Учёные недооценивали уровень поглощения СО2 растениями. Поглощение со2 растениями

CO2 в гидропонной оранжерее - "Цветоводство" :: читать на сайте LePlants.ru

Данная статья об углекислом газе и способах его получения в условиях гидропонной оранжереи. Если вы впервые знакомитесь с гидропоникой, рекомендуем начать со статьи «Что такое гидропоника?», а также «Создание гидропонной оранжереи».

Растение — единственный организм, способный питаться солнечным светом. В процессе фотосинтеза ему нужен СО2. Реакция выглядит так:

6СО2 + 12Н2О + фотоны → С6Н12О6 + 6O2 + 6Н2О

Двуокись углерода + вода + световая энергия → углевод + кислород

Кислород уходит в атмосферу. Углевод затем переносится туда, где растение испытывает в нем потребность. Так растения способны хранить и перемещать энергию. Этот источник энергии является горючим для процессов метаболизма. Таким вот образом обеспечивается энергией и все живое на земле (за редким исключением глубоководных организмов). Растениями питаются все формы жизни, включая млекопитающих. Энергия, которая хранится в растениях, затем передается по пищевой цепочке. Человек пользуется ею непосредственно, питаясь овощами и фруктами или мясом. У истоков всей пищи находятся фотосинтезирующие организмы, «отбирающие» солнечную энергию. Первобытные люди, поклонявшиеся Солнцу как прародителю и первоисточнику всего живого, были не так уж далеки от истины! Очевидно, фотосинтез (поглощение СО2 и образование кислорода) происходит только на свету.

Теперь перейдем к теме, о которой большинство из нас не имеют понятия — к дыханию. Растения дышат. Именно так энергия, хранящаяся в углеводе, высвобождается и потребляется растением. Идет обратная фотосинтезу реакция. Вот она на примере глюкозы:

C6h22O6 + 6O2 → 6СО2 + 6Н2О + энергия

Углевод + кислород → двуокись углерода + вода + энергия

Процесс дыхания происходит на протяжении всей жизни растения, днем и ночью. В течение дня растения как поглощают СО2 для фотосинтеза, так и высвобождают его посредством дыхания. В конечном итоге высвобождается больше кислорода, чем CO2. Во время темного цикла кислород не выделяется, только СО2.

Весь газообмен в растениях происходит сквозь поры, именуемые устьицами. Они расположены в эпидермисе листьев, в основном на нижней стороне. Устьице граничит с двумя клетками, регулирующими раскрытие устьица. Они называются замыкающими клетками. Когда корневая зона слишком сухая или погода слишком жаркая, устьица смыкаются, и метаболизм растения замедляется. Разумеется, поглощения СО2 не происходит, но даже когда устьица широко разомкнуты, поток водяных паров, испускаемых растением, ограничивает поглощение СО2. Поглощение СО2 растениями — это далекий от совершенства механизм и, возможно, ограничивающий их развитие в природе. В то же время, этим объясняется, почему гидропоника творит чудеса. Поскольку растения пользуются неограниченным водоснабжением в корневой зоне, они не смыкают устьица — в этом нет необходимости. Таким образом, если они хорошо обеспечены СО2, то они пребывают в режиме «постоянного роста».

Нормальная концентрация двуокиси углерода в атмосфере составляет 390 частей на миллион (в пятидесятых годах XX века было 315 частей на миллион!). В большинстве городов даже выше — в среднем 450 частей на миллион и ненадолго подскакивает выше 500!

Миллионы лет назад, когда стали появляться первые растения, концентрация двуокиси углерода в атмосфере была гораздо выше, чем в наши дни. Этим, наверное, объясняется, почему механизм поглощения столь несовершенен. И вот почему ещё растениям полезны дополнительные дозы СО2 — их метаболизм рассчитан на более высокие концентрации. Однако есть предел, после которого рост не увеличится, а уменьшится. Этот предел наступает при соотношении 1000 частей на миллион. СО2 не только помогает растениям выдерживать несколько более высокие температуры, чем обычно, но и извлекать выгоду из обогащения двуокисью углерода, если температура выше +25°С.

Если воздух в оранжерее не обновляется, то уровень СО2 быстро упадет ниже оптимального. Комната должна хорошо проветриваться. Здесь трудно перестараться! Если погода на улице позволяет, то постоянная вентиляция помещения устранит излишки влажности и обеспечит растения столь необходимым газом. Это фактически простейший способ решения проблемы. Если это удастся, то можно вообще обойтись без оборудования для СО2, что сделает уход за растениями значительно легче! Но, разумеется, подобное возможно не при всяком климате.

Нужно разговаривать с растениями, а еще лучше, петь им! Возможно, это прозвучит глупо, но люди вдыхают концентрацию СО2 от 30.000 до 40.000 частей на миллион (26.6 г/час). Это значительное количество СО2! Новые эксперименты по изучению эффекта от разговора с растениями показали, что разговор с растением в цветочном горшке ускоряет его рост. Люди уже делают вывод о необходимости общения с растительным миром. Всё дело в том, что человек выдыхает СО2 на растения, а это, конечно же, дает результат!

Если постоянная вентиляция невозможна, тогда следует обеспечить себя дополнительным количеством СО2. Это можно сделать различными способами. В целом можно обойтись подручными средствами и получать СО2 естественным путем. Вот простой способ: в пластиковую бутылку заливают крепкий раствор сахара, насыпают немного дрожжей и встряхивают её. Подпитываясь сахаром, дрожжи будут вырабатывать СО2. Если установить бутылку на уровне растения, газ будет выделяться прямо на листья. Можно закупорить бутылку (только осторожно, чтобы она не взорвалась) и можно будет открывать ее для выпуска газа, когда это понадобится. Просверлив маленькое отверстие в крышке, можно подавать газ постоянным слабым потоком. Если также накапать уксусу на пищевую соду — это еще один из многих легких и дешевых способов получения СО2. Существует недорогое оборудование, работающее на этом же принципе простой химической реакции.

На один шаг дальше от этих простых уловок использование газовой горелки для получения СО2. Просто сжигается бутан или пропан, и при этом выделяется СО2, но вместе с ним тепло и влажность. Тепло не помешает зимой, но влажность часто создает проблемы, что и ограничивает применение данной технологии.

Другим решением, которым пользуются всё чаще, является покупка СО2 в баллонах. Это, конечно, решит проблему, но регулировать поток непросто. Можно найти искомую величину методом проб и ошибок: если известен объем потока СО2 из баллона, а потом измерить объем комнаты, то можно определить, на сколько времени должен быть открыт нагнетательный клапан, чтобы газ достиг нужного уровня в оранжерее. Клапан в дальнейшем можно снабдить таймером.

Другое приспособление — это дорогостоящий датчик, постоянно измеряющий СО2 и поддерживающий оптимальный уровень. Это лучший способ, но из-за дороговизны он не оправдывает себя, если оранжерея мала. СО2 тяжелее окружающего воздуха, поэтому ему свойственно опускаться на пол. Когда СО2 выходит из баллона, этот момент усугубляется еще и тем, что газ довольно холоден. Ведь горячий воздух стремится вверх, а холодный — вниз. Где-то на уровне пола можно установить небольшой вентилятор для циркуляции потока. Воздух, смешанный с СО2, будет подниматься вверх и увлекать за собой газ. Следовательно, каким бы ни был источник CO2, он должен находиться подальше от вытяжки, чтобы газ сразу же не вылетал в вентиляционную трубу. Лучше всего на время выпуска СО2 закрыть вентиляционную отдушину. Можно также повысить КПД, присоединив к баллону пластиковую трубу. Просверлив в трубе через равные промежутки отверстия, этим можно улучшить распространение газа.

Какому бы способу ни отдавали предпочтение, следует помнить, что СО2 опасен, причем смертельно! У него нет запаха, а значит, его невозможно обнаружить. Если применяется обогащение с помощью СО2, лучше оставить включенным вытяжной вентилятор, входя в помещение.

См. также:

Помещение для гидропонной оранжереи

Влажность в гидропонной оранжерее

Вентиляция в гидропонной оранжерее

Освещение в гидропонной оранжерее

Металло-галоидные (МН) и натриевые лампы высокого давления (HPS)

Светодиоды (LED) и их применение в гидропонной оранжерее

Плазменный свет и его применение в гидропонной оранжерее

Запах и его нейтрализация в гидропонной оранжерее

СО2 поглощаемый растениями в процессе фотосинтеза » EcoWars.TV

Исследователи пришли к выводу, что прежние модели глобального изменения климата в значительной степени недооценивали объемы двуокиси углерода (СО2), поглощаемые растениями в процессе фотосинтеза.

Авторы доклада, опубликованного в журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, утверждают, что в процессе фотосинтеза растения поглощают на 16 процентов больше углекислого газа, чем считалось ранее.

Данный факт поможет объяснить, почему реальный рост СО2 в атмосфере оказался заметно меньше, чем предсказывали созданные климатологами модели.

Вычисление количества диоксида углерода, удерживаемого атмосферой, чрезвычайно важно для оценки будущего влияния на глобальный климат.

