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下一場綠色革命

為了在2050年來臨前繼續為世界供給糧食,我們將需要另一場綠色革命。至於要如何實現這個目標,則有兩派不同的觀點。第一種是利用高科技,著重於延續博洛格的工作,培育更好的作物品種,但是要運用現代基因技術。

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現代的超級作物可以幫上大忙,但是要解決農業問題不能只靠生物科技。

撰文:提姆‧佛爾吉 Tim Folger

攝影: 克雷格.卡特勒 Craig Cutler

拉曼達尼.朱馬的木薯會不斷死去,一定有什麼原因。「也許是水太多了,」他說,手指著一株2公尺高的植物上那一團團枯黃的葉子。「或者是日照太多了。」朱馬在巴加慕奧城附近一小片不到半公頃的土地上耕種,這座城鎮位於坦尚尼亞沙蘭港北方約60公里處的印度洋岸。在一個下雨的3月早晨,朱馬四個年幼兒子當中的兩個跟在他身後,他自己則正和一名從大城市前來的技師談話。這名技師是28歲的迪歐葛拉提亞斯.馬克,來自密可基尼農業研究所。馬克告訴朱馬,問題不是太陽,也不是雨。真正的木薯殺手,是小到肉眼看不見的病毒。

馬克剝下一些淋溼的葉子;幾隻粉蝨迅速飛走。他解釋說,這些針頭大小的飛蟲會傳播兩種病毒。其中一種會蹂躪木薯的葉子,而另一種稱為褐條病毒,會摧毀富含澱粉且可以食用的根部——而這種病害通常要到收成時節才會被發現。

朱馬挖出一塊木薯根後,揮動鋤頭將它剖開。他嘆了口氣——乳白色的內部滿是腐敗澱粉造成的褐色條紋。

為了搶救足夠的作物以供販售並且餵飽家人,朱馬必須提早一個月收成。我問他,木薯對他有多重要?

「Mihogo ni kila kitu,」他用斯瓦西里語回答。「木薯就是一切。」

坦尚尼亞人大多是「生計農民」。在非洲,90%以上的作物由小型家庭農場栽種,超過2億5000萬人以木薯為主食。木薯就連在最貧瘠的土地上也能生長,而且耐得住熱浪與乾旱。要不是有粉蝨的話,木薯就是21世紀非洲的完美作物了。粉蝨的分布範圍正隨著氣候暖化而擴大。侵入朱馬田地的那兩種病毒,已經傳播到了東非各地。

在離開巴加慕奧以前,我們見到了朱馬的一位鄰居席亞.卡根貝。他的木薯田也沒有逃過病毒肆虐。他靜靜地聽著馬克說明病毒造成的危害。「你有什麼辦法能幫我們?」他問。

回答這個問題將是本世紀最艱鉅的挑戰之一。對朱馬、卡根貝與其他開發中國家的小農及他們所餵養的人口而言,氣候變遷與人口成長會讓生活愈來愈不安穩。

20世紀的大半時間裡,人類都還能維持住人口與食物供給間的平衡,並未讓人口成長如英國政治經濟學家馬爾薩斯的預測那樣造成災難。在21世紀,我們是能夠繼續保持優勢,還是會陷入全球性的糧食災難?

聯合國預測,到了2050年時,全球人口會比現在多20億以上。其中有一半將會出生於撒哈拉以南的非洲,另外有30%則會出生在南亞和東南亞。那些區域同時也是氣候變遷的效應——乾旱、熱浪、普遍的極端天候——預期將會最嚴重的地方。今年3月,聯合國政府間氣候變遷委員會(IPCC)提出警告,指出全球食物供給已經面臨危機。「過去20年間,作物產量的成長速度已趨緩,尤其是稻米、小麥和玉米,」美國普林斯頓大學氣候科學家、同時也是這份IPCC報告作者之一的麥可.歐本海默說。「有些地區的作物產量已經完全停止成長了。我個人認為,糧食系統崩潰是氣候變遷所帶來的最大威脅。」

半個世紀前,災難也曾像這樣森然逼近。一名經濟學家在1959年福特基金會的一場會議上提到全球饑荒時說:「展望未來數十年的世界,最好的情況是極不樂觀,最壞的情況則是糟得可怕。」九年後生物學家保羅.埃利希在其暢銷書《人口炸彈》中預測,饑荒會在1970與1980年代導致數億人死亡,尤其是在印度。

