أرز

كغيره من المحاصيل، يعتمد نمو الأرز على عوامل بيئية حيوية وغير حيوية. تشمل العوامل الحيوية الرئيسية صنف المحصول، والآفات ، وأمراض النبات . أما العوامل غير الحيوية فتشمل نوع التربة، وما إذا كانت أرضًا منخفضة أو مرتفعة، وكمية مياه الأمطار أو الري، ودرجة الحرارة، وطول النهار ، وشدة ضوء الشمس. ^{[ 12 ]}

يمكن زراعة حبوب الأرز مباشرة في الحقل حيث ستنمو، أو يمكن زراعة الشتلات في مشتل ثم نقلها إلى الحقل. تتطلب الزراعة المباشرة ما بين 60 و80  كيلوغرامًا من الحبوب للهكتار الواحد، بينما تتطلب الزراعة بالشتلات كمية أقل، حوالي 40  كيلوغرامًا للهكتار، ولكنها تتطلب جهدًا أكبر بكثير. ^{[ 13 ]} يُزرع معظم الأرز في آسيا يدويًا. تستغرق الزراعة الآلية وقتًا أقل، ولكنها تتطلب حقلًا مُجهزًا بعناية وشتلات مزروعة على حصائر أو في صوانٍ لتناسب الآلة. ^{[ 14 ]} لا ينمو الأرز جيدًا إذا كان مغمورًا بالماء باستمرار. ^{[ 15 ]} يمكن زراعة الأرز في بيئات مختلفة، حسب توافر المياه. الترتيب المعتاد هو إحاطة حقول الأراضي المنخفضة بسدود ترابية وغمرها بالماء حتى عمق بضعة سنتيمترات حتى حوالي أسبوع قبل الحصاد؛ وهذا يتطلب كمية كبيرة من الماء. أما تقنية "الري بالتناوب" فتستخدم كمية أقل من الماء. إحدى طرق الري هي غمر الحقل بالماء حتى عمق 5  سم (  بوصتين)، ثم ترك مستوى الماء ينخفض ​​إلى 15  سم (6  بوصات) تحت سطح الأرض، وذلك بقياسه من خلال أنبوب مثقوب مغروس في التربة، ثم تكرار العملية. ^{[ 16 ]} تتحمل أصناف الأرز المزروعة في المياه العميقة الغمر حتى عمق يزيد عن 50 سم لمدة شهر على الأقل. ^{[ 17 ]} يُزرع أرز المرتفعات دون غمر، في المناطق الجبلية أو التلالية؛ ويعتمد على مياه الأمطار مثل القمح أو الذرة. ^{[ 18 ]}

حرث مدرجات الأرز باستخدام الجاموس المائي في جاوة

مزارعون يزرعون الأرز باليد في كمبوديا

زراعة الأرز الآلية في اليابان

مدرجات أرز قديمة على سفوح الجبال في باناوي ، الفلبين

في جميع أنحاء آسيا، كان الأرز غير المقشور، أو "الأرز غير المقشور" (باللغة الملايوية " بادي " )، منتجًا تقليديًا للزراعة في المزارع الصغيرة ، حيث كان يُحصد يدويًا . أما المزارع الكبيرة فتستخدم آلات مثل الحصادات الآلية لتقليل الاعتماد على العمالة. ^{[ 19 ]} يصبح الأرز جاهزًا للحصاد عندما تتراوح نسبة الرطوبة فيه بين 20 و25%. تشمل عملية الحصاد حصد السيقان المقطوعة، وتكديسها، ودراسها لفصل الحبوب، وتنظيفها بالتذرية أو الغربلة . ^{[ 20 ]} يُجفف الأرز في أسرع وقت ممكن لخفض نسبة الرطوبة إلى مستوى آمن من نمو الفطريات. تعتمد طرق التجفيف التقليدية على حرارة الشمس، حيث تُنشر الحبوب على حصر أو أرصفة. ^{[ 21 ]}

حصادة أرز في محافظة تشيبا ، اليابان

بعد الحصاد، يتم جمع قش الأرز بالطريقة التقليدية من حقول الأرز الصغيرة في ماي وانغ ، تايلاند

حرق مخلفات الأرز لتجهيز الأرض لزراعة القمح في سانغرور ، الهند

تجفيف الأرز في بيرافور ، الهند

تُعدّ أنواع الأرز الصالحة للأكل أعضاءً في مجموعة BOP ضمن الفصيلة النجيلية ( Poaceae ). وتُعتبر فصيلة الأرز الفرعية (Oryzoideae ) شقيقةً لفصيلة الخيزران ( Bambusoideae ) وفصيلة الحبوب الفرعية (Pooideae) . ويُعدّ جنس الأرز (Oryza) واحدًا من أحد عشر جنسًا في فصيلة الأرز الفرعية (Oryzeae)، وهو شقيق لفصيلة Phyllorachideae . ويُعدّ نوعا الأرز الصالحان للأكل O. sativa و O. glaberrima من بين حوالي 300 نوع أو نوع فرعي في هذا الجنس. ^{[ 22 ]}

