大气中的高二氧化碳浓度使稻田变得贫瘠

大气中高浓度的二氧化碳 (CO 2 ) 是一把双刃剑，因为它对全球粮食安全和气候紧急情况都有影响。根据涉及 CREAF 的国际研究小组的结论，大气中高浓度的 CO 2会使水稻种植土壤中磷的有效性降低 20% 以上，而磷是高产土壤必不可少的肥料矿物质。这一结果是两项独特的长期实验的一部分，在这两项实验中，首次对高二氧化碳条件下的稻田进行了研究。文章在大气 CO 2富集下水稻土壤中磷的有效性降低已发表在《自然地球科学》杂志上，来自澳大利亚、西班牙、加拿大、、法国和中国的专家参与其中。

这篇文章预测水稻减产的风险很大，特别是在低收入国家，这种情况使他们处于不利条件，并由于二氧化碳排放和对地球化学过程的影响而进一步扩大经济不平等。结论显示，中国和印度55%的大片稻田因缺磷而减产的风险将增加。相对而言，低收入国家(除中国和印度外，尤其是位于东南亚、中美洲、南美洲、非洲和中东的国家)将面临更严峻的形势，预计70%的水田将受到影响与中高收入国家的 52% 相比，减产风险更高。

这项工作揭示了一个矛盾：虽然大气中的 CO2 是作物碳的主要来源，但其在大气中的高浓度限制了磷肥在土壤中的长期存在。这种矿物质对于农业土壤中植物的新陈代谢和生长至关重要。根据 CREAF 和 CSIC 研究员 Josep Peñuelas 的说法，“当大气中的 CO2 浓度很高时，植物在短期内享受这种施肥效果，但从长远来看，水稻作物不再有可用的磷，土壤变得贫瘠，因此植物生长受到损害”。

因此，在全球人口增长的背景下，大米发挥着重要作用，这会损害粮食安全。

全球挑战

磷化肥在世界各地分布不均，由不可再生资源磷矿制成。其 70% 的储量位于摩洛哥和西撒哈拉，许多国家的供应依赖进口。因此，持续的赤字可能导致世界某些地区的农业产量有限。此外，随着大气中 CO2 水平继续上升，限制了磷的存在，这种情况在未来可能会恶化。

这种情况在获取这种具有肥料能力的矿物方面构成了国际社会政治挑战。研究员 Josep Peñuelas 说：“购买力较弱的国家很难用磷补充剂给农田施肥，这很明显且令人担忧。” 事实上，在 2007 年至 2008 年的世界粮食危机期间，磷矿和化肥的价格在 14 个月内上涨了 400%，这表明与磷相关的社会经济不稳定。这种价格上涨也发生在2022年。

作为替代方案，科学团队认为，迫切需要规划考虑未来全球变化的国际磷管理战略。

补偿，一个有争议的选择

从长远来看，对农业土壤施肥似乎是抵消大气中二氧化碳造成的磷减少的最佳方法，但它会产生需要避免的后果。一方面，为了最大限度地提高产量而对可耕地土壤过度施肥，使这种矿物质在负担得起的富裕国家积累起来，主要是在欧洲、北美和东南亚的一些国家。另一方面，积累在土壤中的磷会通过雨水径流、侵蚀和淋溶(水溶性养分的流失)流失。此外，河流和海水中磷的过量存在是造成有害藻类大量繁殖、河口和沿海水域鱼类死亡以及死区产生的主要原因，这种情况在科学上称为富营养化。

首次对水稻进行了 15 年和 9 年的两次科学实验。FACE(Free Air CO2 Enrichment)技术已经应用，在科学中应用最广泛，以提高大气中二氧化碳的浓度并检查生物圈的反应。FACE 既不便宜也不易维护，因此应用它十年的实验在世界范围内非常罕见且非常独特。

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