跨越時(shí)空種莊稼

戎丹妍

2004年4月,江蘇省江都市小紀(jì)鎮(zhèn)馬凌村來(lái)了一群外地人,他們先是運(yùn)來(lái)了一些奇怪的儀器設(shè)備,然后就在一塊兩百畝大的農(nóng)田里忙碌起來(lái)。他們?cè)谔锢镓Q起了一個(gè)像火箭一樣的東西,在旁邊蓋了一些房子,又在農(nóng)田里用管子圍了一個(gè)又一個(gè)的圓圈兒,接著就和周圍的農(nóng)民一樣,開(kāi)始耕田播種。

一年又一年過(guò)去了,村民們發(fā)現(xiàn)這些人種的莊稼跟自己種的也沒(méi)什么不同,只是每到收獲季節(jié)時(shí),這些人收獲的糧食大有蹊蹺:有時(shí)他們的產(chǎn)量很高,而且糧食粒粒飽滿,比普通農(nóng)田里收獲的糧食顆粒要大一圈,而有時(shí)候他們收獲的糧食突然又很少,而且都是干癟癟的。為什么他們種的糧食時(shí)好時(shí)壞?難道跟田里那些奇奇怪怪的儀器有關(guān)嗎?甚至有人懷疑,他們是不是在搞秘密的核試驗(yàn)?

一批跨越時(shí)空的莊稼漢

這群奇怪的種田人,是中科院南京土壤研究所的工作人員。他們是在馬凌村的農(nóng)田里做一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn),但不是什么核試驗(yàn),的的確確就是在種莊稼。

要種莊稼就好好種嘛,為什么田里還有那么多奇怪的東西?其實(shí)這套奇怪儀器的來(lái)歷可不同尋常,別說(shuō)周圍的農(nóng)民沒(méi)見(jiàn)過(guò),就是在當(dāng)時(shí)中國(guó),都是獨(dú)一無(wú)二的,因?yàn)檫@套儀器,可是種出了20年后的莊稼。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)的正式名稱叫“中國(guó)水稻/小麥FACE研究”,其目的是研究未來(lái)氣候?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響,也是世界上第一個(gè)稻/麥輪作條件下的FACE系統(tǒng)研究平臺(tái)。所謂的FACE系統(tǒng),就是一種在自由空氣的條件下來(lái)升高二氧化碳濃度的控制技術(shù),這種技術(shù)主要是用來(lái)模擬未來(lái)大氣環(huán)境的。

首選二氧化碳來(lái)做實(shí)驗(yàn),是因?yàn)樵跍厥覛怏w中二氧化碳的影響是最明顯的,它不但在空氣中的含量較高,約占0.03%,而且生物生命活動(dòng)、人類生活和工業(yè)生產(chǎn)都會(huì)造成該氣體的量值增加。尤其是近百年來(lái)工業(yè)和交通的發(fā)展,被認(rèn)為是打破地球生態(tài)環(huán)境中二氧化碳濃度平衡、讓它持續(xù)升高的主要關(guān)鍵原因。

為什么要選擇20年后

馬凌村的實(shí)驗(yàn)基地里,共有三個(gè)讓二氧化碳濃度升高的FACE圈和三個(gè)作為對(duì)照的控制圈,每個(gè)FACE圈的直徑都在14米。而農(nóng)田旁邊那個(gè)像火箭一樣的東西,里面裝的是液態(tài)的二氧化碳。

液態(tài)的二氧化碳通過(guò)一系列處理,就從管道輸送到田里的FACE圈,這一切都有專門的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在控制。

目前,中科院模擬的濃度是比現(xiàn)在的二氧化碳濃度多200ppm(注:表示每百萬(wàn)個(gè)空氣分子中二氧化碳分子的數(shù)量,如今大氣中二氧化碳的濃度大概在380ppm左右),這個(gè)濃度大概是未來(lái)20年后地球大氣中二氧化碳的濃度。

為什么選擇的是20年后,而不是未來(lái)更遙遠(yuǎn)的時(shí)間?

中科院研究人員解釋道,這是根據(jù)預(yù)測(cè),本世紀(jì)30年代前后,我國(guó)將出現(xiàn)人口高峰期,預(yù)計(jì)將達(dá)到16億。面對(duì)這樣一個(gè)龐大的數(shù)字,我國(guó)的糧食安全保障將面臨嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

農(nóng)田發(fā)生了怎樣的變化

在這樣一個(gè)模擬大氣環(huán)境中,這片農(nóng)田會(huì)發(fā)生什么樣的變化呢?

