Почему растения не помогают глобальному потеплению

ВЫПУСК НОВОСТЕЙ

КОНТАКТЫ: Марк Шварц, служба новостей: (650) 723-9296, mshwartz@stanford.edu

Сюрприз изменения климата: исследование показывает, что высокий уровень углекислого газа может замедлить рост растений

Среди ученых преобладает мнение, что глобальное изменение климата может оказаться полезным для многих фермеров и лесоводов, по крайней мере, в краткосрочной перспективе. Логика проста: растениям нужен атмосферный углекислый газ для производства пищи, и, выбрасывая больше CO2 в воздух, наши автомобили и фабрики создают новые источники питания для растений, которые заставят некоторые культуры и деревья расти больше и быстрее.

Но беспрецедентный трехлетний эксперимент, проведенный в Стэнфордском университете, ставит под сомнение это давнее предположение. В статье, опубликованной в журнале Science, исследователи пришли к выводу, что повышенный уровень CO2 в атмосфере на самом деле снижает рост растений в сочетании с другими вероятными последствиями изменения климата, а именно более высокими температурами, увеличением количества осадков или увеличением отложений азота в почве.

Результаты исследования могут побудить исследователей и политиков переосмыслить один из стандартных аргументов против принятия мер по предотвращению глобального потепления: естественные экосистемы сведут к минимуму проблему выбросов ископаемого топлива за счет переноса большого количества углерода из атмосферы в растения и почву.

«Возможно, мы не получим столько помощи в решении проблемы углерода, как мы думали, и нам нужно будет уделять больше внимания как управлению растительностью, так и сокращению выбросов», — сказал Гарольд А. Муни, профессор Пола С. Ахиллеса. Биолог окружающей среды в Стэнфорде и соавтор научного исследования от 6 декабря.

Он отметил, что Стэнфордское исследование является первым экспериментом в масштабе экосистемы, в котором четыре фактора изменения климата применяются к нескольким поколениям растений.

«Чтобы понять сложные экологические системы, традиционный подход выделения одного фактора и рассмотрения его реакции, а затем экстраполяции на всю систему часто неверен», — сказал Муни. «В масштабе экосистемы может быть задействовано множество взаимодействующих факторов».

Проект глобальных изменений Джаспера Риджа

Выводы, опубликованные в журнале Science, являются одними из первых результатов проекта глобальных изменений Джаспер-Ридж — многолетнего эксперимента, призванного продемонстрировать, как типичная калифорнийская пастбищная экосистема будет реагировать на будущие глобальные изменения окружающей среды.

Новый эксперимент, расположенный в огороженной части Стэнфордского биологического заповедника Джаспер-Ридж площадью 1189 акров, был разработан для моделирования условий окружающей среды, которые, по прогнозам климатических экспертов, могут существовать через 100 лет: удвоение содержания CO2 в атмосфере; повышение температуры на 2 градуса по Фаренгейту; 50-процентное увеличение количества осадков; и повышенное осаждение азота — в основном побочный продукт сжигания ископаемого топлива.

Запущенный в 1997 году эксперимент Джаспер-Ридж был задуман Муни и Кристофером Б.Филд, любезно профессор кафедры биологических наук Стэнфорда и директор отдела глобальной экологии Института Карнеги, также расположенного в кампусе Стэнфорда.

«Большинство исследований изучали влияние CO2 на растения в горшках или на очень простые экосистемы и пришли к выводу, что в будущем растения будут расти быстрее», — сказал Филд, соавтор исследования Science. «Мы получили точно такие же результаты, когда применяли только CO2, но когда мы учитывали реалистичные методы лечения — потепление, изменения в осаждении азота, изменения в осадках — рост фактически подавлялся».

Чтобы имитировать будущие климатические условия, Филд, Муни и их коллеги нанесли на карту 36 круглых участков земли, каждый около 6 футов в диаметре. Четыре участка практически нетронуты, не получают дополнительной воды, азота, углекислого газа и тепла. Каждый из оставшихся 32 кругов разделен на четыре равных квадранта, разделенных подземными перегородками, чтобы предотвратить проникновение корней в один участок в соседние участки. В этих меньших квадрантах исследователи изучают все 16 возможных комбинаций повышенного и нормального содержания CO2, тепла, воды и азота.

