Le riz est la principale culture de base au monde, consommé par plus de la moitié de la population mondiale, mais de nouvelles expériences de l'Université de Stanford suggèrent qu'avec le changement climatique, la production dans les principales régions rizicoles où l'arsenic du sol est endémique subira un déclin dramatique et mettra en péril les approvisionnements alimentaires critiques.

Ces expériences explorant la production de riz dans les conditions climatiques futures montrent que les rendements du riz pourraient chuter d'environ 40 pour cent d'ici 2100, avec des conséquences potentiellement dévastatrices dans les régions du monde qui dépendent de la culture comme source de nourriture de base. Quoi de plus, les changements dans les processus du sol dus à l'augmentation des températures feront en sorte que le riz contiendra deux fois plus d'arsenic toxique que le riz consommé aujourd'hui. La recherche a été publiée le 1er novembre dans Communication Nature .

"Au moment où nous arrivons à 2100, nous sommes estimés à environ 10 milliards de personnes, cela signifierait que nous avons 5 milliards de personnes dépendantes du riz, et 2 milliards qui n'auraient pas accès aux calories dont ils auraient normalement besoin, " a déclaré le co-auteur Scott Fendorf, le professeur Terry Huffington en science du système terrestre à la School of Earth de l'Université de Stanford, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth). « Nous devons être conscients de ces défis à venir afin que nous puissions être prêts à nous adapter. »

Les chercheurs ont spécifiquement étudié le riz car il est cultivé dans des rizières inondées qui aident à détacher l'arsenic du sol et le rendent particulièrement sensible à l'absorption d'arsenic. Alors que de nombreuses cultures vivrières contiennent aujourd'hui de petites quantités d'arsenic, certaines régions de culture sont plus sensibles que d'autres. Les changements futurs dans le sol dus à des températures plus élevées combinées à des conditions d'inondation entraînent une absorption d'arsenic par les plants de riz à des niveaux plus élevés - et l'utilisation d'eau d'irrigation avec une forte teneur en arsenic d'origine naturelle aggrave le problème. Bien que ces facteurs n'affecteront pas tous les produits de base mondiaux de la même manière, ils s'étendent à d'autres cultures de crue, comme le taro et le lotus.

« Je ne m'attendais tout simplement pas à l'ampleur de l'impact sur le rendement du riz que nous avons observé, " dit Fendorf, qui est également chercheur principal au Stanford Woods Institute for the Environment. "Ce qui m'a manqué, c'est à quel point la biogéochimie du sol réagirait à l'augmentation de la température, comment cela amplifierait l'arsenic disponible dans les plantes, et ensuite, couplé au stress thermique, comment cela aurait un impact réel sur la plante. »

Un produit naturel, produit chimique semi-métallique, l'arsenic se trouve dans la plupart des sols et des sédiments, mais est généralement sous une forme qui n'est pas absorbée par les plantes. L'exposition chronique à l'arsenic entraîne des lésions cutanées, cancéreux, aggravation d'une maladie pulmonaire et, finalement, décès. Il est particulièrement préoccupant dans le riz non seulement en raison de son importance mondiale, mais aussi parce que les aliments hypoallergéniques sont souvent introduits tôt chez les nourrissons.

"Je pense que ce problème est également crucial pour les personnes qui ont de jeunes enfants dans notre société, " a déclaré l'auteur principal E. Marie Muehe, un ancien chercheur postdoctoral à Stanford et maintenant à l'Université de Tübingen, Allemagne. « Parce que les nourrissons sont beaucoup plus petits que nous, s'ils mangent du riz, cela signifie qu'ils absorbent plus d'arsenic par rapport à leur poids corporel."

Simulations climatiques

Les chercheurs ont créé les conditions climatiques futures dans les serres sur la base d'estimations d'une possible augmentation de la température de 5 degrés Celsius et de deux fois plus de dioxyde de carbone atmosphérique d'ici 2100, tel que projeté par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat.

Alors que des recherches antérieures examinaient les impacts de l'augmentation de la température dans le contexte de la crise alimentaire mondiale, cette étude a été la première à prendre en compte les conditions du sol en combinaison avec les changements climatiques.

Pour les expériences, le groupe a cultivé une variété de riz à grain moyen dans le sol de la région rizicole de Californie. Les serres étaient contrôlées en température, les concentrations de dioxyde de carbone et les niveaux d'arsenic dans le sol, qui sera plus élevé à l'avenir en raison de son accumulation dans les sols provenant de l'irrigation des cultures avec de l'eau contaminée à l'arsenic, un problème qui est aggravé par le pompage excessif des eaux souterraines.

"On n'y pense pas souvent, mais le sol est vivant - il regorge de bactéries et de nombreux micro-organismes différents, " A déclaré Fendorf. "Il s'avère que ces micro-organismes déterminent si l'arsenic reste réparti sur les minéraux et loin des plantes ou se détache des minéraux dans la phase aqueuse."

Les chercheurs ont découvert qu'avec l'augmentation des températures, les micro-organismes ont déstabilisé une plus grande partie de l'arsenic inhérent au sol, conduisant à de plus grandes quantités de la toxine dans l'eau du sol qui est disponible pour l'absorption par le riz. Une fois pris, l'arsenic inhibe l'absorption des nutriments et diminue la croissance et le développement des plantes, facteurs qui ont contribué à la diminution de 40 pour cent du rendement observée par les scientifiques.

Alerte précoce, planification future

Alors que la perte dramatique de production est une cause majeure de préoccupation, les scientifiques espèrent que cette recherche aidera les producteurs à trouver des solutions potentielles pour nourrir le monde.

« La bonne nouvelle est qu'étant donné les avancées passées en termes de capacité de la communauté mondiale à sélectionner des variétés capables de s'adapter aux nouvelles conditions, ainsi que des révisions de la gestion des sols, Je suis optimiste, nous pouvons contourner les problèmes observés dans notre étude, " Fendorf a déclaré. "Je suis également optimiste que, alors que nous continuons à faire la lumière sur les menaces résultant d'un changement de 5 degrés Celsius, la société adoptera des pratiques pour s'assurer que nous n'atteignons jamais ce degré de réchauffement."

Comme prochaines étapes, Fendorf, le co-auteur Tianmei Wang et Muehe espèrent évaluer les rendements du riz à l'échelle mondiale en utilisant la télédétection pour localiser les rizières contaminées afin de modéliser les rendements futurs et la contamination par l'arsenic.

« Ceci est le plus susceptible d'être un problème là où la plupart du riz est consommé, nous pensons donc à l'Asie du Sud et de l'Est, " dit Wang, un doctorat candidat en science du système Terre. "Surtout pour des gens comme mon père, il consomme du riz trois fois par jour et il ne peut tout simplement pas s'en passer."