Новая модель

Примерно половина вырабатываемого на планете углекислого газа растворяется в океанах или поглощается живыми организмами. Однако попытка точно смоделировать производимый в глобальных масштабах эффект, особенно на десятилетия вперед, - невообразимо сложная задача.

В нынешнем исследовании американские ученые заново проанализировали процесс потребления углекислого газа деревьями и растениями.

Наблюдая за тем, как распределяется углерод в листьях, авторы сделали вывод о том, что растения поглощают больше CO2, чем утверждалось ранее.

Ученые делают вывод, что в реальности количество углекислоты, поглощаемой растениями, оказалось выше на 16%.

При этом, говорят они, речь идет лишь о периоде в последние несколько десятков лет, сопровождавшихся бурным ростом выбросов парниковых газов в атмосферу. "Насколько более заметной окажется это разница [между предсказанными моделями и реальными данными], если мы попытаемся предсказать рост концентрации CO2 на сотни лет вперед?" - задается вопросом доктор Лянхун Гу из Национальной лаборатории Оак Ридж в США.

Потребуются коррективы

Другие представители научного сообщества хоть и соглашаются с тем, что исследование действительно может помочь уточнить существующие концепции, однако полагают, это еще не дает повода ставить под сомнение перспективы глобального потепления в результате растущей концентрации двуокиси углерода в атмосфере.

Несмотря на результаты исследования, эксперты все равно призывают к сокращению выбросов CO2 в атмосферу

По мнению Пэпа Кэнеделла из Global Carbon Project в Австралийском государственном объединении научных и прикладных исследований, новое исследование показывает, насколько большое влияние могут оказать тонкости строения растения на глобальные климатические процессы.

Эксперт уверен, что поглощение двуокиси углерода растениями - лишь один из многочисленных факторов, оказывающих влияние на изменение климата. По его словам, на основании этого исследования еще рано делать вывод о том, каковы предельные возможности земных экосистем по поглощению или переработке углекислого газа и насколько это способно повлиять на тенденции по его накоплению в атмосфере.

Многие эксперты согласны с тем, что данное открытие потребует коррекции существующих моделей климата.

Однако в долгосрочной перспективе все равно потребуется всё большее сокращение выбросов углекислоты, выделяемого человеком в атмосферу планеты, полагают они.

В конце лета другая группа американских исследователей пришла к заключению, что всеобщего повышения температур, связанного с глобальным потеплением, в ближайшее десятилетие может и не произойти.

ecowars.tv

СО2 в гидропонике - "КазГидропоника"

6СО2 + 12Н2О + фотоны → С6Н12О6 + 6O2 + 6Н2О

Двуокись углерода + вода + световая энергия → углевод + кислород

C6h22O6 + 6O2 → 6СО2 + 6Н2О + энергия

Углевод + кислород → двуокись углерода + вода + энергия

Если постоянная вентиляция невозможна, тогда следует обеспечить себя дополнительным количеством СО2. Это можно сделать различными способами. В целом можно обойтись подручными средствами и получать СО2естественным путем. Вот простой способ: в пластиковую бутылку заливают крепкий раствор сахара, насыпают немного дрожжей и встряхивают её. Подпитываясь сахаром, дрожжи будут вырабатывать СО2. Если установить бутылку на уровне растения, газ будет выделяться прямо на листья. Можно закупорить бутылку (только осторожно, чтобы она не взорвалась) и можно будет открывать ее для выпуска газа, когда это понадобится. Просверлив маленькое отверстие в крышке, можно подавать газ постоянным слабым потоком. Если также накапать уксусу на пищевую соду — это еще один из многих легких и дешевых способов получения СО2. Существует недорогое оборудование, работающее на этом же принципе про стой химической реакции.

Другое приспособление — это дорогостоящий датчик, постоянно измеряющий СО2 и поддерживающий оптимальный уровень. Это лучший способ, но из-за дороговизны он не оправдывает себя, если оранжерея мала. СО2 тяжелее окружающего воздуха, поэтому ему свойственно опускаться на пол. Когда СО2выходит из баллона, этот момент усугубляется еще и тем, что газ довольно холоден. Ведь горячий воздух стремится вверх, а холодный — вниз. Где-то на уровне пола можно установить небольшой вентилятор для циркуляции потока. Воздух, смешанный с СО2, будет подниматься вверх и увлекать за собой газ. Следовательно, каким бы ни был источник CO2, он должен находиться подальше от вытяжки, чтобы газ сразу же не вылетал в вентиляционную трубу. Лучше всего на время выпуска СО2 закрыть вентиляционную отдушину. Можно также повысить КПД, присоединив к баллону пластиковую трубу. Просверлив в трубе через равные промежутки отверстия, этим можно улучшить распространение газа.

Какому бы способу ни отдавали предпочтение, следует помнить, что СО2опасен, причем смертельно! У него нет запаха, а знач

kazgidroponika.kz

Влияние концентрации кислорода и углекислого газа на фотосинтез

Концентрация СО2. Для темновых реакций нужна двуокись углерода, которая включается в органические соединения. В обычных полевых условиях именно СО2 является главным лимитирующим фактором. Концентрация СО2 в атмосфере составляет 0,045 %, но если повышать ее, то можно увеличить и скорость фотосинтеза. При кратковременном действии оптимальная концентрация СО2 составляет 0,5 %, однако при длительном воздействии возможно повреждение растений, поэтому оптимум концентрации в этом случае ниже – около 0,1 %. Уже сейчас некоторые тепличные культуры, например томаты, стали выращивать в атмосфере, обогащенной СО2.

В настоящее время большой интерес вызывает группа растений, которые намного эффективнее поглощают СО2 из атмосферы и поэтому дают более высокий урожай – так называемые С4-растения.

В искусственных условиях зависимость фотосинтеза от концентрации СО2 описывается в углекислотной кривой, которая напоминает световую кривую фотосинтеза (рис.2.29).

При концентрации СО2 0,01 % скорость фотосинтеза равна скорости дыхания (компенсационная точка). Углекислотное насыщение наступает при 0,2–0,3 % СО2, а у некоторых растениях даже при этих концентрациях наблюдается небольшое увеличение фотосинтеза.

Рис. 2.29. Зависимость интенсивности фотосинтеза хвои сосны от концентрации СО2 в воздухе

В природных условиях зависимость фотосинтеза от концентрации СО2 описывается только линейной частью кривой. Отсюда следует, что обеспеченность растений СО2 в природных условиях является фактором, который лимитирует урожай. Поэтому целесообразно выращивать растения в закрытых помещениях с повышенным содержанием СО2.

Температура оказывает заметное влияние на процесс фотосинтеза, поскольку темновые, а отчасти и световые реакции фотосинтеза контролируются ферментами. Оптимальная температура для растений умеренного климата обычно составляет около 25 оС.

Поглощение и восстановление СО2 у всех растений с повышением температуры увеличиваются, пока не будет достигнут некоторый оптимальный уровень. У большинства растений умеренной зоны снижение интенсивности фотосинтеза начинается уже после 30 оС, у некоторых южных видов после 40 оС. При большой жаре (50–60 оС), когда начинается инактивация ферментов, а также нарушается согласованность разных реакций, фотосинтез быстро прекращается. По мере повышения температуры интенсивность дыхания повышается значительно быстрей, чем интенсивность естественного фотосинтеза. Это влияет на величину наблюдаемого фотосинтеза. Зависимость интенсивности наблюдаемого фотосинтеза от температуры описывается температурной кривой, в которой выделяют три основные точки: минимум, оптимум и максимум.

Минимум – та температура при которой фотосинтез начинается, оптимум – температура, при которой фотосинтез наиболее устойчивый и достигает наибольшей скорости, максимум – та температура, после достижения которой фотосинтез прекращается (рис. 2.30).

Рис. 2.30. Зависимость интенсивности фотосинтеза от температуры листа: 1 – хлопчатник; 2 –подсолнечник; 3 – сорго

Влияние кислорода. Более полувека назад было отмечено на первый взгляд парадоксальное явление. Кислород воздуха, который является продуктом фотосинтеза, является одновременно и его ингибитором: выделение кислорода и поглощение СО2 падают по мере увеличения концентрации О2 в воздухе. Этот феномен назвали именем его открывателя – эффект Варбурга. Этот эффект присущ всем С3-растениям. И только в листьях С4-растений его не удалось выявить. Сейчас твердо установлено, что природа эффекта Варбурга связана с оксигеназными свойствами основного фермента цикла Кальвина – РДФ-карбоксилазы. При большой концентрации кислорода начинается фотодыхание. Установлено, что при снижении концентрации О2 до 2–3 % фосфогликолат не образуется, исчезает и эффект Варбурга. Таким образом, оба эти явления – проявление оксигеназных свойств РДФ-карбоксилазы и образование гликолата, а также уменьшение фотосинтеза в присутствии О2 тесно связаны один с другим.

biofile.ru

не только пузырьки шампанского, но и высокий урожай в теплице

СО2: не только пузырьки шампанского, но и высокий урожай в теплице

Концентрация СО2 в воздухе является одним из факторов, которые влияют на урожайность не меньше, чем обеспеченность светом, теплом, влагой и минеральным питанием.

Воздух обычно не воспринимается как нечто ценное. Выражение «торговать воздухом» и «надуть», например, подчеркивают то, что реальная стоимость товара или услуги, «проданной» мошенниками, не превышает стоимости воздуха.

