Содержание
Зачем растениям углекислый газ — Growerline поясняет
Любое растение использует углекислый газ для осуществления процесса фотосинтеза: на свету при взаимодействии с водой CO2 расщепляется на атомы углерода и водорода, а они, в свою очередь, встраиваются в молекулы крахмалов и сахаров, из которых состоят растительные ткани. Поэтому чем больше света и углекислого газа, тем активнее происходит фотосинтез, а значит, тем лучше развивается агрокультура. Именно в связи с этим растениеводы для подают дополнительные порции углекислого газа для получения больших урожаев.
Особенно важно это для выращивания в закрытых теплицах и гроубоксах, а также в зимних садах — там, где воздух не обновляется за счет постоянного проветривания. Растения, тем более когда их много, быстро поглощают CO2, и фотосинтез замедляется. Поэтому специалисты рекомендуют добавлять углекислый газ с периодичностью один раз в три часа (в светлую часть суток). При этом на время подачи CO2 вы можете отключать вентиляцию с помощью таймера для более быстрого достижения необходимых значений PPM.
Как рассчитать, сколько нужно CO2
Для обычных растений повышенный уровень углекислого газа составляет 1500 PPM. Это выше, чем получают зеленые насаждения из воздуха в чистом поле. Чтобы понять, сколько нужно добавить, сначала необходимо измерить уровень CO2. Разница между получившимся значением и желаемым составит определенное число. Это добавочное значение следует умножить на объем помещения в кубометрах, а результат разделить на 1000. И уже вот это получившееся число станет тем литражом углекислого газа, который следует добавлять за один «сеанс». К этому литражу стоит также добавлять около 20 процентов дополнительного объема газа, так как утечки из помещения даже при закрытых окнах неизбежны.
Также, зная пропускную способность устройства для подачи CO2 (в литрах в минуту), несложно и подсчитать, на сколько минут включать это устройство. Можно даже автоматизировать процесс, подключив таймеры к электрическому клапану баллона с углекислым газом и к вытяжному вентилятору.
Важные предостережения
Что хорошо для растений, то может оказаться вредно или даже смертельно для людей. Воздух с превышенным количеством углекислого газа плох для дыхания, а уровень 1500 PPM является таким, который приводит к смерти от удушья. Поэтому выращивать какие-либо растения с добавлением CO2 можно только в помещениях, куда люди не заходят постоянно, — например, в обособленных теплицах или герметичных гроутентах, оснащенных вентиляторами, очистителями воздуха и вытяжками. А открывать гроубокс или заходить в теплицу можно только при выключенной подаче газа и после проветривания.
Но понятно, что подавать CO2 вообще нецелесообразно, если на подоконнике попросту стоит два-три горшка с растениями. Ведь если растений мало, а комната хорошо проветривается, то дефицита углекислого газа не возникает.
Следует также заметить, что переизбыток углекислого газа для самих растений тоже вреден — он может привести к некачественным урожаям.
А если подавать большое количество CO2 в отсутствии освещения, то растения будут бледнеть и замедлять рост.
| Главная / Справочники / Статьи / Подкормка растений углекислым газом
Значение подкормки растений углекислым газом Рост растений основан на процессе фотосинтеза. Прямая газация при помощи пламенных горелок Прямая газация осуществляется путём использование пламенных горелок на природном газе (метан, очищенный от высших углеводородов (пропан, бутан и т. Нагнетание отходящих газов котельной При нагнетании отходящих газов котельной, отходящие от котельной газы (дым) очищают с помощью палладиевых катализаторов или водяных скрубберов, охлаждают с отделением водного конденсата и затем подают в теплицу по газопроводам, нередко многократно разбавляя атмосферным воздухом. Подача привозной жидкой углекислоты Подача к растениям в теплице чистого углекислого газа, распределяемого по системе пластиковых рукавов малого диаметра – более совершенная на сегодня группа технологий. |
Одновременно, с ускорением фотосинтеза, увеличивается потребление углекислоты. 
На этом основан прием агротехники в условиях закрытого грунта — воздушное удобрение растение подкормкой углекислотой. Дозируя углекислый газ, можно эффективно добиться сокращения продолжительности вегетативной фазы развития растения, что обеспечит получение раннего, самого дорогого урожая овощей. При достаточной обеспеченности элементами минерального питания, эти подкормки всегда повышают общую урожайность этих культур на 15-40%, увеличивая количество и массу плодов, и ускоряют их созревание на 5-8 дней. 
