Ris giver styrtdykke, og arsen stiger i fremtidige klima-jordscenarier

Ris er den største globale basisafgrøde, forbruges af mere end halvdelen af ​​verdens befolkning - men nye forsøg fra Stanford University tyder på, at med klimaforandringer, produktionen i større risdyrkningsområder med endemisk jordarsen vil gennemgå et dramatisk fald og bringe kritiske fødevareforsyninger i fare.

Disse eksperimenter, der udforsker risproduktion under fremtidige klimaforhold, viser, at risudbyttet kan falde omkring 40 procent i 2100 - med potentielt ødelæggende konsekvenser i dele af verden, der er afhængige af afgrøden som en grundlæggende fødekilde. Hvad mere er, ændringer i jordprocesser på grund af øgede temperaturer vil medføre, at ris indeholder dobbelt så meget giftigt arsen end risen, der indtages i dag. Forskningen blev offentliggjort 1. november i Naturkommunikation .

"Når vi når 2100, vi anslås at have cirka 10 milliarder mennesker, så det ville betyde, at vi har 5 milliarder mennesker afhængige af ris, og 2 milliarder, der ikke ville have adgang til de kalorier, de normalt ville have brug for, " sagde medforfatter Scott Fendorf, Terry Huffington professor i jordsystemvidenskab ved Stanford University's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab (Stanford Earth). "Vi skal være opmærksomme på disse udfordringer, der kommer, så vi kan være klar til at tilpasse os."

Forskerne kiggede specifikt på ris, fordi det er dyrket i oversvømmede uafskallinger, der hjælper med at løsne arsen fra jorden og gør den særligt følsom over for arsenoptagelse. Mens mange fødevareafgrøder i dag indeholder små mængder arsen, nogle voksende regioner er mere modtagelige end andre. Fremtidige ændringer i jord på grund af højere temperaturer kombineret med oversvømmede forhold får arsen til at blive optaget af risplanter på højere niveauer - og brug af kunstvandingsvand med naturligt forekommende højt arsen forværrer problemet. Selvom disse faktorer ikke påvirker alle globale råvarer på samme måde, de strækker sig til andre oversvømmelsesdyrkede afgrøder, som taro og lotus.

"Jeg havde bare ikke forventet størrelsen af ​​indvirkningen på risudbyttet, vi observerede, sagde Fendorf, som også er seniorkollega ved Stanford Woods Institute for the Environment. "Det, jeg savnede, var, hvor meget jordens biogeokemi ville reagere på forhøjet temperatur, hvordan det ville forstærke plantetilgængeligt arsen, og derefter - kombineret med temperaturstresset - hvordan det virkelig ville påvirke planten. "

En naturligt forekommende, halvmetallisk kemikalie, arsen findes i de fleste jordbund og sedimenter, men er generelt i en form, der ikke bliver optaget af planter. Kronisk eksponering for arsen fører til hudlæsioner, kræftformer, forværring af lungesygdomme og, ultimativt, død. Det er især bekymrende i ris, ikke kun på grund af dets globale betydning, men også fordi fødevaren med lav allergen ofte introduceres tidligt for spædbørn.

"Jeg tror, ​​at dette problem også er afgørende for mennesker, der har små børn i vores samfund, "sagde hovedforfatter E. Marie Muehe, en tidligere postdoc ved Stanford og nu ved University of Tübingen, Tyskland. "Fordi spædbørn er meget mindre, end vi er, hvis de spiser ris, det betyder, at de optager mere arsen i forhold til deres kropsvægt."

Klimasimuleringer

Forskerne skabte fremtidige klimaforhold i drivhuse baseret på estimater af en mulig stigning på 5 grader Celsius og dobbelt så meget atmosfærisk kuldioxid i 2100, som projekteret af det mellemstatslige panel om klimaændringer.

Mens tidligere forskning undersøgte virkningerne af stigende temperatur i forbindelse med den globale fødevarekrise, denne undersøgelse var den første, der redegjorde for jordbundsforhold i kombination med ændringer i klimaet.

Til forsøgene, gruppen dyrkede en mellemkornet rissort i jord fra den risdyrkende region i Californien. Drivhusene blev kontrolleret for temperatur, kuldioxidkoncentrationer og jordens arseniveauer, som vil være højere i fremtiden på grund af dets ophobning i jord fra kunstvanding af afgrøder med arsen-forurenet vand, et problem, der forværres af overpumpning af grundvand.

"Vi tænker ikke ofte over det her, men jorden lever - det vrimler med bakterier og en masse forskellige mikroorganismer, "Fendorf sagde." Det viser sig, at disse mikroorganismer bestemmer, om arsen forbliver opdelt på mineralerne og væk fra planterne eller kommer fra mineralerne i vandfasen. "

Forskerne fandt ud af, at med øgede temperaturer, mikroorganismer destabiliserede mere af jordens iboende arsen, hvilket fører til større mængder af toksinet i jordvandet, der er tilgængeligt til optagelse af risene. Når først er taget op, arsen hæmmer optagelsen af ​​næringsstoffer og nedsætter plantevækst og udvikling, faktorer, der bidrog til det 40 procent fald i udbytte, forskerne observerede.

Tidlig advarsel, fremtidig planlægning

Selvom det dramatiske tab i produktionen er en væsentlig årsag til bekymring, forskerne håber, at denne forskning vil hjælpe producenterne med at finde potentielle løsninger til fodring af verden.

"Den gode nyhed er, at givet tidligere fremskridt med hensyn til det globale samfunds evne til at avle sorter, der kan tilpasse sig nye forhold, sammen med revisioner af jordforvaltning, Jeg er optimistisk, at vi kan komme uden om problemerne i vores undersøgelse, " sagde Fendorf. "Jeg er også optimistisk, når vi fortsætter med at kaste lys over truslerne som følge af en ændring på 5 grader Celsius, samfundet vil anvende praksis for at sikre, at vi aldrig når den grad af opvarmning. "

Som næste skridt, Fendorf, medforfatter Tianmei Wang og Muehe håber at vurdere risudbyttet på globalt plan ved at bruge fjernmåling til at lokalisere forurenede rismarker for at modellere fremtidige udbytter og arsenkontamination.

"Dette er sandsynligvis et problem, hvor der indtages mest ris, så vi tænker på Syd- og Østasien, "sagde Wang, en ph.d. kandidat i jordsystemvidenskab. "Især for mennesker som min far - han spiser ris tre gange om dagen, og han kan bare ikke leve uden det."