С начала прошлого века по книгам «кочует» история о предприимчивом ученом и таможенниках. Лабораторную посуду из жаростойкого стекла в то время качественно делали только в Германии. Стоили колбы немало, а таможенный сбор существенно увеличивал их стоимость. А так как лаборатория нуждалась в нескольких сотнях колб и реторт, то ее бюджет мог существенно «похудеть» после закупки этого оборудования. Поэтому руководитель лаборатории отправился за посудой сам. Возвращаясь с несколькими ящиками, он оформил совой груз как «образцы воздуха из Германии». Колбы были закупорены, и на каждой была бирка типа «воздух Берлина» или «воздух Лейпцига». А так как воздух товаром не является и пошлиной не облагается, то эти «образцы» благополучно пересекли границу без каких-либо дополнительных затрат.

Воздух все-таки имеет цену, его реально покупают и продают. Например, в сжатом состоянии — в баллонах. Отдельные компоненты воздуха тоже продаются — сжатый или сжиженный кислород, азот. И углекислый газ — тоже. Желающие пострелять из пневматического пистолета платят за углекислоту, содержащуюся в маленьких баллончиках. Платят за СО2 и любители газированных напитков. А также те, кто приобретает/заправляет огнетушители.

Реальная значимость и реальная цена углекислого газа намного больше. Говорят, что для того, чтобы иметь правильное представление о чем-то большом, его необходимо рассматривать с большого расстояния. Иначе можно увидеть не целое, а только его части. Мы буквально живем в окружении атмосферного воздуха, содержащего углекислый газ. Поэтому представить масштабность и значимость СО2 нам тяжело. Но можно попытаться.

Суммарная масса всех растений Земли составляет примерно 2400 миллиардов тонн. И более половины этой массы приходится на органические соединения углерода — целлюлозу, глюкозу, сахарозу. В течение последних 30 лет годовая чистая первичная продукция суши составляла 53,6 миллиардов тонн углерода. То есть ежегодно растения связывали в виде органического вещества такое огромное количество СО2.

Если чувствуете себя бесполезным и никому не нужным, вспомните, что, дыша, вы вырабатываете углекислый газ для растений.

В воздухе над каждым гектаром нашей планеты содержится примерно 2,5 тонны углерода в виде СО2, но некоторым растениям этого мало. Усвоение СО2 растениями пропорционально темпам их роста. При благоприятных условиях для фотосинтеза, достаточной обеспеченности влагой и минеральным питанием высокорослые с/х культуры поглощают очень много углекислого газа. Посевы сахарного тростника, например, поглощают до 8 тонн углерода/га. Растения закрытого грунта (теплицы, парники) также требуют СО2 намного больше, чем содержится в воздухе теплиц. Поэтому концентрация СО2 в воздухе является одним из факторов, которые влияют на урожайность не меньше, чем обеспеченность светом, теплом, влагой и минеральным питанием.

«ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ» И ЭВОЛЮЦИЯ

Скандалит с женою пьяный сосед,Вопит потревоженный автомобиль,А через пять миллиардов летЗдесь будет — межзвездная пыль.

И. Касаткина

Для цветковых растений настоящий «золотой век» был в эпоху динозавров — несколько миллионов лет тому назад. На Земле было намного теплее, чем сейчас. И, что немаловажно, концентрация углекислого газа в воздухе атмосферы была как минимум в 4 раза выше, чем в начале 21 века. По мере того как в течение последних 100 миллионов лет уменьшалась концентрация СО2, уменьшалась и удельная скорость фотосинтеза.

Дальнейшая эволюция растений шла по пути максимального использования относительно небольшого количества СО2. При этом менялись как анатомические особенности строения листьев и стебля, так и биохимические процессы поглощения и использования СО2 растениями.

Совершенствование системы улавливания СО2 проявилось в увеличении числа устьиц на единицу площади листа. Однако большое количество открытых устьиц ведет одновременно к усилению транспирации, а усиление транспирации требует улучшения системы снабжения листьев водой. Поэтому в ходе эволюции развилась разветвленная, иерархически организованная система проводящих пучков (жилок). И, соответственно, возросло соотношение между использованием влаги и продуктивностью фотосинтеза.

С биохимическими усовершенствованиями растения справились намного хуже, чем с анатомическими. Фермент, катализирующий реакцию присоединения углекислоты, называется рибулозобисфосфаткарбоксилаза, а сокращенно — Рубиско. Он появился примерно 3,5 миллиарда лет тому назад, и с тех пор его «конструкция» не менялась. Но за это время кое-что успело измениться, в том числе возросла концентрация О2 и уменьшилась концентрация СО2 в воздухе.

Фермент, связывающий CO2, выполняет две функции. Он участвует в процессе карбоксилирования (присоединения углекислоты) и оксигенирования (присоединения молекулы кислорода). Между кислородом и углекислотой возникает конкуренция за активный центр фермента, и происходят два процесса — фотосинтез (при поглощении СО2) и фотодыхание (при поглощении О2).

Рубиско связывает углекислоту значительно лучше, чем кислород. При достаточно высоком содержании СО2 затраты на фотодыхание не превышают 25-30% от фотосинтетического газообмена листа. Но повышение концентрации кислорода, уменьшение содержания углекислого газа в воздухе и увеличение температуры выше экологического оптимума активируют процесс фотодыхания. Это происходит в условиях засухи, когда из-за дефицита влаги закрываются устьица, и растение не получает достаточного количества СО2. Либо тогда, когда растение в условиях достаточного увлажнения и интенсивного освещения «съело» углекислый газ из приземного слоя воздуха. Например, в теплицах в солнечную погоду.

В экстремальной ситуации (полное отсутствие углекислоты при естественной концентрации кислорода) фотодыхание превышает фотосинтез, и растение не поглощает, а выделяет углекислоту. Фотосинтетический аппарат работает «вхолостую», последствия интенсивного фотодыхания напоминают «работу» Пенелопы. Жена «загулявшего» на двадцать лет Одиссея «тянула время» перед настойчивыми претендентами — «женихами», распуская ночью на нитки то, что ткала днем. В процессе фотодыхания растения не только выделяют СО2, но также «сжигают» сахара и АТФ. То есть растения расходует то, что успели накопить и расщепляют то, что синтезировали.

С-3 И С-4 ФОТОСИНТЕЗ

Да, да, да, все сказано,

Да, да, давным-давно,

Да, да, да, все связано

Самым древним и хитрым узлом.

«Ария»

У большинства растений поглощенный углекислый газ фиксируется (на первом этапе) в виде 3-фосфоглицериновой кислоты. Это так называемый С-3 тип фотосинтеза. Но существует и другой способ фиксации СО2, позволяющий создать своеобразное «депо» углекислоты в листьях.

Относительно небольшая группа растений родом из жарких мест использует другой акцептор «поглотитель» углекислоты — фосфоенолпируват (ФЕП). Первичным продуктом усвоения углекислоты у них являются четырехуглеродные соединения. Такие, например, как щавелевоуксусная и яблочная кислота, аспарагиновая аминокислота. Соответственно, такой тип фотосинтеза называется С4. А механизм концентрирования углекислого газа в клетках обкладок проводящих пучков — циклом Хетча-Слэка.

У растений с С4 типом фотосинтеза разделены в пространстве процесс связывания углерода СО2 и его восстановления до сахаров. В клетках мезофилла происходит поглощение СО2, а в клетках обкладки — его восстановление до сахаров, которые переходят в проводящие сосуды для экспорта к потребляющим их органам. Растения С4 типа могут успешно поглощать углекислый газ даже при очень низкой концентрации и у них не «включается» фотодыхание даже в очень жаркую погоду. Таким образом, С4-фотосинтез — это успешная адаптация растений к недостатку СО2 при высоких дневных температурах. Типичные представители культурных растений этой группы теплолюбивы и светолюбивы: кукуруза, сахарный тростник, сорго, просо.

Кроме С3- и С4-растений, существует ещё одна группа растительных организмов с совершенно особым, третьим, типом фотосинтеза. Это так называемые САМ-растения. Впервые данный тип фотосинтеза был описан у представителей семейства толстянковые — Crassulaceae (отсюда и первая буква сокращенного названия). САМ-фотосинтез используют кактусы, алоэ, молодило, очитки и многие другие обитатели засушливых пустынь и полупустынь.

Чем отличаются С4- и САМ-фотосинтез? У кукурузы и подобных ей С4 растений устьица открыты днём, а реакции цикла Хетча-Слэка разделены в пространстве. У САМ-растений те же процессы разделены во времени, но протекают в одних и тех же тканях. Фиксация СО2 у них происходит через открытые устьица ночью, когда не так жарко. Накопленный СО2 они фиксируют в виде яблочной кислоты, которую накапливают просто в вакуолях. Днем они закрывают свои устьица, расщепляют это кислоту, получают СО2 и используют его для производства сахаров в процессе фотосинтеза. Такой вариант фотосинтеза способствует экономному использованию влаги из-за отсутствия транспирации в дневное время. Но часть крахмала, образованного в дневное время, ночью тратится на образование фосфоенолпировиноградной кислоты, служащей акцептором углекислоты. Это снижает темпы накопления ассимилятов суккулентами.