Продолжительность подкормки является фактором, улучшающим возможности прироста урожая. При повторении опытов с подкормкой огурцов в течение 3 месяцев урожай увеличился на 55%. 
п.), сернистых и прочих примесей), установленных в помещении теплицы. 
Главное требование к горелкам котельной – работать в постоянном режиме, сложно выполнить, из-за меняющейся температуры наружного воздуха. Палладиевые катализаторы для очистки отходящих газов весьма дороги.
На практике часты случаи покупки дешёвой жидкой углекислоты из спиртзаводов и химпроизводств, которая плохо очищена и пригодна лишь для технического использования. В ней могут содержаться значительные примеси сивушных масел, сероводорода и аммиака, этаноламинов, которые отрицательно сказываются на продуктивности растений и здоровье людей. Такую углекислоту не следует использовать для подкормки растений.Да, растениям нужен углекислый газ. Нет, это не значит, что это безвредно. – Климатическая обратная связь
225
АКЦИИ
Углекислый газ имеет решающее значение для растений. Это ключевая часть фотосинтеза, процесса, в ходе которого растения превращают CO2, воду и солнечный свет в сахара, необходимые им для роста, а кислородная жизнь на Земле необходима для выживания.
Но рассказы о том, что повышенный уровень атмосферного CO2, который мы наблюдаем сегодня — чуть более 414 частей на миллион в среднем по состоянию на 2021 год, самый высокий показатель за последние 800 000 лет[1], — полезен для растений, чрезмерно упрощают растения.
отношения с CO2, игнорируя неблагоприятные последствия изменения климата в целом. Эти заявления направлены на продвижение предполагаемых преимуществ повышенных концентраций CO2 в атмосфере, при этом преуменьшая вред, связанный с климатом, часто утверждая, что, поскольку растениям необходим CO2 для выживания, высокие уровни CO2 в атмосфере, которые мы наблюдаем сегодня, безвредны или даже полезны.
«Это взгляд на один маленький механизм и отсутствие более широкой картины», — сказал Томас Битнерович, научный сотрудник Техасского университета в Остине.
Ученые, конечно же, показали, что изменение климата, вызванное повышенными концентрациями CO2 в атмосфере, которое мы наблюдаем сегодня, не безвредно; как отмечает МГЭИК в своем отчете Рабочей группы II за 2022 год: «Антропогенное изменение климата, в том числе более частые и интенсивные экстремальные явления, вызвало широкомасштабные неблагоприятные воздействия и связанные с ними потери и ущерб для природы и людей, помимо естественной изменчивости климата»[12].
] Эти «широко распространенные неблагоприятные воздействия» ощущаются и растениями, несмотря на их зависимость от CO2.
«Преимущества увеличения концентрации CO2 для роста растений все чаще перевешиваются негативными последствиями, особенно глобального потепления», — сказала Сара Викка, доцент Антверпенского университета. «Это верно как для природных, так и для сельскохозяйственных экосистем».
Мы поговорили с экспертами, чтобы выяснить, как растения взаимодействуют с CO2 и как более высокие уровни CO2 и сопутствующие изменения климата влияют на растения, включая основные культуры, сейчас и в будущем.
Пределы поглотителя углерода на суше
Многие заявления о пользе CO2 для растений основаны на открытии, что большее количество CO2 в атмосфере стимулирует более высокие уровни роста растений. Наука подтверждает это утверждение: исследование 2016 года, в котором рассматривались долгосрочные спутниковые записи, показало, что с 1982 по 2009 год на земном шаре наблюдалось «постоянное и повсеместное увеличение интегрированного LAI [индекса площади листьев] (озеленение) в период вегетации над от 25% до 50% глобальной растительности».
[2] Эта тенденция к озеленению помогла замедлить изменение климата — как отмечает НАСА, глобальное озеленение с 1980-е годы «могли снизить глобальное потепление на целых 0,2–0,25 ° по Цельсию… Другими словами, мир был бы еще теплее, чем сейчас, если бы не всплеск роста растений».[3]
Рисунок 1. Карта показывает тенденцию «озеленения» большей части земного шара в период с 2000 по 2018 год. Зеленые области показывают повышенную зелень, а коричневые области показывают уменьшение. «Индекс площади листьев» — это количество площади листьев по отношению к площади земли. Кредит: НАСА .
