Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка Подписчиков 12.967 RSS
←   Июль 2006   →
 1
 2
 3
03.07.2006
15:11:57
18:30:33
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://elementy.ru
Открыта: 09-05-2006

Автор
Редакция сайта "Элементы"

Статистика

12.967 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Рост концентрации CO2 в атмосфере не слишком повысит урожайность зерновых


«Хронология далекого прошлого»

Хронология далекого прошлого

18 тысяч лет назад...
330 миллионов лет назад...
Откуда берутся эти цифры? Насколько им можно доверять?

Статья доктора биологических наук Александра Маркова открывает на «Элементах» раздел Методология науки

Рост концентрации CO2 в атмосфере не слишком повысит урожайность зерновых

05.07.2006

Установка для оценки влияния повышенной концентрации CO2 на рост и урожай зерновых культур (фото из обсуждаемой статьи в Science)
Установка для оценки влияния повышенной концентрации CO2 на рост и урожай зерновых культур (фото из обсуждаемой статьи в Science)

Считалось, что повышение содержания углекислого газа в атмосфере должно привести к более интенсивному росту растений и более высоким урожаям (по крайней мере там, где недостаточно влаги). Однако данные, полученные в последнее время, заставляют усомниться в таком выводе. Повышение будет весьма незначительным.

К настоящему времени концентрация углекислого газа (CO2) в атмосфере достигла 380 ppm (parts per million, «частей на миллион»), то есть 0,038%, хотя 150 лет назад она составляла примерно 260 ppm (0,026%). В истории Земли сильные подъемы и спады содержания CO2 в атмосфере бывали и раньше, но, по крайней мере за последние полмиллиона лет, столь быстрого подъема еще не было. Причина в том, что естественные (потепление, вызванное регулярными изменениями формы земной орбиты; см. циклы Миланковича) и антропогенные (связанные с деятельностью человека, например сжигание ископаемого топлива) механизмы сейчас работают в одном направлении. Каким же образом на этот рост концентрации CO2 в атмосфере реагируют сельскохозяйственные культуры?

Эксперименты с растениями в теплицах и замкнутых камерах показывали, что при увеличении содержания в воздухе CO2 интенсивность фотосинтеза (а соответственно, скорость прироста и урожай) растет сначала почти линейно, а затем выходит на плато при значении концентрации около 800–1000 ppm.

Особенно выражен ответ у так называемых С3 -растений (к ним относятся пшеница, рис, соя и многие другие). У С4 -растений, произрастающих в более жарком и сухом климате (из сельскохозяйственных культур к ним относятся кукуруза и сорго), есть механизм концентрирования (в несколько раз!) CO2 внутри листьев — соответственно, изменения CO2 в окружающей среде на них влияют слабее и только опосредованно.

Однако по мере того, как накапливались новые данные о влиянии повышенного содержания CO2 на рост растений, становилось ясно, что изоляция растений в теплицах и камерах сама по себе создает сильный побочный эффект (прежде всего из-за изменения температуры и влажности), который маскирует непосредственное воздействие концентрации CO2. Поэтому исследователи стали внедрять в практику способы повышения содержания CO2 в воздухе непосредственно в полевой обстановке, подавая углекислый газ через трубы на участок поля или леса, не огороженный какими-либо стенками, тем более — крышей сверху.

Условным цветом показаны значения температуры на участке с повышенным содержанием CO2 и вокруг. По этим значениям можно судить о равномерности условий на экспериментальном участке (рисунок из обсуждаемой статьи в Science)
Условным цветом показаны значения температуры на участке с повышенным содержанием CO2 и вокруг. По этим значениям можно судить о равномерности условий на экспериментальном участке (рисунок из обсуждаемой статьи в Science)

Результаты подобных экспериментов, максимально приближенных по своим условиям к природным, свидетельствуют, что стимулирующий эффект повышенного содержания CO2 на рост и урожай растений хотя и выражен, но значительно слабее, чем ожидалось на основе опытов с растениями в изолированных объемах. В частности, в последнем номере журнала Science опубликована работа Стефана Лонга из Отдела биологии растений Иллинойского университета в Урбане (США) и его коллег из других научных учреждений США и Швейцарии, в которой сравниваются результаты экспериментов в изолированных камерах и непосредственно в поле.

