Влияние углекислого газа на растения
Обновлено: 07.07.2024
Ученые доказали, что повышение атмосферной концентрации углекислого газа повышает температуру климата не только из-за парникового эффекта, но и из-за снижения способности растений охлаждать воздух за счет испарения с поверхности своих листьев, говорится в статье исследователей.
Авторы исследования уверены, что обнаруженное ими явление внесет существенные поправки в прогнозы по глобальному потеплению, если будет учитываться в современных климатических моделях. Это говорит о том, что текущие ожидания климатологов относительно величины глобального потепления в ХХI веке могут быть существенно занижены.
"Механизм влияния растений на климат очень сложен: растения забирают СО2 из атмосферы, однако в то же самое время, они контролируют уровень испарения воды с поверхности суши. Сделать точный климатический прогноз без взаимного учета этих факторов невозможно", - сказал соавтор публикации Кен Кальдейра (Ken Caldeira) из Института Карнеги в США, слова которого приводит пресс-служба этого научного учреждения.
Ученые обратили внимание на то, что поглощение растениями углекислого газа и испарение воды с поверхности их листьев происходит через одни и те же поры, называемые стоматами. Это испарение с одного дерева может исчисляться десятками литров, что приводит к понижению температуры листьев и в особо жаркие дни способно заметно понизить температуру вблизи зеленых насаждений.
Однако ученые уже давно заметили, что при слишком большом содержании СО2 в воздухе стоматы листьев сужаются, вероятно, чтобы ограничить количество поступающего углекислого газа, используемого растениями для роста. Это приводит к замедлению испарения и снижению эффективности "природного кондиционера", которыми являются леса планеты.
В своей модельной работе Кальдейра и его коллеги попытались учесть прямое влияние СО2 на растения и рассчитать климатический эффект этого влияния при увеличении атмосферной концентрации углекислого газа вдвое по сравнению с текущим значением.
Ученые обнаружили, что в глобальном масштабе этот эффект может отвечать за 16% от общей величины потепления климата над сушей, тогда как остальные 84% - сугубо парниковый эффект. В то же самое время для некоторых регионов Земли, например, восточной части Азии и Северной Америки, эта цифра может составлять до 25%.
Этот же эффект будет отвечать за большее, чем ожидается климатологами, увеличение стока рек с суши в моря и океаны. Это произойдет не только из-за увеличения количества осадков, но и из-за того, что больше воды станет проходить этот цикл, минуя систему "водного транспорта" и испарения растений.
"Эти данные показывают, что отклик растений на изменение концентрации углекислого газа очень важен для корректности климатических прогнозов. Более того, эти прогнозы зависят от типа растительности, покрывающей сушу в том или ином регионе Земли. Мы должны с очень большой осторожностью вмешиваться в экосистемы и леса, так как это может иметь серьезные климатические последствия", - подытожил Кальдейра.
О том, что тесто поднимается на дрожжах, знают все. На самом же деле оно растет благодаря углекислому газу, который образуется при разложении сахара. При разложении органики также выделяется углекислый газ. И он нужен растениям точно так же, как нам кислород. Ведь этот газ участвует в фотосинтезе и стимулирует раннее и более активное цветение, повышает устойчивость к болезням и вредителям, увеличивает плодоношение. Словом, без углекислого газа растениям нет жизни. Поэтому очень важно, чтобы он постоянно поступал к ним. Его даже называют удобрением. Углерод в его составе — один из важнейших питательных элементов.
При подкормке овощных культур углекислым газом повышается их урожайность.
К слову, настоящий золотой век для растений был несколько миллионов лет тому назад — в эпоху динозавров. Тогда на планете было намного теплее. И, что немаловажно, концентрация углекислого газа в воздухе атмосферы была как минимум в 4 раза выше, чем сейчас.
Европейские овощеводы рассматривают подкормку углекислым газом в период выращивания растений — от появления всходов до прекращения вегетации — как обязательный элемент современной интенсивной технологии выращивания томата, огурца и сладкого перца. Дефицит СО2 — даже более
серьезная проблема, чем дефицит элементов минерального питания. Из воды и углекислого газа растение в среднем синтезирует 94% массы сухого вещества, остальные же 6% получает из минеральных удобрений!
