Rijst is wereldwijd het grootste basisgewas, geconsumeerd door meer dan de helft van de wereldbevolking, maar nieuwe experimenten van Stanford University suggereren dat met klimaatverandering, De productie in grote rijstteeltgebieden met endemisch bodemarseen zal dramatisch afnemen en de kritieke voedselvoorziening in gevaar brengen.

Deze experimenten die de rijstproductie in toekomstige klimaatomstandigheden onderzoeken, laten zien dat de rijstopbrengst tegen 2100 met ongeveer 40 procent zou kunnen dalen - met mogelijk verwoestende gevolgen in delen van de wereld die afhankelijk zijn van het gewas als basisvoedselbron. Bovendien, veranderingen in bodemprocessen als gevolg van verhoogde temperaturen zullen ervoor zorgen dat rijst twee keer zoveel giftig arseen bevat dan de rijst die tegenwoordig wordt geconsumeerd. Het onderzoek werd op 1 november gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

"Tegen de tijd dat we 2100 bereiken, we hebben naar schatting ongeveer 10 miljard mensen, dus dat zou betekenen dat we 5 miljard mensen afhankelijk hebben van rijst, en 2 miljard die geen toegang zouden hebben tot de calorieën die ze normaal nodig zouden hebben, " zei co-auteur Scott Fendorf, de Terry Huffington Professor in Aardsysteemwetenschap aan de School of Earth van Stanford University, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth). "We moeten ons bewust zijn van deze uitdagingen die komen, zodat we klaar kunnen zijn om ons aan te passen."

De onderzoekers keken specifiek naar rijst omdat het wordt gekweekt in ondergelopen rijstvelden die helpen het arseen uit de grond los te maken en het bijzonder gevoelig te maken voor de opname van arseen. Hoewel veel voedselgewassen tegenwoordig kleine hoeveelheden arseen bevatten, sommige teeltgebieden zijn vatbaarder dan andere. Toekomstige veranderingen in de bodem als gevolg van hogere temperaturen in combinatie met overstroomde omstandigheden zorgen ervoor dat arseen wordt opgenomen door rijstplanten op hogere niveaus - en het gebruik van irrigatiewater met van nature voorkomend hoog arseen verergert het probleem. Hoewel deze factoren niet alle mondiale grondstoffen op dezelfde manier zullen beïnvloeden, ze strekken zich uit tot andere overstromingsgewassen, zoals taro en lotus.

"Ik had gewoon niet verwacht dat de omvang van de impact op de rijstopbrengst die we zagen, " zei Fendorf, die ook een senior fellow is bij het Stanford Woods Institute for the Environment. "Wat ik miste was hoeveel de bodembiogeochemie zou reageren op verhoogde temperatuur, hoe dat het voor planten beschikbare arseen zou versterken, en vervolgens - in combinatie met de temperatuurstress - hoe dat de plant echt zou beïnvloeden."

Een natuurlijk voorkomend, halfmetaal chemisch, arseen wordt in de meeste bodems en sedimenten aangetroffen, maar is over het algemeen in een vorm die niet door planten wordt opgenomen. Chronische blootstelling aan arseen leidt tot huidletsels, kankers, verergering van longziekte en, uiteindelijk, dood. Het is vooral zorgwekkend in rijst, niet alleen vanwege zijn wereldwijde betekenis, maar ook omdat de allergeenarme voeding vaak vroeg bij zuigelingen wordt geïntroduceerd.

"Ik denk dat dit probleem ook cruciaal is voor mensen met jonge kinderen in onze samenleving, " zei hoofdauteur E. Marie Muehe, een voormalig postdoctoraal wetenschapper aan Stanford en nu aan de Universiteit van Tübingen, Duitsland. "Omdat baby's een stuk kleiner zijn dan wij, als ze rijst eten, dat betekent dat ze meer arseen opnemen in verhouding tot hun lichaamsgewicht."

Klimaatsimulaties

De onderzoekers creëerden toekomstige klimaatomstandigheden in kassen op basis van schattingen van een mogelijke temperatuurstijging van 5 graden Celsius en twee keer zoveel atmosferische kooldioxide tegen 2100, zoals geprojecteerd door het Intergouvernementeel Panel inzake klimaatverandering.

Terwijl eerder onderzoek de effecten van stijgende temperatuur in de context van de wereldwijde voedselcrisis onderzocht, deze studie was de eerste die rekening hield met bodemgesteldheid in combinatie met klimaatveranderingen.

Voor de experimenten, de groep kweekte een rijstvariëteit met een gemiddelde korrel in aarde uit de rijstregio van Californië. De kassen werden gecontroleerd op temperatuur, kooldioxideconcentraties en arseengehaltes in de bodem, die in de toekomst hoger zal zijn vanwege de ophoping in de bodem door irrigatie van gewassen met met arseen verontreinigd water, een probleem dat wordt verergerd door het overpompen van grondwater.

"We denken hier niet vaak over na, maar de bodem leeft - het wemelt van de bacteriën en veel verschillende micro-organismen, " zei Fendorf. "Het blijkt dat die micro-organismen bepalen of het arseen verdeeld blijft op de mineralen en weg van de planten of van de mineralen in de waterfase komt."

De onderzoekers ontdekten dat bij hogere temperaturen, micro-organismen hebben meer van het inherente arseen van de bodem gedestabiliseerd, wat leidt tot grotere hoeveelheden van het toxine in het bodemwater dat beschikbaar is voor opname door de rijst. Eenmaal opgenomen, arseen remt de opname van voedingsstoffen en vermindert de groei en ontwikkeling van planten, factoren die hebben bijgedragen aan de 40 procent daling van de opbrengst die de wetenschappers hebben waargenomen.

Vroege waarschuwing, toekomstplanning

Hoewel het dramatische productieverlies een grote reden tot zorg is, de wetenschappers hopen dat dit onderzoek producenten zal helpen mogelijke oplossingen te vinden om de wereld te voeden.

"Het goede nieuws is dat, gezien de vooruitgang in het verleden in termen van het vermogen van de wereldgemeenschap om rassen te kweken die zich kunnen aanpassen aan nieuwe omstandigheden, samen met herzieningen van het bodembeheer, Ik ben optimistisch dat we de problemen die in ons onderzoek zijn waargenomen, kunnen omzeilen, "Zei Fendorf. "Ik ben ook optimistisch dat als we doorgaan met het belichten van de bedreigingen als gevolg van een verandering van 5 graden Celsius, de samenleving zal praktijken aannemen om ervoor te zorgen dat we nooit die mate van opwarming bereiken."

Als volgende stappen, Fendorf, co-auteur Tianmei Wang en Muehe hopen de rijstopbrengsten op wereldschaal te beoordelen door teledetectie te gebruiken om verontreinigde rijstvelden te lokaliseren om toekomstige opbrengsten en arseenverontreiniging te modelleren.

"Dit is waarschijnlijk een probleem waar de meeste rijst wordt geconsumeerd, dus we denken aan Zuid- en Oost-Azië, " zei Wang, een doctoraat kandidaat in Aardsysteemwetenschap. "Vooral voor mensen zoals mijn vader - hij eet drie keer per dag rijst en hij kan gewoon niet zonder."