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由气候变化导致的“隐蔽的饥饿”

农业科学家Lewis Ziska说,理解二氧化碳如何影响食品质量对于有效应对营养不良具有关键作用。


科学家把注意力在很大程度上放在了如何让农业适应气候,从而确保在面临气候变化的时候保持稳定的食品供应。但是同样重要的是保持这些供应的质量和数量。

科学家、决策者和公众正日益意识到气候不确定性——以变化的降雨模式、沙漠化增加以及变暖的气温为特点——带来了减少发展中国家许多地区的人们可持续地生产食品的能力的威胁。

但是几乎没有人知道上升的二氧化碳(CO2,主要的温室气体)浓度也有望影响许多基本粮食作物的营养价值。

营养损失

乍一看,这似乎是反直觉的,因为CO2会刺激几种基本粮食作物的植株生长,诸如小麦和水稻,这是为全世界大多数穷人提供了大部分热量的谷物。

但是这些作物可能的大丰收却不太可能改善营养价值,因为多余的CO2常常转化成淀粉等碳水化合物,这意味着其它成分的相对含量可能下降。例如,自从1960年起,大气CO2浓度的约20%的上升可能已经导致了小麦粉蛋白质浓度的显著下降(5%到10%)。

近来美国德克萨斯西南大学的科学家的一项对大麦、小麦、大豆和土豆等主粮作物的研究表明,如果大气CO2浓度接近540-960ppm(预计本世纪中期到末期将达到这个范围),那么蛋白质含量会显著下降(10%-15%)。

除了“冲淡”蛋白质含量,CO2浓度上升可能会减少粮食作物的水流,影响从土壤中吸收微量营养物质,降低硫、镁、铁、锌和锰等关键营养物质的浓度。

隐蔽的饥饿

联合国粮农组织估计,全世界超过10亿人营养不良。营养不良通常是由于缺乏蛋白质(肌肉的发育和维持需要它)或微量营养元素(诸如碘、维生素A或铁,它们促进免疫和健康的发育)导致的。

营养不良导致了每年1080万儿童死亡的至少一半,让麻疹、疟疾、肺炎和腹泻等儿童疾病的影响恶化,而且能对认知发育以及经济生产力产生长期影响。

对于发展中国家的许多人群,肉是稀缺的,而植物是蛋白质和微量营养物质的主要来源。

如果如我们预计的那样,CO2浓度的增加减少了植物的这些关键成分的浓度,已经受到食品供应短缺威胁的全世界贫困区域可能面临“隐蔽的饥饿”的额外负担。

最佳策略

现有的策略可能缓解这种食品质量的下降。或许最明显的就是增加氮肥从而补偿蛋白质浓度的降低。但是氮肥可能过于昂贵,或者无法获取,特别是在发展中国家无法获取。

消费更多的食品也可能提供必要的蛋白质或营养。但是这一选项是不切实际的,特别是如果食品分配、供应和成本已经受到了气候变化的威胁。

一个更简单的解决方案可能是分配更多的食品补充剂,这些补充剂是建立在许多非政府组织已经普遍采用的方法之上的。

最具希望的长期选项可能是生物强化——开发蛋白质或微量营养物质浓度增加的营养改良作物。这可以通过传统的植物育种实现——例如选择具有更高蛋白质浓度的作物,从而补偿CO2浓度的上升。另一种方法是遗传工程,它可以把改善营养或维生素浓度的特定基因插入到植物中,例如富含维生素A的“金大米”。

信息缺乏

我们还迫切地需要确定CO2在植物营养价值的次级成分的生产方面所起到的准确作用。尽管它对蛋白质和微量营养物质浓度的负面影响已经得到了充分的记载,关于潜在的收益的信息仍然缺乏。例如,一些研究提示更多的CO2能增加草莓的抗氧化剂的浓度。

但是任何解决发展中国家营养不良的举措将需要时间和人们的承认。例如,尽管金大米具有潜在的好处,在它被培育出来之后的10年,这种作物的种植仍然受到管理规定繁文缛节的阻碍。

科学家、私营组织和决策者仍然尚未认识到在CO2浓度上升和气候变化的背景下营养质量的“隐蔽的饥饿”的问题。

理解CO2如何影响食品质量仍然是21世纪关于气候变化和食品保障的全球辩论的一个关键问题。

Lewis Ziska是美国农业部农业研究局的植物生理学家。