Влияние углекислого газа на растения: Реакция растений на рост концентрации углекислого газа в атмосфере « Выпуск №5 « Выпуски журнала — Журнал «Живые и биокосные системы»

CO2 в теплице и гроубоксе или преимущество использования CO2 для растений

1. 
   Влияние углекислого газа на урожайность
2. 
   Как повысить концентрацию СО2?
3. 
   Открытый грунт
4. 
   Закрытый грунт
5. 
   Какое количество СО2 подавать растениям и в какое время?

Всем еще с уроков биологии известно, как происходят процессы дыхания у растений. Человеческий организм устроен иначе, поэтому мы и прекрасно сосуществуем на нашей планете, зависят друг от друга.

Углекислый газ – это диоксид углерода, который в химии представлен формулой CO2. Это газ без запаха и цвета, незначительный процент которого содержится в воздухе. Именно он является источником чистого углерода для растений, который лежит в основе всех их процессов жизнедеятельности. СО2 играет очень важную роль в процессе фотосинтеза, давая возможность растительному организму производить энергию, необходимую для роста и развития. Без углекислого газа растения попросту погибнут, как человек без кислорода.

Влияние углекислого газа на урожайность

Если растениевод при выращивании растений использует умеренное по мощности освещение растений, то он может не беспокоиться, что его питомцам не хватит углекислого газа, содержащегося в воздухе. СО2 при установке мощных источников света будет недостаточно, чтобы культуры могли полностью поглотить и использовать получаемую световую энергию.

Давая растениям дополнительное количество углекислого газа совместно с мощным освещением, садовод помогает им поглощать больше света, что положительно сказывается на проведении процесса фотосинтеза. В результате они начинают быстрее расти, формировать более пышные соцветия и сочные плоды, которые содержат в себе значительно большее количество вкусоароматических веществ. В результате растениевод получает урожай не только немного раньше, но и в значительно большем количестве. Соцветия и плоды вырастают более сочными и объемными, что говорит об улучшении их качества.

Еще одна положительная сторона использования СО2 в теплицах и гроубоксах – представители флоры становятся более устойчивыми к повышенным температурам и световым ожогам. Они могут отлично себя чувствовать при показателях термометра в 30-35 градусов.

Как повысить концентрацию СО2?

Открытый грунт

Повысить уровень концентрации углекислого газа в воздухе в открытом грунте не так-то просто. Из-за свободного движения воздушных масс он быстро улетучивается с места высадки. Даже для незначительного поднятия процента его содержания садоводам потребуется большое количество газа и энергии, что станет попросту неоправданным. Его положительное влияние попросту сведется на нет. Однако есть все же один способ. Он подразумевает внесение в грунт органических удобрений, которые в процессе разложения выделяют углекислый газ. Это продолжается достаточно долго, что позволяет насытить приближенные к растениям слои воздуха СО2.

Закрытый грунт

В закрытом грунте дела обстоят совершенно иначе. Благодаря тому, что растения выращиваются в закрытом пространстве, повысить концентрацию углекислого газа в них достаточно просто. Сразу хотелось бы уточнить, что ценовая политика всех наиболее распространенных способов довольно широка, поэтому каждый гровер должен в первую очередь ориентироваться на свой кошелек. Также все будет зависеть от площади культивации и количества растущих культур.

Повысить уровень СО2 в теплице или гроубоксе можно следующими способами:

• Генератор углекислого газа

Представляет собой специальное устройство, которое образовывает СО2 путем сжигания пропана и этилового спирта. Контроль над его работой осуществляется с помощью автоматики, представленной датчиком измерения концентрации углекислого газа. С его помощью можно легко поддерживать необходимый уровень СО2 в закрытом пространстве. Генератор больше подходит для больших теплиц, поскольку требует существенных финансовых вложений, часть из которых пойдет на дополнительное обустройство самого помещения, ведь должны быть соблюдены все меры безопасности. Также стоит отметить, что генератор повышает уровень влажности и температуры в замкнутом пространстве. Поэтому лучше всего устанавливать его за пределами теплицы;

• Сжатый углекислый газ в баллонах

Это наиболее приемлемый способ насыщения теплиц и больших гроуромов СО2, однако цена на него все же является высокой для любительского садоводства. Только при солидных посевных площадях он полностью себя оправдывает. Садовод просто ставит баллон с газом в боксе или теплице, и откручивает кран, чтобы СО2 выходил наружу. Минус способа заключается в том, что без датчика концентрации углекислого газа гровер может легко перенасытить им замкнутое пространство, что отрицательно отразится на растительных культурах. Еще одни немаловажный фактор – баллон является взрывоопасным;

