Stiger økende CO2-nivåer virkelig vekst i anlegget?

Stiger økende CO2-nivåer virkelig vekst i anlegget?
Shutterstock

Planter har blitt et usannsynlig emne for politisk debatt. Mange fremskrivninger antyder at brennende fossile brensler og de resulterende klimaendringene vil gjøre det vanskeligere å dyrke nok mat til alle i de kommende tiårene. Men noen grupper motvirker å begrense utslippene våre påstå at høyere nivåer av karbondioksid (CO₂) vil øke plantens fotosyntese og dermed øke matproduksjonen.

Ny forskning publisert i Science antyder at forutsigelsen av effekten av økende CO₂-nivåer på plantevekst faktisk kan være mer komplisert enn noen hadde forventet.

For å forstå hva forskerne har funnet ut krever litt bakgrunnsinformasjon om fotosyntese. Dette er prosessen som bruker lys energi for å drive konverteringen av CO₂ til sukkene som brenselplantevekst og til slutt gi maten vi er avhengige av. Dessverre er fotosyntese feilaktig.

Molekyler av CO₂ og oksygen er liknende former og nøkkelmekanismen som høster CO₂, et enzym med det fengende navnet RuBisCO, noen ganger feiler et oksygenmolekyl for en av C02. Dette var ikke et problem da RuBisCO først utviklet seg. Men om 30m år siden falt CO₂-nivåene i atmosfæren til mindre enn en tredjedel av hva de hadde vært. Med mindre CO₂ rundt, begynte planter feilaktig å prøve å høste oksygenmolekyler oftere. I dag er dette ofte en betydelig drenering på en plante energi og ressurser.

Når det blir varmere, blir RuBisCO enda mer utsatt for feil. Vannet fordampes også raskere, noe som tvinger plantene til å ta tiltak for å unngå å tørke ut. Dessverre stopper vann som kommer ut av bladene deres, også å stoppe CO₂, og etter hvert som RuBisCO blir sultet av CO₂, sløses det mer og mer av plantens ressurser ved å bruke oksygen i stedet. Ved 25 ° C kan dette forbruke en fjerdedel av det planten produserer - og problemet blir mer ekstremt som temperaturer stiger ytterligere.

Men noen planter utviklet en måte å unngå problemet på ved å pumpe CO₂ til cellene hvor RuBisCO er lokalisert for å turboladere fotosyntese. Disse kalles C4 planter, i motsetning til normale C3 planter som ikke kan gjøre dette. C4-planter kan være mye mer produktive, spesielt under varme og tørre forhold. De kom til å dominere Jordens tropiske gressområder fra 5m til 10m år siden, sannsynligvis fordi verden ble tørrere på denne tiden og deres vannbruk er mer effektiv.

Mais (mais) og sukkerrør er C4 planter, men de fleste avlinger er ikke, selv om et prosjekt som i utgangspunktet ble finansiert av Bill og Melinda Gates Foundation, har forsøkt å forbedre utbyttet i ris av legge til C4 maskineri til den.

De fleste modeller av hvordan plantevekst og avlinger gir vil bli påvirket av CO₂ utgitt ved å brenne fossilt brensel, har antatt at vanlige C3-planter kan fungere bedre. I mellomtiden får RuBisCO i C4 planter allerede nok CO₂, og økningen bør derfor ikke ha en liten effekt på dem. Dette har blitt støttet av tidligere kortsiktige studier.


Få det siste fra InnerSelf


Det nye Vitenskapspapiret rapporterer data fra et prosjekt som har sammenlignet C3 og C4 planter for Siste 20 år. Deres funn er overraskende. Som det var forventet, gjorde de C3-gressene som ble dyrket under ekstra CO₂ de første ti årene bedre - men deres C4-ekvivalenter gjorde det ikke. Imidlertid reverserte situasjonen i det andre tiåret av forsøket, med C3-plantene som produserer mindre biomasse under høyere nivåer av CO₂ og C4-plantene som produserer mer.

Det ser ut til at dette forvirrende resultatet kan være fordi når tiden gikk forbi, mindre nitrogen var tilgjengelig å befrukte vekst av planter i C3-plottene og mer i C4-plottene. Så effekten var ikke bare på grunn av plantene selv, men også til deres samspill med jordens kjemikk og dets mikrober.

Disse resultatene antyder at måten som endres i CO₂ påvirker etablerte økosystemer, er sannsynligvis komplisert og vanskelig å forutsi. De kan hint at, da CO₂ i atmosfæren øker, kan C4 tropiske gressområder kanskje absorbere mer karbon enn forventet, og skoger, som hovedsakelig er C3, kan absorbere mindre. Men det eksakte bildet er sannsynligvis avhengig av lokale forhold.

Påvirkning på mat

Hva dette betyr for matproduksjon kan være mer grei og mindre trøstende enn ved første øyekast. Disse resultatene er fra gress som overlever og fortsetter å vokse år etter år. Men dagens kornavlinger er "årlige planter" som dør etter en sesong og må etterplanteres.

Som et resultat har de ikke muligheten til å bygge opp jordinteraksjonene som synes å ha økt veksten av C4-plantene i forsøket. Vi kan ikke forvente at våre matssikkerhetsproblemer vil bli løst ved at C4 avlinger øker som svar på CO₂ som de gjorde i forsøket. På samme måte bør det endelige fallet i biomassen sett i C3-tomter ikke skje i C3 årlige avlinger.

Den ConversationMen som vi vet, kaster C3-planter mye mer ressurser til høyere temperaturer, slik at noen økning i fotosyntese fra stigende CO₂-nivåer ser ut til å være i hvert fall kansellert ved effekter av den globale oppvarmingen det vil forårsake. Og det er uten faktoring i endringer i nedbørsmønstre som hyppigere tørke. Løsninger som synes å være for gode til å være sanne generelt, er - og for øyeblikket synes det fortsatt å være tilfelle for ideen om at CO₂ forbedret avkastningsutbytte vil mate verden.

Om forfatteren

Stuart Thompson, universitetslektor i plantebiokemi, University of Westminster

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker

{amazonWS: searchindex = Bøker; nøkkelord = fotosyntese karbondioksid; maxresultater = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

følg InnerSelf på

facebook-ikonettwitter-iconrss-ikonet

Få den siste via e-post

{Emailcloak = off}