Этот цикл CO2 в атмосфере, поглощаемый растениями и почвой, известен как поглотитель углерода на суше. Это, как и поглотитель углерода в океане, полезно для планеты, поскольку это означает, что не весь избыток CO2, который выбрасывают люди, идет на нагревание планеты. Но это не значит, что выделяемый нами CO2 безвреден.
«Поглотитель углерода в океане, поглотитель углерода на суше — они поглощают лишь часть выбросов, производимых людьми», — сказал Битнерович.
«Таким образом, это помогает нам, но чем больше мы выбрасываем, тем больше будет оставаться в атмосфере, даже если все больше и больше будет поглощаться лесами и океанами».
Ученые активно изучают, что может произойти с поглотителем углерода на суше в будущем, особенно в связи с таянием вечной мерзлоты, главного поглотителя углерода.[20]
«Мы уже видим первые признаки снижения поглощения CO2 на суше, и ключевой причиной этого, по-видимому, является увеличение экстремальных волн тепла и засухи», — сказала Викка. «Это означает, что по мере потепления буфер изменения климата на суше уменьшается, и при непрекращающемся потеплении существует риск того, что в долгосрочной перспективе земля станет источником выбросов CO2 в атмосферу».
Кроме того, озеленение может иметь свои сложности. Арктика является одним из регионов, переживающих озеленение, поскольку температура в этом регионе повышается в три раза быстрее, чем на остальной части планеты. В дополнение к проблемам, которые сокращение снежного покрова создает для арктических сообществ, исследование 2022 года показало, что «озеленение Арктики не обязательно может привести к большему чистому поглощению CO2, поскольку прирост углерода в начале и в пик сезона может быть компенсирован выбросом CO2 в конце сезона».
потери и дыхание могут уравновесить увеличение продуктивности растений».[13] Это означает, что, даже если арктические растения продолжат расти, уплотняться или распространяться на районы, где раньше была скудная растительность, они могут не компенсировать изменение климата в такой степени, как ученые. раньше надеялся.
И когда увеличение количества зелени связано с сельским хозяйством, оно также не оказывает такого сильного влияния на накопление CO2. В то время как деревья являются долгосрочными хранилищами углерода, интенсивно выращиваемые культуры гораздо быстрее высвобождают захваченный ими углерод обратно в атмосферу. Сельское хозяйство играет важную роль в озеленении, которое ученые наблюдали в последние годы: исследование, проведенное в 2019 году, показало, что «озеленение пахотных земель вносит наибольший вклад в чистое увеличение площади листьев во всем мире с 2000 года (33%)»[25]
Больше роста, меньше питания
Культуры иногда упоминаются, когда говорят о пользе CO2 для растений и планеты.
В апреле в журнале American Thinker было опубликовано сообщение в блоге, в котором говорилось, что «более высокие уровни CO2 при чуть более высоких температурах повышают продуктивность большинства растений… По мере того, как планета зеленеет, сухой климат становится плодородным, поддерживая растительную жизнь, которая, в свою очередь, кормит как людей, так и животных».
Ключевая часть этого утверждения — «немного», — сказала Фрэнсис Мур, доцент Калифорнийского университета в Дэвисе. «Мы обнаружили, что при потеплении выше ~ 1 градуса неблагоприятные последствия потепления перевешивают положительные эффекты CO2, что приводит к чистому негативному воздействию на урожайность сельскохозяйственных культур», — написал Мур в электронном письме.
Рисунок 2 – Влияние изменения температуры на урожайность четырех основных культур. Самые темные, средние и самые светлые линии показывают реакцию при 75-м, 50-м и 25-м квантилях базовой температуры вегетационного периода соответственно.
Пунктирные линии показывают 95% доверительный интервал, основанный на 750 блочных бутстрэпах, с блокировкой на уровне исследования. Нанесенные кривые отклика относятся только к температуре и не включают удобрение CO2 или адаптацию. Изменения температуры относительно местных 19Базовый уровень 95–2005 гг.[9] Источник: Мур и др. .
