环境｜中国
过去几十年间我国(图a和图c)和日本(图b和图d)的大米品质变化｜图片来源：原论文
背后的因素
研究人员对我国和日本的大米品质下降背后的原因充满了好奇。他们详细分析了两国1979-2020年间的小时级气象数据，重点关注夜间温度、日间温度、日降水量、太阳辐射、云量、日间蒸气压亏缺(可反映空气湿度)以及二氧化碳浓度等可能影响大米品质的气象因素。
分析结果显示，对我国优质大米率影响最大的因素是夜间温度：夜间温度越高，大米的品质就越差，反之则越高。特别是，当我国大米产区的夜间温度超过了18°C时，优质大米率会随温度升高而明显下降。日本的温度阈值甚至更低，仅为12°C。随着气候变化加剧，我国水稻生长季节高温事件频发，这已经直接影响了大米的品质。
这也是研究人员第一次在如此大规模的研究中，证实了气候变化对大米品质的直接影响。此前的研究通常集中于气候变化对大米产量的影响。
例如，一篇2023年发表于《整体环境科学》(Science of The Total Environment)的论文指出，从25°C到30°C，夜间温度每升高1°C，大米的产量就会减少1%，同时其中直链淀粉和蛋白质的含量也显著降低。而随着日间温度的上升，垩白度几乎呈线性增加：在超过25°C的环境中，温度每升高1°C，大米的垩白度就会增加6%。
未来会怎样
随着气候变化的影响逐渐显现，极端高温事件的频率也在不断增加。研究表明，气候变化对夜间温度的影响远远大于对日间温度的影响——夜间平均温度的升幅甚至是日间升幅的3倍。这意味着，大米品质的持续下降可能是我们不得不面对的严峻现实。
研究人员评估了未来几十年大米品质进一步下降的可能性。结果令人担忧：无论是采取减排措施，还是维持中等或高排放路径，我国大米的品质在未来几十年内几乎注定会大幅下降.
在减排情景下，从2020年到2100年，我国和日本的大米品质预计将分别下降1.5%和0.5%；在中高排放情景下，下降幅度则更加显著，尤其是2050年后，我国大米品质的下降速度将明显超过日本，到2100年的降幅可能将超过5%。
研究结果同时显示，我国不同地区的大米品质下降趋势可能存在差异，南方大米品质受气候变化影响将更为严重。这或许与我国南北方水稻种植系统不同有关：北方地区普遍种植单季稻，而南方许多地区则种植双季稻(早稻和晚稻)。由于早稻的生长季节较短且夜间温度更高，因此南方大米可能面临更大的品质下降风险。
面对气候变化对大米产量和品质的威胁，我们真的无能为力了吗？为应对气候危机，科学家正致力于培育更耐热、抗逆性更强的水稻品种。例如，在一篇2023年发表于《植物杂志》(The Plant Journal)的论文中，研究人员就尝试利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，来解决温度升高导致的大米粉质化、垩白化问题。
研究团队将目标锁定在了一个与大米粉质化相关的关键基因——液泡质子转位焦磷酸酶(V-PPase)。他们通过基因编辑技术修改了该基因的启动子区域，以降低其表达水平。
结果，改良后的大米垩白度降低了7～15倍，淀粉颗粒排列更紧密，谷粒重量增加，整体品质显著提升，甚至在夜间温度升高的条件下仍能保持良好表现。
不过，培育耐热水稻只是解决方案之一。大米的品质和产量还受到稻谷品种、种植环境、管理方式等多种因素的影响。为了保护粮食安全，我们不仅需要科学技术的创新，还必须采取行动，持续推进节能减排，减缓气候变化的脚步，尽可能减少极端天气的发生。