• Ферментация или брожение

Больше подходит для насыщения углекислым газом небольших гроубоксов, поскольку в процессе вырабатывается малое количество СО2, которого хватит только для небольшого количества растений. В боксе размещаются специальные вещества, после чего активируется их процесс брожения, побочным продуктом которого является углекислый газ. Из недостатков ферментации стоит отметить тот факт, что растениевод должен уметь проводить и контролировать этот процесс. Также в брожения выделяется неприятный запах и это может привлечь насекомых;

• Использование органики

Наиболее популярный среди гроверов способ, который не требует специальных знаний и умений. На рынке прогрессивного растениеводства востребован препарат СО2 Bottle. По сути – это обычная бутыль с сухим веществом органического происхождения внутри, которое при контакте с теплой водой начинает выделять углекислый газ. Большой плюс в том, что такого количества вполне достаточно для насыщения гроубокса. Препарат очень прост в использовании. После добавления воды садоводу нужно убрать специальный стикер, закрывающий выходное отверстие, и встряхнуть бутылку. Бутыль необходимо встряхивать один раз каждые два дня. Всего ее хватает на 3-4 недели, по окончанию ее можно легко наполнить новой порцией с помощью пакета для заправки СО2 Bottle. Данный способ обогащения гроубокса углекислым газом стал наиболее востребованным среди канадских и европейских гроверов благодаря своей простоте и дешевизне;

• Компостирование

Обогатить воздух в теплице СО2 можно с помощью компостирования, однако этот метод приносит скорее больше хлопот, чем пользы. С самодельным компостом всегда трудно работать, а его результат неоднозначен – никогда не знаешь, сколько углекислого газа вырабатывается. Готовые СО2 бустеры можно приобрести на рынке, но они стоят недешево и вырабатывают слишком большое количество углекислого газа для домашней оранжереи. Также во время компостирования всегда возникает неприятный запах, а сам процесс является гигиеничным;

• Сухой лед

Представляет собой холодный твердый СО2, в процессе нагревания которого углекислый газ попадает в воздух. Он хорошо проявляет себя, если необходимо резко повысить концентрацию СО2 в закрытом помещении. При постоянном использовании является затратным и долгим способом, который также небезопасен для человека. Пополнять запасы льда придется каждый день, а уровень выделения углекислого газа довольно трудно контролировать.

Какое количество СО2 подавать растениям и в какое время?

Сотни тысяч лет назад концентрация углекислого газа в атмосфере нашей планеты была намного больше, чем сегодня. Поскольку в процессе эволюции растения приспособились к данным условиям, они способны поглощать существенно больше СО2, чем его сегодня находится в воздухе. По заверениям ученых, они могут эффективно использовать до 1500 ppm газа. А поскольку в атмосфере его концентрация сегодня достигает всего лишь 400 ppm, то эффект от повышения его дозировки весьма ощутим. Растения смогут производить гораздо больше энергии в процессе фотосинтеза, что положительно отразится на их росте и производительности – это факт.

Однако стоит понимать, что в первую очередь на эффективность процесса фотосинтеза влияет именно мощность света. Дело в том, что при низкой концентрации СО2 растительные культуры способны перерабатывать не всю поступающую им световую энергию. Поэтому, если Вы решили повысить контракцию углекислого газа в теплице или гроубоксе, то непременно стоит позаботиться о мощном освещении.

Опытные гроверы советуют поддерживать концентрацию углекислого газа в закрытом грунте на уровне в 1200-1500 ррm. Такой показатель является наиболее оптимальным. Однако он актуален только при использовании ДНаТ или LED светильников мощностью не менее 600 Вт на площади культивации в 1 м2. При меньшей освещенности его следует снизить. Также растениеводу следует понимать, что в ночное время, когда растение отдыхает, оно не поглощает углекислый газ. Это значит, что при выключенном свете нужда в его поступлении отпадает. Всегда следует отключать «обогатитель» СО2 на ночь.

Профессионалы рекомендуют обогащать гроубокс СО2 в следующих случаях:

Такой режим поможет гроверу сэкономить ресурс преобразователя СО2 и не повлияет на эффективность использования.

Повышение уровня CO2 в атмосфере не компенсирует деревьям негативного влияния жары и засухи

Больше CO2 в атмосфере вредит ключевым растениям и сельскохозяйственным культурам больше, чем помогает » Yale Climate Connections

Посмотрите в окно, и вы легко увидите, как люди меняют ландшафт. Отпечатки пальцев человека касаются почти каждой части земного шара. Мы также сформировали планету невидимым образом: деятельность человека фактически изменила состав атмосферы. Углекислый газ (CO2) является важным компонентом атмосферы, и деятельность человека увеличила количество этого газа в атмосфере на 45% с тех пор, как в середине 1700-х годов началась широкомасштабная промышленная деятельность.

