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农业:无须重新种植的作物

http://www.sina.com.cn  2012年02月01日 14:38  环球科学杂志微博

  在农业出现之前,地球上绝大部分地方都被多年生的植物覆盖着。后来这些植物逐渐被每年都必须重新种植的粮食作物取代。现在科学家打算培育多年生的玉米和小麦等常见农作物,以扭转多年生植物每况愈下的趋势。如果他们取得成功,世界上某些最饥饿的地区的农田产量可望突飞猛进,而且这些植物说不定还会把地球大气层中过多的碳吸收掉一些。

  农业生态学家杰里· 格拉福尔(Jerry Glover )指出,以多年生作物取代同类的一年生作物是农业科学家几十年来追求的梦想,但让梦想成真所需要的遗传技术却直至最近10 到15 年间才浮出水面。与每年都必须重新种植的作物相比,多年生植物具有一系列优势。比如,它的深层根系有利于防止水土流失,可以帮助土壤保住如磷之类的重要矿物质,而且它们需要的化肥和水也少于一年生作物。传统方法种植的一年生作物是大气中碳的来源之一,而种植多年生作物的土地无须耕耘,这就使它们变成了一片可以大量吸收二氧化碳的碳池。

  马拉维的农民已经在通常种植主要粮食作物玉米的田地里间作多年生木豆,从而大大提高了作物产量。木豆是温饱型农户急需的蛋白质来源,它增强了土壤的水分保持能力并使土壤的碳和氮的含量翻一番,同时又不会降低一块地上主要作物的产量。

  多年生作物发展的下一阶段,就是在传统作物的种植规模的基础上引进多年生作物,但这需要大量研究工作来支持。美国康奈尔大学的植物遗传学家埃德· 巴克勒(Ed Buckler )有意开发一种多年生玉米。他认为,找出与多年生特性相关的基因需要5年时间,而培育一个实用的品种还需要再用10 年。格拉福尔宣称:“即使借助现有的最高端的技术,培育出多年生玉米肯定也是20 年后的事情了。

  ” 科学家一直在使用先进的基因分型技术(genotyping technology )来加速开发多年生作物。现在他们可以快速分析具备有利特性的植物的基因组,以找出基因和这些特性的联系。第一代植物结出种子后,研究人员就直接对幼苗进行测序分析,以从数以千计的幼苗中锁定保留了有利特性的少数几株幼苗,而无须等待这些幼苗过几年长成之后再进行测序。

  一旦取代一年生作物的多年生品种登场,它们的普及就可能对碳排放产生极大影响。关键在于,多年生作物的根系有极强的固碳效果——它可以在每立方米表层土中封存相当于土壤质量1% 的碳。英国生物技术与生物科学研究理事会会长道格拉斯· 凯尔(Douglas Kell )计算出,每年只要把全球一年生作物的2% 改为种植多年生作物,就能吸收足够多的碳,扭转大气中二氧化碳含量有增无减的势头。而如果将地球上所有耕地全部改种多年生作物,封存的碳可以达到全球二氧化碳总量的 118ppm (百万分之118),换言之,足以把大气中温室气体的含量拉回到工业革命以前的水平。

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