萬萬沒想到——全球變暖竟用這種方式影響了你的健康

最新 06-03

本期作者 | 科了個普

編輯 | kuma

本文所有圖片均已獲得授權

在我國主要的糧食作物品種中，水稻一直居於首位，約佔糧食總產量的40%。水稻含有豐富的碳水化合物、蛋白質、脂肪及維生素等營養物質。但最近一個國際研究團隊通過實驗表明，隨著大氣中CO2水平的上升，大米營養價值也隨之降低，特別是鐵、鋅、蛋白質和維生素 [1]。

雲貴高原上的梯田，來源Pixabay.com

研究團隊並未選擇傳統封閉式的溫室環境，而是將水稻種植在中國及日本的一些露天田地里。預計到本世紀下半葉，大氣中CO2濃度將處於568~590 ppm（百萬分比濃度）的範圍。團隊工作人員通過開放式CO2富集系統（Free-air CO2Enrichment，FACE），將上述CO2濃度範圍的空氣吹到植物頂部上方約30cm處，在水稻全生育期人為增施CO2，並穩定在這一濃度水平。FACE系統沒有隔離設施，氣體在田間自由流通，系統內部的通風、光照和溫濕度等條件都處在自然生態環境中，以研究高CO2濃度條件下水稻個體、群體在生理、生態、產量和品質等方面的反應和變化[2]。

半開放式CO2濃度梯度實驗系統原理圖，來源參考文獻2

研究人員總共分析了18個不同水稻品種的蛋白質、鐵和鋅含量，並對在中國種植的九個水稻品種進行了維生素B1、B2、B5、B9分析。結果發現，增施CO2的試驗組與自然對照組相比，蛋白質含量減少了10%，鐵含量減少了8%，鋅含量下降了5%。此外，水稻中的維生素含量也下降明顯。維生素B1減少了17%，B2減少了16%，B5減少了12%，B9甚至減少了30% [3]。

位於日本的水稻試驗田，圖片來源：參考文獻1

植物的光合作用原理主要就是指葉綠體在光照下，將經由氣孔進人植物內部的二氧化碳和由根部吸收的水轉變成為澱粉等碳水化合物，同時釋放氧氣。二氧化碳參與植物光合作用的第一階段，其濃度變化直接影響作物在光合生化過程中的光合速率和凈光合產物量。

光合作用過程圖

在長期的高濃度CO2作用下，作物的光合作用系統會隨之發生變化，主要表現在葉綠素蛋白質及相關的光合作用酶系統蛋白量的提高，但在籽粒中表現為蛋白質、核酸、部分氨基酸和纖維素有不同程度的降低。高濃度CO2條件下，光合作用的反應產物是碳水化合物；低濃度CO2條件下，光合作用的反應產物是蛋白質。碳水化合物在諸如澱粉積累、氮的重新分配和利用、生化水平的調節等方面，都會對植物生長與農作物產量產生影響[4]。

環境中CO2水平不斷升高，將直接或間接影響作物生長，這是氣候變化帶來的眾多挑戰之一。當然，作物的生理髮育過程是一個系統工程，作物的生理活動與外界環境關係又形成一個新的系統工程。即使是CO2濃度增高對作物生產影響這一單一命題，仍然需要開展系統的科學研究。除了光合作用，還有大氣-土壤間的碳氮循環，病蟲害的發生，甚至土壤微生物活動規律的變化都與CO2濃度增加有關，以上因素又都對作物生長發育產生直接或間接的影響。

隨著農業科技的發展，對水稻，小麥，大豆等經濟作物的生長發育和質量產量的研究將愈加廣泛，對它們的認識也會更加清晰。另外，這項研究也提醒我們，在全球變暖背景下，生態系統很可能將承受我們始料未及的擾動。

參考文獻：

(1)https://www.zmescience.com/science/rice-co2-levels-0432423/

(2)謝立勇，馬占雲，高西寧，等.二氧化碳濃度增高對作物影響研究方法(FACE)的問題與討論[J].中國農業大學學報，2008，13(3):23-28.

(3)http://advances.sciencemag.org/content/4/5/eaaq1012.full

(4)張秀梅.二氧化碳濃度對於大豆產量的影響[J].鄉村科技，2017(12):50-51.

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