افزایش دی‌اکسید کربن باعث رشد بیشتر محصولات کشاورزی اما کاهش ارزش تغذیه‌ای آن‌ها می‌شود

1

افزایش سطح دی‌اکسید کربن در جو، نگرانی‌هایی را در مورد آب‌وهوای شدید و افزایش دما ایجاد کرده است. علاوه بر این، دانشمندان در حال بررسی واکنش محصولات کشاورزی به این تغییرات، به‌ویژه از نظر میزان محصول و کیفیت تغذیه‌ای آن‌ها هستند.

تأثیر دی‌اکسید کربن بر محصولات C3

تحقیقات جهانی در مورد گیاهان C3، که شامل گندم، برنج و بسیاری از سبزیجات می‌شود، نشان داده که افزایش دی‌اکسید کربن می‌تواند نرخ فتوسنتز را در برخی گونه‌ها افزایش دهد.

در نگاه اول، این موضوع ممکن است خبر خوبی به نظر برسد، اما همان مطالعات نشان می‌دهند که در کنار این رشد، مقدار پروتئین، ویتامین‌ها و مواد معدنی در محصولات کاهش می‌یابد. این مسئله می‌تواند باعث افزایش سوء‌تغذیه پروتئینی-کالری و کمبود ریزمغذی‌ها در مناطقی شود که خاک آن‌ها از قبل فقیر است.

فلیکس داکورا از دانشگاه فناوری تشفان و تیم پژوهشی‌اش این روند را بررسی کرده‌اند تا راه‌هایی برای محافظت از محصولات آینده در برابر اثرات نامطلوب دی‌اکسید کربن پیدا کنند.

آن‌ها نه‌تنها دلایل کاهش مواد مغذی را بررسی کرده‌اند، بلکه راه‌هایی برای کاهش این اثرات ارائه داده‌اند. این پژوهش همچنین بر پیامدهای زنجیره‌ای این تغییرات بر امنیت غذایی میلیاردها نفر در سراسر جهان تأکید می‌کند.

تأثیر دوگانه دی‌اکسید کربن

افزایش دی‌اکسید کربن معمولاً باعث رشد بیشتر گیاهان C3 می‌شود، زیرا میزان استفاده از آب در آن‌ها بهبود می‌یابد و تعرق و هدایت روزنه‌ای کاهش می‌یابد.

این ویژگی در مناطقی که با خشکسالی روبه‌رو هستند، می‌تواند مفید باشد. اما در عین حال، این تغییرات باعث کاهش نیتروژن در گیاهان می‌شود که در نهایت ترکیب پروتئینی محصولات را کاهش می‌دهد.

بر اساس گزارش تیم تحقیقاتی، میزان پروتئین دانه‌های گندم در شرایط افزایش دی‌اکسید کربن ۷.۴٪ کاهش می‌یابد.

این کاهش پروتئین نه‌تنها ارزش غذایی غلات را کاهش می‌دهد، بلکه می‌تواند باعث افزایش ترکیبات نشاسته‌ای شود، که این امر ممکن است در مناطقی که رژیم غذایی آن‌ها به کربوهیدرات‌ها متکی است، منجر به افزایش دیابت شود.

برخی کارشناسان بر این باورند که تغییر در سطح اسیدهای آمینه، ویتامین‌ها و مواد معدنی ممکن است نگرانی‌های بزرگ‌تری را در آینده ایجاد کند.

دی‌اکسید کربن و کاهش ارزش تغذیه‌ای محصولات

دانشمندان دریافتند که میزان مواد معدنی موجود در خاک، مانند روی و آهن، در غلاتی که در محیط‌های دارای دی‌اکسید کربن بالا رشد می‌کنند، کاهش می‌یابد.

در ذرت، برخی مطالعات نشان داده‌اند که سطوح پایین‌تر آهن و مس می‌تواند نیازهای تغذیه‌ای اولیه انسان را مختل کند. این موضوع به‌ویژه در مناطقی که این مواد مغذی از قبل کمیاب هستند، نگران‌کننده است.

یکی از دلایل این کاهش، ضعیف شدن خاصیت زیست‌غنی‌سازی در بسیاری از گونه‌های گیاهی است. همچنین، کاهش جذب مواد معدنی و تغییر در فعالیت آنزیم‌ها نیز در این موضوع نقش دارند. در شرایط افزایش دی‌اکسید کربن، برخی گیاهان فرآیندهایی را که به‌طور طبیعی مسئول جذب و توزیع مواد معدنی هستند، سرکوب می‌کنند.

راهکارهایی برای افزایش کیفیت تغذیه‌ای محصولات

پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که ژنوتیپ‌هایی از محصولات زراعی انتخاب شوند که بتوانند در شرایط افزایش دی‌اکسید کربن، مواد مغذی خود را حفظ کنند. برخی گونه‌ها کمتر دچار کاهش ارزش تغذیه‌ای می‌شوند و برنامه‌های اصلاحی می‌توانند به بهبود جذب مواد معدنی کمک کنند.