在那些令人生畏的預言實現之前,綠色革命改造了全球農業,尤其是小麥與稻米的生產。美國生物學家諾曼.博洛格透過選擇性育種,創造出一種矮生小麥品種;這個品種會將大部分的能量存於可食用的穀粒中,而不是在既長又不可食的麥桿裡。結果:每公頃的穀粒收成增加了。菲律賓國際水稻研究所的類似研究則讓餵飽全球近半數人口的稻米產量顯著提升。

從1960到1990年代,亞洲的稻米和小麥產量增加了一倍。在亞洲大陸人口增加了60%的同時,穀物價格仍然下跌;亞洲人攝取的熱量平均增加近三分之一,貧窮率則降低了一半。

為了在2050年來臨前繼續為世界供給糧食,我們將需要另一場綠色革命。至於要如何實現這個目標,則有兩派不同的觀點。第一種是利用高科技,著重於延續博洛格的工作,培育更好的作物品種,但是要運用現代基因技術。

「下一次綠色革命,將大大增強上一次綠色革命時所使用的工具,」孟山都公司技術長羅伯特.弗雷利說。他也是2013年獲頒世界糧食獎殊榮的得主之一。他主張,科學家現在已能辨識並操作許多種植物基因,創造出抗病及耐旱等性狀。這會令作物產量提高、韌性增強。

這個方法最具代表性的技術——同時也是讓孟山都大獲成功卻備受爭議的原因——就是基因改造作物。這種在1990年代首度推出的作物已經被28個國家採用,種植在全世界11%的可耕地上,其中包括美國半數的農作地。美國境內種植的玉米、棉花和大豆約有90%是基因改造作物。美國人食用基改作物已有將近20年。但在歐洲和非洲許多地區,關於基改作物安全性與環境衝擊的爭議則讓它廣泛遭到禁用。

像弗雷利這樣的提倡者認為,這種作物光是在美國就防止了數十億美元的損失,而且其實對環境有益。美國農業部一項新近研究指出,自從開始種植Bt玉米後,玉米的殺蟲劑用量減少了90%。這種玉米含有取自蘇力菌的基因,有助抵抗玉米螟和其他害蟲。中國的研究報告指出,在種植基改棉花的省分,有害的蚜蟲變少,而瓢蟲及其他益蟲的數量則增加了。

基改作物讓孟山都和許多農民獲利豐厚,卻無助於將高科技農業的理念推廣給大眾。孟山都的「抗農達」作物經過基因改造,能夠抵抗同為該公司產品的除草劑「農達」(中文亦稱「年年春」)。這意謂農夫可以任意噴灑除草劑來消滅雜草,而不會傷害到他們的基改玉米、棉花或大豆。他們與孟山都簽署的合約不允許他們保留作物種子供日後栽種;他們必須每年花錢購買該公司的專利種子。

儘管沒有確切證據可證明農達除草劑或抗農達作物不安全,另一派的提倡者還是認為購買那些要價不菲的基改種子,是為了一套行不通的農業體系所投入的昂貴成本。他們主張,現代農業已過度仰賴合成肥料和殺蟲劑了。它們不僅讓朱馬這樣的小農難以負擔,還會汙染土地、水和空氣。合成肥料是以化石燃料製成的,在田中施用時會排放出濃烈的溫室氣體。

孟山都並非唯一相信現代植物遺傳學有助於餵飽全世界的組織。在一個溫暖的2月傍晚,國際水稻研究所(IRRI)的植物遺傳學家葛倫.格雷戈里奧帶我參觀當初在亞洲為綠色革命揭開序幕的稻米。我們在馬尼拉東南方60公里處的洛斯巴諾斯鎮,沿著一些很特殊的稻田邊緣步行;在研究所的200公頃田地中,有很多這樣的稻田。

