據(jù)政府間氣候變化專門委員會(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養(yǎng)降低，惡化了由于營養(yǎng)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
據(jù)英國《衛(wèi)報》報道，科學家對小麥、稻米、玉米和大豆均進行了田間試驗，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、鋅等此類的基本營養(yǎng)物質，同時降低了這些作物的蛋白質含量。
該研究主要作者、波士頓哈佛大學環(huán)境衛(wèi)生專家薩繆爾·邁爾斯教授(Samuel Myers)說，“我們發(fā)現(xiàn)二氧化碳水平上升會降低重要主食作物中的營養(yǎng)物質，從而影響人體營養(yǎng)。而從健康角度看，鐵和鋅都是對人體非常重要的營養(yǎng)物質。”
薩繆爾·邁爾斯說，全世界幾乎有20億人口都被缺乏鐵、鋅這一問題所困擾。尤其對成長中的嬰兒和孕婦來說，問題更為嚴重。目前，每年幾乎有6300萬人口因此而死亡。“現(xiàn)在這一問題已然成了一個巨大的公共健康問題，而大氣中二氧化碳的不斷上升將惡化這一問題。”
牛津饑荒救濟委員會食物與天氣政策主管漢娜·斯圖達特(Hannah Stoddart)說：“這是另一個證實氣候變化已經(jīng)影響人類耕種作物、攝取所需營養(yǎng)物質的例子。預計到2050年，將有2500萬不到5歲的兒童會因氣候變化而遭受到營養(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的小麥相比正常水平鋅含量減少了9%、鐵減少了5%、蛋白質含量減少6%；同樣的，在高二氧化碳水平下成長的稻米，鋅含量減少了3%、鐵減少了5%、蛋白質含量減少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的過程
無獨有偶，4月6日的《自然氣候變化》雜志在線發(fā)表了《田間生長麥子的硝酸鹽同化受到CO2升高的抑制》，該論文顯示了來自美國加州大學戴維斯分校植物科學家們的小麥田間試驗結果。
小麥是非常重要的糧食作物，提供了全球人類近1/4的飲食蛋白。
研究論文第一作者、加州大學戴維斯分校植物科學系教授阿諾德·布魯姆(Arnold Bloom)表示，“食物質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)對此提出過多種解釋。但我們研究首次證明，大氣二氧化碳濃度升高抑制了農(nóng)作物將硝酸鹽轉化成蛋白質的過程。這也意味著氣候變化加劇，將導致糧食作物的營養(yǎng)質量變差。”
氮同化作用，又稱氮同化過程，在植物的生長和生產(chǎn)中起著關鍵的作用。在糧食作物中，氮同化作用尤其重要，因為植物利用氮產(chǎn)生對人類營養(yǎng)至關重要的蛋白質。
何為氮同化作用？我們的空氣中含有近79%的氮氣，然而植物無法直接利用這些分子態(tài)氮，植物所利用的氮源主要來自土壤。而土壤中的有機含氮化合物主要源于動物、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氮化物。
于是，以銨鹽和硝酸鹽為主的無機氮化物，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立即被同化為氨基酸。氨的同化在根、根瘤和葉部進行。
未來幾十年內(nèi)，蛋白質總量可能下降約3%
在過去的20年內(nèi)，二氧化碳對植物的影響成為科學界的研究熱點。其研究主要集中于水稻、小麥、棉花等一些重要農(nóng)作物的生長和產(chǎn)量方面。許多實驗室的研究表明，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(nóng)業(yè)中心的小麥樣品。在那個時候，富含二氧化碳的空氣釋放到田間地頭，使實驗田大氣中碳的水平升高，受控制的小麥作物也生長在這一環(huán)境中。于是，研究人員在當時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間的變化。10多年后，該研究團隊利用這些材料開展在實驗小麥植株收割時所不能開展的有關化學分析。
根據(jù)馬里科帕農(nóng)業(yè)中心的小麥樣品，研究人員在通過對田間生長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合成的抑制作用。這一研究結果與之前實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(shù)種生理機制的響應。
“這些田間研究結果與以前的實驗室研究結果是一致的，表明了有幾個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。
阿諾德·布魯姆還認為，其他科學研究也表明，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含量平均下降約8%。“當這種下降被分解為人類取自各種作物的飲食蛋白比例時，可以確定，在未來幾十年內(nèi)，當大氣中的二氧化碳達到預期的水平，可供人類消費的蛋白質總量將可能下降約3%。”
阿諾德·布魯姆說，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量，但這會產(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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與此同時，世界對糧食的需求在不斷上升，降低的糧食產(chǎn)量和上升的需求無疑會威脅未來糧食安全。據(jù)預測，2050年有超過5000萬人將由于氣候變化面臨饑餓，這個數(shù)字約等于西班牙的總人口。
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