Mức độ Carbon Dioxide tăng có thực sự thúc đẩy tăng trưởng thực vật?

Mức độ Carbon Dioxide tăng có thực sự thúc đẩy tăng trưởng thực vật?
Shutterstock

Thực vật đã trở thành một chủ đề không thể tranh luận chính trị. Nhiều dự đoán đề xuất rằng việc đốt nhiên liệu hóa thạch và biến đổi khí hậu sẽ khiến việc trồng đủ lương thực cho mọi người trong những thập kỷ tới trở nên khó khăn hơn. Nhưng một số nhóm phản đối việc hạn chế khí thải của chúng tôi tuyên bố rằng nồng độ carbon dioxide (CO₂) cao hơn sẽ thúc đẩy quá trình quang hợp của thực vật và do đó tăng sản lượng lương thực.

nghiên cứu mới xuất bản trên Khoa học gợi ý rằng việc dự đoán ảnh hưởng của việc tăng nồng độ CO₂ lên sự tăng trưởng thực vật có thể thực sự phức tạp hơn bất kỳ ai đã dự kiến.

Để hiểu những gì các nhà nghiên cứu đã tìm ra đòi hỏi một chút thông tin cơ bản về quang hợp. Đây là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để cung cấp năng lượng cho việc chuyển đổi CO₂ thành đường làm nhiên liệu cho sự phát triển của nhà máy và cuối cùng cung cấp thực phẩm mà chúng ta phụ thuộc vào. Thật không may, quang hợp là thiếu sót.

Các phân tử CO₂ và oxy có hình dạng tương tự nhau và cơ chế chính thu hoạch CO₂, một loại enzyme có tên hấp dẫn là RuBisCO, đôi khi nhầm một phân tử oxy cho một trong những CO. Đây không phải là một vấn đề Khi RuBisCO lần đầu tiên phát triển. Nhưng khoảng 30m năm trước, nồng độ CO₂ trong khí quyển giảm xuống ít hơn một phần ba những gì họ đã được. Với ít CO₂ xung quanh, thực vật bắt đầu nhầm khi thu hoạch các phân tử oxy thường xuyên hơn. Ngày nay, điều này thường làm hao hụt đáng kể năng lượng và tài nguyên của nhà máy.

Khi nó trở nên nóng hơn, RuBisCO thậm chí còn dễ bị lỗi hơn. Nước cũng bốc hơi nhanh hơn, buộc các nhà máy phải thực hiện các biện pháp để tránh bị khô. Thật không may, việc ngăn nước ra khỏi lá của chúng cũng khiến CO₂ xâm nhập và, khi RuBisCO bị thiếu CO, nó làm lãng phí ngày càng nhiều tài nguyên của nhà máy bằng cách sử dụng oxy thay thế. Ở 25 ° C, điều này có thể tiêu thụ một phần tư những gì nhà máy sản xuất - và vấn đề trở nên cực đoan hơn khi nhiệt độ tăng hơn nữa.

Tuy nhiên, một số thực vật phát triển một cách để tránh vấn đề bằng cách bơm CO₂ đến các tế bào nơi RuBisCO được đặt để tăng cường quang hợp. Chúng được gọi là các cây C4, trái ngược với các cây C3 bình thường không thể làm được điều này. Cây C4 có thể có năng suất cao hơn nhiều, đặc biệt là trong điều kiện nóng và khô. Họ đến thống trị đồng cỏ nhiệt đới của Trái đất từ 5m đến 10m năm trước, có lẽ bởi vì thế giới trở nên khô hơn vào thời điểm này và sử dụng nước hiệu quả hơn.

Ngô (ngô) và mía là cây C4 nhưng hầu hết các loại cây trồng thì không, mặc dù một dự án ban đầu được tài trợ bởi Quỹ Bill và Melinda Gates đã tìm cách cải thiện năng suất lúa bằng cách thêm máy móc C4 vào nó.