В последнем случае авторы опирались на данные, полученные с помощью метода FACE (free-air concentration enrichment, «увеличение концентрации на открытом воздухе»). Суть метода в том, что на поле из отверстий трубы, образующей восьмигранник диаметром 20 м, выпускали углекислый газ с наветренной стороны. Место добавления CO2 и его количество регулировали автоматически. Для этого в центре участка стояли датчики, непрерывно измеряющие скорость и направление ветра, а также содержание в воздухе CO2. Заданное значение (550 ppm) поддерживали с точностью до 10% в течение 90% всего времени вегетации зерновых культур — от посева до получения урожая. Поскольку повышенный уровень содержания CO2 уменьшал транспирацию (устьица были не так широко раскрыты), ослаблялось охлаждение самих растений и почвы. Соответственно, на солнце температура на опытном участке была несколько выше, чем на окружающем поле (см. рисун! ок).

Увеличение урожая зерновых культур при увеличении концентрации CO2 в воздухе по отношению к росту при обычной концентрации. A — С3-растения: соя (красный цвет) и пшеница (синий); B — С4-растения (зеленый). Круглые точки и сплошная линия — результаты экспериментов в ограниченным объемах. Квадратиками показаны значения, полученные в открытом пространстве по методу FACE. Видно, сколь завышены данные, полученные в теплицах и камерах. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science
Увеличение урожая зерновых культур при увеличении концентрации CO2 в воздухе по отношению к росту при обычной концентрации. A — С3-растения: соя (красный цвет) и пшеница (синий); B — С4-растения (зеленый). Круглые точки и сплошная линия — результаты экспериментов в ограниченным объемах. Квадратиками показаны значения, полученные в открытом пространстве по методу FACE. Видно, сколь завышены данные, полученные в теплицах и камерах. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Результаты экспериментов по методу FACE показали, что в ответ на повышенное содержание CO2 только незначительно возрос урожай риса (на 12%), пшеницы (на 13%) и сои (на 14%). Все эти растения относятся к типу С3. Что касается растений С4 (кукурузы и сорго), то для них значимого увеличения урожая вообще не выявлено. Если сравнивать эти данные с полученными ранее в теплицах (и камерах), то становится ясно, что прежние данные очень завышены: для разных культур в изолированных объемах получали повышение урожая на 19-32%, в том числе эффект обнаруживался и для растений С4.

Новые данные заставляют по-другому взглянуть на прогноз сельского хозяйства в условиях того повышения температуры и увеличения концентрации углекислого газа, которые ожидаются к середине текущего столетия. Ранее предполагали, что отрицательные последствия этих перемен — усиление засухи в низких широтах будут отчасти компенсироваться положительными — потеплением в более высоких широтах и повсеместным «удобрением» растений CO2. Теперь ясно, что значимость последнего фактора была преувеличена.

Источник: Stephen P. Long, Elizabeth A. Ainsworth, Andrew D. B. Leakey, Josef Nösberger, Donald R. Ort. Food for thought: lower-than-expected crop yield stimulation with rising CO2 concentrations // Science. 2006. V. 312. P. 1918–1921.

См. также:
В. В. Алексеев, С. В. Киселева, Н. И. Чернова. Рост концентрации CO2 в атмосфере — всеобщее благо? // «Природа». 1999. № 9.

Алексей Гиляров

Эта новость на «Элементах»
 

Публичные лекции фонда «Династия» на «Элементах»

Лауреат Нобелевской премии по физике 2004 года Дэвид Гросс. «Грядущие революции в фундаментальной физике».