تم استئناس أرز Oryza sativa لأول مرة في الصين قبل 9000 عام، ^{[ 23 ]} على يد شعوب العصر الحجري الحديث في أعالي وأسفل نهر اليانغتسي ، المرتبطةبمتحدثي لغات همونغ-مين وما قبل الأسترونيزيين . ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]} يُعد الأليل الوظيفي المسؤولعن عدم التفتت ، وهو المؤشر الحاسم للاستئناس في الحبوب، بالإضافة إلى خمسة أشكال أخرى من تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة ، متطابقًا في كل من نوعي الأرز الهندي والياباني. وهذا يشير إلى حدث استئناس واحد لأرز Oryza sativa . ^{[ 28 ]} نشأ كل من نوعي الأرز الهندي والياباني الآسيويين من حدث استئناس واحد في الصين من الأرز البري Oryza rufipogon . ^{[ 29 ] [ 28 ]} على الرغم من هذه الأدلة، يبدو أن أرز إنديكا نشأ عندما وصل أرز جابونيكا إلى الهند منذ حوالي 4500 عام وتهجن مع نوع آخر من الأرز، سواء كان أرز بروتو- إنديكا غير مستأنس أو أرز بري من نوع O. nivara . ^{[ 30 ]}

أُدخل الأرز مبكرًا إلى الثقافات الصينية التبتية في شمال الصين قبل حوالي 6000 إلى 5600 عام، ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 25 ]} وإلى شبه الجزيرة الكورية واليابان قبل حوالي 5500 إلى 3200 عام. ^{[ 33 ] [ 34 ]} كما نُقل إلى تايوان بواسطة حضارة دابنكنغ قبل 5500 إلى 4000 عام، قبل أن ينتشر جنوبًا عبر الهجرات الأسترونيزية إلى جزر جنوب شرق آسيا ومدغشقر وغوام ، لكنه لم ينجُ من رحلته إلى بقية المحيط الهادئ. ^{[ 24 ] [ 35 ] [ 36 ]} ووصل إلى متحدثي اللغات الأسترونيزية ولغات كرا-داي في برّ جنوب شرق آسيا وجنوب الصين قبل 5000 عام. ^{[ 24 ] [ 37 ]}

انتشر الأرز في أنحاء العالم عبر الزراعة والهجرة والتجارة، وصولًا إلى الأمريكتين كجزء من التبادل الكولومبي بعد عام ١٤٩٢. ^{[ ٣٨ ]} أما أرز أوريزا جلابيريما (الأرز الأفريقي)، الأقل شيوعًا حاليًا، فقد تم استئناسه بشكل مستقل في أفريقيا قبل حوالي ٣٠٠٠ عام، ^{[ ٣٨ ] [ ٣٩ ]} وأدخله الإسبان إلى الأمريكتين. ^{[ ٤٠ ]} في أمريكا الشمالية البريطانية، وبحلول بداية حرب الاستقلال الأمريكية ، أصبح الأرز رابع أهم سلعة تصديرية بعد التبغ والقمح والأسماك. ^{[ ٤١ ]}

في عام 2023، بلغ الإنتاج العالمي من الأرز 800 مليون طن ، وتصدرت الصين والهند الإنتاج بنسبة 52% من الإجمالي. ^{[ 42 ]} وبذلك احتل الأرز المرتبة الثالثة في قائمة المحاصيل من حيث الإنتاج، بعد قصب السكر والذرة . ^{[ 42 ]} ومن بين المنتجين الرئيسيين الآخرين بنغلاديش وإندونيسيا وفيتنام . ^{[ 42 ]} ويأتي 90% من الإنتاج العالمي من آسيا ^{. [ 43} ]

• 
  الإنتاج العالمي للمحاصيل الأساسية حسب السلع الرئيسية ^{[ 44 ]}
• 
  إنتاج الأرز ^{[ 45 ]}