Было показано, что повышенный уровень CO2 имеет сложную взаимосвязь со многими сельскохозяйственными культурами, иногда приводя к большему росту, но меньшему питанию. Исследование, проведенное в 2016 году, показало, что повышенный уровень CO2 привел к «постоянному снижению содержания витаминов B1, B2, B5 и B9 и, наоборот, к увеличению содержания витамина E» в рисе, который является основным источником пищи для более чем 2 миллиардов человек в мире. [6] Исследование также подтвердило результаты предыдущих исследований о снижении «белка, железа и цинка».[7]
«Скрытый голод, то есть недостаточное поступление витаминов и минералов, таких как цинк или железо, в рацион с достаточной калорийностью, в настоящее время затрагивает около двух миллиардов человек, и эта проблема усугубляется волатильностью цен на продукты питания», — отмечается в статье 2014 года, опубликованной в Изменение климата природы.
[19] «Как удобрение CO2, так и изменение климата, которое, как ожидается, повысит цены на продукты питания и их волатильность, предположительно усугубят скрытый голод». [CO2] связан со значительным снижением концентрации цинка и железа во всех C3 [C3 относится к типу фотосинтеза, проявляемому этими растениями] травах и бобовых». [8] Далее в исследовании говорится:
«Ожидается, что глобальная [концентрация] CO2 в атмосфере достигнет 550 частей на миллион в следующие 40–60 лет, даже если будут предприняты дальнейшие действия по сокращению выбросов. При таких концентрациях мы обнаруживаем, что съедобные части многих ключевых культур для питания человека имеют пониженную пищевую ценность по сравнению с теми же растениями, выращенными в идентичных условиях, но в окружающей среде [CO2]».
Кроме того, изменение климата может привести к усилению стресса сельскохозяйственных культур от сельскохозяйственных вредителей, таких как насекомые. Хотя последствия изменения климата могут различаться в зависимости от географического местоположения и вида насекомых — некоторые последствия, такие как изменения температуры и осадков, наносят вред насекомым, а другие — полезны, — в исследовании 2022 года отмечается, что «большинство сценариев изменения климата, как правило, благоприятствуют вредителям распространения по всему миру».
[23]
«Это особенно актуально для регионов с умеренным климатом, где холодный сезон в настоящее время остается ограничивающим фактором для развития вредителей», — продолжает исследование. «Кроме того, предполагается, что инвазивные виды будут легче размножаться и расширяться в регионах с умеренным климатом, чем в тропических. В целом ожидается, что растущее воздействие изменения климата на насекомых-вредителей будет распространяться и на будущее, особенно с учетом прогнозируемого повышения средней глобальной температуры в течение следующих десятилетий в соответствии со всеми доступными климатическими сценариями».
Эти результаты также имеют экономические последствия: исследование 2017 года показало, что даже с учетом преимуществ, которые CO2 оказывает на растения, стоимость CO2 для сельского хозяйства приводит к тому, что социальная стоимость углерода увеличивается более чем в два раза.[9] Это значительно увеличивает объем выбросов, учитывая, что в 2019 году в результате деятельности человека было выброшено около 43 миллиардов тонн CO2.
Одно исследование 2021 года показало, что в будущем аномальная жара может нанести в 5–10 раз больший ущерб посевам, чем считалось ранее.[22] Результаты другого исследования 2021 года, в котором использовались модели для прогнозирования воздействия климата на сельское хозяйство, показали, что «основные житницы столкнутся с отчетливыми антропогенными климатическими рисками раньше, чем предполагалось ранее». экстремальные погодные явления, такие как сильные дожди, жара и засуха, создадут повышенный риск неурожая кукурузы, связанный с климатом.[24]
Более широкие последствия изменения климата
Атмосферный CO2 не существует в вакууме. Вместо того, чтобы просто привести к более высокой скорости роста растений, это влияет на весь климат, приводя к потеплению, которое может усугубить волны тепла, засуху, лесные пожары и экстремальные осадки — все это может оказать влияние на растения.
По мере повышения температуры некоторые растения смещают свой ареал дальше на север и в более высокие широты.