Академик Владимир Игоревич Арнольд. «Сложность конечных последовательностей нулей и единиц и геометрия конечных функциональных пространств» (лекция опубликована в двух вариантах — популярном и математическом).

Дэвид Гросс: «Держу пари, что суперсимметрия будет открыта». Эксклюзивное интервью «Элементам».

Научно-популярная библиотека на «Элементах»

В. Н. Тутубалин и др. Математическое моделирование в экологии: Историко-методологический анализ.

Книга о реальной эффективности применения математических моделей в экологии и других науках, о «колодках мышления» и о чернобыльской катастрофе.

Предыдущие новости

04.07 Муравьи измеряют расстояние шагами

Швейцарские и немецкие энтомологи установили, что обитающий в пустыне Сахара муравей Cataglyphis fortis измеряет пройденное расстояние шагами. Чтобы доказать это, ученые изменяли насекомым длину ног. Муравьи «на ходулях» недооценивали пройденное расстояние, а муравьи «на культях» считали, что прошли больше, чем на самом деле.

03.07 Бесконечно ли всемогущество теории суперструн?

Ключевая проблема в теории суперструн — выяснить, конечно или бесконечно число «вселенных», которые она может описать. В недавней статье hep-th/0606212 делается попытка доказать, что это число конечно.

03.07 Мыши чувствуют чужую боль

Зрелище чужих страданий повышает чувствительность мышей к собственным болевым ощущениям. Однако этот эффект проявляется лишь в том случае, если «страдающая» мышь перед этим жила вместе с подопытной не менее двух недель. К боли, испытываемой незнакомцами, мыши равнодушны.

30.06 Почему человек покинул Африку 60 тысяч лет назад

Почему популяции современного человека, возникшей в Африке 150-200 тысяч лет назад, понадобилось для расселения по другим континентам 100 тысяч лет и какие эволюционные процессы этому способствовали? Основываясь на результатах последних исследований, известный британский археолог Пол Мелларс предлагает свои ответы на эти вопросы.

28.06 Крупнейший палеонтологический конгресс всех времен преумножил славу китайской науки

16-22 июня в Пекинском университете прошел Второй международный палеонтологический конгресс. Одной из главных тем обсуждения были уникальные открытия китайских палеонтологов, сделанные в последние 20 лет: от пернатых четырехкрылых динозавров до причудливых членистых тварей, населявших нашу планету 400–500 миллионов лет назад.

28.06 Собака — друг человека, обезьяна — собрат по разуму

Собаки живут с людьми более 12 000 лет, но только сейчас мы начинаем понимать, что они обладают особым набором социальных навыков, которыми не обладают даже более высокоразвитые виды. Немецкие ученые из Института эволюционной биологии им. Макса Планка смогли показать, что собаки намного лучше обезьян понимают подсказки людей при поиске спрятанной пищи.

27.06 Раскрыта тайна иммунной системы насекомых

Оказалось, что у насекомых тонкая подгонка набора защитных белков к конкретной инфекции так же, как и у позвоночных, осуществляется путем перекомбинирования фрагментов генов, однако редактированию подвергаются не сами гены (молекулы ДНК), как в лимфоцитах позвоночных, а их копии — молекулы РНК.

27.06 Преодолено препятствие на пути к высокочувствительному детектору гравитационных волн

Детекторы гравитационных волн нуждаются в серьезном апгрейде, и для этого потребуется решить ряд нетривиальных технических задач. С одной из этих проблем справились недавно американские и австралийские физики.

27.06 В Испании найдена древнейшая ископаемая паутина с прилипшими насекомыми

Уникальная находка испанских и американских палеонтологов показала, что пауки научились плести спиральные, вертикально ориентированные ловчие сети из клейких нитей не менее 110 млн лет назад. Именно в это время быстрая экспансия цветковых растений спровоцировала массовое развитие насекомых.
В избранное