跨越時空種莊稼

2004年4月，江蘇省江都市小紀鎮馬凌村來了一群外地人，他們先是運來了一些奇怪的儀器設備，然后就在一塊兩百畝大的農田里忙碌起來。他們在田里豎起了一個像火箭一樣的東西，在旁邊蓋了一些房子，又在農田里用管子圍了一個又一個的圓圈兒，接著就和周圍的農民一樣，開始耕田播種。

一年又一年過去了，村民們發現這些人種的莊稼跟自己種的也沒什么不同，只是每到收獲季節時，這些人收獲的糧食大有蹊蹺:有時他們的產量很高，而且糧食粒粒飽滿，比普通農田里收獲的糧食顆粒要大一圈，而有時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好時壞?難道跟田里那些奇奇怪怪的儀器有關嗎?甚至有人懷疑，他們是不是在搞秘密的核試驗?

一批跨越時空的莊稼漢

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田里做一項科學實驗，但不是什么核試驗，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?其實這套奇怪儀器的來歷可不同尋常，別說周圍的農民沒見過，就是在當時中國，都是獨一無二的，因為這套儀器，可是種出了20年后的莊稼。

這個實驗的正式名稱叫“中國水稻/小麥FACE研究”，其目的是研究未來氣候對農業生產的影響，也是世界上第一個稻/麥輪作條件下的FACE系統研究平臺。所謂的FACE系統，就是一種在自由空氣的條件下來升高二氧化碳濃度的控制技術，這種技術主要是用來模擬未來大氣環境的。

首選二氧化碳來做實驗，是因為在溫室氣體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、人類生活和工業生產都會造成該氣體的量值增加。尤其是近百年來工業和交通的發展，被認為是打破地球生態環境中二氧化碳濃度平衡、讓它持續升高的主要關鍵原因。

為什么要選擇20年后

馬凌村的實驗基地里，共有三個讓二氧化碳濃度升高的FACE圈和三個作為對照的控制圈，每個FACE圈的直徑都在14米。而農田旁邊那個像火箭一樣的東西，里面裝的是液態的二氧化碳。

液態的二氧化碳通過一系列處理，就從管道輸送到田里的FACE圈，這一切都有專門的計算機系統在控制。

目前，中科院模擬的濃度是比現在的二氧化碳濃度多200ppm(注:表示每百萬個空氣分子中二氧化碳分子的數量，如今大氣中二氧化碳的濃度大概在380ppm左右)，這個濃度大概是未來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，而不是未來更遙遠的時間?

中科院研究人員解釋道，這是根據預測，本世紀30年代前后，我國將出現人口高峰期，預計將達到16億。面對這樣一個龐大的數字，我國的糧食安全保障將面臨嚴重的挑戰。

農田發生了怎樣的變化

在這樣一個模擬大氣環境中，這片農田會發生什么樣的變化呢?

好奇的人可能要失望了，農田里并沒有出現一些奇特的地方，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，似乎也生長正常。

二氧化碳無色無味，肉眼看當然看不到什么變化，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。對于這個濃度來說，植物的外形是不會這么快就發生變異的，一個物種產生變異的速度還沒有這么快。但是，這些農作物的果實還是發生了一些變化。

到了收獲季節，在這個濃度下生長的水稻和小麥，它們的產量提高了，大約增加了12%～15%。而且它們的口感也變好了，因為果實里的水分增加了，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，這種糧食的蛋白質含量卻有所降低，一些微量元素也相應變少，營養價值就沒有正常情況下的高。

這一切的原因，就是因為增加了二氧化碳濃度，也就是加速了農作物的光合作用。在光合作用過程中，植物會吸收大量的水分，所以就會造成果實中的水分增加，而其他營養成分植物還沒來得及吸收，就會導致這樣的結果。

模擬臭氧變化環境下的糧食

據介紹，中科院對大氣變化引起的生態變化研究才剛剛開始，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，在最靠近地面的對流層中僅占10%左右。臭氧在平流層中能吸收大部分太陽輻射中對生物有害的紫外線，但是，在對流層大氣中，如果臭氧濃度升高，就會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。所以對它的研究也很有必要。

目前，中科院也開始對低空臭氧進行模擬。而臭氧又會對農作物產生什么影響呢?

對臭氧的研究比二氧化碳稍微復雜一點。因為二氧化碳的濃度隨著時間變化所產生的差異小，而臭氧的濃度每天都會變化，并且在一天內也有變化，早晚的濃度低，中午的濃度高。另外，隨著季節的變化，臭氧在近地層的濃度也是不同的。所以對臭氧濃度要隨時調節。

通過幾年研究，他們發現在這種情況下生產出來的水稻與小麥，跟在二氧化碳實驗中的結果在很大程度上相反。比如糧食的產量降低了，根據不同品種，小麥降低的幅度在15%～20%，水稻降低了5%～10%，但糧食的蛋白質提高了，營養價值增加了。這就是一些村民見到產量忽高忽低的原因。

“虛擬未來”還有多少路要走

如今，世界上還有不少國家也在做未來大氣模擬實驗，有的甚至還開始把生態對象發展到森林、草地等多種生態系統，并且在一個生態圈同時模擬二氧化碳和臭氧這兩種氣體。在歐美一些發達國家，目前正在開發同時模擬空氣組成和溫度變化的技術，把溫室效應帶來的溫度變化也考慮進去了。

總之，人類針對未來氣候對地球生態影響的實驗還有更遠的路要走。地球的氣候狀況越來越糟糕，如果不提前做好準備，也許真的將會再次面臨生物滅絕的危險。

(陳思之、牟大裕薦自2009年8月7日《現代快報》 原標題為《跨越時空的莊稼是怎樣種出來的》)