Это движение «создает потенциал для взаимодействия новых видов», согласно исследованию 2020 года, опубликованному в журнале Nature Climate Change.[14] Интродукция новых видов в существующую среду обитания может вызвать проблемы для видов, которые адаптировались к этой среде обитания: «Было показано, что как интродуцированные, так и меняющие ареал виды влияют на сообщества-реципиенты, потребляя, паразитируя или конкурируя с местными видами, у которых отсутствует способность или защиты, чтобы преодолеть их». [14] Исследования показывают, что по мере того, как земля продолжает нагреваться, растения будут продолжать испытывать потери в радиусе действия: при потеплении примерно на 3,2 ° C потери в радиусе действия более 50% прогнозируются в 44% случаев. растения.[15] Между тем, если потепление будет ограничено 1,5°C, эти прогнозы потерь упадут до 8% растений.[15]
Изменение климата уже привело к вымиранию растительного мира. Одно исследование показало, что более высокие температуры и более длительные засушливые периоды способствовали исчезновению двух видов растений в Шварцвальде в Германии, и было отмечено, что еще 10 видов находятся под угрозой исчезновения из-за этих климатических условий.
[16] А исследования показали, что эндемичные растения — растения, произрастающие только в одной части мира — подвергаются даже большему риску, чем местные и интродуцированные растения.[17]
Для выживания растениям требуется больше, чем просто CO2. Например, вода является ключевым компонентом для роста растений. Ученые обнаружили, что более высокие уровни CO2 означают, что растения используют меньше воды для фотосинтеза. Это результат воздействия CO2 на устьица растений, крошечные поры, которые растения используют для поглощения CO2 и выделения воды. Повышенный уровень CO2 в атмосфере может привести к частичному закрытию устьиц растениями, а в некоторых случаях даже уменьшить плотность устьиц, что имеет значение для глобального круговорота воды.[4]
Но взаимосвязь между повышенным содержанием CO2 и потреблением воды сложна: поскольку увеличение количества парниковых газов в атмосфере вызывает потепление планеты, эти более высокие температуры продлевают вегетационный период растений и, следовательно, больше времени для поглощения воды.
Согласно исследованию 2019 года, по мере роста растений в более теплой среде с высоким содержанием CO2 им потребуется больше воды.[5]
«Для обширных континентальных регионов с большим населением, нуждающимся в воде, модели последнего поколения предсказывают, что общая потребность растительности в воде будет увеличиваться с потеплением, независимо от увеличения поверхностного сопротивления [эвапотранспирации] ET из-за закрытия устьиц, которое долгое время изображалось как панацея для прогнозируемого континентального высыхания на основе показателей засушливости с использованием [потенциальной эвапотранспирации] ПЭТ »[5] 9.0003
Поскольку изменение климата усугубляет экстремальную засуху в некоторых регионах, ожидается дальнейший стресс для растений. В исследовании 2019 года рассматривалось влияние засух на валовую первичную продукцию (ВПП) — «основу роста растительности и производства продуктов питания во всем мире», — отмечается в исследовании, — и было обнаружено, что «величина усредненного глобального сокращения ВПП, связанного с экстремальными засухами, была прогнозируется, что к последней четверти этого века (2075–2099 гг.
) он почти утроится по сравнению с историческим периодом (1850–1819 гг.).99) как при высоких, так и при средних сценариях выбросов ПГ [парниковых газов]. засуха при уничтожении этих растений будет экстремальной, особенно в Амазонии, Южной Африке, Средиземноморье, Австралии и на юго-западе США», — сказал ScienceDaily в 2019 году ведущий автор исследования Чунган Сюй из Лос-Аламосской национальной лаборатории.
Откуда берутся эти утверждения?
Утверждения, связывающие потребность растений в CO2 с идеей о том, что повышенное содержание CO2 в атмосфере безвредно, появлялись в самых разных местах. В дополнение к American Thinker, издания, в том числе PragerU, в котором содержится заявление о том, что «CO2 является пищей для растений» в рамках более длительного дела против предложенного «Зеленого нового курса» в Соединенных Штатах, Институт Хартленда и Daily Signal опубликовали части, которые включают в себя некоторые вариации одного основного утверждения: хотя концентрация CO2 в атмосфере растет, нет необходимости для тревоги, потому что роль CO2 в фотосинтезе делает его полезным для растений (и планеты).
Эти утверждения являются примерами придирчивости. Сосредоточившись исключительно на точном научном знании о том, что растениям нужен CO2 для фотосинтеза, и связанных с ним выводах о том, что увеличение содержания CO2 в атмосфере было связано с общим глобальным озеленением, эти источники игнорируют другие важные последствия, которые привели к увеличению выбросов CO2 и связанное с этим потепление имело и, по прогнозам, будет иметь для растений.
