Adakah Peningkatan Tahap Karbon Dioksida Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman?

Adakah Peningkatan Tahap Karbon Dioksida Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman?
Shutterstock

Tumbuhan telah menjadi subjek perbahasan politik yang tidak mungkin. Banyak unjuran mencadangkan bahawa membakar bahan api fosil dan perubahan iklim yang dihasilkan akan menjadikannya lebih sukar untuk menanam makanan yang cukup untuk semua orang dalam dekad yang akan datang. Tetapi sesetengah kumpulan menentang untuk membatasi pelepasan kami tuntut itu Tahap karbon dioksida (CO₂) yang lebih tinggi akan meningkatkan fotosintesis tumbuhan dan meningkatkan pengeluaran makanan.

Penyelidikan baru diterbitkan dalam Sains mencadangkan bahawa meramalkan kesan peningkatan paras CO2 ke atas pertumbuhan tumbuhan mungkin sebenarnya lebih rumit berbanding sesiapa yang dijangkakan.

Untuk memahami apa yang penyelidik telah mengetahui memerlukan sedikit maklumat latar belakang mengenai fotosintesis. Inilah proses yang menggunakan tenaga cahaya untuk memaksimumkan pengubahan CO₂ ke dalam gula yang pertumbuhan tumbuhan bahan bakar dan pada akhirnya menyediakan makanan yang kita bergantung. Malangnya, fotosintesis adalah cacat.

Molekul CO₂ dan oksigen adalah bentuk yang serupa dan mekanisme utama yang menuai CO₂, enzim dengan nama RuBisCO, kadang-kadang kesilapan molekul oksigen untuk CO2. Ini bukan masalah apabila RuBisCO mula-mula berkembang. Tetapi sekitar 30m tahun lalu tahap CO2 di atmosfer menurun kepada kurang daripada satu pertiga daripada apa yang mereka telah. Dengan kurang CO₂ di sekitar, tumbuh-tumbuhan mula tersilap cuba untuk menuai molekul oksigen lebih kerap. Hari ini, ini sering menjadi longkang besar apabila tenaga dan sumber tanaman.

Kerana ia menjadi lebih panas, RuBisCO menjadi lebih cenderung kepada kesilapan. Air juga menguap lebih cepat, memaksa tumbuhan mengambil langkah-langkah untuk mengelakkan pengeringan. Malangnya, penghentian air keluar dari daun mereka juga menghalang CO2 masuk dan, sebagai RuBisCO menjadi kelaparan CO2, ia membuang lebih banyak sumber tanaman dengan menggunakan oksigen. Pada 25 ° C, ini boleh mengambil satu perempat daripada apa yang menghasilkan tumbuhan - dan masalah menjadi lebih melampau apabila suhu semakin meningkat.

Walau bagaimanapun, beberapa tumbuhan membangunkan satu cara untuk mengelakkan masalah dengan mengepam CO₂ ke sel-sel di mana RuBisCO terletak pada fotosintesis turbocharge. Ini dikenali sebagai tanaman C4, bertentangan dengan tanaman C3 biasa yang tidak dapat melakukan ini. Tumbuh-tumbuhan C4 boleh menjadi lebih produktif, terutamanya di bawah keadaan panas dan kering. Mereka datang untuk menguasai padang rumput tropika bumi dari 5m hingga 10m tahun lalu, mungkin kerana dunia menjadi kering pada masa ini dan mereka Penggunaan air lebih berkesan.

Jagung (jagung) dan tebu adalah tanaman C4 tetapi kebanyakan tanaman tidak, walaupun projek yang pada mulanya dibiayai oleh Yayasan Rang Undang-Undang dan Melinda Gates telah berusaha untuk meningkatkan hasil beras menambah jentera C4 kepadanya.

