气候变化可能使水稻中的有毒砷增加一倍

研究人员报告说,气候变化可能会导致主要产区的稻米产量急剧下降,这一下降可能危及关键粮食供应。

探索未来气候条件下水稻生产的新实验表明,水稻产量可能会下降40%2100%,这对依赖作物作为基本粮食来源的世界部分地区可能造成毁灭性后果。

此外,根据这项研究,发表在该刊物上的研究表明,温度升高引起的土壤过程变化将导致大米中的砷含量是当今大米的两倍。 自然通讯.

“到2100时,我们估计将有10亿人,因此这意味着我们有5亿人 依靠大米,还有2亿的人将无法获得他们通常需要的卡路里,”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Scott Fendorf说。 “我们必须意识到即将到来的这些挑战,以便我们能够做好适应的准备。”

大米作为婴儿食品

研究人员专门研究了水稻,因为水稻生长在淹水的稻田中,有助于从土壤中释放出砷,并使水稻对砷的吸收特别敏感。 虽然当今许多粮食作物都含有少量 ,一些成长中地区比其他地区更容易受到影响。

更高的温度以及洪水淹没导致的未来土壤变化会导致水稻植物吸收较高水平的砷,而使用天然产生的高砷灌溉水会使问题更加恶化。

尽管这些因素不会以相同的方式影响所有全球商品,但它们的确会扩展到其他洪灾作物,如芋头和莲花。


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“我只是没想到我们观察到的对水稻产量的影响如此之大,”同时也是斯坦福森林环境研究所高级研究员的芬多夫说。 “我想念的是 土壤 生物地球化学将对温度升高做出反应,这将如何放大植物体内的砷,然后与温度胁迫相结合,将对植物产生真正的影响。”

天然存在的半金属化学砷存在于大多数土壤和沉积物中,但通常以植物不吸收的形式存在。 长期暴露于砷会导致皮肤损伤,癌症,肺部疾病加重甚至最终导致死亡。

它在大米中尤其引起关注,这不仅是因为其具有全球意义,而且还因为低过敏原食品通常是早期引入婴儿的。

第一作者,斯坦福大学前博士后学者E. Marie Muehe说:“我认为这个问题对我们社会中有小孩的人也至关重要。他现在在德国蒂宾根大学任教。 “因为婴儿比我们要小得多,所以如果他们吃米饭,这意味着相对于体重,他们摄入的砷更多。”

“土壤还活着”

研究人员根据政府间气候变化专门委员会的预测,根据可能的5摄氏度(9华氏度)温度升高和2100的两倍大气二氧化碳来估算温室中的未来气候条件。

尽管先前的研究在全球粮食危机的背景下研究了温度升高的影响,但这项研究还是第一个考虑土壤条件和气候变化的研究。

为了进行实验,该小组在加利福尼亚水稻种植区的土壤中种植了中粒水稻品种。 他们控制了温室的温度,二氧化碳浓度和土壤砷含量,由于使用砷污染的水灌溉作物后土壤中的积碳会增加温室气体的排放,而地下水过量灌溉会使这个问题恶化。

“我们通常不会考虑这个问题,但是土壤还活着-它充满了 以及许多不同的微生物,”芬多夫说。 “事实证明,那些微生物决定了砷是保持分配在矿物质上并远离植物,还是从矿物质中进入水相。”

研究人员发现,随着温度的升高,微生物会破坏土壤中固有的更多砷的稳定性,从而导致稻米可吸收的土壤水中的毒素数量增加。 一旦吸收,砷就会抑制养分吸收并降低植物的生长发育,这是科学家观察到的导致40%产量下降的因素。

预警,未来计划

尽管生产上的巨大损失是令人担忧的主要原因,但科学家们仍然希望这项研究将帮助生产者找到为全世界供养的潜在解决方案。

“好消息是,鉴于国际社会过去在适应新条件的品种育种能力方面的进步,以及对土壤管理的修订,我很乐观地看到我们可以解决研究中发现的问题。”说。

“我也很乐观,随着我们继续了解5摄氏度变化所带来的威胁,社会将采取措施确保我们永远不会达到这种变暖的程度。”

下一步,芬多夫(Fendorf),合著者王天美(Tianmei Wang)和穆赫(Muehe)希望使用遥感来查明受污染的稻田,以便对未来的产量和砷污染进行建模。

地球系统科学博士学位候选人王说:“这是大多数稻米消费的问题,因此我们考虑了南亚和东亚。” “特别是对于像我父亲这样的人来说,他一天要吃三遍大米,没有它他就无法生存。”

原始研究

作者简介

主要作者E. Marie Muehe,斯坦福大学前博士后学者,现在在德国蒂宾根大学任教。 共同作者,斯坦福大学地球,能源与环境科学学院地球系统科学教授Scott Fendorf。 另一位合著者王天美,地球系统科学的博士学位候选人。

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