В мае блог Climate Realism, управляемый Институтом Хартленда, опубликовал статью, в которой содержалось необоснованное заявление о том, что изменение климата «повышает урожайность, а не угрожает ему». Блог посвящен недавнему исследованию Университета Эмори, опубликованному в журнале «Environmental Research Letters», в котором излагаются прогнозируемые изменения климата в сельскохозяйственных регионах США.
Исследование показало, что по мере изменения климата растущие регионы США будут смещаться дальше на север, а Кукурузный пояс «станет непригодным для выращивания кукурузы к 2100 году».
исследование было основано на данных «серьезно ошибочных» моделей, чьи «ретроспективные прогнозы не могут точно отразить прошлые и настоящие температуры и климатические условия» и чьи прогнозы на будущее «слишком жаркие».
Эмили Берчфилд, доцент Университета Эмори и автор исследования, сказал в электронном письме, что модели, использованные для исследования, очень эффективны для прогнозирования прошлых и будущих температур.
«Исторические данные о температуре, которые я использую для калибровки моделей, взяты из проекта DayMet, который представляет собой широко используемый набор данных, описывающий исторические климатические и погодные условия с использованием интерполированных продуктов с координатной сеткой, построенных на основе фактических ежедневных исторических метеорологических наблюдений», — сказала она.
Climate Realism также заявили в своем блоге, что «нет реальных доказательств того, что продолжающееся потепление изменит характер выпадения осадков или усилит засухи, наводнения или волны тепла на Среднем Западе таким образом, что это повредит производству сельскохозяйственных культур».
Фактически, в 2018 году ученые опубликовали исследование, в котором использовались спутниковые наблюдения, чтобы показать, как и где меняется доступность пресной воды в мире. Исследование показало, что пресная вода «быстро исчезает во многих орошаемых сельскохозяйственных районах мира». ». Засуха привела к снижению уровня грунтовых вод в регионе, а снижение зимнего снежного покрова в горах Сьерра-Невада также вызывает беспокойство из-за ключевой роли снежного покрова в снабжении поверхностных вод долины.
«Если вы примете научный консенсус тысяч людей, работающих независимо друг от друга по всему миру, чтобы попытаться поддержать фермеров Среднего Запада и производство продуктов питания в будущем, то я бы сказал, что у нас есть твердый консенсус в отношении того, что климатические изменения на Среднем Западе США сделают выращивание культур, которые в настоящее время преобладают в регионе, в будущем будет намного сложнее», — сказал Берчфилд. «Как я сказал в статье, лучшие доказательства, которые может предоставить научное сообщество, предполагают, что адаптация сельского хозяйства к изменению климата в центральной и восточной части США будет необходимой и неизбежной».
Ссылки
- [1] Lüthi et al. (2008). Рекорд концентрации углекислого газа с высоким разрешением за 650 000–800 000 лет до настоящего времени. Природа.
- [2] Zhu et al. (2016). Озеленение Земли и его движущие силы. Природа.
- [3] Piao et al. (2020). Характеристики, движущие силы и обратная связь глобального озеленения. Природа.
- [4] Lammertsma et. др. (2011). Глобальный рост CO2 приводит к снижению максимальной устьичной проводимости растительности Флориды. ПНАС.
- [5] Манкин и др. др. (2019). Доступность пресной воды в средних широтах снижается из-за прогнозируемой реакции растительности на изменение климата. Природоведение.
- [6] Zhu et al. (2016). Уровни двуокиси углерода (CO2) в этом столетии изменят содержание белков, питательных микроэлементов и витаминов в рисовых зернах с потенциальными последствиями для здоровья беднейших стран, зависящих от риса. Научные достижения.
- [7] МГЭИК (2019 г.). Изменение климата и земля: специальный отчет МГЭИК об изменении климата, опустынивании, деградации земель, устойчивом управлении земельными ресурсами, продовольственной безопасности и потоках парниковых газов в наземных экосистемах.
- [8] Myers et al. (2014). Увеличение CO2 угрожает питанию человека. Природа.
- [9] Мур и др. (2017). Новая наука о воздействии изменения климата на сельское хозяйство предполагает более высокую социальную стоимость углерода. Природа.