Представители С4 (кукуруза, сорго, просо) являются «привилегированным меньшинством», которое предпочитает жаркое южное солнце. Поэтому аграрии Восточной Европы имеют дело преимущественно с С3 растениями. И сталкиваются с очевидной проблемой — несоответствием содержания СО2 в воздухе потребностям растений в углекислом газе. Что произойдет, если поднять концентрацию СО2 в два или три раза?

СО2 И УРОЖАЙНОСТЬ

Я тут и там, я там и тут,

Я нужен ежечасно!

Я там и тут, куда пошлют,

А посылают часто.

М/ф «Приключения капитана Врунгеля».

Объективно выяснить, насколько повышается урожайность с/х культур на поле, в саду или огороде при повышении концентрации СО2, достаточно тяжело.

Некоторые исследователи используют метода FACE (free-air concentration enrichment), то есть «увеличение концентрации на открытом воздухе». Суть метода в том, что на поле из труб монтируется восьмигранник диаметром 20 м. С наветренной стороны из отверстий в этой трубчатой конструкции выпускается углекислый газ. Заданные параметры концентрации регулируются автоматически с точностью до 10% на протяжении вегетации.

Результаты экспериментов по методу FACE показали, что повышение содержания CO2 с 380 до 550 ppm увеличило урожай риса на 12%, пшеницы на 13% и сои на 14%. Что касается С4 растений (кукурузы и сорго), то они отреагировали несущественным увеличением урожайности. Для тех же культур в изолированных объемах отмечалось повышение урожая на 19-32%, причем для С4 растений эффект был значительным.

Таблица 1. Увеличение сухой биомассы риса при повышении концентрации СО2 в воздухе на 300 и 600 ppm.

Исследователь (источник информации)	Условия эксперимента	+300 ppm	+600 ppm
Baker et al. (1990)	Ростовые камеры	78%	53%
Baker et al. (1990)	Ростовые камеры	34%	83%
Baker et al. (1992)	Ростовые камеры	18%	26%
Khan and Madsen (1986)	контейнеры емкостью 6 л	16%	29%

Повышение содержания СО2 на 300 ррm увеличивало сухую массу растений сои в среднем на 50%, а на 600 ррm — на 93%. Исследователи провели 103 опыта, в которых концентрация СО2 искусственно повышалась на 300 ррm. Результаты, полученные в опытах, отличались между собой в несколько раз. Отмечалось как незначительное (в пределах 8-11%) так и весьма существенное (в пределах 85-92%) повышение биомассы растений. Такая неоднозначность результатов может быть следствием различного совокупного действия повышенной концентрации СО2 в различных условиях освещения, минерального питания и температуры.

Подсолнечник, «стратегическая» с/х культура Украины, также достаточно отзывчив на улучшение воздушного питания. Неттофотосинтез подсолнечника составляет 40-50 мг СO2/дм²/час, т. е. вдвое выше, чем неттофотосинтез пшеницы (20-25 мг СO2/дм²/час). Фотосинтез начинается при температурах несколько ниже 20°С, заканчивается при температуре немного выше 30°С, оптимум приходится на 27°С.

В опытах Sims и др. (1999) повышение концентрации СО2 в 2 раза по сравнению с обычным содержанием углекислого газа повысило темпы чистого фотосинтеза в листьях верхнего яруса примерно на 50%.

Pal с соавторами (2014) выращивали растения двух гибридов подсолнечника в естественных полевых условиях в камерах с открытым верхом. В этих камерах поддерживалась естественная (370 ррm) и повышенная (550 ppm) концентрация СО2. Технология выращивания и полива соответствовали общепринятым рекомендациям. Масса растений (сухое вещество), выращенных при повышенной концентрации СО2, была на 61-68% выше, чем в контроле. Урожай семян увеличился на 35-46%, при этом увеличилось содержание масла в семенах.

Урожайность клубней картофеля при повышении концентрации СО2 до 600 ррm, по данным А. Хаверкорта, эксперта Международного центра исследования растений (Plant Research International) из университета Вагенингена, возрастает примерно на 30%.

«Новый русский» на станции техобслуживания:— Что-то у меня «Мерседес» не едет.— А вы давно воздух в шинах меняли?— А что, это надо делать?— А как же, у нас вот завезли фирменный, немецкий, в баллонах.

Таким образом, повышение содержания СО2 способствует росту урожайности полевых и овощных культур открытого грунта как минимум на 8-10%. Вполне вероятно, что улучшение воздушного питания может поднять урожайность многих с/х культур на 25-30% при неизменном уровне затрат на минеральное питание, орошение и защиту. Но как обеспечить растения дополнительной порцией углекислого газа? Если речь идет о закрытом грунте, то достаточно просто — теплица или парник изолированы от окружающего пространства, и вполне возможно создать специфическую «атмосферу» в замкнутом пространстве, «добавив» СО2.

СО2 И УРОЖАЙНОСТЬ «ПОД КРЫШЕЙ».

Цветут цветы среди огней,

среди чужой большой любви,

цветы-глаза, цветы-слова,

с холодным запахом зимы.

«Танцы минус»

В воздухе теплицы площадью 1 га содержится около 20 кг СО2. При максимальном уровне ФАР в весенние и летние месяцы этого явно недостаточно. Растения огурца, например, «выкачивают» из воздуха за час 50 кг СО2 /га, то есть до 700 кг/га СО2 за световой день. С увеличением поверхности листьев и условий освещения растений дефицит CO2 резко возрастает. Концентрация углекислоты в воздухе теплиц заметно снижается (до 170-190 ррm) к полудню. В результате интенсивного поглощения растениями концентрация СО2 может даже опуститься ниже 100 ppm, и фотосинтез практически прекращается. При проветривании теплиц содержание углекислоты несколько повышается, однако остаётся на более низком уровне, чем в наружном воздухе. Следовательно, в ясные дни при закрытых и даже открытых форточках недостаток углекислоты выступает в качестве фактора, лимитирующего фотосинтез.

Эксперименты с растениями в теплицах и замкнутых камерах показали, что при увеличении содержания в воздухе CO2 интенсивность фотосинтеза С3-растений (а соответственно, скорость прироста и урожай) возрастает на 50% при повышении концентрации углекислого газа в воздухе теплицы с 300 до 900 ppm. Для большинства растений в идеальных условиях точка насыщения достигается при уровне 1000-1300 ррm. Более низкий уровень (800-1000 ppm) рекомендуется для таких растений, как помидоры, огурцы, перец, салат латук. При концентрации около 800–1000 ppm интенсивность фотосинтеза стабилизируется и не превышает ранее достигнутого максимума.

По нормам технологического проектирования теплиц НТП 10-95 рекомендуемая концентрация СО2 в воздухе для томатов 1300-1500 ppm, для огурцов 1500-1800 ppm. Практики иногда повышают содержание СО2 при выращивании огурца в закрытом грунте до 3000-6000 ррm, а при выращивании томата, редиса, салата и других листовых овощных культур — от 3000 до 3600 ppm. Но к этим рекомендациям стоит относиться критично.Концентрация углекислого газа более 700 ppm «работает» только при достаточно ярком продолжительном освещении. При несоответствии между уровнем освещения и концентрацией СО2 (недостаток света при избытке СО2) верхние листья продуцируют продукты фотосинтеза, а нижние их «съедают». В пасмурные дни содержание CO2 в теплице при закрытых форточках выше, чем в наружном воздухе. В утренние и вечерние часы концентрация СО2 составляет 350-400 ррm, а к полудню снижается до 300 ppm. Поэтому в пасмурную погоду или при минимальном «досвечивании» в зимний период оптимальный уровень СО2 в теплицах находится в пределах 500-600 ppm.

Умеренное повышение концентрации СО2 частично компенсирует недостаток освещённости (особенно в зимний период) и способствует более эффективному использованию растениями света ранним утром. Недостаток солнечного света зимой, который приводит к потере первых соцветий у томата, возможно успешно компенсировать увеличением концентрации СО2 до 1000 ppm. Но избыток СО2 в подобных обстоятельствах бесполезен, или даже вреден.

1 грамм поглощённого СО2 производит 0,5 грамма сухого вещества, 70% этого сухого вещества может идти на формирование плодов. Для овощных культур 1 грамм поглощённого CO2 превращается в 11 грамм плодов огурца, 6 грамм плодов томата, 5 грамм плодов баклажана, 4 грамма плодов перца. Поэтому каждая дополнительная тонна СО2 в воздухе теплицы окупается прибавкой в 4-5 тонн продукции.

Доктор, наша маленькая дочь стабильно теряет в весе. Мы и физические упражнения с ней делаем, и много на воздухе бываем.

А как она ест?
Ой, я ведь я чувствовала, что мы что-то забываем!

Овощи по-разному реагируют на улучшение снабжения СО2. Повышение концентрации углекислого газа приблизительно в 2 раза в зоне листьев повышает урожайность клубники на 62%, картофеля до 47%, винограда на 25-50%, пшеница на 19%, томатов и гороха на 10%. По другим данным, урожайность огурцов может повыситься на 74-103%, у бобов на 112%, у томатов до 124%. Значение имеет не только концентрация и экспозиция СО2, но и другие факторы: освещение, температура, обеспеченность влагой и минеральным питанием. Огурцы, например, требуют более высокой концентрации СО2, чем томаты и фасоль.