Hầu hết các mô hình về cách tăng trưởng của cây và năng suất cây trồng sẽ bị ảnh hưởng bởi CO₂ được giải phóng bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch đã cho rằng các nhà máy C3 thường xuyên có thể hoạt động tốt hơn. Trong khi đó, RuBisCO trong các nhà máy C4 đã nhận đủ CO₂ và do đó, việc tăng sẽ ít ảnh hưởng đến chúng. Điều này đã được hỗ trợ bởi nghiên cứu ngắn hạn trước đó.


Nhận thông tin mới nhất từ ​​Nội tâm


Bài báo Khoa học mới báo cáo dữ liệu từ một dự án đã so sánh các nhà máy C3 và C4 cho qua 20 năm. Phát hiện của họ rất đáng ngạc nhiên. Đúng như dự đoán, trong mười năm đầu tiên, cỏ C3 được trồng dưới CO₂ thêm đã làm tốt hơn - nhưng tương đương C4 của chúng thì không. Tuy nhiên, trong thập kỷ thứ hai của thí nghiệm, tình hình đã đảo ngược, với các nhà máy C3 sản xuất ít sinh khối dưới mức CO cao hơn và các nhà máy C4 sản xuất nhiều hơn.

Có vẻ như kết quả khó hiểu này có thể là do thời gian trôi qua, ít nitơ có sẵn để thụ tinh cho sự phát triển của cây trong các ô C3 và nhiều hơn nữa trong các ô C4. Vì vậy, hiệu quả không chỉ do bản thân cây mà còn do sự tương tác của chúng với hóa học của đất và vi khuẩn.

Những kết quả này cho thấy cách mà những thay đổi trong CO₂ ảnh hưởng đến các hệ sinh thái đã được thiết lập có thể sẽ phức tạp và khó dự đoán. Họ có thể gợi ý rằng, khi CO₂ trong khí quyển tăng lên, đồng cỏ nhiệt đới C4 có lẽ hấp thụ nhiều carbon hơn dự kiến ​​và các khu rừng, chủ yếu là C3, có thể hấp thụ ít hơn. Nhưng bức tranh chính xác có thể phụ thuộc vào điều kiện địa phương.

Tác động đến thực phẩm

Điều này có nghĩa là gì cho sản xuất thực phẩm có thể đơn giản hơn và ít thoải mái hơn so với cái nhìn đầu tiên. Những kết quả này là từ các loại cỏ tồn tại và tiếp tục phát triển hàng năm. Nhưng các loại cây ngũ cốc hiện tại là những cây hàng năm của người Bỉ đã chết sau một mùa và phải trồng lại.

Kết quả là, họ không có cơ hội xây dựng các tương tác đất dường như đã thúc đẩy sự tăng trưởng của các cây C4 trong thí nghiệm. Chúng tôi không thể hy vọng rằng các vấn đề an ninh lương thực của chúng tôi sẽ được giải quyết bằng năng suất cây trồng C4 tăng lên để đáp ứng với CO₂ như đã làm trong thí nghiệm. Tương tự, sự sụt giảm sinh khối cuối cùng được thấy trong các ô C3 không nên xảy ra trong các cây trồng hàng năm của C3.

ConversationNhưng, như chúng ta đã biết, các nhà máy C3 lãng phí nhiều tài nguyên hơn ở nhiệt độ cao hơn, do đó, bất kỳ sự tăng quang hợp nào từ mức CO tăng dường như có thể là ít nhất là hủy bỏ bởi ảnh hưởng của sự nóng lên toàn cầu nó sẽ gây ra Và đó không phải là bao thanh toán trong các thay đổi đối với các kiểu mưa như hạn hán thường xuyên hơn. Các giải pháp dường như quá tốt để trở thành sự thật nói chung là - và, hiện tại, đó dường như vẫn là trường hợp cho ý tưởng rằng năng suất cây trồng tăng cường CO sẽ nuôi sống thế giới.

Thông tin về các Tác giả

Stuart Thompson, Giảng viên cao cấp về Hóa sinh thực vật, Đại học Westminster

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

{amazonWS: searchindex = Books; Keywords = quang hợp carbon dioxide; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

theo dõi Nội bộ trên

facebook-iconbiểu tượng twitterbiểu tượng rss

Nhận tin mới nhất qua email

{Emailcloak = off}

ĐỌC MOST