田間試驗。馮兆忠供圖
藍天白云越來越多，但另一個“隱形殺手”臭氧卻正在“殺死”我們的糧食。
1月18日，《自然—食品》雜志刊發了南京信息工程大學教授馮兆忠團隊的最新研究成果。通過在田間開展試驗，研究人員發現，當前臭氧濃度已經引起中日韓三國小麥、玉米和稻米的產量損失，其中對中國糧食作物產量影響最大。
“單個區域或國家的政策可能不足以將臭氧濃度降低到要求水平，必須在更廣泛的亞洲區域協同，實施嚴格的排放管制?！瘪T兆忠告訴《中國科學報》。
臭氧成為重大“危險分子”
地表臭氧是一種大氣二次污染物，是氮氧化物和碳氫化合物在陽光照射下發生光化學反應產生的，會直接導致全球變暖，同時給陸地生態系統帶來威脅。
有數據統計，北半球地表的臭氧濃度已從前工業化時期的10~15ppb增加到目前的約50ppb。上個世紀末，北美和歐洲開始實行“空氣清潔行動”，當前臭氧污染雖有所減少，但其濃度亦超過了敏感植物的受害閾值。
臭氧濃度長期在31~50ppb范圍內，可使全球小麥、水稻和玉米的年產量分別降低7.1%、4.4%和6.1%，并可能導致每年數十億美元的綜合經濟損失。
“臭氧污染是一個全球性環境問題，但亞洲的臭氧濃度仍在增加。從全球來看，目前地表臭氧濃度最高的區域是東亞，臭氧對我們的糧食安全正在構成威脅?！瘪T兆忠說。
亞洲是世界最大的作物生產地之一，2014年至2018年間，全球90%的大米、32%的玉米和44%的小麥來自亞洲。因此，遏制亞洲臭氧污染勢在必行。
在馮兆忠看來，對于亞洲而言，過去對臭氧引起作物損失的量化研究可能存在偏差，鑒于土壤條件、氣候特征和耕作措施等方面的差異，歐美國家的試驗結果不適用于亞洲區域。
過去15年里，馮兆忠團隊致力于通過開展大田試驗，研究地表臭氧濃度升高對農田生態系統的影響，包括光合速率、作物生長、產量及籽粒品質等方面，也開展了很多研究評估臭氧造成的中國糧食作物產量損失。
在該研究中，研究人員基于亞洲區域開展的田間試驗結果，并利用中國、日本和韓國3000多個空氣質量監測網站數據，定量評估了當前東亞三國臭氧污染對糧食（小麥、稻米和玉米）的影響。
中國損失最大
研究人員開發了水稻、小麥和玉米3種主要作物臭氧劑量—產量效應模型，并將該模型與東亞3000多個監測點的地面臭氧測量相結合，以評估環境臭氧引起的產量損失。
研究人員將亞乙基二脲（EDU）應用于小麥、水稻和玉米作物，這是一種廣泛使用以保護植物免受臭氧傷害的抗臭氧劑。之后，他們將產量損失的估計值與應用EDU的試驗結果進行比較。
結果發現，在東亞的3072個站點中，98.7%的站點臭氧濃度超過閾值的累積劑量，即受害臨界點。
根據3種作物產量損失數據，我國小麥受損最為嚴重。整個華北平原小麥的相對產量損失超過35%，中國小麥的全國平均相對產量損失達到33%。韓國小麥的全國平均損失也高達28%。相比之下，日本小麥的全國平均損失約為16%。
研究人員發現，在亞洲大田試驗中，小麥的敏感性更高。他們估計，這可能與小麥生長環境有關（通常生長在低地平原水稻—小麥種植系統中），此外，小麥品種的生理特性等其他因素也會影響其敏感性。
研究人員還發現，高產雜交水稻品種的相對產量損失遠大于常規稻，與小麥相當。臭氧引起東亞三國糧食產量損失合計約630億美元。
馮兆忠表示，該研究促使人們客觀地認識當前日益嚴重的地表臭氧污染造成的生態環境效應，更加重視推動臭氧污染治理工作。“如果臭氧濃度降低了，那么糧食產量會在當前的基礎上進一步增加?！?/p>
需要聯合防控
臭氧影響的量化研究為制定行動策略提供了科學數據。
不過，在研究人員看來，真正的挑戰是降低臭氧水平。他們建議，應該通過大幅減少道路運輸和能源部門的排放來降低臭氧水平，而單一區域或國家的政策可能不足以將臭氧濃度降低到理想的水平。
因此，為了實現更高的減排目標，必須在更廣泛的亞洲區域協同實施嚴格的排放管制，這種控制將有助于提高作物產量和改善糧食質量。
臭氧濃度降低帶來的益處并不僅限于經濟方面?！俺粞鯘舛冉档蜁黾幼魑锕兄谠诮档椭袊h境成本的情況下，確保糧食供應。此外，還有助于保護自然植被，減少對人類健康的損害?！瘪T兆忠說。
對南亞和東南亞地區，臭氧污染控制同樣重要，因為這里是大米的主要生產地和全球供應源。
馮兆忠認為，應采取一些適應性農藝措施，如選育耐臭氧性更強的品種，以及在關鍵生育期噴施化學防護劑。未來，一方面應該科學防控大氣污染物的濃度；另一方面，也應立項研究哪些措施能減緩臭氧對糧食生產的負效應。（記者 韓揚眉）
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s43016-021-00422-6
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