یکی دیگر از راهکارها، افزایش مصرف حبوبات است. حبوباتی مانند لوبیا و نخود، به تثبیت نیتروژن (N2 fixation) متکی هستند که معمولاً در مقایسه با نیتروژن معدنی در کودها، عملکرد بهتری در شرایط دی‌اکسید کربن بالا دارند.

کاشت درختان می‌تواند به جذب کربن اضافی در جنگل‌ها و زمین‌های کشاورزی کمک کند. درختان باعث بهبود ساختار خاک می‌شوند و محیط مناسبی برای میکروب‌های مفید که در کوددهی طبیعی نقش دارند، فراهم می‌کنند.

برخی اقدامات، از جمله کاشت گسترده درختچه‌های تثبیت‌کننده نیتروژن، ممکن است استفاده از کودها را کاهش داده و از افزایش گازهای گلخانه‌ای جلوگیری کند.

گیاهانی که در برابر دی‌اکسید کربن مقاوم‌تر هستند

دانشمندان از هوش مصنوعی (AI) و اصلاح نژادی پیشرفته برای شناسایی ویژگی‌های ژنتیکی مفید که به محصولات در برابر افزایش دی‌اکسید کربن کمک می‌کنند، استفاده می‌کنند.

ابزارهایی که رشد، مصرف آب و تراکم مواد مغذی را تجزیه‌وتحلیل می‌کنند، به محققان کمک می‌کنند تا الگوهایی را که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند، شناسایی کنند.

با ترکیب کلان‌داده‌ها (big data) با ژنومیک، اصلاح‌کنندگان گیاهی می‌توانند بذرهایی را انتخاب کنند که مقاوم‌تر باشند و این امر باعث صرفه‌جویی در زمان و منابع می‌شود.

علاوه بر این، شبیه‌سازی شرایط آینده با استفاده از هوش مصنوعی، پیش‌بینی دقیق‌تری را از نحوه سازگاری گونه‌های مختلف محصولات ارائه می‌دهد.

افزایش تنوع زراعی برای کاهش اثرات منفی

کاشت گونه‌های متنوع که بتوانند در شرایط در حال تغییر رشد کنند، می‌تواند به کاهش آسیب‌های ناشی از تغییرات اقلیمی کمک کند.

ترکیب گونه‌هایی که جذب کربن بالایی دارند، ممکن است تأثیرات منفی افزایش دی‌اکسید کربن را کاهش دهد. استفاده از تنوع زیستی بومی و ایجاد سیستم‌های کشاورزی متنوع معمولاً باعث تثبیت تولید و کیفیت تغذیه‌ای محصولات می‌شود.

مناطقی که در نزدیکی بیابان‌ها قرار دارند و خاک‌های ضعیفی دارند، می‌توانند از درختان و درختچه‌های بومی مقاوم به خشکی بهره ببرند. این گیاهان می‌توانند کربن اضافی را جذب کنند و هم‌زمان خاک را برای کشت محصولات اصلی تقویت کنند.

برخی آزمایش‌های مقیاس کوچک در بخش‌هایی از آفریقا موفقیت‌آمیز بوده و راه‌های جدیدی برای تضمین امنیت غذایی بلندمدت فراهم کرده است.

حفاظت از امنیت غذایی آینده

بسیاری از دانشمندان تأکید دارند که بررسی تعامل بین دی‌اکسید کربن، دما و پدیده‌های آب‌وهوایی شدید ضروری است.

یافتن راه‌هایی برای حفظ پروتئین، اسیدهای آمینه و مواد معدنی ضروری، برای برآورده کردن استانداردهای تغذیه‌ای جهانی حیاتی خواهد بود.

افزایش مصرف حبوبات و سبزیجات می‌تواند انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از دامداری را کاهش داده و تنوع غذایی بیشتری ایجاد کند.

همچنین، احیای جنگل‌ها و بازسازی خاک می‌تواند بخشی از کربن موجود در جو را جذب کند.

تغییر سیاست‌ها نیز مهم خواهد بود. حمایت دولت‌ها از تحقیقات در زمینه اصلاح بذر و اجرای روش‌های آبیاری سازگار با تغییرات اقلیمی می‌تواند کشاورزان را برای مقابله با این چالش‌ها آماده‌تر کند.

افرادی که وابسته به غلات رایج هستند، بیشترین آسیب را از بی‌توجهی به این مسئله خواهند دید. اما با درک این تغییرات از هم‌اکنون، می‌توان از بروز بحران‌های بزرگ‌تر در آینده جلوگیری کرد.

این مطالعه در نشریه Engineering منتشر شده است.