Главный естественный источник углекислого газа для растений — воздух. И открывание форточек — простейший способ его подачи. Ночное дыхание растений также наполняет парник газом.
Получают они углекислоту и из грунта. Здесь большую роль играют органические удобрения, вносимые в землю. Чем энергичнее почвенные микроорганизмы, тем активнее разлагается органика. И соответственно тем больше углекислого газа выделяется в припочвенный слой воздуха. Но этого все равно мало — лишь четвертая часть от их суточной потребности, которая образуется в результате разложения содержащихся в ней органических веществ, дыхания корней и микроорганизмов. Органика не только возвращает в почву макро- и микроэлементы, но и обеспечивает растения тем, что не могут дать минеральные удобрения — щедрой порцией углекислого газа.
Этот метод — универсальный как для закрытого, так и для открытого грунта. Но, несмотря на всю пользу такой органической подкормки, есть у нее и свой минус. Сразу после набивки парников биотопливом повышается до опасных пределов концентрация не только С02, но и аммиака. В первые 30 дней в теплице его содержится в 56 раз больше, чем в наружном воздухе. Поэтому рассаду в нее надо высаживать как минимум спустя неделю и только после хорошего проветривания.
Также полезно мульчировать почву компостом, перегноем или другой органикой. После ее разложения активно выделяется СО2. И с поверхности почвы питание поступает в глубь ее, где обитают микроорганизмы, вырабатывающие гумус.
Особенно важна мульча из перегноя для грядок, разбитых на новых неокультуренных участках. Огурцы, укроп и некоторые другие, особенно чувствительные к корневым гнилям, культуры хорошо растут на грядах с мульчей из перегноя. Также углекислый газ выделяется в процессе брожения коровяка.
Позже экспериментально было установлено, что при непрерывном удобрении огурцов углекислотой в течение светового дня достигается максимальная (54%) величина прироста веса зеленцов.
Огурцам надо больше углекислого газа, чем томатам или фасоли. А вот при выращивании грибов надо учитывать, что СО2 угнетает развитие грибницы, поэтому помещение нужно чаще проветривать, чтобы снизить концентрацию газа.
Еще один способ получения углекислого газа — брожение крапивы. Для этого емкость на треть наполняют травой (свежей или сушеной) и заливают водой. В течение двух недель смесь ежедневно перемешивают для выхода CO2. А чтобы устранить неприятный запах, в настой можно добавить валериану (1 — 2 ветки) или сверху присыпать его пылью. Перебродившая же крапива — отличная подкормка.
Другой источник углекислого газа — спиртовое брожение. Некоторые садоводы для насыщения воздуха углекислотой между растениями в теплице ставят емкости с забродившими напитками или брагой. А чтобы запахи не были такими резкими, емкости с суслом ставят (как в виноделии) на водяной затвор.
Доступный, хотя и не очень эффективный источник углекислоты — питьевая газированная вода: в 1 л ее растворено примерно 6 — 8 г углекислого газа. Можно использовать и сухой лед. Ведь он — не что иное, как холодный твердый СО2. Нагреваясь, он выделяет в воздух углекислый газ.
— Одной таблетки, — делится опытом Лидия, — достаточно на 35 — 42 кв. м. В начале сезона достаточно сжигать одну в неделю, а во время созревания плодов — в 4 — 5 дней.
Полезные микроэлементы (бор, кальций, калий, железо, цинк, медь, марганец, молибден), содержащиеся в дыме при сжигании таблетки, повышают иммунитет растений. Плюс этого минерального комплекса еще и в том, что он не увеличивает влажность воздуха внутри теплицы. А это значит, что не могут развиваться и грибковые болезни.
Очень высокий уровень углекислого газа может вызвать головокружение или нарушить координацию. Его переизбыток также токсичен и для тепличных вредителей — белокрылки и паутинного клеща.
Заметно ускоряет появление плодов и повышает урожайность окуривание теплицы или парника тлеющими головешками. Как только у ростков появляются первые листья, в помещение можно (да и надо!) пустить газ. Но — внимание! — самим заходить в теплицу можно только дня через два-три. Угарный газ опасен: при дыхании он попадает в кровь и отравляет организм.
