全球變暖，農(nóng)作物減產(chǎn)，蟲(chóng)害卻來(lái)“火上澆油”？

2018年5月的一個(gè)清晨，天氣晴朗，在英格蘭郊區(qū)的一片草叢中，一只成年紅尾碧蝽正從冬眠中醒來(lái)。它震了下翅膀，活動(dòng)了下筋骨，打算去不遠(yuǎn)處的麥田里大快朵頤一頓，順便碰碰運(yùn)氣，看看能否遇到一只雌性紅尾碧蝽——畢竟這是個(gè)求偶的好季節(jié)。

而在稍北邊的蘇格蘭地區(qū)，天氣還比較寒冷，目前并未發(fā)現(xiàn)紅尾碧蝽的蹤跡。不過(guò)沒(méi)有關(guān)系，大約10年之后，蘇格蘭5月的氣溫可能就像現(xiàn)在英格蘭一樣適合它們生存了。

四五十年前，紅尾碧蝽還主要生活在中東、北美、澳大利亞，絕大部分非洲以及地中海沿岸等地區(qū)。隨著全球氣候變暖，它們的生活范圍也逐漸北上到英格蘭、法國(guó)、德國(guó)等地。現(xiàn)在，在歐洲大部分地區(qū)都能發(fā)現(xiàn)它們的蹤跡。

生活范圍擴(kuò)張，紅尾碧蝽整個(gè)種群的發(fā)展一片大好，但對(duì)于當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民來(lái)說(shuō)，卻是個(gè)天大的麻煩了——要知道，這種吃貨蟲(chóng)子基本不挑食，會(huì)對(duì)幾乎所有的農(nóng)作物造成嚴(yán)重的破壞。

然而，在全球，紅尾碧蝽只是大約360000種以植物為主要寄宿和食物的眾多昆蟲(chóng)之一。每年，因?yàn)檫@些昆蟲(chóng)而造成的糧食產(chǎn)量減少量，占全球糧食總產(chǎn)量的20%以上，損失超過(guò)千億美元。

近期發(fā)表在《Science》上的一篇文章顯示[1]，全球氣候變暖是蟲(chóng)害加劇并導(dǎo)致糧食作物減產(chǎn)的重要原因之一。可是，全球變暖為何會(huì)影響到糧食作物，又因何導(dǎo)致蟲(chóng)害的蔓延呢?

全球變暖對(duì)農(nóng)作物系統(tǒng)的影響

在研究全球變暖與蟲(chóng)害蔓延之間的關(guān)系前，我們首先來(lái)看一下，全球變暖已經(jīng)對(duì)整個(gè)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)造成了怎樣的影響[2-4]。氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)所造成的影響是多方面的，比較直接的是影響是包括溫度、光照、二氧化碳等非生物因素。

比如，溫度的升高會(huì)加劇和加速土壤的沙漠化，尤其是在比較干旱的地區(qū)，導(dǎo)致可耕種土地面積的減少。全球有40%的農(nóng)業(yè)屬于旱地農(nóng)業(yè)，生產(chǎn)44%的糧食。迄今，由于干旱和沙化已經(jīng)使得全球可使用耕地下降了35倍左右。自農(nóng)耕文明誕生的一萬(wàn)多年間，耕地范圍都是極為固定的，全球變暖則使得可耕種范圍向高緯度地區(qū)移動(dòng)，而目前的耕地則更有可能被沙漠化。

另外，人類的主要農(nóng)作物除玉米等少數(shù)種類為C4植物以外，絕大多數(shù)都是C3植物。相反，絕大多數(shù)雜草包括一些惡性雜草都是C4植物。比如，全世界主要有排名前十的惡性雜草，前九種都是C4植物。C4植物有較高的CO2固定能力和耐高溫能力，全球氣候變暖會(huì)助長(zhǎng)雜草的生長(zhǎng)，也是農(nóng)作物減產(chǎn)的因素之一。

全球變暖改變昆蟲(chóng)活動(dòng)

在諸多影響糧食產(chǎn)量的因素中，生物因素，尤其是蟲(chóng)害因素常常被人們所忽略。而昆蟲(chóng)的活動(dòng)往往又受到氣候的影響。

氣候變化對(duì)昆蟲(chóng)的影響可以具體分為兩個(gè)方面，一個(gè)是種群的分布范圍和構(gòu)成，另一個(gè)是對(duì)昆蟲(chóng)個(gè)體的代謝。為了考察氣候變化對(duì)昆蟲(chóng)的影響，一組來(lái)自丹麥的研究人員從1992年到2009年間在丹麥國(guó)家歷史博物館屋頂收集到超過(guò)1500種，大約250000只昆蟲(chóng)。

通過(guò)整理、分類以及與館藏標(biāo)本進(jìn)行對(duì)比，他們發(fā)現(xiàn)博物館屋頂?shù)睦ハx(chóng)種群結(jié)構(gòu)正在不斷地發(fā)生改變——一些當(dāng)?shù)胤N的昆蟲(chóng)數(shù)量在減少，而來(lái)自南方的外來(lái)種數(shù)量增加。可以想象，在歐洲的大部分地區(qū)、甚至世界上大部分地區(qū)，這種現(xiàn)象也是極為普遍的。為了這項(xiàng)調(diào)查，這倆名研究者整整堅(jiān)持爬了18年屋頂，可以說(shuō)非常不易了。