「這就是奇蹟米——IR8,」格雷戈里奧說,這時我們在一片高及大腿、生長濃密的翠綠色稻田旁停下腳步。公雞在遠處啼叫;白鷺在一大片綠色中更顯雪白;水田閃爍著銀光。IRRI是非營利組織,在1960年由福特與洛克斐勒基金會共同成立。兩年後,一位名叫彼得.詹寧斯的植物病理學家展開了一系列的雜交育種實驗。他以1萬種稻米品種的種子進行試驗。他配出的第八個雜交種——由一個台灣的矮生品系與印尼一個較高的品種雜交而成——造就了一個成長迅速、產量高的品系,後來因為幫助印度免於饑荒而被稱為印度8號水稻(IR8)。「它徹底改革了亞洲的稻米生產,」格雷戈里奧說。「有些印度家長還將兒子命名為IR8。」

我們沿著稻田走,又經過了其他著名的重要品種,每一種的名稱都清楚地漆在木頭標示牌上。國際水稻研究所每年推出數十個新品種;自1960年代至今,世界各地所種植的已有大約1000種。每年的產量成長通常接近1%。「我們想要把這個數字提高到2%,」格雷戈里奧說。全球人口現在以每年1.14%的速度增加,預計到2050年時會減緩至0.5%。

好幾十年來,IRRI都致力於改良栽種在水田中的傳統稻種。最近這些年,研究所將注意力轉移到了氣候變遷上頭。他們現在也推出耐旱品種,其中一種可以栽種在旱田中,仰賴雨水存活,就像玉米和小麥一樣。此外也有一種耐鹽米,非常適合栽種在像孟加拉這種因海平面上升而導致稻田遭到海水毒害的國家。

IRRI的稻種只有少數是基改作物,意即它們含有轉植自其他物種的基因,但目前都還未上市。其中一種是「黃金米」,它含有來自玉米的基因,能製造β胡蘿蔔素,目的是對抗在全球肆虐的維生素A缺乏症。去年夏天,IRRI試種的一小片黃金米稻田遭到反基改作物的活動人士摧毀。所長羅伯特.柴格勒說,IRRI只有在無法從現有稻米中找到他們要的性狀時,才會採用最後手段,創造基因改造品種。

然而研究所的育種工作的確因為現代遺傳學而全面加快了腳步。有好幾十年的時間,IRRI的育種者都耐心地遵照傳統步驟進行育種:挑選帶有目標性狀的稻米、異花授粉、等待子代成熟、挑選表現最好的植株,再重複整個程序。現在,在這個煞費苦心的程序之外也有另一種選擇。2004年一個國際研究人員聯盟繪製了水稻基因組的完整圖譜,基因組由大約4萬個獨立基因組成。此後,世界各地的研究人員都能準確找到控制珍貴性狀、並且可以被直接挑選出來的基因。

舉例來說,2006年時美國加州大學戴維斯分校的植物病理學家帕梅拉.羅納德從一個東印度稻種分離出一種名為Sub1的基因。這種稻米因為產量低,現已很少種植,但卻擁有一個值得注意的特徵:它可以在水下存活兩週。多數稻種淹水三天就會死亡。

IRRI的研究人員透過異花授粉,讓含有Sub1基因的稻米與一個名為Swarna的品種雜交;這種稻米產量高且風味佳,在印度和孟加拉很受歡迎。接著他們藉由篩選DNA來判斷哪些幼苗遺傳了Sub1基因。這個技術稱為「標誌輔助育種」,不但更精確,也省時間。研究人員完全不需要種下幼苗、栽培它們,然後再將它們浸在水中兩週,看哪些會存活下來。

這種稱為Swarna-Sub1的新種耐洪稻米,在亞洲已經有將近400萬農民種植。亞洲地區每年約有5000萬英畝(2025萬公頃)的稻田遭到洪災摧毀。一項新近研究顯示,在印度孟加拉灣沿岸的奧里薩邦,新種耐洪稻米讓128個村莊的農民受惠,稻米收成增加了25%以上。最貧窮的農民受惠最多。

「在印度,最低種姓的人得到的土地也最差,而奧里薩邦境內最差的土地就是容易淹水的土地,」柴格勒說。「現在有了一種先進的生物科技產品,也就是耐洪稻米,能優先幫助到最窮苦的人——也就是賤民。我認為這故事棒透了。」

