近日，我院冯兆忠教授课题组在全球顶级学术期刊《Nature》子刊《Nature Food》以论文形式在线发表最新成果（Ozone pollution threatens the production of major staple crops in East Asia）。该研究科学评估了当前近地层臭氧（O3）污染对东亚地区小麦、水稻和玉米产量的影响。
目前，近地层O3浓度不断升高，已经成为重要的大气污染物。高浓度O3通过气孔进入作物叶片内产生氧化胁迫，对粮食生长带来负面影响，威胁全球粮食安全。东亚作为全球O3污染的热点地区，评估O3污染对该地区主要粮食作物产量的影响至关重要。
该研究首先整合了中国、印度和日本多个田间控制实验数据构建O3剂量与产量损失的响应关系，并采用O3保护剂（EDU）试验进行验证。研究发现东亚地区的小麦对O3污染最为敏感，其次为杂交水稻、常规水稻和玉米。然后通过分析近三年中国（2017-2019）、日本（201-2017）和韩国（2016-2018）3072个监测站点最近3年的O3浓度监测数据，指出98.7%的站点O3浓度已经超过了植物的受害阈值。最后综合国际粮食价格、作物生育期、O3浓度和剂量-相对产量响应关系发现O3污染导致东亚地区每年作物减产损失合计约630亿美元，其中中国的小麦、杂交稻、常规稻和玉米减产最为严重，分别为32.6%、29.3%、12.9%和8.6% （图1）。该研究还指出通过积极的减排措施有效控制O3剂量减少一半，中国小麦、水稻和玉米作物产量可以较当前产量分别提高21%、10%和4%。该研究建议应该在东亚地区实施强有力的减排措施减缓O3污染、加强O3抗性作物品种选育和挖掘提高作物O3抗性的农艺措施，以实现作物产量提升。同时该研究建立的O3剂量与产量损失的响应模型为预测气候变化对未来作物产量可能产生的定量结果以及缓解策略提供指导，为我国“藏粮于技”和提质增效生产提供理论依据。
图1臭氧污染对（a）常规水稻、(b)杂交水稻、（c）小麦和（d）玉米相对产量损失影响的空间分布特征
未来，该团队计划利用在扬州建立的全球变化试验基地（图2）进一步研究臭氧污染与全球变化多因子对农田生态系统碳氮循环过程的影响机制，从农田管理措施和化学防护剂研制等方面探讨如何减缓臭氧影响粮食产量的实践措施。
图2 南京信息工程大学扬州全球变化试验基地
该项研究由南京信息工程大学领衔，并联合国内外9家单位共同完成。南京信息工程大学冯兆忠教授、徐彦森博士和日本东京大学小林和彦教授为论文共同第一作者，南京信息工程大学应用气象学院冯兆忠教授、环境科学与工程学院乐旭教授和日本东京大学小林和彦教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委等项目的资助。
参考文献：
Zhaozhong Feng, Yansen Xu, Kazuhiko Kobayashi, Lulu Dai, Tianyi Zhang, Evgenios Agathokleous, Vicent Calatayud, Elena Paoletti, Arideep Mukherjee, Madhoolika Agrawal, Rokjin J. Park, Yujin J. Oak and Xu Yue. 2022. Ozone pollution threatens the production of major staple crops in East Asia. Nature Food, 3:47-56.
原文链接：https://doi.org/10.1038/s43016-021-00422-6