بلغ متوسط ​​إنتاج الأرز العالمي 4.7 طن متري للهكتار (2.1 طن قصير للفدان) في عام 2022. ^{[ 46 ]} وسجّل يوان لونغبينغ ، من المركز الوطني الصيني لأبحاث وتطوير الأرز الهجين، رقماً قياسياً عالمياً في إنتاج الأرز عام 1999، حيث بلغ 17.1 طن متري للهكتار (7.6 طن قصير للفدان) في قطعة أرض تجريبية. وقد استُخدم في ذلك أرز هجين مُطوّر خصيصاً ونظام تكثيف زراعة الأرز (SRI)، وهو ابتكار في زراعة الأرز. ^{[ 47 ]}

يُعدّ الأرز غذاءً أساسياً في آسيا وأمريكا اللاتينية وبعض أجزاء أفريقيا، ^{[ 48 ]} حيث يُطعم أكثر من نصف سكان العالم. ^{[ 43 ]} ومع ذلك، يُمكن أن يُفقد جزء كبير من المحصول بعد الحصاد نتيجةً لعدم كفاءة النقل والتخزين والطحن. ففي نيجيريا، يُفقد ربع المحصول بعد الحصاد. وتشمل خسائر التخزين تلف الأرز بسبب الفطريات إذا لم يُجفف جيداً. أما في الصين، فقد بلغت الخسائر في صوامع المعادن الحديثة 0.2% فقط، مقارنةً بنسبة 7-13% عندما كان الأرز يُخزن في المنازل الريفية. ^{[ 49 ]}

تزيل عملية معالجة الأرز طبقة واحدة أو أكثر لإنتاج منتجات قابلة للتسويق.
أرز مع قشور أرز بني أرز مع جنين أرز أبيض مع بقايا النخالة مصقول	قش نخالة بقايا النخالة جنين الحبوب السويداء

تُطحن الحبوب الجافة لإزالة الطبقات الخارجية، أي القشرة والنخالة . ويمكن إزالة هذه الطبقات في خطوة واحدة، أو على خطوتين، أو كما هو الحال في الطحن التجاري، في عملية متعددة المراحل تشمل التنظيف، والتقشير، والفصل، والتلميع، والتصنيف، والوزن. [ ^{50 ] أما} الأرز البني، فتُزال منه القشرة غير الصالحة للأكل فقط. ^{[ 51 ]} وتُزال النخالة والجنين في عملية طحن إضافية لإنتاج أرز أبيض اللون تدريجيًا. ^{[ 51 ]} يُعرَّض الأرز المسلوق جزئيًا لعملية تبخير قبل طحنه. وهذا يجعل الحبوب أكثر صلابة، وينقل بعض الفيتامينات والمعادن الموجودة في الحبوب إلى الجزء الأبيض من الأرز، بحيث تبقى هذه العناصر بعد الطحن. ^{[ 51 ]}

• 
  الأرز الياباني من غير المقشور إلى المقشور ، من اليسار إلى اليمين: أرز بني ، أرز مع جنين ، أرز أبيض

تُعدّ أرقام التجارة العالمية أقل بكثير من أرقام الإنتاج، إذ لا تتجاوز نسبة الأرز المُتداول دوليًا 8% من إجمالي الإنتاج. وقد أصبحت الصين، التي كانت مُصدِّرة للأرز في أوائل العقد الأول من الألفية الثانية، أكبر مُستورد للأرز في العالم بحلول عام 2013. ^{[ 52 ]} وتُعدّ الدول النامية اللاعب الرئيسي في تجارة الأرز العالمية؛ فبحلول عام 2012، كانت الهند أكبر مُصدِّر للأرز، تليها تايلاند وفيتنام. ^{[ 53 ]}

حتى عام 2016، كانت الصين (29% من الإجمالي)، والهند، وإندونيسيا أكثر الدول استهلاكًا للأرز. ^{[ 54 ]} وبحلول عام 2020، احتلت بنغلاديش المرتبة الثالثة بعد إندونيسيا. وبمعدل سنوي يتراوح بين عامي 2020 و2023، استهلكت الصين 154 مليون طن من الأرز، والهند 109 ملايين طن، بينما استهلكت بنغلاديش وإندونيسيا حوالي 36 مليون طن لكل منهما. وعلى مستوى العالم، انخفض استهلاك الأرز للفرد في القرن الحادي والعشرين، حيث قلّ استهلاك الحبوب وزاد استهلاك اللحوم في آسيا وغيرها من المناطق. ويُستثنى من ذلك منطقة أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، حيث يشهد كل من استهلاك الأرز للفرد وعدد السكان ارتفاعًا. ^{[ 55 ]}