Повышение уровня СО2 в теплице выше атмосферного сокращает период роста на 5-10 %, улучшает качество урожая, увеличивает размер листьев и их толщину. У таких растений, как помидоры, огурцы, перец, повышение урожайности достигается за счет того, что у них образуется большее число плодов, которые растут быстрее. За счёт увеличения содержания углекислого газа в воздухе теплицы можно добиться снижения содержания нитратов в овощах, выращиваемых в зимнее время.

БАЛЛОНЫ И «СУХОЙ ЛЕД»

Не зная ни сна и ни отдыха,

При лунном и солнечном свете

Мы делаем деньги из воздуха,

Чтобы снова пустить их на ветер.

Леонид Хлыновский

Чистый углекислый газ в теплице можно подавать растениям тремя способами. Чаще всего для его распределения используют систему пластиковых рукавов малого диаметра. Иногда (гораздо реже) используют систему полива, по которой подают воду, насыщенную углекислым газом. А в некоторых случаях используют самый простой способ — испарение «сухого льда».

Технология подачи СО2 через пластиковые рукава предусматривает наличие газификатора с устройством подачи углекислого газа, централизованной системы разводки и специальных перфорированных полимерных рукавов. Процесс подкормки регулируется климат-компьютером, обрабатывающим данные с системы тепличных датчиков СО2 и датчиков расхода восстановленного углекислого газа.

Сжиженная углекислота в газификаторе (испарителе) превращается в подогретый углекислый газ, который поступает в магистральный трубопровод. Из магистрального трубопровода по распределительным газопроводам он поступает в теплицу. К растениям газ поступает через перфорированные полимерные рукава, которые отходят от распределительного газопровода. Рукав имеет боковой двойной шов, за который он может быть подвешен на любом уровне.

Подача СО2 по пластиковым рукавам позволяет точно и экономно подкармливать растения углекислым газом в течении светового дня. Нормы автоматически регулируются в соответствии с изменениями интенсивности освещения температуры и влажности воздуха) и суточной динамики фотосинтеза. Изменяя расположение перфорированных полимерных рукавов, можно целенаправленно подавать углекислый газ в прикорневую зону, в зону активных листьев, или к точкам роста.

Существует альтернативный вариант, в котором используется готовая система полива (подкормки) растений. Подкормка осуществляется за счёт углекислого газа, выделившегося из раствора. Насыщение воды СО2 (в концентрации 0,3 — 1,1 л/л) производится под давлением с помощью специальных аппаратов – сатураторов. Минимальный набор оборудования предполагает наличие сатураторов, датчиков СО2, датчиков давления и климат-компьютера. Такая технология мало распространена, но, по мнению специалистов, перспективна в плёночных теплицах, особенно при выращивании зеленных и выгоночных культур. Она может использоваться при гидропонной (малообъёмной) культуре, и даже в открытом грунте (на полях) грунтах при капельном орошении или поливе дождеванием.

Насыщение углекислым газом воды в системе капельного орошения позволяет корректировать поступление СО2, но не так оперативно, как в технологии подкормок через «газопроводы». Повышение концентрации СО2 воздуха в прикорневой зоне растений происходит плавно, потери при вентиляции ограничены. Дополнительным преимуществом «полива газировкой» является снижение pH питательного раствора (поливной воды) при насыщении её СО2. Это улучшает растворимость удобрений, повышает усвояемость кальция и магния растениями. Прекращается отложение известкового налёта в шлангах и капельницах, но усиливается рост водорослей.

Применение сжиженного углекислого газа является одним из простых, но дорогостоящих способов подкормки растений углекислотой. На теплицу площадью 1 000 м2 требуется в среднем 60—80 кг СO2 в баллонах в сутки. В одном баллоне содержится 25 кг СO2. Поэтому при значительных нормах расхода углекислоты целесообразно использовать не баллоны, а изотермические цистерны для охлажденной углекислоты емкостью 20-40 т.

Подкормка твёрдой углекислотой (сухим льдом) имеет два преимущества. Первое преимущество — простота. Твёрдую углекислоту завозят в изотермических автофургонах кусками по 25—35 кг. Сухой лёд разбивают на куски массой около 1 кг и раскладывают равномерно по теплице в ящики, установленные на стеллажи или подвешенные на проволочные каркасы на высоте 1,7—2 м. Для насыщения воздуха углекислым газом на 1 м3 теплицы расходуют 15—20 г сухого льда. В гидропонных теплицах площадью 1000 м2 сухой лёд в количестве 40 кг создает концентрацию СO2 около 0,08 % в течение 1—2 ч, через 3—4 ч его концентрация уменьшается до 0,035—0,040 %. При удвоении нормы через два часа после начала подкормки содержание СO2 составляет 0,12—0,13 %, а через пять часов — 0,05—0,06 %. Время полного испарения сухого льда – порядка восьми часов.

Второе преимущество этого способа проявляется в жаркое время — снижается температура воздуха в теплицах.

Но использование привозного углекислого газа в баллонах, или в виде «сухого льда» имеет существенный недостаток — высокую стоимость. Можно ли «наладить производство» СО2 на месте?

СО2 КАК ПРОДУКТ ГОРЕНИЯ, ГНИЕНИЯ И БРОЖЕНИЯ.

Слушая наше дыханиеЯ слушаю наше дыханиеЯ раньше и не думал, что у насНа двоих с тобой одно лишь дыхание.

«Наутилус Помпилиус»

Одним из способов «дешево и сердито» обеспечить теплицу углекислым газом является использование продуктов сжигания природного газа, керосина, других видов топлива.

Использование продуктов беспламенного горения газообразного топлива с целью повышении концентрации СО2 в воздухе теплиц было предложено еще в 1936 г. В 1937—1940 гг. Энергетический институт им. Г. М. Кржижановского и Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева Академии наук СССР провели серию успешных опытов с овощными, декоративными и лекарственными культурами в теплицах. Результаты были впечатляющими, но такой способ получения углекислоты имеет существенные недостатки.

Из 1 м3 метана образуется около 1,9 кг СO2. Но при этом существует вероятность попадания в воздух теплицы сопутствующих продуктов сгорания – в первую очередь оксидов азота (NO, NO2, N2O) и диоксида серы (SO2), вредных для растений и человека. Качество очистки от оксидов азота с помощью палладиевого катализатора составляет не более 40-75%. Молодые растения особенно чувствительны к содержанию в воздухе диоксида серы. Этилен (C2h5) неопасен для человека, но значительно ускоряет старение растений. Овощные растения (огурцы, томаты), чувствительны к присутствию этих газов.

Существует угроза для здоровья и даже жизни персонала. Содержащийся в «выхлопе» газогенератора оксид углерода (CO), как правило, не наносит непосредственного вреда растениям, но очень опасен для человека. Уменьшение концентрации («выжигание») кислорода из воздуха теплицы также создаёт проблемы для находящихся в теплице людей.

Утром из дымного ресторана выползает клиент:

Брр! Швейцар! Что это за неприятный запах?
Это свежий воздух, сэр!

Аналогичные проблемы возникают и при другом варианте этого метода получения СО2, когда углекислота улавливается из газов, отводящихся из котельной.

Безопасной и доступной альтернативой могут быть биологические источники СО2. Углекислый газ выделяется в процессе брожения, а также при микробиологическом разложении растительных остатков. Наглядный пример эффективности подобного метода продемонстрировали практики — огородники еще в конце 19 века.

В Тимирязевской сельскохозяйственной академии на рубеже ХIХ и ХХ веков два года безуспешно пытались вырастить зимой огурцы. Не помогали никакие научно обоснованные приемы — ни регуляция температуры, ни дополнительное освещение. Тогда пригласили одного клинского огородника, специализировавшегося на выращивании парниковых огурцов. Ему предложили вырастить в теплицах академии огурцы «в свою пользу», но при условии, что он разрешит перенять его технологию. В теплице получили отличный урожай огурцов. По этому поводу профессор А.Г.Дояренко писал: «Клинские огородники вековым опытом…выработали приемы управления самыми тонкими жизненными процессами растений…». Секрет был прост — клинские огородники ставили в своих теплицах бочки с навозом, разбавленным водой. При брожении этой жижи выделяется углекислый газ, который и совершал «чудо».

Поэтому простейшим способом повышения концентрации СО2 в воздухе теплиц является установка в нескольких местах теплицы емкостей с разведенным в 2—3 раза водой навозом животных (с коровьим или конским), который при брожении выделяет СО2. Применяют также мульчирование навозом (слой 3—5 см, смена каждые 1,5 месяца), укладку навоза под стеллажи.

