世界对食品的需求预计将上涨70％到2050年。通过提高稻米，玉米和小麦等主食作物的供应，必须满足大部分需求，这些需求提供了大约60％的人类消耗的卡路里。然而，最重要的粮食作物的产量正在停滞，并且由植物学家斯蒂芬的矛头新的研究表明，随着气候变化恶化，它们可能会进一步下降。
它暂时认为气候变化可以通过二氧化碳的施肥作用来提高作物生长。但是，在伊利诺伊州伊利诺伊州伊利诺伊大学的作物科学教授进行了研究表明，CO2受精的任何收益将抵消来自较高空气温度的植物损坏，大气臭氧增加以及更高的效率在一家二氧化碳的世界作物害虫。刚刚被授予票据和梅林达盖茨基金会的2500万美元的授予，现在重点是寻找食物供应减少威胁的解决方案。
在接受采访中360年耶鲁大学环境贡献者橄榄霍夫曼,长讨论了气候变化的影响在一些世界上最重要的农作物,提高作物产量的挑战来满足迅速增长的人口的需求,以及如何修补基因在植物光合作用可以提供科学家正在寻求的解决方案。
耶鲁环境360：先前据信，大气二氧化碳的增加将通过受精提高作物产量。您的研究如何挑战这件事？
斯蒂芬长：二氧化碳对农作物的影响一直被认为是我们从气候变化中得到的一个好处。我们知道，如果我们在实验室里提高二氧化碳浓度，我们就能看到许多作物产量的提高。但我们现在开始观察到的是当我们在野外条件下，没有任何围场的情况下，我们并没有看到从实验室实验中预期的大量增产。
“我们在实验中观察到的一个现象是，在二氧化碳浓度升高的情况下，害虫发病率会上升。”
我们自己工作的重点是大豆和玉米，但我们也跟踪了在小麦和米饭上完成的工作。我们发现 - 对于所有这些作物 - 即在该领域，上升二氧化碳的期望将在预期的程度上实现相当大量的大量增加的产量。因此，例如，在预测到2050年的二氧化碳水平，在实验室中，您可能会获得30％的大豆产量增加，但我们看到该领域的15％以下的产量增加。在玉米的情况下，我们根本没有看到任何增加。
e360:你知道为什么吗?这里的机制是什么?
长:好吧，我们知道温度和臭氧也会影响作物产量，所以这些影响也会与气候变化一起发挥作用——二氧化碳不会单独发挥作用。在田间试验中，臭氧浓度升高总是导致产量下降。我们的一个研究小组发现现代植物品种实际上比以前的品种更容易受到臭氧的影响，所以没有选择来提高对臭氧的耐受性。对此我们可能的解释是，现代品种的光合速率略高，这似乎是它们生产力提高的原因之一。为了让更多的二氧化碳进入叶子，它们把气孔——叶子上的气孔——打开得更大，这使得更多的臭氧和二氧化碳进入叶子，从而造成损害。
就温度而言，情况有点复杂，因为如果你在寒冷的边界种植作物，比如在瑞典北部种植小麦或在加拿大种植玉米，提高温度实际上可能会增加产量。但在北半球作物生长的南部边缘——那里的作物处于温度范围的上限——温度的任何上升都会导致产量下降。这对许多热带地区的发展中国家来说尤其成问题。
e360:是由于温度，二氧化碳和臭氧的相互作用所看到的一些效果？
长:是的。至少在实验室里，二氧化碳已经被证明可以提供一些保护来对抗臭氧。在较高的二氧化碳浓度下，气孔关闭的更多，因此这减少了臭氧的吸收。但这并不意味着臭氧造成的破坏会随着大气中二氧化碳的增加而消失，事实上，政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change)预测，全球臭氧水平将会上升。这尤其影响到热带和亚热带，它们是最脆弱的农业地区。在东亚也一样，据预测我们将会看到臭氧的大量增加。这在一定程度上是由于化石燃料的使用增加，会产生臭氧的前体氮氧化物。这也是由于温度上升，因为温度加速了臭氧的形成。
e360:我们对生物学层面上发生的事情了解多少?你所观察到的一些影响是由于植物和动物的相互作用以及在气候变化的世界中这些关系的变化造成的吗?