يُعدّ الأرز من الأطعمة الشائعة في جميع أنحاء العالم. تُصنّف أنواع الأرز عادةً إلى قصيرة ومتوسطة وطويلة الحبة. عادةً ما تكون أنواع الأرز الهندي (Oryza sativa indica) طويلة الحبة، بينما تكون أنواع الأرز الياباني (Oryza sativa japonica) قصيرة أو متوسطة الحبة. يتميز الأرز قصير الحبة، باستثناء أرز بومبا الإسباني، بلزوجته عند الطهي، وهو مناسب للحلويات. يتميز أرز الياسمين التايلاندي برائحته العطرية، وعلى غير العادة بالنسبة للأرز طويل الحبة، يتميز بلزوجته وملمسه الناعم. أما أرز بسمتي الهندي فهو طويل الحبة جدًا وذو رائحة عطرية. بينما يتميز أرز أربوريو الإيطالي ، المستخدم في الريزوتو ، بطول حبته وشكله البيضاوي ولزوجته العالية. أما أرز السوشي الياباني فهو نوع قصير الحبة ولزج. ^{[ 56 ]}

يتكون الأرز الأبيض المطبوخ من 69% ماء، و29% كربوهيدرات ، و2% بروتين ، ويحتوي على نسبة ضئيلة من الدهون (انظر الجدول). توفر حصة مرجعية مقدارها 100 غرام (3.5 أونصة) من الأرز الأبيض المطبوخ 130 سعرة حرارية ، ويحتوي على مستويات معتدلة من المنجنيز ( 18% من القيمة اليومية)، دون وجود عناصر غذائية دقيقة أخرى بكميات كبيرة (جميعها أقل من 10% من القيمة اليومية ). ^{[ 59 ]} في عام 2018، أوصت منظمة الصحة العالمية بشدة بتدعيم الأرز بالحديد ، وأوصت بشروط بتدعيمه بفيتامين أ وحمض الفوليك . ^{[ 60 ]} 

لا يحتوي الأرز على الغلوتين ، لذا فهو مناسب للأشخاص الذين يتبعون نظامًا غذائيًا خاليًا من الغلوتين . ^{[ 61 ]} يُعدّ الأرز مصدرًا جيدًا للبروتين وغذاءً أساسيًا في أجزاء كثيرة من العالم، ولكنه ليس بروتينًا كاملًا لأنه لا يحتوي على جميع الأحماض الأمينية الأساسية بكميات كافية للحفاظ على صحة جيدة. ^{[ 62 ]}

الأرز الذهبي هو نوع مُعدّل وراثيًا لإنتاج بيتا كاروتين ، وهو مُركّب أولي لفيتامين أ، في سويداء حبة الأرز. يُزرع ويُستهلك في مناطق العالم التي ينتشر فيها نقص فيتامين أ . ^{[ 63 ] [ 64 ]} وقد عارضه ناشطون مناهضون للكائنات المعدلة وراثيًا، كما هو الحال في الفلبين . ^{[ 65 ]} في عام 2016، شجّع أكثر من 100 حائز على جائزة نوبل على استخدام الكائنات المعدلة وراثيًا ، مثل الأرز الذهبي، لما قد تُوفّره من فوائد. ^{[ 66 ]}

في عام 2022، قُدِّرت انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من زراعة الأرز بنحو 5.7 مليار طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون، ما يُمثل 1.2% من إجمالي الانبعاثات. ^{[ 67 ]} وفي القطاع الزراعي، يُنتج الأرز ما يقرب من نصف انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من الأراضي الزراعية ، ^{[ 68 ]} ونحو 30% من انبعاثات غاز الميثان الزراعي ، و11% من انبعاثات أكسيد النيتروز الزراعي . ^{[ 69 ]} وينطلق غاز الميثان من حقول الأرز التي تتعرض للغمر لفترات طويلة، حيث يُعيق ذلك امتصاص التربة للأكسجين الجوي ، مما يؤدي إلى التخمر اللاهوائي للمواد العضوية في التربة. ^{[ 70 ]} ويمكن الحد من الانبعاثات عن طريق زراعة أصناف جديدة، وتجنب الغمر المستمر، وإزالة القش. ^{[ 71 ]}

من الممكن خفض انبعاثات غاز الميثان في زراعة الأرز من خلال تحسين إدارة المياه، وذلك بالجمع بين البذر الجاف وخفض مستوى المياه مرة واحدة، أو بتنفيذ سلسلة من عمليات الري والتجفيف . ويؤدي ذلك إلى خفض الانبعاثات بنسبة تصل إلى 90% مقارنةً بالري الكامل، بل وزيادة في المحصول. ^{[ 72 ]}

