Klimawandel könnte giftiges Arsen im Reis verdoppeln

Der Klimawandel könnte in den wichtigsten Anbaugebieten zu einem dramatischen Rückgang der Reisproduktion führen, der die Versorgung mit kritischen Nahrungsmitteln gefährden könnte, berichten Forscher.

Neue Experimente zur Erforschung der Reisproduktion unter zukünftigen Klimabedingungen zeigen, dass die Reiserträge um etwa 40% gegenüber 2100 sinken könnten - mit möglicherweise verheerenden Folgen in Teilen der Welt, die auf die Ernte als Grundnahrungsmittel angewiesen sind.

Änderungen der Bodenprozesse aufgrund erhöhter Temperaturen führen zudem dazu, dass Reis doppelt so viel giftiges Arsen enthält wie der heute konsumierte Reis, so die in veröffentlichte Studie Nature Communications.

„Bis wir zu 2100 kommen, werden wir schätzungsweise ungefähr 10 Milliarden Menschen haben. Das würde bedeuten, dass wir 5 Milliarden Menschen haben abhängig von Reisund 2 Milliarden, die keinen Zugang zu den Kalorien hätten, die sie normalerweise benötigen würden “, sagt Co-Autor Scott Fendorf, Professor für Erdsystemwissenschaften an der School of Earth, Energy & Environmental Sciences der Stanford University. "Wir müssen uns dieser Herausforderungen bewusst sein, damit wir bereit sind, uns anzupassen."

Reis als Babynahrung

Die Forscher untersuchten speziell Reis, weil er in überfluteten Reisfeldern wächst, die dazu beitragen, das Arsen aus dem Boden zu lösen und es besonders empfindlich für die Arsenaufnahme zu machen. Während viele Nahrungspflanzen heutzutage geringe Mengen von enthalten ArsenEinige Anbaugebiete sind anfälliger als andere.

Zukünftige Bodenveränderungen aufgrund höherer Temperaturen in Verbindung mit Überschwemmungen führen dazu, dass Reispflanzen in höherem Maße Arsen aufnehmen. Die Verwendung von Bewässerungswasser mit natürlichem hohem Arsengehalt verschärft das Problem.

Diese Faktoren wirken sich zwar nicht auf alle globalen Rohstoffe aus, erstrecken sich jedoch auch auf andere von Überschwemmungen geprägte Kulturpflanzen wie Taro und Lotus.


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„Ich habe einfach nicht damit gerechnet, wie stark sich der beobachtete Reisertrag auswirkt“, sagt Fendorf, der auch Senior Fellow am Stanford Woods Institute for the Environment ist. „Was ich vermisst habe, war, wie sehr die Boden Die Biogeochemie würde auf eine erhöhte Temperatur reagieren, wie das pflanzenverfügbare Arsen verstärkt und dann - zusammen mit dem Temperaturstress - wie sich das wirklich auf die Pflanze auswirken würde. “

Ein natürlich vorkommendes, halbmetallisches Arsen kommt in den meisten Böden und Sedimenten vor, im Allgemeinen jedoch in einer Form, die Pflanzen nicht aufnehmen. Chronische Exposition gegenüber Arsen führt zu Hautläsionen, Krebs, Verschlimmerung von Lungenerkrankungen und letztendlich zum Tod.

Es ist besonders besorgniserregend bei Reis, nicht nur wegen seiner globalen Bedeutung, sondern auch, weil das allergenarme Nahrungsmittel Säuglingen häufig frühzeitig verabreicht wird.

„Ich denke, dieses Problem ist auch für Menschen mit kleinen Kindern in unserer Gesellschaft von entscheidender Bedeutung“, sagt die Hauptautorin E. Marie Muehe, eine ehemalige Postdoktorandin bei Stanford, die jetzt an der Universität Tübingen in Deutschland ist. "Weil Säuglinge viel kleiner sind als wir, bedeutet dies, dass sie, wenn sie Reis essen, im Verhältnis zu ihrem Körpergewicht mehr Arsen aufnehmen."