國際水稻研究所最有野心的一項計畫如果成功,就會徹底改變稻米,或許也能讓稻米產量大增。稻米、小麥和許多其他植物所進行的光合作用稱為C3型,吸收陽光後會製造出三碳化合物。玉米、甘蔗及一些其他植物則進行C4型光合作用。這類作物需要的水和氮比C3作物少很多,「產量通常也高了50%,」IRRI的威廉.保羅.奎克說。他計畫透過操作稻米本身的基因,將其轉變成C4作物。

C4型光合作用與Sub1水稻的耐水性狀不同,它受到許多基因控制,而非只有單一基因,因此要操作出這種性狀並不容易。另一方面,奎克表示:「有62種譜系獨立演化出了這種性狀。這代表做起來應該沒那麼困難。」他和同事正透過逐一「汰除」基因,有系統地鑑別出狗尾草中負責光合作用的所有基因。狗尾草是一種生長快速的C4型小禾草,目前為止,他們在狗尾草裡找到的基因,在C3植物裡也都有,只是負責的功能不同。

奎克和他的同事希望能學會如何在稻米中啟動這些基因。「我們認為要達到這個目標,至少要花15年,」奎克說。「現在是第4年。」他們若成功了,這些技術可能也會有助於提高馬鈴薯、小麥及其他C3植物的產量。這對糧食安全來說將是前所未有的好消息;理論上,產量可能增加達50%。

這樣的前景讓柴格勒成了生物科技的熱烈擁護者。蓄著白鬍子的柴格勒親切慈祥,自稱是個「老左派」。他認為關於基因改造作物的公開辯論已經成了一場混戰。「在1960年代,我的專業生涯剛起步時,許多人投入基因工程領域是因為覺得自己可以造福世界,」他說。

「當時我們認為,這些工具實在太神奇了!」

「我們是有一點覺得被環境運動背叛了,這點我可以明白告訴你。如果要談的是大企業在糧食供給中應該扮演的角色,我們可以談——這議題很重要。但這和我們是否應該利用基因工程來改良作物是不同的議題。兩個議題都很重要,但不要將它們混為一談。」

哪一種農業願景才適合撒哈拉以南的非洲農民?美國密蘇里州聖路易市唐納德.丹弗斯植物科學中心的遺傳學家奈傑爾.泰勒說,現在褐條病毒有可能會引發另一場木薯荒。「過去五至十年裡,災情已經大幅擴散,而且愈來愈慘重,」他說。「由於溫度升高,粉蝨的分布範圍也在擴大。最令人擔憂的是褐條病毒已經開始傳入非洲中部了,倘若它蔓延到西非廣大的木薯種植區,就會成為糧食安全的大問題。」

泰勒和其他研究者正在研發對褐條病毒免疫的基因改造木薯品種,目前還在早期階段。他正與烏干達的研究人員合作進行田野試驗,另一項田野試驗也已經在肯亞展開。然而目前只有四個非洲國家,即埃及、蘇丹、南非和布吉納法索允許商業種植基改作物。

在非洲和在其他地方一樣,儘管沒有什麼科學證據為基礎,大眾仍對基改作物心懷恐懼。比較有科學根據的說法是,高科技的農作物品種並不是萬靈丹,甚至可能不是非洲農民最需要的解決方案。就連在美國,也有部分農民在種植基改作物上碰到問題。

舉例來說,今年3月發表的一篇論文記錄了一個令人不安的趨勢:玉米根蟲已經開始演化出對Bt玉米所含細菌毒素的抵抗力了。「我看到資料時很驚訝,因為我知道這意味著這種技術已經開始失去作用了,」這篇論文的共同作者、美國愛荷華州立大學昆蟲學家亞倫.賈斯曼表示。他說,其中一個問題是有些農民沒有按照法律規定,種植非Bt玉米的「避險農地」,這種農地會養活對蘇力菌毒素仍然不具抵抗力的根蟲,因此可減緩抗毒基因的傳播。

坦尚尼亞境內還沒有基因改造作物,不過有些農民已逐漸認識到一點:種植多樣化作物是簡單、低科技的解決方案,也是驅除害蟲最好的方法之一。現在坦尚尼亞獲得認證的有機農民是全世界第四多的。這有部分要歸功於一位名叫珍娜.瑪羅的年輕女子。