تتباين التوقعات بشأن تأثيرات تغير المناخ على زراعة الأرز. فقد أشارت التوقعات إلى انخفاض إنتاج الأرز العالمي بنحو 3.2% مع كل ارتفاع في متوسط ​​درجة الحرارة العالمية بمقدار درجة مئوية واحدة ^{[ 73 ]} ، بينما تتوقع دراسة أخرى زيادة في زراعة الأرز العالمية مبدئيًا، لتستقر عند ارتفاع في درجة الحرارة بنحو 3 درجات مئوية (2091-2100 مقارنةً بـ 1850-1900). ^{[ 74 ]}

تختلف آثار تغير المناخ على زراعة الأرز باختلاف الموقع الجغرافي والسياق الاجتماعي والاقتصادي. فعلى سبيل المثال، أدى ارتفاع درجات الحرارة وانخفاض الإشعاع الشمسي خلال السنوات الأخيرة من القرن العشرين إلى انخفاض محصول الأرز بنسبة تتراوح بين 10% و20% في 200 مزرعة موزعة على سبع دول آسيوية. وقد يكون هذا الانخفاض ناتجًا عن زيادة التنفس الليلي. ^{[ 75 ] [ 76 ]} وقد توقع المعهد الدولي لبحوث الأرز (IRRI) أن ينخفض ​​محصول الأرز في آسيا بنحو 20% لكل درجة مئوية واحدة ترتفع فيها درجة الحرارة العالمية. علاوة على ذلك، لا يستطيع الأرز إنتاج الحبوب إذا تعرضت أزهاره لدرجة حرارة 35 درجة مئوية أو أكثر لأكثر من ساعة، وبالتالي سيتلف المحصول في ظل هذه الظروف. ^{[ 77 ] [ 78 ]}

في وادي بو بإيطاليا، عانت أصناف أرز أربوريو وكارنارولي المستخدمة في الريزوتو من ضعف المحاصيل بسبب الجفاف في القرن الحادي والعشرين. ويعمل المعهد الوطني للأرز على تطوير أصناف مقاومة للجفاف؛ إذ يتميز صنف "نوفو بروميتيو" بجذوره العميقة التي تمكنه من تحمل الجفاف، ولكنه غير مناسب للريزوتو. ^{[ 79 ]}

يمكن أن يؤدي نمو الأعشاب الضارة ومجموعة واسعة من الآفات، بما في ذلك الحشرات والديدان الخيطية والقوارض مثل الجرذان والقواقع والطيور، إلى انخفاض محصول الأرز . [ 80 ] تشمل آفات ^{الأرز الحشرية الرئيسية} ديدان الجيش، وبق الأرز ، والبق الأسود ، وحفارات السيقان، والديدان القارضة، ونطاطات الأرز، ونطاطات الأوراق، والبق الدقيقي، والصراصير، والجنادب. ^{[ 81 ]} قد يكون سبب عودة ظهور أعداد نطاطات الأرز البنية هو الإفراط في استخدام المبيدات الحشرية واسعة النطاق، ^{[ 82 ]} وقد تؤدي معدلات استخدام الأسمدة النيتروجينية العالية إلى تفاقم تفشي الآفات، كما هو الحال مع حشرات المن. ^{[ 83 ]} يمكن أن تساهم الظروف الجوية في تفشي الآفات: يتفاقم تفشي ذبابة الأرز مع هطول الأمطار الغزيرة في موسم الأمطار، بينما يرتبط تفشي التربس بالجفاف. ^{[ 84 ]}

يُعدّ مرض لفحة الأرز ، الذي يُسببه فطر Magnaporthe grisea ، أخطر أمراض زراعة الأرز. ^{[ 85 ]} وهو، إلى جانب مرض التبقع البكتيري للأوراق (الذي تُسببه بكتيريا Xanthomonas oryzae pv. oryzae )، يُعتبران من أسوأ أمراض الأرز على مستوى العالم؛ إذ يُصنفان ضمن أهم عشرة أمراض تُصيب جميع المحاصيل الزراعية. ^{[ 86 ]} تشمل أمراض الأرز الرئيسية الأخرى لفحة الغمد (التي يُسببها فطر Rhizoctonia solani )، والتفحم الكاذب ( Ustilaginoidea virens )، ولفحة السنابل البكتيرية ( Burkholderia glumae ). ^{[ 86 ]} أما الأمراض الفيروسية فتشمل تقزم الأرز المتكتل، وتقزم الأرز، ومرض تنجرو الأرز ، وتبقع الأرز الأصفر. ^{[ 87 ]}