Это важно, потому что CO2 играет несколько ролей в поддержании стабильности климата Земли. Природа — тщательно сбалансированная система, и с годами люди нарушили этот баланс. К счастью, мы также способны уменьшить наше влияние, особенно теперь, когда мы больше понимаем, как работает система Земли.

Но вы, возможно, слышали миф о том, что равновесие в природе не имеет большого значения. В конце концов, CO2 является естественным и помогает расти растениям и сельскохозяйственным культурам. Это правда. Но это также вводит в заблуждение тем, что это только часть истории. Широко распространен миф о том, что добавление дополнительного количества CO2 в атмосферу удобрит растения и урожай и сделает мир более зеленым и лучше. К сожалению, это оказывается неправдой.

Миф о том, что СО2 является пищей для растений и что поэтому «дополнительный» СО2 не может быть плохим, является примером логической ошибки. Звучит вроде бы правильно, но это сильное упрощение. Это привлекательно, потому что предполагает, что выбросы загрязняющих веществ, вызывающих изменение климата, — это нормально. Но миф не соответствует действительности. Это настолько упрощено, что не учитывает другие важные факторы, которые помогают растениям расти, и весь ущерб, который наносит избыток CO2. Просто подумайте об этом с точки зрения «слишком много хорошего — это плохо», как, например, слишком много воды, из-за которой ванна переполняется.

Одно только удобрение не сделает сад успешным.

Во многих мифах есть доля правды. Это часть того, что делает их правдоподобными — поначалу. Но мы должны смотреть дальше этого единственного фрагмента факта. В случае с мифом о CO2 как удобрении вы можете проверить эту идею, подумав о своем собственном саду. Достаточно ли одних удобрений для создания здорового сада? Конечно нет. Саду необходимо правильное количество воды, стабильные погодные условия и растения, подходящие для местных условий. Это те же самые факторы, которые были нарушены перегрузкой CO2 в атмосфере. Например, простое добавление большего количества удобрений не поможет растениям, когда в саду либо слишком много, либо недостаточно воды.

CO2 является естественным, но также может быть вредным.

Другим аспектом этого мифа является то, что CO2 является естественным, поэтому он не может быть чем-то плохим. Опять же, «внутренняя проверка» может показать, что эта логика не выдерживает критики. Например, азот и фосфор также являются удобрениями для растений, но они загрязняют окружающую среду, когда их слишком много. Передозировка азота или фосфора вызывает цветение водорослей, убивает рыбу и превращает озера в вонючие болота. Даже кислород взрывоопасен в высоких концентрациях. Многие серьезные загрязнители – ртуть, свинец, мышьяк – встречаются в природе. Но они все равно опасны. То же самое относится и к CO2, а это и естественное, необходимое вещество, и загрязнитель в высоких концентрациях.

Все дело в балансе.

Природа подобна рецепту, в котором каждый ингредиент нужен в правильной пропорции. Щепотка мускатного ореха придает тыквенному пирогу насыщенный теплый вкус, но столовая ложка мускатного ореха испортит пирог. Двигатель автомобиля работает на точной смеси воздуха, топлива и искры. Перегрузка одного элемента нарушает работу всей системы. Многие аспекты природы действуют таким же сбалансированным образом.

Например, у атмосферы есть особый рецепт. CO2 и другие парниковые газы являются неотъемлемой частью рецепта, потому что они задерживают тепло в атмосфере. Без CO2 планета Земля была бы в вечном ледниковом периоде. Но небольшое количество CO2 удерживает планету в знаменитом состоянии «Златовласки и трех медведей»: не слишком жарко, не слишком холодно, а в «правильной» зоне, идеальной для жизни, какой мы ее знаем. Слишком много CO2 перегревает планету.

Изучая историю Земли, ученые узнали, что когда в атмосфере было много CO2, планета была горячей. На самом деле последний раз, когда на Земле было столько CO2 в атмосфере, сколько сейчас, была эпоха плиоцена, более 3 миллионов лет назад. В то время атмосфера Земли была на 3,6–7,2 градуса по Фаренгейту теплее (на 2–4 градуса по Цельсию), чем сегодня. А глобальный уровень моря был на 50-80 футов (15-25 метров) выше.

Изменение климата плохо сказывается на растениях.

Основы изменения климата на самом деле легко понять. Человеческая деятельность ежедневно выбрасывает около 100 миллионов тонн CO2, в основном за счет сжигания ископаемого топлива, из-за чего атмосфера удерживает больше тепла. В результате этого загрязнения, удерживающего тепло, атмосфера, земля и океаны стали теплее. Дополнительное тепло вызывает побочные эффекты, такие как более интенсивные ливни, наводнения, длительные периоды сильной жары и засухи. В свою очередь, эти неприятные условия приводят к более частым и сильным лесным пожарам, нашествиям насекомых и неурожаям. Конечно, современные растения получают немного больше удобрений из-за избыточного количества CO2 в воздухе, но этот дополнительный CO2 вызывает много других проблем, нанося вред многим растениям и культурам. Изменение климата нарушает рост растений.