Культивационные сооружения, обогреваемые биотопливом, содержат в воздухе большое количество СО2, поэтому в них подкормка углекислотой нецелесообразна. Почва с высоким содержанием органического вещества выделяет до 250 кг СО2 в сутки с 1 га (при достаточной рыхлости в первый период использования). Анализ воздуха теплиц, проведенный в совхозе «Марфино» в мае — июне, показал, что, если в почву теплицы внести 300 т навоза на 1 га, содержание углекислого газа в воздухе будет поддерживаться на уровне 0,1 % до начала июня месяца (А.Л. Чижевский, 1966)Еще один способ использовать «биологический» углекислый газ — осуществить «накачку» воздуха в теплицу из животноводческих помещений или бродильного (пивоваренного, винодельческого) предприятия. Соединить помещения встык, проделать в разделительной стенке два отверстия, одно вверху, другое внизу и снабдить их маломощными вентиляторами несложно. Недостаток этого способа в том, что соотношение потребностей растений в СО2 и «производительность» смежного коровника или пивоварни требуется регулировать опытным путем, то есть методом проб и ошибок. Да и создание такого комплекса целесообразно либо для небольшого фермерского хозяйства, или как подсобное производство при животноводческих комплексах или винзаводах/пивоварнях.

«А У НАС В ТЕПЛИЦЕ ГАЗ…УГЛЕКИСЛЫЙ… А У ВАС?»

Деньги на ветерСреди святых и виноватыхДеньги на ветерЕсть берег истины иной…«Би-2»

Повышение концентрации СО2 в воздухе теплиц и парников позволяет намного эффективнее использовать свет, тепло, воду и минеральные удобрения. Некоторые культуры (клубника, например), «с энтузиазмом» отзываются на дополнительную подкормку СО2, их урожайность возрастает на 30-40%. Огурцы и томаты также «не проявляют неблагодарности», поэтому вполне реально повысить их урожайность как минимум на 15-20%. Но технология подкормок углекислым газом в Украине существенно отличается от технологий, используемых голландскими или британскими овощеводами.

Для небольших хозяйств существуют два эффективных и малозатратных способа подкормки углекислотой. Первый — это «закачка» СО2 в раствор для фертигации, то есть использование системы капельного орошения для распределения «газированной воды». Такая технология достаточно проста, более того, ее вполне возможно использовать даже в овощеводстве открытого грунта. Углекислый газ тяжелее воздуха, поэтому в приземном слое можно достичь его высокой концентрации, причем в периоды максимальной потребности в нем растений.

Второй метод также является универсальным как для закрытого, так и для открытого грунта. Заделка в почву большого количества органики, использование «теплых грядок» с компостом и органической мульчи способствуют выделению в воздух значительного количества СО2. При этом можно попутно «убить двух зайцев» — «заряженная» компостом теплица или парник сама себя греет, а образовавшийся перегной служит отличным органическим удобрением.

Для полевых культур лучшим «рецептом» дополнительного снабжения растений углекислым газом будет правильное использование растительных остатков и органических удобрений. Органика не только «возвращает» в почву макро и микроэлементы, но обеспечивает растения тем, чем не могут обеспечить минеральные удобрения — щедрой порцией углекислого газа.

Александр Гончаров специально для ИА «Инфоиндустрия»

infoindustria.com.ua

Учёные недооценивали уровень поглощения СО2 растениями | Supersadovod

Учёные недооценивали уровень поглощения СО2 растениями Согласно результатам нового исследования, глобальные климатические модели недооценили количество поглощаемого растениями CO2. Ученые признают, что между 1901 и 2010 годами живые организмы поглощали на 16% больше газа, чем считалось ранее.

Авторы исследования отмечают, что это объясняет то, почему модели последовательно переоценили темпы роста углерода в атмосфере. Но при этом эксперты полагают, что новые расчёты вряд ли сильно изменят картину глобальных предсказаний потепления.

Результаты исследования были опубликованы в журнале «Труды Национальной академии наук».

Вычисление количества углекислого газа, задерживающегося в атмосфере, имеет решающее значение для оценки будущих последствий глобального потепления на температуры. Около половины производимого CO2 попадает в океаны или поглощается живыми существами. Но моделирование точного воздействия в глобальном масштабе является чертовски непростым делом.

В своём новом исследовании, группа ученых в очередной раз изучила то, как деревья и другие растения поглощают углерод. Анализируя темпы распространения CO2 внутри листьев, в ходе процесса под названием диффузия мезофилла, авторы пришли к выводу, что газ поглощается в больших количествах, чем считалось ранее.

Исследователи считают, что их новая работа увеличила количество углерода, усвоенного с 1901 по 2010, с 915 млрд тонн до 1057 млрд, то есть на 16%.

– Существует определённое отставание во времени между учеными, изучающими фундаментальные процессы, и разработчиками моделей, которые переносят эти процессы в крупномасштабные модели, – поясняет один из авторов, доктор Лианхонг Гу из Национальной лаборатории Оук Ридж в США. – Этим двум группам требуется определённое время, чтобы понять друг друга.

Исследователи полагают, что модели систем Земли переоценили количество углерода в атмосфере примерно на 17%, и верят, что их новая оценка поглощения растениями CO2 объясняет этот разрыв.

– Концентрация CO2 в атмосфере начало быстро ускоряться только после 1950 года, – уточняет доктор Гу. – Таким образом, за период в приблизительно 50 лет было получено 17% отклонение. А теперь представьте, насколько большим будет это отклонение, если мы собираемся предсказывать увеличение концентрации СО2 в течение будущих столетий?

Другие исследователи считают, что новая работа поможет прояснить наши модели, но она не может означать хоть сколько-нибудь значимую задержку в глобальном потеплении в результате повышенных концентраций газа.

– Безусловно, данная работа даёт нам массу новых знаний о том, как хитросплетения структуры листьев и их функции могут оказывать влияние планетарного масштаба, – признаётся докторр Пеп Канаделл из Проекта по глобальному изучению углерода в CSIRO Австралии. – Мы получаем потенциальное объяснение того, почему глобальные модели систем Земли не могут в полной мере воспроизвести наблюдаемый рост СО2 в атмосфере за последние 100 лет. Основываясь на этом, мы можем предположить, что растительность сможет поглощать больше углекислого газа в будущем, чем показано на современных моделях.

Большее поглощение углерода растениями замедлит изменения климата, но существует множество других процессов в промежутке между этой работой и предельной мощностью наземных экосистем по удалению диоксида углерода и достаточно долгому его хранению, которые и создают разницу в атмосферных тенденциях СО2.

Многие эксперты сходятся во мнении, что данный эффект представляет интерес, и, возможно, потребуется повторная калибровка моделей – но это не меняет необходимости долгосрочных сокращений выбросов в целях ограничения воздействия углекислого газа.

– Это новое исследование предполагает, что нам будет немного проще выполнить поставленную цель по поддержанию уровня глобального потепления ниже двух градусов – но с большим акцентом на «немного», – отметил доктор Крис Хатингфорд, занимающийся климатическим моделированием в британском Центре экологии и гидрологии.

В целом, сокращение выбросов CO2 в течение ближайших нескольких десятилетий по-прежнему должно оставаться очень большим, если мы хотим сохранить уровень потепления ниже двух градусов.

Твитнуть Нравится

supersadovod.ru

Все о CO2 в аквариуме.

Многие, наверное, хотели иметь дома аквариум с растениями или рыбами, но не все понимают, что к его выбору нужно подходить с особой тщательностью. Одна из самых главных проблем — это подача CO2 (углекислый газ). Ведь растения на 40−50% состоят из него.

Краткое резюме о CO2:

Подача CO2 сильно усиливает рост растений. Оптимальная концентрация CO2 должна составлять 15−30 мг\л для аквариума с растениями и не более 30 мг\л с рыбами.Кислород не вытесняется из воды углекислым газом. Среднее значение подачи CO2 рассчитывается по формуле: при kHmin=4 градуса подача должна быть один пузырек в минуту на десять литров живого объема аквариума.Уровень кислотности (pH) должен быть 6,8−7,2 и за этим нужно внимательно следить, т.к. нитраты и CO2 понижает уровень pH, плюс он может изменятся сам в течении дня. Утром понижается и вечером повышается.

Для получения оптимального уровня pH нужно, чтобы мера щелочности (kH) воды не превышала 6 ед. Чтобы избежать критического падения pH, минимальный безопасный уровень kHmin.=4.

Концентрацию CO2 можно вычислить с фомощью формулы, но для начала нужно измерить pH и kH. CO2=3,0хkHх10^(7,00-pH). Получить CO2 можно из баллона или методом брожения.

Растениям также нужен свет, но не забывайте, что интенсивность освещения и подача CO2 должны быть прямопропорциональными.Основным строительным для клеток растений выступает углерод (СO2), поэтому подача СО2 просто необходима для эффективного и быстрого роста растений. В обычных условиях растения будут расти очень медленно или даже погибать, но подача СО2 ускорит темпы роста в 4−6 раз! Вы приятно удивлены результатами при подаче СО2 (углекислого газа) в аквариум, только не забывайте о правильном балансе со светом и жидкими удобрениями. Без углекислого газа вам останется только наблюдать за тем, как ваши растения будут гибнуть. Но все же СО2 это не единственное, что нужно растениям для роста, поэтому сразу после неожиданного быстрого роста, растения почувствуют нехватку в питательных веществах. Железо, магний, калий и другие микроэлементы очень быстро усваиваются растениями и в очень больших количествах, поэтому подачу углекислого газа (СО2) стоит в обязательном порядке скоординировать с подачей жидких удобрений.