تقاوم نباتات الأرز الأمراض عن طريق إطلاق دفاعات باستخدام جزيئات أنواع الأكسجين التفاعلية في موقع دخول مسببات الأمراض. يبدأ هذا الدفاع عند اكتشاف نمط جزيئي مرتبط بمسبب المرض (PAMP)، مما يحفز استجابة مناعية طبيعية (مناعة مُحفزة بنمط جزيئي مرتبط بمسبب المرض، ومناعة مُحفزة بعامل مُؤثر ). تتطلب هذه المناعة وجود جين Os-NADP-ME2. يستخدم فطر لفحة الأرز Magnaporthe oryzae عامله المُؤثر غير المُمرض AVR-Pii لتثبيط إنزيم NADP-malic في نبات الأرز . ويؤدي ذلك إلى كبح قدرة النبات على إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية، مما يعني فشل مناعته الفطرية. ^{[ 88 ]}

يعمل علماء حماية المحاصيل على تطوير تقنيات مستدامة لإدارة آفات الأرز. ^{[ 89 ]} وتستند الإدارة المستدامة للآفات إلى أربعة مبادئ: التنوع البيولوجي، ومقاومة النبات المضيف، وعلم بيئة المناظر الطبيعية، والتسلسل الهرمي في البيئة - من البيولوجي إلى الاجتماعي. ^{[ 90 ]} غالبًا ما يكون استخدام المزارعين للمبيدات غير ضروري، ^{[ 91 ]} وقد تؤدي المبيدات في الواقع إلى عودة ظهور أعداد آفات الأرز مثل نطاط الأرز البني ، وذلك من خلال القضاء على الحشرات النافعة وتعزيز تكاثر الآفة. ^{[ 92 ]} وقد أثبت المعهد الدولي لبحوث الأرز (IRRI) في عام 1993 أن خفض استخدام المبيدات بنسبة 87.5% يمكن أن يؤدي إلى انخفاض عام في أعداد الآفات. ^{[ 93 ]}

اعتاد المزارعون في الصين وإندونيسيا والفلبين على مكافحة الأعشاب الضارة والآفات من خلال ممارسة الزراعة المتعددة ، حيث يربون البط ، وأحياناً الأسماك، في حقول الأرز. وتساهم هذه الممارسات في إنتاج محاصيل إضافية قيّمة، وتتغذى على الحيوانات الضارة الصغيرة، وتخصب الأرز، وفي حالة البط، تساهم أيضاً في مكافحة الأعشاب الضارة. ^{[ 94 ] [ 95 ]}

تُنتج نباتات الأرز دفاعاتها الكيميائية الخاصة لحماية نفسها من هجمات الآفات. بعض المواد الكيميائية المصنعة، مثل مبيد الأعشاب 2,4-D ، تحفز النبات على زيادة إنتاج بعض المواد الكيميائية الدفاعية، وبالتالي تزيد من مقاومته لأنواع معينة من الآفات. ^{[ 96 ]} في المقابل، يبدو أن مواد كيميائية أخرى، مثل مبيد الحشرات إيميداكلوبريد ، تُحدث تغييرات في التعبير الجيني للأرز تجعل النبات أكثر عرضة لبعض الآفات. ^{[ 97 ]}

ابتكر علماء تربية النباتات أصنافًا من الأرز تتميز بمقاومتها لآفات حشرية متنوعة . وقد واجهت عمليات تربية النباتات التقليدية لإنتاج أصناف مقاومة تحدياتٍ عديدة، منها صعوبة تربية الآفات الحشرية لأغراض الاختبار، والتنوع الكبير والتطور المستمر لهذه الآفات. ويجري البحث عن جينات المقاومة في أنواع الأرز البرية، كما تُطبَّق تقنيات الهندسة الوراثية. ^{[ 98 ]}

تُعدّ الأصناف عالية الإنتاجية مجموعة من المحاصيل التي طُوّرت خلال الثورة الخضراء بهدف زيادة الإنتاج الغذائي العالمي بشكل جذري. أُنتج أول صنف من أرز الثورة الخضراء، وهو IR8 ، عام 1966 في المعهد الدولي لبحوث الأرز، وذلك من خلال تهجين صنف إندونيسي يُدعى "بيتا" مع صنف صيني يُدعى "دي جيو وو جين". ^{[ 108 ]} رُبّيت أصناف الثورة الخضراء لتكون ذات سيقان قصيرة وقوية، بحيث لا ينحني الأرز أو يسقط. وقد مكّنها ذلك من البقاء منتصبة ومنتجة حتى مع استخدام كميات كبيرة من الأسمدة. ^{[ 108 ]}

