作者解读 | 气候变化对稻米砷浓度的影响及相关的健康风险评估

背景

以大气 CO₂浓度和温度同步升高为主要特征的气候变化，正对粮食安全带来巨大的不确定性。CO₂浓度和温度升高对水稻产量与营养品质影响的报告很多，但其对水稻砷积累的影响尚不清楚。稻米是全球近半人口的主食，也是除饮用水之外砷摄入最大的饮食源，长期摄入无机砷会对人体产生一系列毒理学反应。以往室内研究表明CO₂浓度和温度升高可能会增加稻米无机砷积累，但CO₂浓度与温度同步升高对大田稻米砷积累的影响未见报道。

因此，作者团队在中国自由大气CO₂浓度升高（FACE）平台开展了10年试验，探究CO₂浓度与温度升高对稻米砷积累的影响与相关的土壤生物地球化学机制，并评估因稻米源无机砷摄入而引发的健康风险。

方法

本研究结合了FACE大田试验与模型模拟。首先通过10年（2014-2023）、4个稻田FACE平台、28个典型水稻品种的大田试验，探究气候变化对稻米砷积累的影响。然后，通过探究砷转化相关微生物功能基因arsM、arsC、arrA、aioA和dsr的相对丰度与土壤氧化还原电位对气候变化的响应，以探究稻米砷积累变化潜在的生物地球化学机制。最终，基于多年、多T-FACE平台、多品种的大田实测数据，基于IPCC RCP8.5模式，结合模型模拟与EPA评估标准，评估了未来稻米消费人群的砷暴露水平及健康风险。

结果

FACE试验表明，单独增温处理显著增加了水稻籽粒砷积累，CO₂浓度与温度升高的组合效应协同增加了稻米砷积累，相较单一气候变化因子进一步加剧了稻米砷的健康风险。除了FACE平台的人为增温处理，10 年来不同水稻生长季的自然温度变异也会对水稻籽粒砷积累产生影响，在两种 CO₂浓度处理下较高的日均温皆倾向于使水稻籽粒积累更多的砷。人为气候控制FACE实验与自然气候年间变异共同表明，CO₂浓度与温度升高协同加剧稻米砷积累。

CO₂浓度与温度升高改变了土壤砷的生物地球化学过程，降低了土壤的氧化还原电位，增加了土壤16 S rRNA丰度，增加了砷转化相关微生物功能基因arsM、arsC、arrA、aioA和dsr的相对丰度，促进了土壤砷的还原与甲基化过程。CO₂浓度与温度升高促进了土壤砷的还原与释放，增加了水稻地上部砷的总吸收，最终加剧籽粒砷积累。

基于多年、多FACE平台、多品种砷积累增加的实测数据，我们模型预估了2050年四种气候情景下亚洲主要稻米消费国（孟加拉国、中国、印度、印度尼西亚、缅甸、菲律宾与越南）的日均稻米源无机砷暴露量与相关健康风险。CO₂浓度与温度升高将导致稻米源无机砷摄入相关的健康风险增加44%，对稻米主要消费国的人群健康产生潜在风险，亟需不同维度的干预与减缓措施。

图1：按年份与气候条件分列的稻米砷浓度

图2：生长季平均气温对稻米中砷浓度的影响

图3：不同气候条件下参与砷形态转化的土壤微生物基因丰度

图 4 按国家与气候条件分列的2050年因水稻无机砷暴露而导致的预计终生癌症风险

总结

该研究从气候变化-土壤健康-消费人群健康的角度，探究了CO₂浓度与温度升高对稻米砷积累的影响与潜在的土壤生化机制，并预警了未来气候变化对人类健康的潜在风险。呼吁采取不同维度的干预与减缓措施，以加强稻米主要消费国人群与敏感人群的健康保护。有效的措施包括低砷积累水稻育种、干湿交替的水肥管理、多样化饮食、改善稻米加工方式、加强稻米砷监测与健康教育等。END

文章解读由作者团队提供，所有内容以英文原文为准。

https://doi.org/10.1016/S2542-5196(25)00055-5

推荐阅读

点击阅读原文，查看论文原文