2009年瑪羅還在位於莫洛哥羅的索科因農業大學就讀大學部時,協助成立了一個名為「坦尚尼亞永續農業」(SAT)的非營利組織。從那時開始,她和為數不多的工作人員就一直在訓練當地農民實施有機耕種。

莫洛哥羅位於沙蘭港西方大約160公里處的烏盧古魯山下。我在巴加慕奧拜訪朱馬後隔了幾天,瑪羅帶我上山去看有機農場;我們造訪了三個地方,都屬於坦尚尼亞最早獲得認證的有機農場。「政府的農業代表不會來這裡,」她在我們開著小卡車,搖搖晃晃地在印滿胎紋的陡峭泥土路上前進時說道。在從印度洋移入的雨水滋潤下,山坡上依然林木茂密。但這些林地也日漸被盧古魯人清除,闢為農地。

每行駛大約半公里,我們就會經過獨自一人或三兩成群步行的女性,她們頭上都頂著裝了木薯、木瓜或香蕉的籃子。這天是市集日,地點在我們下方900公尺處的莫洛哥羅。這裡的女性不只是腳夫而已。在盧古魯人的社會中,土地所有權透過家中的女性傳承。「如果有位女性不喜歡某位男性,那位男士就得滾蛋!」瑪羅說。

她在一棟磚房前停下車,這房子只有一個房間,部分牆壁塗上了灰泥,屋頂則是金屬波浪板。身材高挑、穿著短袖白上衣及一片裙的女子哈比雅.齊布瓦娜邀請我們和兩名鄰居在她家的前廊坐坐。

有別於巴加慕奧的農民,齊布瓦娜和她的鄰居種植的作物相當多樣化:現在正值香蕉、酪梨和百香果的產季。再過不久他們就會種植胡蘿蔔、菠菜和其他葉菜,全部供當地居民食用。多樣化的種植可以在其中一種作物歉收時提供備用糧食,也能減少害蟲。這裡的農民正在學習有策略地種植:他們栽種成排的王爺葵,這是粉蝨偏好的一種野生葵花,因而能吸引這些害蟲遠離木薯。他們使用堆肥而不用合成肥料,讓土質大為改善,其中一位農民皮亞斯.保利尼的菠菜產量甚至因此增加了一倍。他的農地所排出的逕流也不再汙染為莫洛哥羅供水的溪流了。

有機耕作讓農民生活改變最大的成效,或許就是讓他們脫離負債。即使政府提供津貼,要買到可供半公頃農地使用的肥料和殺蟲劑,農民還是得花上50萬坦尚尼亞先令(超過300美元)——在一個人均年所得不到1600美元的國家,這是一筆驚人的花費。「以前我們必須購買肥料,沒有多餘的錢讓孩子上學,」齊布瓦娜說。如今她的大女兒已經完成了高中學業。

不僅如此,農地的生產力也提高了。「我們市場中販賣的食物大多來自小農,」瑪羅說。「是他們在餵飽這個國家。」

我問瑪羅,基因改造種子是不是也有可能幫助那些農民?她表示懷疑。「那並不實際,」她說。他們若負擔不起肥料,又怎麼會買得起種子呢?這個國家只有極少數農民見過政府的農業顧問,甚或知道有疾病在危害他們的作物,那麼,她問:他們又有多少機會能獲得必要的諮詢,用正確的方式種植基改作物呢?從齊布瓦娜家的前廊望去,我們看到山坡上廣闊綿延的豐饒梯田——但也有非有機農民呈褐色、土壤已經流失的農地,因為他們大多沒有開闢能夠留住珍貴土壤的梯田。齊布瓦娜和保利尼說,他們的成功經驗吸引了鄰居的注意。有機農耕在這裡逐漸普及,但速度很慢。

離開坦尚尼亞時,我心想那就是主要的問題:如何將有用的知識從SAT或IRRI之類的組織傳遞給像朱馬那樣的人。問題不是要斷然選擇哪一種知識:低科技還是高科技、有機農耕還是基因改造。增加產量或抑制粉蝨的方法不是只有一種。「有機農耕在某些地區可能是適當的選擇,」孟山都的高級主管馬克.艾吉說。「我們絕不認為基改作物是非洲所有問題的解答。」羅伯特.柴格勒則表示,自第一次綠色革命以來,除了遺傳學以外,生態科學也有進步。IRRI也利用了這些進展。