Сельскохозяйственные эксперименты показали негативные последствия.

Ученые провели множество экспериментов, чтобы увидеть, что происходит, когда растения и сельскохозяйственные культуры получают дополнительное количество CO2. Когда в воздух вокруг растений накачивался дополнительный CO2, они росли быстрее. По этой причине CO2 иногда подается в закрытые теплицы для повышения производительности. Но тепличные растения также имеют оптимальное количество воды, отличную почву и контролируемую температуру. Обычно это другая история в реальном мире.

Чтобы провести более «реальный» эксперимент, в других исследованиях растениям дополнительно давали CO2 плюс повышение температуры. В этих условиях многие растения и сельскохозяйственные культуры плохо росли. В большинстве случаев повышение от CO2 подавлялось более жаркими условиями. Эти эксперименты демонстрируют, что миф об удобрении углекислым газом является ложным, и рецензируемые отчеты показывают, что основные культуры, такие как пшеница, рис, кукуруза и соевые бобы, станут менее продуктивными по мере того, как мир нагревается.

Аналогичным образом, важное исследование, проведенное в 2018 году, показало, что выращивание риса в условиях высокого содержания CO2 делает его менее питательным. В качестве основного зерна рис играет решающую роль в питании населения мира. Дополнительный CO2 вызвал дисбаланс в химическом составе урожая, в результате чего в рисе было меньше белка, железа, цинка и витаминов группы В. «Весь баланс элементов нарушен», — объяснил физиолог растений Льюис Зиска, автор исследования. Этот результат является еще одним примером того, как рецепт природы нарушается избытком CO2.

Плохие новости могут заставить нас внести необходимые изменения.

Мифы, которые пытаются «опровергнуть» изменение климата, могут быть привлекательными. Никому не нравится идея, что антропогенное загрязнение теперь меняет химический баланс атмосферы Земли. Тем не менее, изменение климата происходит.

Но мы можем использовать наши новые знания, чтобы предотвратить ухудшение этих проблем и поддерживать здоровый климат для растений и людей.

То, как растения используют углерод, влияет на их реакцию на изменение климата | Имперские новости

Новое исследование показывает, что в более теплых условиях растения могут поглощать больше углекислого газа, более эффективно используя углерод для роста.

Растения поглощают или «фиксируют» углекислый газ из атмосферы во время фотосинтеза. Часть углерода используется для роста растений, а часть используется для дыхания, когда растение расщепляет сахара для получения энергии.

Растения могут быть более способны компенсировать негативное влияние потепления на фиксацию углерода, чем считалось ранее, доктор Самраат Павар

Баланс между выделением углекислого газа (CO2) при дыхании и фиксацией углерода при фотосинтезе влияет на рост растения. На земном шаре этот баланс также влияет на глобальный баланс углерода — сколько его хранится в живых существах по сравнению со свободным в атмосфере. Чем выше скорость фотосинтеза по сравнению с дыханием, тем выше скорость, с которой атмосферный углерод «всасывается» экосистемами.

По мере того, как количество CO2 в атмосфере повышается из-за воздействия человека, что приводит к потеплению планеты, баланс между фотосинтезом и дыханием может измениться у отдельных растений. В новом исследовании, опубликованном на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences , исследователи обнаружили, что в более теплых условиях растения меняют способ использования углерода, используя больше углерода для роста.

Используя больше CO2 для роста, растения «фиксируют» больше CO2 из атмосферы, удерживая его в своих листьях и стеблях.

Выделение углерода

Ранее ученые измерили простое соотношение между фотосинтезом и скоростью дыхания при заданной температуре, чтобы оценить реакцию растений. Тем не менее, команда обнаружила третий фундаментальный фактор, который определяет соотношение, называемое «эффективностью распределения углерода».

Новое исследование, проведенное учеными из Имперского колледжа Лондона и Университета Эксетера, должно позволить ученым более точно предсказывать реакцию растений на изменение климата, используя эффективность распределения углерода.

Этот фактор определяет, что происходит после того, как CO2 поглощается во время фотосинтеза – используется ли он для роста или дыхания. Команда обнаружила, что по мере повышения температуры растения могут выделять больше углерода для роста, что эффективно увеличивает их чистый прирост углерода.

Прогнозирование реакции экосистемы

Чтобы это выяснить, они использовали комбинацию математического моделирования и данных лабораторных экспериментов с водорослями. Они также рассмотрели различные виды растений, как на суше, так и в воде, и пришли к выводу, что повышение эффективности распределения углерода, вызванное потеплением, является общим явлением.