香港中文大學（中大）— 埃克塞特大學環境持續與應變聯合研究中心的最新研究，綜合評估了地表臭氧污染及氣候變化對全球主要農作物產量的影響，並推算到2050年，全球農作物產量將減少達22%。研究同時指出南亞是受影響最嚴重的地區之一，尤其該地區的稻米生產，單計氣候變化加劇極端天氣的影響，已導致該地區的稻米生產量到本世紀末減少達四成。
這項研究是首次評估臭氧、二氧化碳排放及氣候變化三項因素對農作物的共同影響，並預測每一年農作物受影響的程度，結果顯示全球食物安全及糧食危機將會加劇，行動刻不容緩。相關研究結果已刊登於頂尖環境科學期刊《Environmental Research Letters》。
地表臭氧破壞農作物生長
地表臭氧主要成因是汽車及工業廢氣排放有機揮發物和氮氧化物，它們遇到陽光後，與空氣中的氧結合形成臭氧。臭氧對人體和生態系統的健康均具有相當大的危害，對植物的毒性包括破壞光合作用、減少氣體交換、誘發早期葉片死亡並阻礙自然植被和農作物的生長。由於植物在調節生態環境中起著至關重要的作用，臭氧引起的植物破壞可能進一步加速環境惡化，對人類健康造成嚴重後果。
按照最新預測[i]，即使《巴黎協定》的所有締約國家都能夠履行其「國家自主貢獻」[ii]的2030年減排目標，到2100年的全球平均氣溫仍會上升攝氏2.4度；二氧化碳及地表臭氧的濃度亦會高於現水平。在此情境下，即使供植物進行光合作用的二氧化碳在大氣的濃度增加，出現二氧化碳施肥效應（CO2 fertilisation effect）會抵消部分臭氧及氣候變化帶來的負面影響，但效果輕微，亦會因植物所需的其他營養不足而限制施肥效應。
由中大理學院地球系統科學課程副教授及環境、能源及可持續發展研究所副所長戴沛權教授率領的研究團隊使用由英國氣象局研發的聯合英國地表環境模型（JULES）模擬未來地表臭氧、二氧化碳濃度和氣候變化對全球農作物產量的影響。模型結合不同環境因子和不同氣候變化場景的組合來綜合分析未來農業面對的環境威脅。研究團隊選擇四種最重要的主糧：玉米、大豆、小麥和稻米，並以2010年的氣候環境參數作為基線。
研究團隊將聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）報告中的高溫室氣體排放情境（代表濃度路徑RCP8.5）[iii] 套用到JULES模型，模型結果顯示氣候變化和高臭氧濃度導致所有農作物的產量預計會在未來數十年持續下跌。當中，大豆產量的跌幅尤其顯著，研究團隊指出大豆植物對地表臭氧污染特別敏感。
稻米生長容易受極端氣候事件破壞
是次研究也評估了各主要糧食生產地區（例如中國、美國、巴西、阿根廷、印度及歐洲）受影響的程度，有助了解不同壓力因素對農作物帶來的負面影響。以大豆為例，預測結果顯示，到2100年中國的大豆產量將減少22%，而美國產量的跌幅更達42%。
另一方面，研究指出氣候變化對稻米產量的影響最大。現時南亞是全球主要稻米出產地區，預計到2050年，該地區的稻米產量或將減少10至18%，2100年的跌幅更可能達到40%。近期，印度接連受到熱浪及其他極端天氣打搫，導致小麥失收而要管制其出口，已經引起全球關注氣候變化帶來的糧食危機問題。
戴沛權教授的研究團隊成員、研究論文第一作者、環境、能源及可持續發展研究所博士後研究員梁沛健博士表示：「研究結果顯示氣候變化的負面影響是導致熱帶地區農作物減產的主因，生產稻米的國家首當其衝。此外，地表臭氧污染也抵消了二氧化碳施肥效應。我們相信這項研究有助我們推動消除飢餓、實現糧食安全和改善營養的可持續解決方案。」
在國際關係惡化、全球疫情及經濟危機的多重夾擊下，糧食安全問題已經響起警號，已發展國家亦不能置身度外。氣候變化及空氣污染將導致糧食供應更加不穩定，令世界與聯合2030年實現零饑餓的目標愈走愈遠。研究團隊相信隨着農作物科學技術的進步，例如開發一些耐熱和耐氧的農作物品種，配合營養補充，長遠而言可以改善糧食安全和提供足夠糧食以支撐人口增長。
研究論文全文：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ac7246
[i] Climate Action Tracker | Warming Projections Global Update – November 2021
來源：https://climateactiontracker.org/publications/glasgows-2030-credibility-gap-net-zeros-lip-service-to-climate-action/
[ii] 國家自主貢獻 (NDC) 是旨在減少排放、適應氣候影響的氣候行動計畫。《巴黎協定》193個締約國都已經設定首個「國家自主貢獻」方案，並須每五年更新一次。
來源：https://www.un.org/zh/climatechange/all-about-ndcs
[iii] 代表濃度路徑 RCP是指不同程度暖化路徑的人為溫室氣體排放量情境假設。RCP8.5代表全球持續排放大量暖室氣體，並無採取有效減排措施（「一切如常」），輻射強迫力會在2100年達到最大值8.5Wm-2。
來源：https://www.ipcc-data.org/guidelines/pages/glossary/glossary_r.html