Что нужно растениям для хорошего роста.Во-первых, хороший грунт с нужными для растения свойствами.Во-вторых, постоянная подача углекислого газа (CO2).В-третьих, у растения должна быть постоянная подача питательных веществ.В-четвертых, достаточное количество света и правильный состав спектра.

Для чего растениям CO2?

Все кто хочет иметь аквариум должны уяснить — все растения состоят из С (углерод) и без него они не выживут. Растения питаются, осуществляя фотосинтез. Этот процесс не возможен без кислорода, углерода, света и тд… Каждый из ингредиентов должен поступать в определенном количестве и продолжительности иначе фотосинтез не будет происходить.

co2-v-akvariume

Было проведено много исследований, которые показали, что при определенном количестве света, CO2 и питательных веществ, они являются основным фактором роста. Одно из таких исследований было проведено в компании Tropica, где выращивали риччию в течении двух недель. Исследование показало следующие результаты:Если подавать мало CO2 и света, то в 4 раза увеличивается рост растения.Без подачи CO2 и малом количестве света рост падает до нуля.Мало CO2 и большое количество света в 6 раз увеличивает рост растения.Много CO2 и много света из 1 грамма вырастает 6,9 грамм.

co2

Вывод: Если мы хотим хороший результат, то не стоит увеличивать количество, лишь одного «ингредиента » (CO@ или свет) — это особого эффекта не даст, но при равном увеличении результат поразит вас! Если же вы будите делать как многие неопытные аквариумисты, например, держать аквариум в темноте без подачи CO2? То энергии у растения хватит только на временное поддержание жизни.

Для чего нужно соблюдать правила?

Вам не придется долго ждать. Чтобы композиция приобрела нужный вид. Всего 1,5−3 месяца.Вы можете чаще подрезать растения, детальнее редактировать композицию, делать её такой как вы захотите.Молодые листья выглядят лучше, а значит и композиция будет лучше.Если вы хотите стремиться к работам Takashi Amano, то быстрый рост растений просто необходим.

К 4-х кратному ускорению роста растения может привести даже небольшие дозы углекислого газа, и даже в малоосвещенных помещениях. Это происходит потому, что без каких либо вредоносных последствий, растение начинает производить на порядок больше хлорофилла, но при этом не рушит энергетический баланс. Таким образом, для извлечения углекислого газа (СО2) из воды, растение начинает тратить меньше энергии, собственно больше энергии растение затрачивает на оптимальную переработку данной ему малой доле световой энергии. Вот таким вот путем мы может очень эффективно увеличить рост растения, не перенасыщая его светом, так как оно может полностью использовать даваемый ему свет. Потому, что избыток света может неблагоприятно сказать на здоровом росте растения. Но в любом случае, если правильно увеличить и подачу углекислого газа и света, это произведет гораздо лучший эффект чем улучшение чего-то одного. То как каждый фотон используется в фотосинтезе, независимо от того, под каким углом он падает на лист, вы можете посмотреть на приведенном графике. Этот график явно показывает зависимость данного процесса в использовании молекул углекислого газа от света. Итак, из всего вышеописанного мы можем сделать два вывода. Первое: очень важно балансировать подачу углекислого газа (СО2) под интенсивность освещения и наоборот. Второе: даже если вы подаете малое освещение, уровень подачи углекислого газа (СО2) рекомендуется поддерживать не менее 15мг/л. Хотя лучше всегда поддерживать уровень подачи в районе 30мг/л. Ошибка многих любителей аквариумных растений — неопытность и незнание методики обогащения растений светом и углекислым газом. Обычно в таких случаях, темпы роста растений, у таких людей, стоят на уровне желтой линии, в редких случая — на зеленой. Достигнуть синей линии, можно просто усилив интенсивность подаваемого света. Но тут есть большая опасность водорослей. Только если вы согласуете подачу углекислого газа (СО2) с интенсивностью подаваемого света, вы сможете увеличить темпы роста в разы, то есть достигнуть красной линии. Вы будете удивлены, как быстро вырастут ваши растения!

Почему CO2?

Растения могут употреблять углерод в двух видах: газообразной (CO2) и растворенный в воде — бикарбонат (HCO3-). Растения отдают своё предпочтение чистому CO2 — это связано с тем, что для фотосинтеза придется утилизировать бикарбонат, а растения это делать затруднительно. Поэтому растворенный CO2 более выгодный способ для его получения.

Какая должна быть концентрация CO2?

Думаю, все знают, что CO2 отлично растворим, будь то воздух или вода. В воде CO2 растворяется намного медленнее, чем в воздухе, но водные растения все предусмотрели! У них есть специальный слой, который ускоряет этот процесс, у наземных растений он тоже есть, но он намного тоньше чем у водных. У водных растений такой слой составляет где-то 0.5мм. Чтобы обеспечить водным растениям оптимальный фотосинтез, концентрация CO2 должна составлять 15−30 мг\л, не превышая при этом концентрацию для рыб 30мг\л. Все это нужно для создания естественной окружающей среды, создающая главные сдерживающие факторы фотосинтеза.

CO2 и Кислород.

Многие очень сильно заблуждаются, когда думают, что кислород не вытесняется из воды углекислым газом, и что кислород в больших количествах необходим для дыхания рыб. Нет! Это не так! На самом деле уровень кислорода днем поднимается до 11 мг\л, что превышает 100%. Это происходит из-за активного роста растений. Уровень падает у утру до 8,0 мг\л при условиях, что температура воды 24С. Для нормальной жизни, рыбами необходимо 5мг\л (60%) кислорода растворенного в воде.

Включать или Отключать на ночь CO2?

На этот вопрос существует два мнения. В первом случае считают, что можно обойтись без CO2. Так как к утру уровень кислорода остается высоким, а уровень кислорода остается высоким, а уровень кислотности нормальным, если аквариум не более 1200 литров и в нем не проживает много рыб, то можно обойтись без начального поступления CO2. Вторая сторона считает, что CO2 нужно начинать подавать за 1−2 часа ДО включения света. Так как утром больше всего активен процесс фотосинтез, уровень O2 намного ниже, чем обычно.

Баланс CO2 и света.

Как мы уже говорили, интенсивность света должна соответствовать интенсивности подаваемому CO2. Даже исследования Tropica подтвердили слова Takashi Amano о том если концентрация подаваемого света и CO2 не равномерна, то это принесет только вред и не капли пользы. Все говорят об этом, но не всегда нужно большое количество CO2, это мы можем увидеть из формулы фотосинтеза: 6CO2+12h3O-> C6h22 O6+ 6h3O. В этот момент растения активно выделяют кислород, но, не смотря на это, растения становятся все более слабыми. Таким образом, потребление растениями азота и фосфата уменьшается. Если в аквариуме недостаточно CO2, а света больше чем в достатке, то начнут появляться водоросли. Не стоит добавлять никаких удобрений. Это принесет ещё больше вреда. Но слишком большое количество CO2 может стать токсичным для рыб и других обитателей аквариума. Для каждого растения нужно определенное количество света, а значит и определенное количество CO2. Некоторым нужно больше света, значит больше CO2. Takashi Amano считает, что не существует простых или сложных растений, просто есть растения любящие свет и любящие тень. Подаваемое количество света и CO2 единственное их различие. Если вы хотите завести аквариум то вам стоит с самого начала рассчитать. Какое количество света и CO2 будите подавать своим растениям, чтобы в дальнейшем это не вызвало неудобств.

Сколько нужно CO2

Не думайте, что на этом все, нужно также отслеживать равновесие pH и CO2. Чтобы это все отрегулировать, нужно чтобы kH, pH и CO2 были следующих параметров: kHmin=4 градусов, pH вечером = 7,2, а утром = 6,8, при таких условиях CO2 приобретет параметры от 15−30 мг\л. Это нужно понимать всем кто хочет иметь или же имеет аквариум, и понять, что все это взаимосвязано.Чем больше в воде гидроксидных ионов, тем меньше pH. Реакция воды может быть щелочной (pH>7.0), нейтральной(pH=7.0) и кислой(pH Концентрация растворенного в воде CO2 в природе бывает намного ниже, чем этого нужно для подводного царства, но в пресных водоемах на оборот, по отношению к её обитателям уровень слишком высокий и постоянно возобновляется благодаря течению и выделениям отложений на дне. Если искусственно не обогащать воду CO2, то собственных запасов хватит растениям, только на поддержание жизни и естественно не о каком росте и речи быть не может. Можно вычислить темп подачи с помощью следующей формулы, главное чтобы kH=2-4 при 1 пузырьку в минуту на 10 литров воды: CO2=7-19 мг\л при pH=6,8-7,2. Если kH окажется выше нормы, то вычислять нужно по формуле: kHx V(воды) \ 30. Выше мы уже говорили о том, как правильно использовать большие концентрации. Но они рассчитаны только на подачу CO2. Не забывайте отслеживать рост растения, не совершайте глупых ошибок, и самое главное не забывайте, что растением нужно одинаковое количество света и CO2.

Как влияет CO2 на уровень кислотности(pH).