长:我们理解为什么光合作用增加，CO2更高。我们还了解一些臭氧直接影响作物生产力的机制。但是我们不知道很多。为了给你一个例子，我们在我们的实地实验中进行的观察结果之一是在CO 2升高的情况下患有害虫发病率。例如，西玉米根虫是玉米作物最大的害虫之一，实际上适应了农民使用生长大豆，玉米，大豆等的旋转。
“臭氧和气温的上升确实夺走了二氧化碳上升给农作物带来的好处。”
成年人来到大豆作物中产卵，然后将在明年的玉米作物中及时孵化。我们发现的是西方玉米根虫在升高的CO 2下呈现几乎是鸡蛋的两倍。现在预测是，相反应该发生，因为在升高的二氧化碳下有更多的蔗糖，较少的氮和较少的蛋白质，饲养动物需要。但我们看到了反向。最后，这归结为抑制昆虫喂养的代谢途径正在较高的CO 2下抑制。同事们用其他害虫表现出这个。日本甲虫的表现，大豆的另一个主要害虫 - 肯定会在升高的二氧化碳下提升 - 也是大豆蚜虫的。所以这些是影响我们作物的意外效果，我们只是在理解它们方面真正刮伤了表面。我们可能还有许多其他无法发现的问题。
e360:您在全球粮食生产背景下的调查结果有多重要？您认为这可能会影响世界在未来养活本身的能力，鉴于预测需要70％以上的食物增加2050年？
长:在我看来，这些结果非常重要，因为我们已经表明，臭氧和上升的温度上升真正带走了崛起的CO2作物的优势，这也许是我们在全球气候变化的地平线上看到的一个好处。如果我们增加了益处发病率，我们可能正在寻找看到作物损失，即使在像玉米皮带这样的地区，我们希望在气候变化可能有一些好处。美国玉米腰带可能是世界上最大的粮食出口国，并始终是世界基本初级食品供应的主要缓冲区。因此，如果该区域受到影响，它对全球粮食供应产生重大影响。当然，当世界上许多其他地区也受这些变化的影响时，玉米皮带也会受到影响。鉴于我们需要的谷物的预计增加，如果我们不开始对此做点什么，这些效果可能非常深刻。
e360:我们知道这种趋势在多大程度上被复制到其他地方以及其他作物的程度？这可能是比现在更广泛的问题吗？
长:对大豆的期望是，上涨二氧化碳将使我们的产量增加约30％。我们在我们的实验中看到的低于15％。亚利桑那州的早期实验看到，与小麦的短缺以及中国小麦和米饭的实验表现出类似的短缺。同样在日本，用米饭，实验表明，而不是30％，产量增加11％。最近，德国的一个有玉米的实验未能看到降雨量的增加，这与我们在美国玉米皮带中看到的玉米相匹配。因此，只有在一个非常有限数量的实验中，有一致意见。
e360:我们应该期望主要作物的产量继续增加，这是否现实?绿色革命的好处不是在这个阶段得到了很大的收获吗?
长:绿色革命的主要好处正在增加最终在我们消耗的作物部分，谷物中最终的生物量。与小麦和水稻和大豆，现在接近60％的枝条重量。假设我们仍然会有一些茎和叶子，那么这些途径可能还有更多。当然，对肥料的反应也是绿色革命的关键部分。这些路线似乎达到了他们的生物学限制，尽管有更多的地方在那里获得了，但它是获得的，它是递减回报的法则。在20世纪70年代和80年代，全球小麦产量每十年提高30％。最后十年，这几乎降至零。米饭已经显示出类似的下降。
e360:如果我们不能从这些主要作物中获得更多的产量，那么用其他作物代替它们怎么样?
长:我们有适当的系统来处理这些作物，从了解这些作物的农民到惊人的研究，无论是公共的还是私人的。社会在处理这些作物上投入了大量的资金，当然，这些是社会习惯种植的作物。
“我们正在探索促进作物光合作用的途径。”
因此，我们真的需要查看新的路线来改进它们 - 了解原因，例如，这些农作物不会显示我们在实验室中看到的二氧化碳增强。绿色革命对改进的一个领域是光合作用的过程，它将阳光能量转化为作物生物量。在过去的50年中，我们已经对光合作用进行了非常深刻的了解，我们现在知道我们可以为我们能够在光合作用中提高促进基因。所以有途径，我们可以追求让我们下一个跳跃的作物产量，以满足需求的增加，我们将在2050年之前看到。
e360:您最近从账单和Melinda Gates基金会获得了2500万美元的赠款。这项研究授予基金会是什么？
长:这项拨款将资助我们探索促进一般作物光合作用的途径，尽管188最新下载地址我们的目标是水稻和木薯。但由于水稻、小麦、木薯、大豆等作物的光合作用过程非常相似，找到一种能在这些作物中促进光合作用的方法可能也会告诉你如何在其他作物中促进光合作用。所以我们遵循了4到5条线索，我们认为我们可以显著提高光合作用和作物产量。
e360:鉴于气候变化导致作物产量下降的趋势，我们什么时候才能看到光合作用的促进成为现实呢?
长:我们真的需要在五年内看到这样做的结果，因为如果我们的研究中可以显示出光合作用的增加，可能需要15到20年才能让它进入农民的农田。我们需要能够在多个地点进行测试，它需要满足不同国家的监管要求。所以，为了能够在2050年之前提供增加的食物，我们现在就开始着手解决这些问题是非常紧迫的。
e360:你认为光合作用带来的产量跃升会抵消气候变化导致的产量下降，这是现实的吗?它能成为一站式解决方案吗?
长:我不会说这是唯一的解决方案，但我认为在提高我们主要作物的潜在产量方面是一个非常重要的一个，产量他们的遗传构成将在最佳条件下允许。显然，改善的农学也必须与此同时。我们不应该低估这一点，特别是在发展中国家的重要性，主要主食作物的产量往往远远低于其潜力。这可以使用管理作物的改进方法来实现，资助农民能够充分精化，以及充足的土壤测试，以了解需要做些什么来改善土壤和作物产量。
与此同时，如果我们能提高作物的产量潜力使其在基因上能够获得更高的产量，这通常会导致在次优条件和最优条件下的更高产量。如果我们要满足我们所需要的产量增长，我们需要这两种方法。
e360:那么下一步是什么？
长:我们刚从条例草案和Melinda Gates基金会收到的赠款将使我们继续，并大大改善改善光合作用和作物产量的工作。我们现在一直在工作近十年的努力，试图促进来自光合作用的产量。例如，我们已经发现我们已经操纵的两种基因，每个基因都在实验室条件下的光合作用和产量和初始实地试验中的显着增加。其中一种基因已给予我们的产量增加15％。现在，如果我们可以一起添加那些，我们可能能够看到未来我们需要的善良的大量增加。