「看到外頭那些飛翔的白鷺嗎?」他在我們談話近尾聲時問道。他辦公室外有一群白鷺正降落在綠油油的稻田上;遠處的群山在薄暮微光下閃耀。「1990年代初期,在這裡是看不到鳥類的。我們使用的殺蟲劑害死了鳥、蝸牛和其他所有生物。後來我們投注大量心力去了解稻田的生態結構。這些結構是很複雜的網絡,一旦受干擾,蟲害就會大量出現。我們學到,大多數情況下並不需要殺蟲劑。稻米是很有韌性的植物。它的抵抗力是可以增強的。現在這裡有了豐饒的生態,而且作物產量不減。」

「每天到了某個時間,總會有上百隻白鷺出現。這個景象實在令人振奮。明天可以變得更好。」

 

 

 

 

 

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在美國堪薩斯州立大學的一座小麥種子銀行,植物病理學家畢可蘭姆.吉爾手捧著一株「基因寶藏」:山羊草。大約8000年前,這種中東的野草(放大如上)在自然環境下為一種小麥祖先授粉,創造出風行全球的穀物——小麥。吉爾正在仿效大自然,利用山羊草的基因來幫助現代小麥抵抗害蟲、高溫與嚴寒。Photograph by Craig Cutler

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孟山都公司以自動化程序尋找理想的基因。種子切割機每天都從數千顆玉米粒上切下細小的樣本,但不會傷到內部的胚芽。另有其他機器負責萃取及分析每個樣本的DNA。上百萬顆玉米粒中,只有極少數擁有目標性狀,包括對害蟲或乾旱的抵抗力。也只有這些玉米粒才會被育種者種植。Photograph by Craig Cutler

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身長3公釐、有著紅色眼睛的亞洲柑桔木蝨,在柑桔類的葉柄上進食。這種昆蟲會傳播柑桔黃龍病,由細菌引起的這種病害正在美國佛羅里達州的柑桔果園中肆虐。染病的果樹會結出畸形、味道苦澀的綠色果實。左頁的幼苗經過基因改造以產生能抵禦這種疾病的抗生素,或許有助於保護產值高達90億美元的佛州柑桔產業。Photograph by Craig Cutler

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地球上所有生命體的基因,包括珍貴的油料作物向日葵的基因,都是由四種化合物的不同序列所組成,這些化合物分別是腺嘌呤、胸腺嘧碇、胞嘧啶和鳥糞嘌呤,縮寫分別為A、T、C、G。科學家希望能藉由辨識及操作基因來創造新的作物,幫助我們面對全球暖化和人口成長帶來的挑戰。Photograph by Craig Cutler

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這個培養皿中的木薯經過基因改造,可以抵抗褐條病毒。這種病害正在撒哈拉以南非洲四處傳播,木薯在當地是2億5000萬人的主食。這種基改木薯的田野試驗於今年春天在烏干達展開;只有四個非洲國家允許種植基因改造作物。Photograph by Craig Cutler

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番茄通常種植在乾熱的氣候中,需要很多灌溉用水——平均一顆番茄需要50公升水。為了創造出較不需要水的品種,丹.齊特伍德在聖路易市唐納德.丹弗斯植物科學中心的團隊正在為番茄植株與一個來自祕魯阿塔卡馬沙漠的野生種進行雜交。阿塔卡馬沙漠是地球上最乾燥的地區之一。Photograph by Craig Cutler

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種植在菲律賓國際水稻研究所(IRRI)試驗田中的IR8水稻,在越南被稱為「本田稻」,因為稻米豐收讓農民有錢購買摩托車。1966年時,這種稻米開啟了綠色革命,讓亞洲農民的收成增加了一倍,也提高了他們的收入。Photograph by Craig Cutler

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全球暖化造成海平面逐漸上升,也導致海岸地區遭到淹沒。圖中置於菲律賓IRRI水族缸中的新稻米品系名為IR64-Sub1,能在水中存活兩週——這對亞洲低窪地區的窮苦農民是一大福音,這些地區每年遭洪水摧毀的稻田廣達2000萬公頃。Photograph by Craig Cutler

引用來源:國家地理雜誌