大米是全球最大的主食作物，占全球人口的一半以上。但斯坦福大学（Stanford University）的新实验表明，随着气候变化，土壤中砷含量普遍存在的主要水稻种植区的产量将大幅下降，危及关键的粮食供应。

这些探索未来气候条件下水稻生产的实验表明，到2100年，水稻产量可能下降约40%，这对世界上一些以水稻为基本食物来源的地区可能造成毁灭性的后果。更重要的是，由于温度升高而导致的土壤变化过程将导致大米中所含的有毒砷是现在所食用大米的两倍。这项研究发表在11月1日的《自然通讯》杂志上。

“到2100年的时候，我们估计地球上大约有100亿人，这意味着我们有50亿人依赖米饭，而20亿人将无法获得他们通常需要的卡路里。”合著者特里赫芬顿教授说道。他在斯坦福大学地球系统科学学院的地球、能源与环境科学学院任职。“我们必须意识到这些即将到来的挑战，这样我们才能做好适应的准备。”

研究人员专门研究了水稻，因为水稻生长在淹水的稻田里，这有助于降低土壤中的砷含量，使水稻对砷的吸收特别敏感。虽然今天许多粮食作物含有少量的砷，但一些生长地区比其他地区更容易受到砷的影响。未来由于高温和淹水条件引起的土壤变化会导致水稻植株吸收更高水平的砷，而使用自然产生的高砷灌溉水会加剧这一问题。虽然这些因素不会以同样的方式影响全球所有的大宗商品，但它们确实会影响到其它洪水种植的作物，比如芋头和莲花。

“我只是没想到我们观察到的对水稻产量的影响如此之大。”斯坦福森林环境研究所（Stanford Woods Institute for the Environment）高级研究员芬多夫说。“我思考的是土壤生物地球化学对温度升高的反应，这将如何放大植物可利用的砷，以及再加上温度压力后，这将如何真正影响植物。”

砷是一种天然存在的半金属化学物质，存在于大多数土壤和沉积物中，但一般不会被植物吸收。长期接触砷会导致皮肤病变、癌症、肺病恶化，最终导致死亡。这一点在大米中尤其令人担忧，不仅因为它具有全球意义，还因为这种低过敏原食品往往很早就被引入婴儿体内。

“我认为这个问题对我们社会中有小孩的人来说也很重要。”该研究的第一作者E. Marie Muehe说。“因为婴儿比我们小很多，如果他们吃大米，这意味着他们摄入的砷相对于他们的体重来说更多。”

根据政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on climate Change, ipcc）的预测，到2100年，气温可能上升5摄氏度，大气中的二氧化碳含量增加一倍，研究人员据此在温室里创造了未来的气候条件。

虽然之前的研究考察了全球粮食危机背景下气温升高的影响，但这项研究首次将土壤条件与气候变化结合起来考虑。

在实验中，研究小组在加利福尼亚的水稻种植区土壤中种植了一种中等大小的水稻品种。这些温室是根据温度、二氧化碳浓度和土壤砷含量进行控制的，未来土壤中的砷含量还会更高，因为用砷污染的水灌溉作物时，土壤中的砷含量会增加，而过量抽取地下水又会加剧这一问题。

“我们不经常想到这一点，但土壤是活的——它充满了细菌和许多不同的微生物。”芬多夫说：“结果是这些微生物决定了砷是附着在矿物质上并远离植物，还是脱离矿物质进入水相。”

研究人员发现，随着温度的升高，微生物破坏了土壤中更多的砷，导致土壤中有更多的毒素可供水稻吸收。砷一旦被吸收，就会抑制养分吸收，降低植物生长发育，科学家们观察到，这些因素导致了40%的产量下降。

虽然粮食产量的急剧下降是人们担忧的主要原因，但科学家们希望，这项研究将有助于生产者找到养活世界的潜在解决方案。

芬多夫说：“好消息是，鉴于国际社会过去在培育能够适应新环境的品种方面取得的进展，以及对土壤管理的修订，我对我们能够避开研究中发现的问题感到乐观。我还乐观地认为，随着我们继续关注5摄氏度变化带来的威胁，社会将采取措施，确保我们永远不会达到5摄氏度的升温。”

接下来，研究者们希望利用遥感技术精确定位受污染的稻田，从而在全球范围内评估水稻产量，为未来的产量和砷污染建立模型。

地球系统科学的王博士说：“对主要的大米消费区来讲，这很可能是一个很大的问题，比如我们所考虑南亚和东亚。尤其是像我爸爸这样的人，他一日三餐都吃米饭，没有米饭他就活不下去。”

芬多夫也是妇幼卫生研究所（MCHRI）的成员。德国拜罗伊特大学拜罗伊特生态与环境研究中心的研究人员是这项研究的共同作者。

这项研究由欧洲委员会、美国能源部、美国国立卫生研究院、美国国立普通医学研究所的居里夫人行动奖学金资助。