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温室气体增加对农业的直接影响

发布时间:2017-09-25

目前,低层大气中CO2含量按体积计全球平均为370uL/L,它是植物进行光合作用制造有机物质必不可少的原料,赴太阳能量转化、储存以及地球生物圈赖以 生存和平衡的基础。一般说来,在其他条件不变时,其含量增加有利于植物的生长发育,但这种影响还取决于植物的种类及其他环境因素的交互作用。不同作物和不同品种在不同环境条件下,其叶面气孔的生理功能对CO2浓度增加的响应是不同的。无论C3或C4作物,对外界CO2浓度增加的反应有以下3种情况:

1.气孔具有保护性的CO2调节功能。随着环境中CO2浓度增大部分气孔关闭以保持气腔内浓度稳定,进而保持叶片冇一定正常的光合同化率。由于部分气孔关闭:叶片内外交流的扩散阻力增大,致使蒸腾下降,从而提高了水分利用效率。C3作物气腔内的这一稳定的浓度为210uL/L,而C4作物为120uL/L。

2.气孔不具有CO2调节功能。这种作物随着外界CO2浓度的增大.叶片内外的浓度梯度和向叶内的扩散(吸收率)速率相应增大,从而使光合作用同化率提髙;但蒸腾却明显增大,水分利用效率大大下降,水分供应成为限制光合作用同化率的决定性因素。

3.气孔具有介于上述两者之间的中间性调节功能。这种作物随着外界CO2浓度的增大,既能直接受益,提高光合同化率,又部分关闭气孔,使气孔内外的浓度保持一定的比例。

不难看出,第一种作物在水分亏缺地区将因CO2浓度增加而产量提髙第二种作物只有在水分供应得到充分满足的条件下,才能因浓度的提高而提高光合同化率。换言之,前芯可以提高水分利用效率,后者对水分的利用率却十分低。

C3与C4作物对CO2浓度增加的另外一个不同应应是,作物的光呼吸耗能减少,而C4作物由于本身具有减少光呼吸的生化机制,对浓度增加的反应不如作物敏感。因此,C4作物的光合同化在CO2浓度增大时大幅度提高,致使C4作物在当前CO2浓度下光合同化率高的优势不复存在。这种变化将严重影响农田中杂草(多属C3作物)与重要的粮食作物——玉米、高粱(属C4作物)之间的平衡状态,由于竞争有限的养分和水分,草害将加重。

据研究,试验条件下温室生长的农作物在CO2含量超过大气正常含量水平 100〜300uL/L,每增加I%的CO2光合作用可提高0.5%,即当大气CO2含量 超过400uL/L(约增加20%),光合作用可提高约10%。国外对430个作物样本实测的研究分析表明:CO2浓度倍增将使作物产量增加30%左右。中国学者的研究结表明CO2浓度增加,C3作物的增长率明显地大于C4作物。CO2浓度倍增对冬小麦和棉花品质的影响可能是利大于弊;对玉米品质的影响则为弊大于利;对大豆品质的影响总的来说也是弊多利少。

综上所述,CO2浓度增加既对植物生长苴接产生明显的正效应,又可能产生某些潜在的不利影响。而且在农业生产实践中这种有利影响并不总能实现。作物生长往往更受制于土壤养分利水分及小同作物对这些冇限资源的竞争。因此,CO2 浓度增加对椬物生长的直接效应究竟有多大尚难明确量定。