另一項(xiàng)來(lái)自加拿大的甲蟲(chóng)調(diào)查研究也說(shuō)明了類似的問(wèn)題。甲蟲(chóng)是全球分布最廣的昆蟲(chóng)之一，種類多，數(shù)量大，也比較容易捕捉，最重要的是它們對(duì)氣候變化異常敏感。

一組來(lái)自加拿大麥吉爾大學(xué)的研究人員們?cè)诩幽么笤O(shè)立了12個(gè)收集區(qū)域，由南向北，覆蓋大部分加拿大地區(qū)，每個(gè)收集區(qū)域設(shè)置了108個(gè)收集網(wǎng)，在長(zhǎng)達(dá)兩周的時(shí)間里，他們收集到464種共約9000只甲蟲(chóng)[5]。他們從中發(fā)現(xiàn)，在高緯度地區(qū)，一些從前沒(méi)有甲蟲(chóng)分布的區(qū)域，也有了甲蟲(chóng)種群的分布，這一研究表明氣候變暖擴(kuò)大了甲蟲(chóng)的種群分布范圍。

而對(duì)昆蟲(chóng)個(gè)體來(lái)說(shuō)，溫度升高，通常會(huì)讓它們的的尺寸會(huì)變小，小的個(gè)體能夠保證較大的表面積體積比，提高代謝速率和熱散失。比如一種寶蝶屬的蝴蝶Boloria chariclea，其體型隨著氣候變暖而變小，在很多地區(qū)小個(gè)體的蝴蝶成為優(yōu)勢(shì)種群。不過(guò)，并非所有的昆蟲(chóng)都對(duì)氣候變暖有積極的響應(yīng)，比如一種生活北歐地區(qū)的蝴蝶Colias hecla由于氣候變暖，找不到更冷的地方生存，種群數(shù)量正在急劇減少。

蟲(chóng)害問(wèn)題因全球變暖而加劇

2018年年初，美國(guó)的科學(xué)家系統(tǒng)考察了包括豆青葉甲(Ceratoma trifurcata)、墨西哥豆瓢蟲(chóng)(Epilachna varivestis)、行軍蟲(chóng)(Pseudoletia unipuncta)等九種玉米或大豆害蟲(chóng)的種群分布，觀測(cè)了它們對(duì)美國(guó)中西部玉米種植帶中的玉米和大豆產(chǎn)量所造成的影響[6]。

通過(guò)分析近50年的數(shù)據(jù)，他們發(fā)現(xiàn)氣候變暖促使了這九種害蟲(chóng)的分布范圍的移動(dòng)，部分害蟲(chóng)因?yàn)闇囟鹊纳叻敝澈桶l(fā)育速度提高，一些害蟲(chóng)存活周期延長(zhǎng)，而某些目前未形成規(guī)模的害蟲(chóng)類型，也可能會(huì)因?yàn)榉N群范圍的擴(kuò)大而在未來(lái)發(fā)展成為較為嚴(yán)重的蟲(chóng)害。這些都會(huì)對(duì)以后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的害蟲(chóng)控制提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，氣溫每升高1℃，昆蟲(chóng)的種群分布范圍將向高緯度地區(qū)移動(dòng)約200公里。

要控制這么大規(guī)模的蟲(chóng)害泛濫，勢(shì)必要更加廣泛的使用殺蟲(chóng)劑，據(jù)估計(jì)到2050年，全球殺蟲(chóng)劑的使用量將上升2.4-2.7倍。但是，殺蟲(chóng)劑一般并沒(méi)有任何選擇性，也就是說(shuō)，它不僅能殺死害蟲(chóng)，還能殺死益蟲(chóng)，這對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的平衡造成更大的影響。而生態(tài)系統(tǒng)的失衡則會(huì)引發(fā)更大程度的農(nóng)業(yè)災(zāi)害。

形勢(shì)嚴(yán)峻，該如何應(yīng)對(duì)?

要緩解這一問(wèn)題，需要所有人共同做出努力。2017年，全世界159個(gè)國(guó)家簽署了《巴黎氣候協(xié)議》，旨在阻止全球氣溫在本世紀(jì)末上升不超過(guò)1.5℃。

眾多奮斗在一線的生物科技工作者來(lái)說(shuō)，一方面致力于農(nóng)作物抗病機(jī)制、耐干旱機(jī)制等研究，改良和創(chuàng)造新的抗旱耐抗病的農(nóng)作物新品種;另一方面通過(guò)研究昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)和繁殖特點(diǎn)，利用基因工程等技術(shù)來(lái)控制害蟲(chóng)的種群數(shù)量，同時(shí)減少殺蟲(chóng)劑類農(nóng)藥的使用。

對(duì)于我們普通人來(lái)說(shuō)，在日常生活中減少塑料袋的使用，選擇綠色低碳的生活方式，也能夠?yàn)楸Ｗo(hù)我們的生活環(huán)境、延緩地球變暖產(chǎn)生積極影響