- [10] Берчфилд (2022). Изменение географии возделывания в Центральной и Восточной части США. Письма об экологических исследованиях.
- [11] Rodell et al. (2018). Новые тенденции в глобальной доступности пресной воды. Природа.
- [12] МГЭИК (2022 г.). Изменение климата 2022: последствия, адаптация и уязвимость. Вклад Рабочей группы II в Шестой оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата.
- [13] Зона и др. др. (2022). Более раннее таяние снега может привести к позднему сезонному снижению продуктивности растений и секвестрации углерода в экосистемах арктической тундры. Научные отчеты.
- [14] Wallingford et al. (2020). Регулировка линзы биологии вторжения, чтобы сосредоточиться на последствиях изменения ареалов, вызванных климатом. Изменение климата природы.
- [15] Уоррен и соавт. (2018). Прогнозируемое воздействие на насекомых, позвоночных и растения ограничения глобального потепления до 1,5 °C, а не до 2 °C. Наука.
- [16] Sperle et al. (2020). Изменение климата усугубляет вымирание болотных видов в Шварцвальде (Германия). Исследования биоразнообразия.
- [17] Manes et al. (2021). Эндемизм увеличивает риск изменения климата для видов в районах, имеющих глобальное значение для биоразнообразия. Биологическая консервация.
- [18] Jägermeyr et al. (2021). Климатические воздействия на глобальное сельское хозяйство проявляются раньше в моделях климата и сельскохозяйственных культур нового поколения. Природа Еда.
- [19] Мюллер и др. (2014). Утоление скрытого голода. Изменение климата природы.
- [20] Peñuelas et al. (2017). Переход от периода с преобладанием оплодотворения к периоду с преобладанием потепления. Экология природы и эволюция.
- [21] Сюй и др. (2019). Усиление воздействия экстремальных засух на продуктивность растительности в условиях изменения климата. Изменение климата природы.
- [22] Миллер и соавт. (2021). Тепловые волны, изменение климата и экономический результат. Журнал Европейской экономической ассоциации
- [23] Schneider et al. (2022). Влияние изменения климата на инвазивных вредителей сельскохозяйственных культур в разных биомах. Текущее мнение в науке о насекомых.
- [24] Raymond et al. (2022). Растущая пространственно-временная близость экстремальных температур и осадков в потеплении мира, количественно определенная большим ансамблем моделей. Письма об экологических исследованиях.
- [25] Chen et al. (2019). Китай и Индия лидируют в экологизации мира за счет управления землепользованием. Устойчивость природы.
Изменение климата природы.
(2019). Усиление воздействия экстремальных засух на продуктивность растительности в условиях изменения климата. Изменение климата природы.Углекислый газ питает растения, но насыщаются ли земные растения?
lowpower225 / шаттерсток
Аманда Кавана, Университет Эссекса , Кейтлин Мур, Университет Западной Австралии
Авторы
Аманда Кавана
Преподаватель, Университет Эссекса
Кейтлин Мур
Научный сотрудник, Университет Западной Австралии
Заявление о раскрытии информации
Аманда Кавана получает финансирование от международного исследовательского проекта «Реализуя повышенную эффективность фотосинтеза» (RIPE), целью которого является создание сельскохозяйственных культур для более эффективного фотосинтеза для устойчивого повышения продуктивности продуктов питания во всем мире при поддержке Фонда Билла и Мелинды Гейтс, Фонда исследований в области продовольствия и сельского хозяйства ( FFAR) и Министерство иностранных дел, по делам Содружества и развития Великобритании (FCDO)
.
Кейтлин Мур не работает, не консультирует, не владеет акциями и не получает финансирование от какой-либо компании или организации, которые могли бы извлечь выгоду из этой статьи, и не раскрыла никаких соответствующих связей, кроме своей академической должности.
Партнеры
Университет Западной Австралии предоставляет финансирование в качестве партнера-основателя The Conversation AU.
Университет Эссекса предоставляет финансирование в качестве члена The Conversation UK.
Просмотреть всех партнеров
Растения делают за нас много работы, производя воздух, которым мы дышим, пищу, которую мы едим, и даже некоторые лекарства. Но когда дело доходит до удаления углекислого газа из атмосферы, мы, возможно, переоцениваем их возможности.