Углекислый газ усваивается растениями тем лучше, чем больше на листе устьиц и чем лучше они раскрыты. Количество же устьиц и их проводимость зависит от освещения и влажности воздуха. Поэтому, если решили повысить концентрацию углекислого газа в теплице, позаботьтесь об ее освещении.
Не менее, чем количество газа, важно и время его подачи. Первую подкормку в течение дня лучше провести утром, примерно через 2 часа после восхода солнца. Именно в утренние часы фотосинтез протекает наиболее активно. И соответственно растения лучше поглощают газ. Вторую подкормку делают вечером, за 2 часа до захода солнца. Поскольку в темноте фотосинтез не протекает, то в ночное время углекислый газ и не нужен.
То, что углекислый газ работает, видно невооруженным глазом. На грядках с рассыпанным слоем перегноя заметно лучше растут растения. Да и рядом с компостной кучей или у бочки с настоем лучше и пышнее растительность, гуще и деревья. В целом же подкормки углекислым газом всегда повышают общую урожайность культур на 15 — 40%, увеличивая количество и массу плодов, и ускоряют их созревание на 5 — 8 дней. И это при неизменном уровне затрат на минеральное питание, орошение и защиту.
Полная перепечатка текста и фотографий запрещена. Частичное цитирование разрешено при наличии гиперссылки.
Проблема, которая рассматривается в этой статье, порой становится камнем преткновения к хорошим заработкам не только для малых, частныхтеплиц, но даже и для промышленных крупных. Зачастую далеко не всякий человек, даже тот, кто построил хорошую теплицу, отвечающую всем современным требованиям и хорошо сохраняющую тепло, придает этой проблеме должное значение. И когда эта теплица начинает приносить ему доход меньше, чем тот на который он рассчитывал, просчитывая ее постройку, чем его прошлая, практически примитивная – он расстраивается и недоумевает, почему ? А как ? Ведь в новой и герметичность лучше, и больше тепла и света – созданы все условия, чтобы урожайность, а как следствие и доходность была выше, а - нет! А все дело в доступе углекислого газа в теплицу. В старую, он проникал из атмосферы, и все ее щели играли “на руку” урожайности, а в новой такой современной, герметичной, светлой и хорошо освещенной - его не хватает.
Ведь углекислый газ очень важен для фотосинтеза растений. Многие это знают, но порой упускают это обстоятельство. Фотосинтез – это химический процесс, во время которого энергия света используется для того, чтобы преобразовать углекислый газ и воду в сахар у зеленых растений. А как не крути, но цель каждого, кто занимается тепличным хозяйством – это увеличение продуктивности растений за счет прироста массы органического вещества. Вот и получается очевидный ответ на вопросы: а почему? А как ?
Углекислый газ порой называют удобрением для растений. Вот только несколько примеров работы углекислого газа: у цветущих растений наступает более ранее цветение, урожайность плодов увеличивается, у роз реже отмирают бутоны и получаются более крупные цветы. Порой углекислый газ играет в вопросе урожайности даже более весомую роль, чем минеральные удобрения. Потому что 94% своей сухой массы растение синтезирует из воды и углекислого газа, и только оставшиеся 6% из минеральных удобрений. Доказательством важности углекислого газа в жизни растений является и тот факт, что было подмечено, что в зимнее время года более продуктивно растут растения по краям теплицы, чем в центре. Потому что, как бы не была теплица герметична, воздух все таки в нее проникает, а с ним и углекислый газ, но до ее центра он не доходит, так как поглощается растениями.
Искусственное увеличение углекислого газа в теплице – вот решение для подъема урожайности. Углекислый газ желательно добавлять в пространство теплицы еще до рассвета, так как доказано, что фотосинтез наиболее активно протекает у растений именно в утренние часы. Конечно же, перебарщивать с этой добавкой не стоит, так как для разных растений требуемый уровень углекислого газа разный. Но оптимальным содержанием считается значение 1300 ppm (частиц на миллион частиц). Если добиться такого показателя в теплице и его поддерживать, то можно смело надеяться, что урожайность нашей теплицы поползет вверх. Следить за уровнем углекислого газа нужно еще и потому, что он будет перерабатываться не только культурами, что мы выращиваем, но и теряться через вентиляцию и микрощели нашей теплицы.