Kebanyakan model bagaimana pertumbuhan tumbuhan dan hasil tanaman akan terjejas oleh CO₂ yang dilepaskan oleh pembakaran bahan api fosil telah mengandaikan bahawa tumbuh-tumbuhan C3 biasa boleh dilakukan dengan lebih baik. Sementara itu, RuBisCO di kilang C4 sudah mendapat CO₂ yang mencukupi dan peningkatan itu sepatutnya memberi sedikit kesan kepada mereka. Ini telah disokong oleh kajian jangka pendek sebelumnya.


Dapatkan yang terbaru dari InnerSelf


Kertas Sains baru melaporkan data daripada projek yang telah membandingkan tanaman C3 dan C4 untuk 20 tahun yang lalu. Penemuan mereka mengejutkan. Seperti yang dijangkakan, untuk sepuluh tahun pertama, rumput C3 yang ditanam di bawah CO2 tambahan lebih baik - tetapi kesetaraan C4 mereka tidak. Walau bagaimanapun, dalam dekad kedua eksperimen keadaan itu dibalikkan, dengan tanaman C3 menghasilkan kurang biomass di bawah paras CO₂ yang lebih tinggi dan tanaman C4 menghasilkan lebih banyak.

Nampaknya keputusan yang membingungkan ini mungkin disebabkan oleh masa berlalu, kurang nitrogen boleh didapati untuk menyuburkan pertumbuhan tumbuhan di plot C3 dan lebih banyak lagi di plot C4. Jadi kesan itu bukan hanya disebabkan oleh tumbuhan sendiri tetapi juga untuk interaksi mereka dengan kimia tanah dan mikrobnya.

Keputusan ini menunjukkan bahawa cara perubahan CO₂ mempengaruhi ekosistem yang mapan mungkin menjadi rumit dan sukar untuk diramalkan. Mereka mungkin membayangkan bahawa, sebagai CO₂ di atmosfer bertambah, tanah padang rumput C4 mungkin menyerap lebih banyak karbon daripada yang dijangkakan, dan hutan, yang kebanyakannya adalah C3, mungkin menyerap kurang. Tetapi gambar yang tepat mungkin bergantung kepada keadaan setempat.

Kesan ke atas makanan

Apa ini bermakna pengeluaran makanan mungkin lebih mudah dan kurang selesa daripada pandangan pertama. Keputusan ini berasal dari rumput yang bertahan dan terus tumbuh tahun demi tahun. Tetapi tanaman bijirin semasa adalah "tumbuhan tahunan" yang mati selepas satu musim dan perlu ditanam semula.

Akibatnya, mereka tidak mempunyai peluang untuk membina interaksi tanah yang seolah-olah telah meningkatkan pertumbuhan tanaman C4 dalam eksperimen. Kita tidak boleh menjangkakan bahawa masalah keselamatan makanan kita akan diselesaikan oleh hasil tanaman C4 yang meningkat sebagai tindak balas kepada CO₂ seperti yang mereka lakukan dalam eksperimen. Begitu juga, kejatuhan biomas yang dilihat di plot C3 tidak sepatutnya berlaku dalam tanaman tahunan C3.

PerbualanTetapi, seperti yang kita ketahui, tumbuhan C3 membazirkan lebih banyak sumber pada suhu yang lebih tinggi, jadi apa-apa peningkatan dalam fotosintesis daripada paras CO₂ yang meningkat mungkin kelihatan sekurang-kurangnya dibatalkan oleh kesan pemanasan global ia akan menyebabkan. Dan itu tanpa pemfaktoran dalam perubahan kepada corak hujan seperti kekeringan yang lebih kerap. Penyelesaian yang nampaknya terlalu baik untuk menjadi kenyataan umumnya - dan, buat masa ini, masih nampaknya menjadi kes pada idea bahawa hasil tanaman CO₂ yang dipertingkat akan memberi makan kepada dunia.

Mengenai Pengarang

Stuart Thompson, Pensyarah Kanan dalam Biokimia Tumbuhan, Universiti Westminster

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan. Membaca artikel asal.

Buku-buku yang berkaitan

{amazonWS: searchindex = Books; keywords = photosynthesis carbon dioxide; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf pada

icon-facebooktwitter-iconrss-icon

Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

{Emailcloak = mati}