Сюжеты утолщаются

Самым большим сюрпризом исследования стало открытие, что повышенный уровень углекислого газа стимулирует рост растений только тогда, когда азот, вода и температура поддерживаются на нормальном уровне.

«Основываясь на более ранних исследованиях однократной обработки с повышенным содержанием CO2, мы первоначально предположили, что при сочетании всех четырех обработок ответом будет дополнительный рост», — сказала У. Ребекка Шоу, исследователь из Калифорнийского института охраны природы и ведущий специалист. автор научного исследования.

Но результаты третьего года эксперимента выявили более сложный сценарий. В то время как обработка, связанная с повышением температуры, осаждением азота или осаждением — по отдельности или в сочетании — способствовала росту растений, добавление повышенного содержания CO2 постоянно ослабляло это увеличение.

«Трехфакторная комбинация повышения температуры, осадков и осаждения азота произвела наибольшую стимуляцию [увеличение на 84 процента], но добавление CO2 уменьшило это до 40 процентов», — пишут Шоу и ее коллеги.

Средний чистый прирост растений для всех комбинаций обработок с повышенным содержанием CO2 составил около 4,9 тонны на акр — по сравнению с примерно 5,5 тоннами на акр для всех комбинаций обработок, в которых уровень CO2 оставался нормальным. Однако, когда на участки с нормальной температурой, влажностью и уровнем азота добавлялось большее количество газообразного CO2, рост надземных растений увеличивался почти на треть.

Почему повышенный уровень СО2 в сочетании с другими факторами оказывает подавляющее действие на рост растений? Исследователи не уверены, но одна из возможностей заключается в том, что избыток углерода в почве позволяет микробам вытеснять растения за одно или несколько ограничивающих питательных веществ.

«Применяя все четыре метода лечения, мы можем изменить положение экосистемы таким образом, что другой фактор окружающей среды станет ограничивающим рост», — заметил Филд. «Например, за счет увеличения роста растений в результате добавления воды или азота экосистема может стать более чувствительной к ограничению другими минеральными питательными веществами, такими как фосфор, калий или что-то еще, что мы не измеряли».

На участке Джаспер-Ридж проводится новый пятилетний эксперимент по анализу потенциальных ограничивающих питательных веществ в почве, а также взаимодействия микробов и растений и молекулярной биологии растительности.

Филд и его коллеги говорят, что их конечная цель — использовать результаты исследования Джаспер-Ридж для прогнозирования того, что произойдет с другими экосистемами — от альпийской тундры до влажных тропических лесов.

«В прошлом люди утверждали, что, возможно, нам не нужно беспокоиться о выбросах ископаемого топлива, потому что ускоренный рост растений эффективно вытянет повышенные концентрации CO2 из атмосферы и будет поддерживать мир в соответствующем равновесии», — добавил он.«Но наш эксперимент показывает, что мы не можем рассчитывать на то, что мир природы, неуправляемый мир, спасет нас, убрав весь атмосферный CO2».

Муни добавил: «Наше исследование показывает, что еще многое предстоит узнать о факторах, которые регулируют глобальное изменение климата. Но мы также уже многое знаем, более чем достаточно, чтобы начать серьезное обсуждение действий по сокращению выбросов CO2 от сжигания ископаемого топлива. топливо и вырубка лесов».

Другими соавторами научного исследования являются бывшая аспирантка Стэнфордского университета Эрика С. Завалета, ныне занимающая постдокторскую степень по охране природы в Калифорнийском университете в Беркли; Нона Р. Кьяриелло, координатор исследований Стэнфордского биологического заповедника Джаспер-Ридж; и Эльза Э. Клиланд, аспирант Стэнфордского факультета биологических наук.

Исследование было поддержано Национальным научным фондом, Фондом семьи Морган, Фондом Дэвида и Люсиль Паккард, биологическим заповедником Джаспер-Ридж, Институтом Карнеги в Вашингтоне, Министерством энергетики США, Агентством по охране окружающей среды США, Фондом Свитцера и Фонд А. В. Меллона.

Марк Шварц

© Стэнфордский университет. Все права защищены. Стэнфорд, Калифорния 94305. (650) 723-2300. Условия использования | Жалобы на нарушение авторских прав