Ученые обобщили данные 138 экспериментов, которые были посвящены тому, как повышенная концентрация углекислого газа в атмосфере влияет на рост биомассы растений в различных географических и экологических условиях. Оказалось, что только за счет антропогенных выбросов этого газа урожайность культурных растений до 2100 года может вырасти на 10%, а общая биомасса сухопутных растений увеличится еще больше.
Спутниковые наблюдения за земной растительностью позволили ученым сделать следующий вывод: с 1982 по 2011 год на 46% покрытой растительностью земной суши, или на 39% всей земной суши в целом (с учетом полярных и тропических пустынь, лишенных растительности), площадь листьев значительно выросла. На 70% этот бум вызван ростом содержания СО2 в атмосфере, и лишь за 8% отвечает глобальное потепление. Вопреки часто встречающимся в СМИ оценкам, растет и площадь земных лесов, несмотря на вырубки и пожары. Особенно быстро, по данным Рослесхоза и западным спутниковым снимкам, это происходит в России.
Общий объем озеленения Земли от антропогенного воздействия (в основном за счет выбросов СО2) куда больше, чем можно судить по спутниковым снимкам, благо те охватывают считанные десятилетия. По индикаторам из ледовых кернов скорость наращивания зеленой биомассы на Земле в XX веке была на 31% выше, чем до начала промышленной революции, и повысилась именно из-за нее, а точнее, из-за связанных с ней выбросов парниковых газов.
Научное сообщество давно пытается оценить, насколько долго может продолжаться антропогенный бум земной растительности. Одни исследовательские группы утверждают, что он скоро остановится из-за нехватки азота, фосфора и воды, в то время как другие группы считают, что бум продолжится еще очень долго. Сторонники обеих точек зрения ставили эксперименты по выращиванию растений в атмосфере, которая была обогащена СО2, однако результаты таких опытов противоречили друг другу.
Авторы новой работы, опубликованной в журнале Nature Climate Change, рассмотрели данные по 138 подобным экспериментам, которые проводили разные научные группы. Их целью было построить модель того, как увеличится биомасса земной растительности к 2100 году. По оценкам ученых, за этот период содержание СО2 в атмосфере может вырасти с нынешних 410 до 660 частей на миллион.
Рассчитав, как различные растительные сообщества будут реагировать на это, исследователи выяснили, что в результате общая биомасса земной сухопутной растительности увеличится на 12%. При этом в разных географических зонах это увеличение будет сильно различаться. Меньше всего СО2 нарастит биомассу луговой и степной растительности, всего на 8% (здесь и далее — к 2100 году). На 10% вырастет биомасса культурных растений (без учета других факторов возможного роста урожайности, включая удобрения и генетические модификации). Северные леса прибавят в биомассе на 14,5%, леса умеренного пояса — на 14,0%. Тропические леса, в силу умеренного дефицита фосфора, нарастят биомассу только на 12,5%.
Исследователи подчеркивают, что их выводы заметно противоречат ряду более ранних работ, авторы которых предполагали, что сегодня растения близки к пределам роста, обусловленного CO2, из-за дефицита азота и фосфора в почве. Как показывает их модель, обобщающая данные всех экспериментов в этой области, как минимум в этом столетии ускоренный рост растительности не остановится ни в одной из климатических зон. В результате общее количество углекислого газа, дополнительно поглощенного биосферой, к 2100 году составит около 200 миллиардов тонн, что примерно равно 5-6 годам антропогенных выбросов СО2.
Следует отметить, что исследователи не затрагивали вопрос о том, как антропогенные выбросы СО2 влияют на растения в океанах. Однако в земных условиях океаны содержат намного меньше углекислого газа на единицу массы, чем атмосфера. Из-за этого моря на нашей планете являются биологическими пустынями: занимая две трети поверхности, они содержат в 90 с лишним раз меньше биомассы, чем суша. Поэтому на оценку общего баланса живой материи на планете данные по океанам влияют в гораздо меньшей степени.
Читайте также: