二氧化碳水平上升真的會促進植物生長嗎?

二氧化碳水平上升真的會促進植物生長嗎?
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植物已成為政治辯論的一個不太可能的主題。 許多預測 他們認為,燃燒化石燃料以及由此產生的氣候變化將使未來幾十年為每個人種植足夠的食物變得更加困難。 但一些團體反對限制我們的排放 聲稱 較高水平的二氧化碳(CO 2)將促進植物的光合作用,從而增加糧食產量。

新的研究 發表在科學 表明預測增加二氧化碳水平對植物生長的影響實際上可能比任何人預期的更複雜。

要了解研究人員發現的內容需要一些有關光合作用的背景信息。 這是利用光能為二氧化碳轉化為糖的過程,這些糖促進植物生長並最終提供我們賴以生存的食物。 不幸的是,光合作用是有缺陷的。

CO 2和氧氣的分子形狀相似,是收穫CO 2的關鍵機制,CO 2是一種名字叫RuBisCO的酶,有時候 錯誤的氧分子為一個二氧化碳。 這不是問題 當RuBisCO第一次進化時。 但就30m年前而言,大氣中的二氧化碳含量降至不足 他們過去的三分之一。 由於周圍的二氧化碳較少,植物開始錯誤地試圖更頻繁地收集氧分子。 今天,這通常是對工廠能源和資源的大量消耗。

隨著它越來越熱,RuBisCO變得更容易出錯。 水也蒸發得更快,迫使植物採取措施避免干燥。 不幸的是,阻止水從樹葉中流出也會阻止二氧化碳進入,當RuBisCO變得缺乏二氧化碳時,它會通過使用氧氣來浪費越來越多的植物資源。 在25°C,這可能消耗工廠生產的四分之一 - 問題變得更加極端 氣溫進一步升高.

但是,有些 植物開發了一種避免這個問題的方法 通過將CO 2泵送到RuBisCO所在的細胞來增加光合作用。 這些被稱為C4植物,而不是正常的C3植物,它們不能做到這一點。 C4工廠的生產效率更高,特別是在炎熱和乾燥的條件下。 他們來自地球的熱帶草原 5m到10m多年前,可能是因為這個時候世界變得更加干燥了 用水效率更高.

玉米(玉米)和甘蔗是C4植物,但大多數作物都沒有,儘管最初由比爾和梅林達蓋茨基金會資助的項目一直在尋求提高水稻產量。 添加C4機械.

大多數關於植物生長和作物產量的模型 將受到二氧化碳的影響 通過燃燒化石燃料釋放,假設常規C3工廠可能表現更好。 同時,C4工廠的RuBisCO已經獲得足夠的二氧化碳,因此增加對它們的影響不大。 這得到了支持 以前的短期研究.

新的科學論文報告了一個項目的數據,該項目一直在比較C3和C4工廠 在過去的20年。。 他們的發現令人驚訝。 正如預期的那樣,在前十年,在額外的二氧化碳下生長的C3草的效果更好 - 但它們的C4等效物沒有。 然而,在實驗的第二個十年中,情況發生逆轉,C3工廠在較高水平的CO 2下生產較少的生物質,而C4工廠生產更多。

似乎這個令人困惑的結果可能是因為隨著時間的推移, 可用的氮較少 在C3圖中施用C4圖中的植物生長,以及更多。 因此,效果不僅僅歸功於植物本身,還歸因於它們與土壤化學和微生物的相互作用。

這些結果表明,二氧化碳變化影響已建立的生態系統的方式可能很複雜,難以預測。 它們可能暗示,隨著大氣中二氧化碳的增加,C4熱帶草原也許可能 吸收更多的碳 比預期更多的森林,主要是C3, 可能吸收更少。 但具體情況可能取決於當地條件。

對食物的影響

這對於食品生產來說意味著什麼可能比乍看之下更直接,更不舒服。 這些結果來自於生存並繼續逐年增長的禾本科植物。 但目前的穀類作物是“一年生植物”,在一季後死亡,必須重新種植。

因此,他們沒有機會建立土壤相互作用,這似乎促進了實驗中C4植物的生長。 我們不能指望我們的食品安全問題將通過C4作物產量的增加來解決,因為他們在實驗中對CO 2的反應也在增加。 同樣,在C3一年生作物中不應發生C3地塊中生物量的最終下降。

談話但是,正如我們所知,C3工廠在更高的溫度下會浪費更多的資源,因此,隨著二氧化碳濃度的升高,光合作用的增加可能是 至少取消了全球變暖的影響 它會導致。 而這並沒有考慮降雨模式的變化,例如 更頻繁的干旱。 看起來好得令人難以置信的解決方案通常是 - 而且,目前看來,二氧化碳提高作物產量的想法似乎仍然適用於世界。

關於作者

Stuart Thompson,植物生物化學高級講師, 威斯敏斯特大學

這篇文章最初發表於 談話。 閱讀 原創文章.

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