يُعدّ أرز C4 نوعًا مقترحًا من الأرز يستخدم تثبيت الكربون C4 لتحسين كفاءة عملية التمثيل الضوئي ، وبالتالي زيادة إنتاجية المحصول. ^{[ 109 ]} انطلق اتحاد أرز C4 في عام 2006. ^{[ 110 ]} وقد استكشف استخدام خمسة جينات من الذرة لتمكين الأرز من إنتاج حمض الماليك من ثاني أكسيد الكربون. وفي حال نجاح هذه التجربة، فقد يؤدي ذلك أيضًا إلى زيادة كفاءة المحصول في استخدام المياه. ^{[ 111 ]} استمر العمل حتى عام 2026 على تطوير نماذج أولية للتغييرات في كل من عملية التمثيل الغذائي وبنية الأوراق. ^{[ 112 ]}

قامت شركة فينتريا للعلوم الحيوية بتعديل الأرز وراثيًا لإنتاج اللاكتوفيرين والليزوزيم ، وهما بروتينان موجودان عادةً في حليب الأم ، بالإضافة إلى ألبومين مصل الدم البشري . تتميز هذه البروتينات بخصائص مضادة للفيروسات والبكتيريا والفطريات . ^{[ 113 ]} يمكن استخدام الأرز المحتوي على هذه البروتينات المضافة كمكون في محاليل الإماهة الفموية لعلاج أمراض الإسهال ، مما يساهم في تقصير مدتها وتقليل تكرارها. كما قد تساعد هذه المكملات الغذائية في علاج فقر الدم . ^{[ 114 ]}

في المناطق المعرضة للفيضانات ، دأب المزارعون منذ القدم على زراعة أصناف مقاومة للفيضانات تُعرف باسم أرز المياه العميقة . في جنوب وجنوب شرق آسيا ، تؤثر الفيضانات على نحو 20 مليون هكتار (49 مليون فدان) سنويًا. ^{[ 115 ]} وقد أدت الفيضانات تاريخيًا إلى خسائر فادحة في المحاصيل، كما هو الحال في الفلبين، حيث خسرت محاصيل أرز بقيمة 65 مليون دولار أمريكي بسبب الفيضانات عام 2006. ^{[ 116 ]}   

لا تستطيع أصناف الأرز التقليدية تحمل الغمر بالمياه الراكدة لأكثر من أسبوع تقريبًا، إذ يحرم ذلك النبات من الحصول على متطلباته الضرورية كضوء الشمس وتبادل الغازات. أما صنف "سوارنا ساب 1" فيتحمل الغمر لمدة أسبوع، ويستهلك الكربوهيدرات بكفاءة ويستمر في النمو. ^{[ 115 ]} ويُعرف ما يُسمى بـ" أرز الغطس " ^{[ 117 ]} ، المُعدّل وراثيًا بجين ساب 1A، بقدرته العالية على تحمل الغمر لمدة تصل إلى أسبوعين، مما يُحسّن بشكل كبير من فرص بقاء محاصيل المزارعين بعد الفيضانات. وقد طوّر المعهد الدولي لبحوث الأرز (IRRI) أصناف ساب 1A ووزّعها على بنغلاديش والهند وإندونيسيا ونيبال والفلبين. ^{[ 118 ]}

يمثل الجفاف ضغطًا بيئيًا كبيرًا على إنتاج الأرز، حيث تتعرض ما بين 19 و23 مليون هكتار (47-57 مليون فدان) من مزارع الأرز المعتمدة على الأمطار في جنوب وجنوب شرق آسيا للخطر بشكل متكرر. ^{[ 119 ] [ 120 ]} في ظل ظروف الجفاف، ودون توفر كميات كافية من المياه لتمكين أصناف الأرز التجارية التقليدية من الحصول على المستويات المطلوبة من العناصر الغذائية من التربة، يمكن أن تتأثر هذه الأصناف بشدة، كما حدث على سبيل المثال في الهند في أوائل القرن الحادي والعشرين. ^{[ 121 ]}  

يُجري المعهد الدولي لبحوث الأرز أبحاثًا لتطوير أصناف أرز مقاومة للجفاف، بما في ذلك أصناف ساهبهاجي دان، وساهود أولان، وسوخا دان، التي يستخدمها المزارعون حاليًا في الهند والفلبين ونيبال على التوالي. ^{[ 120 ]} إضافةً إلى ذلك، في عام 2013، قاد المعهد الوطني الياباني لعلوم الأحياء الزراعية فريقًا نجح في إدخال جين DEEPER ROOTING 1 ( DRO1 )، من صنف الأرز الجبلي الفلبيني كيناندانغ باتونغ، إلى صنف الأرز التجاري الشائع IR64، مما أدى إلى ظهور نظام جذري أعمق بكثير في النباتات الناتجة. ^{[ 121 ]} يُسهّل هذا الأمر قدرة نبات الأرز على استخلاص العناصر الغذائية اللازمة له في أوقات الجفاف من خلال الوصول إلى طبقات أعمق من التربة ، وهي ميزة أثبتتها التجارب التي شهدت انخفاضًا في غلة أرز IR64 + DRO1 بنسبة 10% في ظل ظروف جفاف معتدلة، مقارنةً بنسبة 60% لصنف IR64 غير المُعدّل. ^{[ 121 ] [ 122 ]}