好奇的人可能要失望了,農(nóng)田里并沒(méi)有出現(xiàn)一些奇特的地方,FACE圈上方的空氣也是清晰透明的,看不到什么霧氣,而田里的莊稼,似乎也生長(zhǎng)正常。

二氧化碳無(wú)色無(wú)味,肉眼看當(dāng)然看不到什么變化,而且他們提高的二氧化碳濃度只是20年后的濃度,也就是580ppm左右。對(duì)于這個(gè)濃度來(lái)說(shuō),植物的外形是不會(huì)這么快就發(fā)生變異的,一個(gè)物種產(chǎn)生變異的速度還沒(méi)有這么快。但是,這些農(nóng)作物的果實(shí)還是發(fā)生了一些變化。

到了收獲季節(jié),在這個(gè)濃度下生長(zhǎng)的水稻和小麥,它們的產(chǎn)量提高了,大約增加了12%～15%。而且它們的口感也變好了,因?yàn)楣麑?shí)里的水分增加了,顆粒也比正常情況下的大,就如村民所看到的那樣。但遺憾的是,這種糧食的蛋白質(zhì)含量卻有所降低,一些微量元素也相應(yīng)變少,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值就沒(méi)有正常情況下的高。

這一切的原因,就是因?yàn)樵黾恿硕趸紳舛?也就是加速了農(nóng)作物的光合作用。在光合作用過(guò)程中,植物會(huì)吸收大量的水分,所以就會(huì)造成果實(shí)中的水分增加,而其他營(yíng)養(yǎng)成分植物還沒(méi)來(lái)得及吸收,就會(huì)導(dǎo)致這樣的結(jié)果。

模擬臭氧變化環(huán)境下的糧食

據(jù)介紹,中科院對(duì)大氣變化引起的生態(tài)變化研究才剛剛開(kāi)始,而且引起氣候變暖的氣體還有很多,比如臭氧。

臭氧也是天然大氣的重要微量組分,大部分集中在10公里～30公里的平流層中,在最靠近地面的對(duì)流層中僅占10%左右。臭氧在平流層中能吸收大部分太陽(yáng)輻射中對(duì)生物有害的紫外線,但是,在對(duì)流層大氣中,如果臭氧濃度升高,就會(huì)造成一系列不利于人體健康的影響,如刺激眼睛和呼吸道,影響肺功能等。所以對(duì)它的研究也很有必要。

目前,中科院也開(kāi)始對(duì)低空臭氧進(jìn)行模擬。而臭氧又會(huì)對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生什么影響呢?

對(duì)臭氧的研究比二氧化碳稍微復(fù)雜一點(diǎn)。因?yàn)槎趸嫉臐舛入S著時(shí)間變化所產(chǎn)生的差異小,而臭氧的濃度每天都會(huì)變化,并且在一天內(nèi)也有變化,早晚的濃度低,中午的濃度高。另外,隨著季節(jié)的變化,臭氧在近地層的濃度也是不同的。所以對(duì)臭氧濃度要隨時(shí)調(diào)節(jié)。

通過(guò)幾年研究,他們發(fā)現(xiàn)在這種情況下生產(chǎn)出來(lái)的水稻與小麥,跟在二氧化碳實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果在很大程度上相反。比如糧食的產(chǎn)量降低了,根據(jù)不同品種,小麥降低的幅度在15%～20%,水稻降低了5%～10%,但糧食的蛋白質(zhì)提高了,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值增加了。這就是一些村民見(jiàn)到產(chǎn)量忽高忽低的原因。

“虛擬未來(lái)”還有多少路要走

如今,世界上還有不少國(guó)家也在做未來(lái)大氣模擬實(shí)驗(yàn),有的甚至還開(kāi)始把生態(tài)對(duì)象發(fā)展到森林、草地等多種生態(tài)系統(tǒng),并且在一個(gè)生態(tài)圈同時(shí)模擬二氧化碳和臭氧這兩種氣體。在歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家,目前正在開(kāi)發(fā)同時(shí)模擬空氣組成和溫度變化的技術(shù),把溫室效應(yīng)帶來(lái)的溫度變化也考慮進(jìn)去了。

總之,人類針對(duì)未來(lái)氣候?qū)Φ厍蛏鷳B(tài)影響的實(shí)驗(yàn)還有更遠(yuǎn)的路要走。地球的氣候狀況越來(lái)越糟糕,如果不提前做好準(zhǔn)備,也許真的將會(huì)再次面臨生物滅絕的危險(xiǎn)。

(陳思之、牟大裕薦自2009年8月7日《現(xiàn)代快報(bào)》 原標(biāo)題為《跨越時(shí)空的莊稼是怎樣種出來(lái)的》)