高科技农业助力全球水资源保护

地球上的水绝大部分都是海水,只有3%是可以用来进行农业生产和饮用的淡水,其中的大部分还以冰的形式存在于冰川和极地冰盖之中。也就是说,地球虽然水资源丰富,但只有0.5%是可用的,而这其中三分之二以上又都被用于农业生产。

如果我们要减少用水量,就必须促进农业生产的更可持续和更加高效。随着全球人口的不断增长,人们将需要在更少的耕地面积上用更少的水生产出更多的粮食。

目前,全球可用耕地中只有约三分之一(37%)种植着粮食作物。尽管尚有潜在的耕地有待开发,但这些土地由于缺乏基础设施、森林覆盖或保护措施而未被开发。除土地资源的缺乏,水资源短缺也是有要面临的大问题。

超越传统农业

如何用更少的水资源生产粮食?有一个选择是通过可持续的方式从(理论上无穷尽的)海水储备中去除盐分得到淡水。下文中所述澳大利亚南部的农场就是利用太阳能来提取海水,经脱盐处理后产生淡水,可用于大型温室的作物种植。

这类农场位于贫瘠的地区,通过水培系统种植作物,无需土壤。如果能够全年这样种植作物,无疑将会极大地减少炎热和干旱地区的淡水使用量,不过搭建温室的成本仍然是一个问题。

如果种植者能够利用更少的水,同时还能保持同样的产量,那么水资源的短缺问题也将得到极大的缓解。当然,知易行难,不过,这一选择对干旱多发地区尤为重要。

世界各地的植物科学家们正在努力寻找那些能够让植物在干旱和半干旱条件下依然生长良好的基因。比如,是什么基因让旱稻能够在干旱的土壤中生存,而水稻则需要在灌溉充足的水田中才能生长?

一旦确定了抗旱能力的关键基因,科学家们就可以利用遗传工程的方法将这些基因引入作物中去(请注意,这与Google图片搜索得到的向食物中注入毒素的做法没有任何关系)。

一直以来,种植者通过缓慢而艰苦的选择育种和多代杂交的方法来得到抗旱作物品种,而遗传工程(GE)则提供了一种捷径。

最近的一项研究在不同的鹰嘴豆品种中发现了多样化的根系结构。人们希望在未来的研究中,能够找出其中使某些根系结构能够在干旱土壤中获取水分和营养物质方面表现更高效的基因。一旦确定了遗传因素,科学家们就能够直接将这类基因引入植物中,提高植物获取水分的能力。

植物能够抗旱的一个关键因素是一种名为脱落酸(ABA)的植物激素,它能够提高干旱条件下植物的水分利用效率。不过,脱落酸同时也会降低光合作用效率,长期来看会影响植物生长,导致产量下降。

然而植物并不总是有取有舍:现代作物已经失去了一个能够让早期陆生植物(如苔藓)耐受极度干旱条件的关键基因。正是这个基因让早期植物能够在5亿多年前从淡水环境转移到陆地上来。现代沙漠地区的苔藓类植物也还会通过叶片收集水分,帮助它们在干燥的环境中生存。

这是植物科学家们面临的最大挑战。为了得到能够在最低灌溉条件下生长、最终有助于缓解水资源匮乏问题的改良作物,我们将不得不重新引入这套许多“高等”植物已经失去而苔藓类作物赖以生存的耐旱系统。

全面的科学研究均得出结论:目前市场上通过安全评价的遗传改良作物是可以安全消费的。然而,一些对于遗传工程的顾虑仍然存在。这其中的部分原因是高效沟通。事实上,人们终将拥抱和使用所需要的各项技术,而遗传改良作物潜力之巨大,不可忽视。

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