"Boden lebt"

Die Forscher schufen zukünftige Klimabedingungen in Gewächshäusern, basierend auf Schätzungen eines möglichen Temperaturanstiegs von 5 Grad Celsius (9 Grad Fahrenheit) und doppelt so viel atmosphärischem Kohlendioxid durch 2100, wie vom Zwischenstaatlichen Gremium für Klimawandel projiziert.

Während frühere Forschungen die Auswirkungen des Temperaturanstiegs im Kontext der globalen Nahrungsmittelkrise untersuchten, war diese Studie die erste, die die Bodenbedingungen in Kombination mit Klimaveränderungen berücksichtigte.

Für die Versuche baute die Gruppe eine mittelkörnige Reissorte im Boden aus der Reisanbauregion Kaliforniens an. Sie kontrollierten die Gewächshäuser auf Temperatur, Kohlendioxidkonzentration und Arsengehalt des Bodens, der in Zukunft höher sein wird, da sich in den Böden Bewässerungspflanzen mit arsenverseuchtem Wasser ansammeln, ein Problem, das sich durch Überpumpen des Grundwassers verschlechtert.

„Wir denken nicht oft darüber nach, aber der Boden lebt - es wimmelt nur so von Bakterien und viele verschiedene Mikroorganismen “, sagt Fendorf. "Es stellt sich heraus, dass diese Mikroorganismen bestimmen, ob das Arsen auf den Mineralien und von den Pflanzen verteilt bleibt oder von den Mineralien in die Wasserphase gelangt."

Die Forscher stellten fest, dass Mikroorganismen mit zunehmenden Temperaturen einen größeren Teil des im Boden enthaltenen Arsens destabilisierten, was dazu führte, dass mehr Gift im Bodenwasser vorhanden war, als der Reis aufnehmen konnte. Einmal aufgenommen, hemmt Arsen die Nährstoffaufnahme und verringert das Pflanzenwachstum und die Pflanzenentwicklung. Diese Faktoren trugen nach Ansicht der Wissenschaftler zu dem 40-Ertragsrückgang in% bei.

Frühwarnung, Zukunftsplanung

Obwohl die dramatischen Produktionsverluste Anlass zur Sorge geben, sind die Wissenschaftler weiterhin zuversichtlich, dass diese Forschung den Produzenten helfen wird, potenzielle Lösungen für die Ernährung der Welt zu finden.

"Die gute Nachricht ist, dass wir angesichts der Fortschritte in der Vergangenheit in Bezug auf die Fähigkeit der globalen Gemeinschaft, Sorten zu züchten, die sich an neue Bedingungen anpassen können, und der überarbeiteten Bodenbewirtschaftung optimistisch sind, die in unserer Studie festgestellten Probleme zu umgehen", so Fendorf sagt.

"Ich bin auch optimistisch, dass die Gesellschaft Praktiken einführen wird, um sicherzustellen, dass wir diesen Grad der Erwärmung nie erreichen, wenn wir weiterhin ein Licht auf die Bedrohungen werfen, die sich aus einer Veränderung um 5 Grad Celsius ergeben."

Als nächstes hoffen Fendorf, Co-Autor Tianmei Wang und Muehe, mithilfe der Fernerkundung kontaminierte Reisfelder zu lokalisieren, um zukünftige Erträge und Arsenkontaminationen zu modellieren.

"Dies ist höchstwahrscheinlich ein Problem, wenn der größte Teil des Reises konsumiert wird. Daher denken wir an Süd- und Ostasien", sagt Wang, Doktorand in Erdsystemwissenschaften. "Vor allem für Leute wie meinen Vater - er isst dreimal am Tag Reis und kann einfach nicht ohne ihn leben."

Original-Studie

Über die Autoren

Hauptautorin E. Marie Muehe, ehemalige Postdoc-Stipendiatin bei Stanford, jetzt an der Universität Tübingen. Co-Autor Scott Fendorf, Professor für Erdsystemwissenschaften an der School of Earth, Energy & Environmental Sciences der Stanford University. Zusätzlicher Koautor, Tianmei Wang, Doktorand in Erdsystemwissenschaften.

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