據政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì )(IPCC)發(fā)布的評估報告，當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)養降低，惡化了由于營(yíng)養不良導致的疾病病情。
高二氧化碳導致作物減鋅、減鐵、減蛋白質(zhì)
據英國《衛報》報道，科學(xué)家對小麥、稻米、玉米和大豆均進(jìn)行了田間試驗，試驗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)境衛生專(zhuān)家薩繆爾·邁爾斯教授(Samuel Myers)說(shuō)，“我們發(fā)現二氧化碳水平上升會(huì )降低重要主食作物中的營(yíng)養物質(zhì)，從而影響人體營(yíng)養。而從健康角度看，鐵和鋅都是對人體非常重要的營(yíng)養物質(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。尤其對成長(cháng)中的嬰兒和孕婦來(lái)說(shuō)，問(wèn)題更為嚴重。目前，每年幾乎有6300萬(wàn)人口因此而死亡。“現在這一問(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。”
牛津饑荒救濟委員會(huì )食物與天氣政策主管漢娜·斯圖達特(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)養物質(zhì)的例子。預計到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)養不良的困擾。因此，削減二氧化碳排放量刻不容緩。”
據研究，在高二氧化碳水平下成長(cháng)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(cháng)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化成蛋白質(zhì)的過(guò)程
無(wú)獨有偶，4月6日的《自然氣候變化》雜志在線(xiàn)發(fā)表了《田間生長(cháng)麥子的硝酸鹽同化受到CO2升高的抑制》，該論文顯示了來(lái)自美國加州大學(xué)戴維斯分校植物科學(xué)家們的小麥田間試驗結果。
小麥是非常重要的糧食作物，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(zhù)大氣中二氧化碳水平的上升而逐漸下降，人們已經(jīng)對此提出過(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作物將硝酸鹽轉化成蛋白質(zhì)的過(guò)程。這也意味著(zhù)氣候變化加劇，將導致糧食作物的營(yíng)養質(zhì)量變差。”
氮同化作用，又稱(chēng)氮同化過(guò)程，在植物的生長(cháng)和生產(chǎn)中起著(zhù)關(guān)鍵的作用。在糧食作物中，氮同化作用尤其重要，因為植物利用氮產(chǎn)生對人類(lèi)營(yíng)養至關(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%的氮氣，然而植物無(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氮化物。
于是，以銨鹽和硝酸鹽為主的無(wú)機氮化物，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，蛋白質(zhì)總量可能下降約3%
在過(guò)去的20年內，二氧化碳對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、棉花等一些重要農作物的生長(cháng)和產(chǎn)量方面。許多實(shí)驗室的研究表明，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。
為了研究小麥對不同水平的大氣二氧化碳反應，加州大學(xué)戴維斯分校的研究人員檢測了1996和1997年種植在亞利桑那鳳凰城附近馬里科帕農業(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)驗田大氣中碳的水平升高，受控制的小麥作物也生長(cháng)在這一環(huán)境中。于是，研究人員在當時(shí)便將各種不同小麥試驗田中收割的葉子即刻置于冰上，然后放進(jìn)烘箱烘干并儲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，該研究團隊利用這些材料開(kāi)展在實(shí)驗小麥植株收割時(shí)所不能開(kāi)展的有關(guān)化學(xué)分析。
根據馬里科帕農業(yè)中心的小麥樣品，研究人員在通過(guò)對田間生長(cháng)小麥中三種不同硝酸鹽同化測算，肯定了大氣中二氧化碳濃度升高對蛋白質(zhì)合成的抑制作用。這一研究結果與之前實(shí)驗室研究結果是一致的。此外，研究也表明，植株葉子的硝酸鹽同化對大氣中二氧化碳濃度升高存在數種生理機制的響應。
“這些田間研究結果與以前的實(shí)驗室研究結果是一致的，表明了有幾個(gè)生理機制負責二氧化碳對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，當大氣中的二氧化碳達到預期的水平，可供人類(lèi)消費的蛋白質(zhì)總量將可能下降約3%。”
阿諾德·布魯姆說(shuō)，大量使用氮肥增強作物的氮同化作用，可以部分彌補所下降的食品質(zhì)量，但這會(huì )產(chǎn)生負面影響，包括更高的經(jīng)濟成本、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)合國基金會(huì )氣候變化項目氣候傳播——中國系列活動(dòng)”上，樂(lè )施會(huì )氣候變化與貧困項目經(jīng)理王彬彬說(shuō)，IPCC第五次評估報告第二工作組的研究成果，第一次強調了氣候變化對糧食安全、對農業(yè)和貧困的的影響，還傳遞了一個(gè)非常明確的信息，即氣候變化對糧食影響比之前的預期要嚴重得多。2007年的報告中，IPCC對氣候變化對糧食收成影響持樂(lè )觀(guān)態(tài)度，此次的報告斷言氣候變化意味著(zhù)全球主要糧食作物——小麥和玉米的凈產(chǎn)量顯著(zhù)減少。
與此同時(shí)，世界對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。據預測，2050年有超過(guò)5000萬(wàn)人將由于氣候變化面臨饑餓，這個(gè)數字約等于西班牙的總人口。
據樂(lè )施會(huì )的研究，預計全球谷物價(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。南非的一次旱災將意味著(zhù)2030年該國一包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)展中國家還是發(fā)達國家，都沒(méi)有對氣候變化對糧食帶來(lái)的影響做出充分準備，而最貧困、糧食安全度最低的國家在糧食政策和實(shí)踐方面幾乎是最落后的?？茖W(xué)家的研究和結果已經(jīng)把問(wèn)題清楚地展現在大家面前，接下來(lái)應該做的就是實(shí)際行動(dòng)，解決問(wèn)題。
作物品種適應氣候變化研究取得進(jìn)展
氣候變化研究已成為世界各國政治、經(jīng)濟、社會(huì )和科學(xué)的熱點(diǎn)，農業(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)合國糧農組織(FAO)指出，作物品種的改良應該適應氣候變化以保證糧食產(chǎn)量的可持續增長(cháng)。在氣候變化的影響下，植物育種必須重新定向。但有關(guān)我國作物育種適應氣候變化的研究還少見(jiàn)報道。
中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農業(yè)資源研究中心研究員張正斌課題組，在《中國農業(yè)科學(xué)》等發(fā)表系列文章，研究結果表明，隨著(zhù)活動(dòng)積溫的增加，東北和黃淮兩大玉米主產(chǎn)區玉米品種區域試驗對照品種的生育期和花粒期均有延長(cháng)的趨勢，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。黃淮小麥進(jìn)化過(guò)程中，其抽穗期、生育期、株高、單株穗數等有減少的趨勢，但生殖生長(cháng)期占全生育期比例、收獲指數、千粒重和單株粒重等有不同程度的增加趨勢。黃淮和北方冬麥區水地品種區域試驗對照品種產(chǎn)量也有提高的趨勢，但對黃淮旱地和北方冬麥區旱地來(lái)說(shuō)，氣候變暖導致小麥對照品種有減產(chǎn)趨勢。說(shuō)明在氣候變暖的情況下，如果有一定的灌溉保障，對我國糧食增產(chǎn)還是有正效應的。氣候變暖，小麥對照品種出苗日期和成熟日期逐漸推遲，導致了黃淮地區形成了適應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，中國糧食連續十連增，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，建議中國應抓住氣候變化的戰略機遇期。
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