تُشكل ملوحة التربة تهديدًا كبيرًا لإنتاجية محصول الأرز، لا سيما في المناطق الساحلية المنخفضة خلال موسم الجفاف. ^{[ 119 ] [ 123 ]} فعلى سبيل المثال، تتأثر حوالي مليون هكتار (2.5 مليون فدان) من المناطق الساحلية في بنغلاديش بالتربة المالحة. [ 124 ] ويمكن أن ^{تؤثر هذه التركيزات} العالية من الأملاح بشدة على فسيولوجيا نباتات الأرز ، خاصة خلال المراحل المبكرة من النمو، ولذلك غالبًا ما يُضطر المزارعون إلى هجر هذه المناطق. ^{[ 125 ]}  

أُحرز تقدم في تطوير أصناف أرز قادرة على تحمل هذه الظروف؛ ومن الأمثلة على ذلك الهجين الناتج عن تهجين صنف الأرز التجاري IR56 مع نوع الأرز البري Oryza coarctata . ^{[ 126 ]} يستطيع O. coarctata النمو في تربة ذات ملوحة تزيد عن ضعف الحد المسموح به للأصناف العادية، ولكنه لا ينتج أرزًا صالحًا للأكل. ^{[ 126 ]} يستخدم هذا الهجين ، الذي طوره المعهد الدولي لبحوث الأرز ، غددًا ورقية متخصصة تعمل على امتصاص الملح في الغلاف الجوي. وقد تم إنتاجه من جنين واحد ناجح من بين 34000 عملية تهجين بين النوعين؛ ثم أُعيد تهجينه مع IR56 بهدف الحفاظ على الجينات المسؤولة عن تحمل الملوحة والموروثة من O. coarctata . ^{[ 125 ]}

يُعدّ الأرز حساسًا لدرجات الحرارة التي تقل عن 12 درجة مئوية. تتم زراعته عندما يتجاوز متوسط ​​درجة الحرارة اليومية هذا الحد بشكل منتظم. تؤدي درجات الحرارة المتوسطة المنخفضة إلى إبطاء النمو؛ وإذا استمرت لأكثر من أربعة أيام، فإن الإنبات ونمو الشتلات يتضرران وقد تموت. في النباتات الكبيرة المعرضة للبرد، يُشجّع مرض لفحة الأرز، مما يُقلل المحصول بشكل كبير. اعتبارًا من عام 2022، يواصل الباحثون دراسة آليات تحمل الأرز للبرودة وأساسه الجيني. ^{[ 127 ]} وقد أُجريت تجارب ناجحة على أصناف مقاومة للبرد، بما في ذلك أرز الريزوتو وأرز بسمتي، في تربة خثية في إنجلترا عام 2025. إذا أدى الاحتباس الحراري، كما هو مُرجّح، إلى ارتفاع درجة الحرارة بمقدار درجتين مئويتين أو أكثر ، فمن الممكن زراعة الأرز في جميع أنحاء البلاد. ^{[ 128 ]}

يُعدّ إنتاج الأرز في الحقول المفتوحة ضارًا بالبيئة نظرًا لانبعاث غاز الميثان من البكتيريا المنتجة للميثان . تعيش هذه البكتيريا في التربة المشبعة بالماء في ظروف لاهوائية، وتستهلك العناصر الغذائية التي تطلقها جذور الأرز. يؤدي إدخال جين الشعير SUSIBA2 إلى الأرز إلى تحويل إنتاج الكتلة الحيوية من الجذور إلى السيقان، مما يقلل من أعداد البكتيريا المنتجة للميثان، وينتج عنه انخفاض في انبعاثات الميثان بنسبة تصل إلى 97%. علاوة على ذلك، يزيد هذا التعديل من كمية حبوب الأرز . ^{[ 129 ] [ 130 ]}

يُستخدم الأرز ككائن نموذجي لدراسة آليات الانقسام الاختزالي وإصلاح الحمض النووي في النباتات العليا. ^{[ 131 ]} على سبيل المثال، أظهرت دراسة أجريت على الأرز أن جين OsRAD51C ضروري لإصلاح كسور الحمض النووي المزدوجة بدقة أثناء الانقسام الاختزالي. ^{[ 132 ]}