小麥樣品，研究人員在通過(guò)對(duì)田間生長(zhǎng)小麥中三種不同硝酸鹽同化測(cè)算，肯定了大氣中二氧化碳濃度升高對(duì)蛋白質(zhì)合成的抑制作用。這一研究結(jié)果與之前實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果是一致的。此外，研究也表明，植株葉子的硝酸鹽同化對(duì)大氣中二氧化碳濃度升高存在數(shù)種生理機(jī)制的響應(yīng)。
“這些田間研究結(jié)果與以前的實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果是一致的，表明了有幾個(gè)生理機(jī)制負(fù)責(zé)二氧化碳對(duì)葉片硝酸鹽同化的抑制作用。”阿諾德·布魯姆說(shuō)。
阿諾德·布魯姆還認(rèn)為，其他科學(xué)研究也表明，在大氣二氧化碳濃度升高的條件下，小麥、水稻和大麥籽粒以及馬鈴薯塊莖的蛋白質(zhì)含量平均下降約8%。“當(dāng)這種下降被分解為人類(lèi)取自各種作物的飲食蛋白比例時(shí)，可以確定，在未來(lái)幾十年內(nèi)，當(dāng)大氣中的二氧化碳達(dá)到預(yù)期的水平，可供人類(lèi)消費(fèi)的蛋白質(zhì)總量將可能下降約3%。”
阿諾德·布魯姆說(shuō)，大量使用氮肥增強(qiáng)作物的氮同化作用，可以部分彌補(bǔ)所下降的食品質(zhì)量，但這會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，包括更高的經(jīng)濟(jì)成本、更多的硝酸鹽流失到地下水中，增加溫室氣體氧化亞氮的排放量等。
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2050年或有5000多萬(wàn)人由于氣候變化面臨饑餓
在北京舉行的“聯(lián)合國(guó)基金會(huì)氣候變化項(xiàng)目氣候傳播——中國(guó)系列活動(dòng)”上，樂(lè)施會(huì)氣候變化與貧困項(xiàng)目經(jīng)理王彬彬說(shuō)，IPCC第五次評(píng)估報(bào)告第二工作組的研究成果，第一次強(qiáng)調(diào)了氣候變化對(duì)糧食安全、對(duì)農(nóng)業(yè)和貧困的的影響，還傳遞了一個(gè)非常明確的信息，即氣候變化對(duì)糧食影響比之前的預(yù)期要嚴(yán)重得多。2007年的報(bào)告中，IPCC對(duì)氣候變化對(duì)糧食收成影響持樂(lè)觀態(tài)度，此次的報(bào)告斷言氣候變化意味著全球主要糧食作物——小麥和玉米的凈產(chǎn)量顯著減少。
與此同時(shí)，世界對(duì)糧食的需求在不斷上升，降低的糧食產(chǎn)量和上升的需求無(wú)疑會(huì)威脅未來(lái)糧食安全。據(jù)預(yù)測(cè)，2050年有超過(guò)5000萬(wàn)人將由于氣候變化面臨饑餓，這個(gè)數(shù)字約等于西班牙的總?cè)丝凇?/p>
據(jù)樂(lè)施會(huì)的研究，預(yù)計(jì)全球谷物價(jià)格將在2030年翻一倍，其中有一半的提價(jià)是氣候變化引起的。在此基礎(chǔ)上，極端天氣事件把糧食價(jià)格進(jìn)一步推高。南非的一次旱災(zāi)將意味著2030年該國(guó)一包25公斤的玉米粉價(jià)格從今天的18美元拉高到40美元，這是該地區(qū)一家人兩周的食物。
從分析還可以看出，無(wú)論是發(fā)展中國(guó)家還是發(fā)達(dá)國(guó)家，都沒(méi)有對(duì)氣候變化對(duì)糧食帶來(lái)的影響做出充分準(zhǔn)備，而最貧困、糧食安全度最低的國(guó)家在糧食政策和實(shí)踐方面幾乎是最落后的。科學(xué)家的研究和結(jié)果已經(jīng)把問(wèn)題清楚地展現(xiàn)在大家面前，接下來(lái)應(yīng)該做的就是實(shí)際行動(dòng)，解決問(wèn)題。
作物品種適應(yīng)氣候變化研究取得進(jìn)展
氣候變化研究已成為世界各國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和科學(xué)的熱點(diǎn)，農(nóng)業(yè)是受氣候變化影響的第一大產(chǎn)業(yè)，氣候變化與水資源安全和糧食安全關(guān)系密切。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)指出，作物品種的改良應(yīng)該適應(yīng)氣候變化以保證糧食產(chǎn)量的可持續(xù)增長(zhǎng)。在氣候變化的影響下，植物育種必須重新定向。但有關(guān)我國(guó)作物育種適應(yīng)氣候變化的研究還少見(jiàn)報(bào)道。
中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心研究員張正斌課題組，在《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)》等發(fā)表系列文章，研究結(jié)果表明，隨著活動(dòng)積溫的增加，東北和黃淮兩大玉米主產(chǎn)區(qū)玉米品種區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種的生育期和花粒期均有延長(zhǎng)的趨勢(shì)，特別是花粒期占全生育期的比例提高，單位面積產(chǎn)量都有提高的趨勢(shì)。黃淮小麥進(jìn)化過(guò)程中，其抽穗期、生育期、株高、單株穗數(shù)等有減少的趨勢(shì)，但生殖生長(zhǎng)期占全生育期比例、收獲指數(shù)、千粒重和單株粒重等有不同程度的增加趨勢(shì)。黃淮和北方冬麥區(qū)水地品種區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種產(chǎn)量也有提高的趨勢(shì)，但對(duì)黃淮旱地和北方冬麥區(qū)旱地來(lái)說(shuō)，氣候變暖導(dǎo)致小麥對(duì)照品種有減產(chǎn)趨勢(shì)。說(shuō)明在氣候變暖的情況下，如果有一定的灌溉保障，對(duì)我國(guó)糧食增產(chǎn)還是有正效應(yīng)的。氣候變暖，小麥對(duì)照品種出苗日期和成熟日期逐漸推遲，導(dǎo)致了黃淮地區(qū)形成了適應(yīng)氣候變暖的小麥晚種玉米晚收的雙晚栽培制度。氣候變暖，有利于多熟種植耕作栽培制度的發(fā)展，中國(guó)糧食連續(xù)十連增，特別是東北糧食基地生產(chǎn)能力的快速提高，明顯受益于氣候變暖。因此，建議中國(guó)應(yīng)抓住氣候變化的戰(zhàn)略機(jī)遇期。
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