跨越时空种庄稼

戎丹妍

2004年4月,江苏省江都市小纪镇马凌村来了一群外地人,他们先是运来了一些奇怪的仪器设备,然后就在一块两百亩大的农田里忙碌起来。他们在田里竖起了一个像火箭一样的东西,在旁边盖了一些房子,又在农田里用管子围了一个又一个的圆圈儿,接着就和周围的农民一样,开始耕田播种。

一年又一年过去了,村民们发现这些人种的庄稼跟自己种的也没什么不同,只是每到收获季节时,这些人收获的粮食大有蹊跷:有时他们的产量很高,而且粮食粒粒饱满,比普通农田里收获的粮食颗粒要大一圈,而有时候他们收获的粮食突然又很少,而且都是干瘪瘪的。为什么他们种的粮食时好时坏?难道跟田里那些奇奇怪怪的仪器有关吗?甚至有人怀疑,他们是不是在搞秘密的核试验?

一批跨越时空的庄稼汉

这群奇怪的种田人,是中科院南京土壤研究所的工作人员。他们是在马凌村的农田里做一项科学实验,但不是什么核试验,的的确确就是在种庄稼。

要种庄稼就好好种嘛,为什么田里还有那么多奇怪的东西?其实这套奇怪仪器的来历可不同寻常,别说周围的农民没见过,就是在当时中国,都是独一无二的,因为这套仪器,可是种出了20年后的庄稼。

这个实验的正式名称叫“中国水稻/小麦FACE研究”,其目的是研究未来气候对农业生产的影响,也是世界上第一个稻/麦轮作条件下的FACE系统研究平台。所谓的FACE系统,就是一种在自由空气的条件下来升高二氧化碳浓度的控制技术,这种技术主要是用来模拟未来大气环境的。

首选二氧化碳来做实验,是因为在温室气体中二氧化碳的影响是最明显的,它不但在空气中的含量较高,约占0.03%,而且生物生命活动、人类生活和工业生产都会造成该气体的量值增加。尤其是近百年来工业和交通的发展,被认为是打破地球生态环境中二氧化碳浓度平衡、让它持续升高的主要关键原因。

为什么要选择20年后

马凌村的实验基地里,共有三个让二氧化碳浓度升高的FACE圈和三个作为对照的控制圈,每个FACE圈的直径都在14米。而农田旁边那个像火箭一样的东西,里面装的是液态的二氧化碳。

液态的二氧化碳通过一系列处理,就从管道输送到田里的FACE圈,这一切都有专门的计算机系统在控制。

目前,中科院模拟的浓度是比现在的二氧化碳浓度多200ppm(注:表示每百万个空气分子中二氧化碳分子的数量,如今大气中二氧化碳的浓度大概在380ppm左右),这个浓度大概是未来20年后地球大气中二氧化碳的浓度。

为什么选择的是20年后,而不是未来更遥远的时间?

中科院研究人员解释道,这是根据预测,本世纪30年代前后,我国将出现人口高峰期,预计将达到16亿。面对这样一个庞大的数字,我国的粮食安全保障将面临严重的挑战。

农田发生了怎样的变化

在这样一个模拟大气环境中,这片农田会发生什么样的变化呢?

好奇的人可能要失望了,农田里并没有出现一些奇特的地方,FACE圈上方的空气也是清晰透明的,看不到什么雾气,而田里的庄稼,似乎也生长正常。

二氧化碳无色无味,肉眼看当然看不到什么变化,而且他们提高的二氧化碳浓度只是20年后的浓度,也就是580ppm左右。对于这个浓度来说,植物的外形是不会这么快就发生变异的,一个物种产生变异的速度还没有这么快。但是,这些农作物的果实还是发生了一些变化。

到了收获季节,在这个浓度下生长的水稻和小麦,它们的产量提高了,大约增加了12%～15%。而且它们的口感也变好了,因为果实里的水分增加了,颗粒也比正常情况下的大,就如村民所看到的那样。但遗憾的是,这种粮食的蛋白质含量却有所降低,一些微量元素也相应变少,营养价值就没有正常情况下的高。

这一切的原因,就是因为增加了二氧化碳浓度,也就是加速了农作物的光合作用。在光合作用过程中,植物会吸收大量的水分,所以就会造成果实中的水分增加,而其他营养成分植物还没来得及吸收,就会导致这样的结果。

模拟臭氧变化环境下的粮食

据介绍,中科院对大气变化引起的生态变化研究才刚刚开始,而且引起气候变暖的气体还有很多,比如臭氧。

臭氧也是天然大气的重要微量组分,大部分集中在10公里～30公里的平流层中,在最靠近地面的对流层中仅占10%左右。臭氧在平流层中能吸收大部分太阳辐射中对生物有害的紫外线,但是,在对流层大气中,如果臭氧浓度升高,就会造成一系列不利于人体健康的影响,如刺激眼睛和呼吸道,影响肺功能等。所以对它的研究也很有必要。

目前,中科院也开始对低空臭氧进行模拟。而臭氧又会对农作物产生什么影响呢?

对臭氧的研究比二氧化碳稍微复杂一点。因为二氧化碳的浓度随着时间变化所产生的差异小,而臭氧的浓度每天都会变化,并且在一天内也有变化,早晚的浓度低,中午的浓度高。另外,随着季节的变化,臭氧在近地层的浓度也是不同的。所以对臭氧浓度要随时调节。

通过几年研究,他们发现在这种情况下生产出来的水稻与小麦,跟在二氧化碳实验中的结果在很大程度上相反。比如粮食的产量降低了,根据不同品种,小麦降低的幅度在15%～20%,水稻降低了5%～10%,但粮食的蛋白质提高了,营养价值增加了。这就是一些村民见到产量忽高忽低的原因。

“虚拟未来”还有多少路要走

如今,世界上还有不少国家也在做未来大气模拟实验,有的甚至还开始把生态对象发展到森林、草地等多种生态系统,并且在一个生态圈同时模拟二氧化碳和臭氧这两种气体。在欧美一些发达国家,目前正在开发同时模拟空气组成和温度变化的技术,把温室效应带来的温度变化也考虑进去了。

总之,人类针对未来气候对地球生态影响的实验还有更远的路要走。地球的气候状况越来越糟糕,如果不提前做好准备,也许真的将会再次面临生物灭绝的危险。

(陈思之、牟大裕荐自2009年8月7日《现代快报》 原标题为《跨越时空的庄稼是怎样种出来的》)