全球变暖下的粮食镉安全问题|重磅

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全球变暖，温度上升，粮食镉含量增加，为什么？机理何在？有何良策？

全球变暖下的粮食安全问题是个新兴的、有趣而又严肃的课题。

文/周东美 葛礼强 仓龙

来源：作者赐稿（2018年1月18日）

气候变暖，气温升高，或许粮食容易增产，但于此同时，农产品中有害重金属增加呢？还是降低呢？这问题不仅有趣，更涉及到人类健康问题。

一．全球气候正在变暖

由于人们大量焚烧石油、煤炭等化石燃料，显著增加了大气中的二氧化碳，导致对来自太阳辐射的可见光具有更强的透过性，而对地球发射出来的长波辐射具有高度吸收性，导致地球温度上升，气候变暖。全球变暖会使全球降水量重新分配、冰川和冻土消融、海平面上升等，不仅危害自然生态系统的平衡，还威胁人类的生存。

二．温度升高，稻米镉含量增加！

全球变暖已经是不争的事实，据估计20世纪全世界平均温度约攀升0.6摄氏度，而同时我们国家土壤污染问题比较突出。尽管目前国家十分重视土壤环境保护问题，已出台了土壤污染防治行动计划等，正在加强土壤治理，但可以预见的是，未来相当长的时间内，我国农田土壤污染问题仍然继续存在，其中要将农田中的重金属在短时间内移除难度太大，目前主要方法还是通过土壤改良来降低重金属的生物有效性，减少作物对重金属的吸收。那么未来的气候变暖到底会不会影响到作物对重金属的吸收呢？这是一个非常重要且急需回答的问题。

在过去几年里，中国科学院南京土壤研究所周东美研究员的课题组在国家自然科学基金的支持下，开展了相关研究工作。通过模拟增温试验，发现开放式增温条件下，平均气温上升1摄氏度能显著增加水稻各部分Cd的浓度，籽粒中Cd浓度分别从增温前的0.27增至0.65 mg/kg（籼稻）和0.14增至0.40mg/kg（粳稻）【图1】。

图1：增温条件下两个品种水稻籽粒对Cd的吸收情况

随着增温幅度增大，稻米Cd的吸收不断增加，相对于对照水稻籽粒中的Cd浓度0.10 mg/kg，平均增温幅度0.5和0.8摄氏度处理下水稻籽粒中Cd浓度分别增加到0.24和0.32 mg/kg；可见，增温条件下农田Cd污染带来的粮食安全问题更加严重。

三．为什么？

气候对粮食的安全性具有很大的影响，就温度而言，存在以下的机理：

1. 增加土壤镉有效性。 增温能显著降低土壤溶液pH而增加水溶性Cd浓度；

2. 抑制水稻根表铁膜形成并促进Cd由根部向地上部转运；

3. 改变根系分布。增温显著增加了水稻根系在上层土壤中的质量分布、根表面积；

4. 增加水稻蒸腾作用，进而加速了根系对Cd的吸收以及Cd随木质部液质流向地上部的转运；从苗期到乳熟期之间各个生长期的单独增温都有助于增加水稻籽粒中Cd的积累，灌浆期后的生殖生长阶段增温进一步增加水稻Cd的吸收和向籽粒中再分配。

四．有何良策？

全球变暖下的粮食安全问题是个新兴的、有趣而又严肃的课题，如何应对以确保粮食的重金属安全？我们发现了一个办法。就是通过改变收获时间来人为改变水稻生长期积温大小。

我们发现提前收获可有效降低水稻籽粒中Cd的浓度，将有助于缓解水稻Cd污染对人体健康带来的风险【图2】。

图2：提前收获可减少水稻对镉的吸收

五．期待更加关注？

周东美研究员的课题组在这个方面已经发表了以下文章，您感兴趣可以展开阅读。

Ge, LQ; Cang, L; Liu, H; Zhou, DM. Effects of different warming patterns on the translocations of cadmium and copper in a soil-rice seedling system. Environ. Sci. Pollu. Res., 2015, 22(20): 15835-15843

Ge, LQ ; Cang, L; Liu, H; Zhou, DM. Effects of warming on uptake and translocation of cadmium (Cd) and copper (Cu) in a contaminated soil-rice system under Free Air Temperature Increase (FATI). Chemosphere, 2016, 155: 1-8.

Ge, LQ; Cang, L; Yang, J; Zhou, DM. Effects of root morphology and leaf transpiration on Cd uptake and translocation in rice under different growth temperature. Environ. Sci. Pollu. Res., 2016, 23: 24205-24214.

Fu, QL; Weng, NY; Fujii, M; Zhou, DM. Temporal variability in Cu speciation, phytotoxicity, and soil microbial activity of Cu-polluted soils as affected by elevated temperature. Chemosphere, 2018, 194: 285-296.

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