Фотосинтез действует как легкие нашей планеты: растения используют свет и углекислый газ (CO₂) для производства сахаров, необходимых им для роста, при этом высвобождая кислород.
Когда концентрация CO₂ в атмосфере увеличивается, как это произошло благодаря тому, что люди сжигают ископаемое топливо, можно подумать, что растения наслаждаются пищей для неограниченного роста. Но новое исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что избыток богатства не так эффективен, как считалось ранее.
Поскольку CO₂ является основным источником пищи для растений, повышение его уровня напрямую стимулирует скорость фотосинтеза большинства растений. Это ускорение фотосинтеза, известное как «эффект удобрения CO₂», усиливает рост многих видов земных растений, при этом эффект наиболее ярко проявляется в сельскохозяйственных культурах и молодых деревьях и в меньшей степени в зрелых лесах.
Количество CO₂, используемого в процессе фотосинтеза и хранящегося в растительности и почве, выросло за последние 50 лет и теперь поглощает не менее четверти антропогенных выбросов в среднем за год. Мы предполагали, что это преимущество будет продолжать увеличиваться по мере роста концентрации CO₂, но данные, собранные за 33-летний период, показывают, что это может быть неправдой.
Удобрение сокращается
Точная оценка глобального эффекта CO₂-удобрения — непростая задача. Мы должны понять, что ограничивает фотосинтез от одного региона к другому и на всех уровнях, от молекул внутри листа до целых экосистем.
Большая исследовательская группа, стоящая за новым научным исследованием, использовала комбинацию данных со спутников, наземных наблюдений и моделей углеродного цикла. Используя этот мощный набор инструментов, они обнаружили, что эффект оплодотворения уменьшился на большей части земного шара с 1982 к 2015 г. – тенденция, которая хорошо коррелирует с наблюдаемыми изменениями в концентрации питательных веществ и доступной почвенной влаги.
Во многих отношениях сочетание этих различных инструментов помогает нарисовать более полную картину фотосинтеза мировых экосистем. Исследователи использовали набор долгосрочных измерений с башен потока, подобных изображенному ниже, которые постоянно отслеживают CO₂ и воду, используемые растениями, разбросаны по биомам Земли и обеспечивают наилучшие средства измерения фотосинтеза в масштабе экосистемы.
Башни FLUXNET по всему миру измеряют обмен углекислым газом, водяным паром и энергией между биосферой и атмосферой.
Кейтлин Мур, автор предоставил
Башни
Flux ограничены в диапазоне измерений (1 км или около того), но данные, которые собирают эти башни, помогают проверить спутниковые оценки того, сколько происходит фотосинтеза. Теперь, когда спутники и потоковые башни предоставляют записи с 1990-х годов (а в некоторых случаях и раньше), ученые могут оценить долгосрочные тенденции глобального фотосинтеза. Затем их можно сравнить с «моделями» — компьютерными симуляциями, прогнозирующими взаимодействие растений и окружающей среды — как это сделали исследователи в этом недавнем исследовании.
Что может отсутствовать в моделях?
Исследователи в последнем исследовании обнаружили, что уменьшение количества CO₂ было связано с наличием питательных веществ и воды, которые компьютерное моделирование могло не учитывать должным образом.
Мы знаем, что количество таких питательных веществ, как азот и фосфор, в некоторых районах сокращается, что может быть неучтенным. Растения также могут акклиматизироваться или изменять свой рост при изменении окружающей среды.
Точно так же, как мы можем меньше тратить на продукты, когда еды много, растения вкладывают меньше азота в фотосинтез, когда они растут в условиях высокого содержания CO₂. Когда это происходит, удобрение CO₂ становится менее эффективным, чем раньше. Поскольку некоторые растения имеют более сильную реакцию, чем другие, ее может быть трудно учесть в компьютерном моделировании.
В течение многих лет некоторые люди полагали, что углеродные удобрения смягчят изменение климата, замедляя скорость увеличения содержания CO₂ в атмосфере. Хотя этот эффект заложен в моделях, используемых для предсказания будущего климата, этот аргумент был широко неправильно истолкован теми, кто считает, что мир слишком остро реагирует на изменение климата.
Но если новое исследование верно, и мы действительно переоцениваем количество углерода, которое растения будут извлекать из атмосферы в будущем, даже наши самые осторожные климатические прогнозы, вероятно, были оптимистичными.