Как упомянуто выше, для роста растений нужен углерод. Также рекомендуется держать низкий уровень водородного показателя (рН). Подавая СО2 в аквариумную воду мы выполняем обе задачи. Это происходит за счет того, что при попадании СО2 в воду, начинает образовываться угольная кислота. Вода соединяется с СО2 (Н2О+СО2=Н2СО3). Получившаяся кислота диссоциирует на ионы (Н+) и бикарбонат (НСО3-) (основа КН). А при повышении концентрации катионов водорода (Н+), водородный показатель (рН) уменьшается. Таким образом, мы одновременно даем нужный для роста растений углерод, и понижаем водородный показатель на более благоприятный уровень. Но тем не менее мы повышаем уровень углекислого газа (СО2), из-за понижения водородного показателя (рН). (см. ниже в разделе «рН»).Концентрация в воде углекислого газа, а также карбонатный буфер КН, сильно влияют на значение водородного показателя (рН). Из-за этого, связь (рНKH растворенный СО2) будет жесткой. Теперь нам нужно скоординировать подачу углекислого газа вместе с тем, какой уровень водородного показателя в аквариуме нам нужен. А водородный показатель, как раз таки определяется наличием карбонатного буфера КН. То есть единственное, что мы можем контролировать из наших 3-х показателей (рН, КН и СО2), это углекислый газ СО2, так как остальное является заданными величинами оптимальными для нормального роста растений. Таким образом, теперь мы должны подстроить подачу СО2 еще и под оптимальный уровень водородного показателя, которой должен быть равен рН=6.8−7.2, а не только под нужный уровень концентрации углекислого газа в воде. Для всего этого нам понадобится вода с жесткостью dGH=4−10, и собственно с исходным КН=2−8. Тогда оптимальная концентрация должна составлять СО2=15−30мг/л и рН=6.8−7.2.

Растениям необходимо лишь pH=6,8−7,2.

Растения хотят больше CO2.

Как уже говорилось растениям нужно очень много CO2, ведь они сами на 40−50% состоят из углерода и логично, что самым лучшим источником энергии для них будет углекислый газ. В воде он может находиться в двух видах: в виде бикарбоната (HCO3-) и углекислого газа. Диффузным путем они поглощают CO2через стенки клеток, тем самым насыщая свой растительный организм питательными веществами. Многие растения выбрали этот путь поглощения энергии, ведь так им на много проще. Так как, поглощая бикарбонат, они должны сначала поглотить HCO3− и уже только потом извлечь из него CO2 и насытиться им. Это происходит потому, что бикарбонат содержит связанный CO2. Теперь вы понимаете, почему не многие растения не выбирают второй способ поглощения CO2. Многие из них просто не способны на это и это понятно, ведь это очень сложный химический процесс.

В мягкой воде с pH меньше 7, 70% CO2 будет в доступном и усвояемом для растений виде и только 30% будет в бикарбонате. Это значит, что ниже будет показатель кислотности воды, тем больше кислорода смогут усвоить растения, так как он будет легко усвояемом растениями виде (газообразном). Поясню, это значит, что в мягкой воде с показателем kH=2−6 растения получат намного больше углерода, чем в жесткой воде.

Будет ли pH сохранять стабильность с одновременной деятельностью биологических веществ.

Поддерживание стабильного уровня водородного показателя (рН) в аквариуме.Слабые кислоты могут обладать особыми химическими свойствами, результат действий этих свойств и называется — буферизация. Диссоциирование слабых кислот в воде, формирует пары кислота-основание, которые имеют логарифмическое отношение друг к другу. При добавлении кислот и оснований в воду, водородный показатель сильно не измениться, то есть на графике отношения щелочность/кислота относительно водородного показателя, мы могли бы увидеть, что линия зависимости ниже или выше определенного значения водородного показателя (рН) будет плоской. Такое состояние водородного показателя (рН) называется «точкой равновесия», когда линия практически плоская, то есть сколько бы мы не добавляли оснований или кислот, это не будет сильно влиять на уровень водородного показателя (рН). Причем, что еще важно, точка равновесия не одна, и может варьироваться в зависимости от кислот.К примеру, точка равновесия угольной кислоты (Н2СО3), которую мы получаем при добавлении углекислого газа в воду (см. выше), составляет рН=6.37. Из-за того, что в аквариуме естественным биологическим путем производятся нитраты (NO3), которые являются кислотами, водородный уровень может понизиться, если до этого был чуть выше точки равновесия угольной кислоты. А данный уровень водородного показателя (рН=6.37) практически идеален для аквариумных растений, поэтому нам нужно стремиться сохранять именно этот уровень водородного показателя. Буферизации кислоты будет идти долго, перед тем как уровень водородного показателя приобретет желаемый результат, это происходит из-за того что начальный уровень водородного показателя будет выше точки равновесия, и нам нужно сместить его в сторону точки равновесия угольной кислоты. Это и будет для вас секретом стабильности уровня водородного показателя, (рН=6.8−7.2), как наилучший для Nature Aquarium.

Аммоний и токсичный аммиак, какое должно быть соотношение между ними.

Все мы знаем, что аммиак(Nh4) один из форм аммония (Nh5+) и к тому же он очень вреден для жизни, даже в малых количествах (0,06 мг\л). Соотношение аммоний \ аммиак зависит от количества pH. Если pH ниже, то соответственно в аквариуме меньше вредного аммиака. Он будет составлять около 0,5% при условии, что уровень кислотности будет равен 7, но если pH будет больше, например 7,5, то аммиак составит 4%. Что совсем не допустимо! Итак, нужно запомнить одно простое правило: если pH(уровень кислотности воды) более 7,0 , то количество аммиака увеличивается и вредит вашим растениям, рыбам. Можно гарантировать отсутствие аммиака в одном случает, если при pH= 6,8 — 7,2 в NA, тогдаДоля Nh4= 0,4−0,8%. Это потому что NA поддерживает низкий уровень Nh5+\ Nh4(аммоний \ аммиак).

Нитрифицирующие бактерии и их активность.

Бактерии активны на 85% от максимума при уровне кислотности 6,6 . Бактерии никогда не работали, и не будут работать на максимум. При малейших изменениях они могут повысить или понизить свою деятельность. Даже если состояние воды ухудшится, они справятся с нагрузкой, немного увеличив активность своей деятельности, сохранят стабильное положение аквариума. Будет создаваться такой же запас стабильности как с точкой pH. (pH=7,5−7,8 при этом параметре наблюдается максимальная активность нитрофикации, замедляется при pH= 7,5).

И так теперь все поняли, какой должен быть показатель pH (6,8−7,2) для хорошего роста долгой жизни растений. Теперь же давайте определимся, какой должен быть показатель kH.

1. Нужно учесть, что вода при kH=2−5 уже кислая, поэтому автоматически буферизируется на pH= 6,0−7,3. Так как содержится не угольная кислота (h3CO3), а углекислый газ причем в больших количествах. Чтобы избежать падение pH ниже чем вообще возможно, нужно чтобы минимальный уровень жесткости составлял минимум=4,0 при одновременной подаче CO2.

Почему нужно именно этот уровень и почему нельзя больше? Да потому что, если вода будет слишком жесткая, то есть kH>7,0 то и pH будет равняться = 7,8 и тогда придется превысить допустимую для рыб норму подачи CO2. А она должна составлять не более 30 мг\л. И тогда уже не будет никаких и способов и возможностей снизить хоть немного уровень кислотности в воде. Но и занижать уровень жесткости тоже нельзя, я напоминаю, что не ниже двух. Тогда придется увеличить подачу CO2 или придется повысить количество нитратов и при всех этих условиям может возникнуть угроза падения, причем резкого уровня кислотности- это меньше 6,8. Это будет просто ужасно для рыб и растений.

2. Чтобы поддержать стабильность кислотности в воде, нужно чтобы уровень жесткости имел минимум 4, ДО подачи CO2, чтобы в любую минуту не исчез карбонатный буфер, что может привести к снижению кислотности.

Также надеюсь, вы помните, что pH-kH-CO2 зависят друг от друга. Поэтому по таблице 1 зависимости, зная kH, взяв требуемую величину pH, мы сможем найти углекислый газ. То есть, какая получиться концентрация углекислого газа, если мы возьмем определенные параметры pH и kH.

Например: мы наблюдаем, что с pH=6,8−7,2; kH= 4−5, тогда концентрация углекислого газа (CO2) составит 7,6− 23,8 мг\л. Используя для воды такие параметры, получим нормальное количество pH и CO2. Причем CO2 не будет слишком много, он будет оптимально насыщать воду, что поможет ускорению роста растений.

3. Чтобы растения свободно в большом количестве потребляли углекислый газ нужно, чтобы жесткость воды была равная 3,5−4 и мера кислотности воды была всегда меньше 7. Исходя из этого (уровень карбонатной жесткости) kH играет главную роль в увеличении роста ваших растений. В отличии от общей жесткости (gH), он не сильно влияет на рост растений, поэтому он является второстепенным, не важным фактором в аквариуме, но все же чтобы не навредить рыбам этот показатель не должен быть слишком высоким или слишком низким.

aquahome.info

Сведения об образовательной организации

Полезные ссылки

Безопасность

Противодействие коррупции

Доступная среда

Карта сайта

НСОКО