《增加二氧化碳浓度对作物水份生产率有利影响的地区差异》

  • 来源专题:农业立体污染防治
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2021-01-08
  • 大气中二氧化碳浓度([CO2])的升高被认为可以增强光合作用并减少作物用水量。但是,在气候变化的情况下,在全球范围内看,二氧化碳浓度升高对于未来作物产量和农业用水需求的影响具有高度不确定性。在这里,我们结合了田间试验和全球作物模型的结果,在二氧化碳浓度([CO2])升高及与之相关的高浓度温室气体排放带来的气候变化情景下,对小麦、玉米、稻米和大豆的作物水份生产率(CWP,作物产量与土壤水分蒸发蒸腾损失总量之比)展示了清晰的全球空间分布情况。我们发现,到21世纪80年代,二氧化碳效应将使全球作物水份生产率增加10 [0; 47]%–27 [7;37]%(整个模型中位数[四分位数范围]),具体取决于作物品种,其中干旱地区的增幅尤其大(雨养小麦可提高48 [25; 56]%)。如果在田间,二氧化碳浓度([CO2])的升高可以显著降低全球作物产量损失,同时减少农业用水量(4-17%)。我们确定了不同农业生态系统中生长条件具有差异,因此不同地区在不牺牲水资源安全的前提下增加粮食产量的情况就会有所差异。最后,我们的研究结果表明,有必要扩大田间试验的范围,并鼓励在不同作物中对二氧化碳浓度([CO2])升高带来的影响进行建模和水文建模方面保持更大的一致性。

相关报告
  • 《山地侵蚀会增加大气中二氧化碳的排放》

    • 来源专题:中科院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:mall
    • 发布时间:2018-05-11
    • 通常认为,陡峭的山脉可以从大气中吸收CO2。随着侵蚀作用的发生,新岩石不断暴露,岩石中的矿物质和空气中的CO2发生化学反应,即风化作用,并利用CO2来产生如方解石等的碳酸盐矿物。 然而,伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)的科学家们开展的新研究否认了这一说法。研究人员于4月12日在《科学》(Science)上发表的一篇论文认为,侵蚀作用的不断进行也能产生新的CO2气体,并能将其释放到大气中,且速度远远快于被新暴露的岩石吸收的速度。 论文的第一作者、哈佛大学博士后研究员Jordon Hemingway提到,这一结论与前期的假设相反,多山脉意味着多侵蚀、风化和CO2。 这种额外的CO2来源并不完全是地质意义上的,它也是山区土壤中微生物的副产品,它们“消耗”了岩石中的有机碳,当微生物新陈代谢时便会排出CO2。研究人员通过研究世界上最易受侵蚀的山脉之一的台湾中心山脉后,才意识到这一点。这种陡峭的山脉每年都被三次以上的台风袭击,且均是通过强降雨和大风来机械地侵蚀土壤和岩石。 Jordon和他的同事们研究了取自中心山脉的土壤、基岩和河流沉积物的样本,意在探寻样本中有机碳的迹象,而得到的结果又让他们大吃一惊:最底层的土壤基本没有风化的岩石,但会看到岩石松动,但还没有完全破碎,这说明基岩上的有机碳已经完全消失了。 WHOI海洋地球化学家Valier Galy提到,目前还不知道这是由哪种细菌作用的结果,还需要基因组学、宏基因组学和其他微生物学工具的帮助。这也是他们下一步的研究方向。值得注意的是,这些微生物释放的CO2量,不足以对气候变化产生任何直接影响,且释放CO2的过程发生在较长的地质时间尺度上。WHOI团队的研究可能会让我们更好地了解基于山脉(岩石圈)的碳循环过程。 (刘思青 编译)
  • 《持续干旱将抵消高浓度二氧化碳带来的大豆增产》

    • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者:徐倩
    • 发布时间:2017-11-28
    • 科学家曾模拟2050年气候条件,将大豆放在室外富CO2环境中进行培育。这项为期8年的研究得出的新发现令人担忧:理想种植条件下,较高浓度CO2将促进作物生长,但随着气候变暖及降水方式的改变,日益严重的干旱问题将成为影响作物生长的不利因素,并将大于高浓度CO2带来的益处,以高于预期的速度给大豆产量带来损失。 此项研究成果刊登在《自然植物》(Nature Plants)上,研究结论与之前广为接受的CO2浓度增加会减轻干旱对作物的威胁这一预测正好相反。该研究负责人美国伊利诺伊大学植物生物学教授安德鲁·里基(Andrew Leakey)表示,目前为止所有的模型预测都说明,到2050年CO2浓度的增加将使粮食产量比本世纪初增加15%。很多情况下,高浓度CO2扮演着肥料的角色,刺激植物生长;植物暴露在高浓度CO2中,还可以缩小叶片上的气孔,减少植物与外界的气体交换,使植物从土壤中吸收的水分减少。但随着气候变热变干,这一现象将不复存在,粮食增产幅度将逐渐减少,直至归零,产量将不再增加。 这项研究使用了名为空气浓度自由调整器(Soybean Free Air Concentration Enrichment,SoyFACE)的设备来模拟未来农场气候环境。研究人员发现,在炎热干燥且CO2浓度升高的情况下,SoyFACE实验中植物的需水量与正常CO2浓度下生长的植物相比有所上升,而不是下降。研究认为,植物生长初期有充足的水源,CO2浓度上升使植物能够进行更多的光合作用,产生更多的糖分,生长迅速,叶片也随之生长。但是当气候变得干燥时,植物不堪重负,之后就需要更多水分。同时,植物根部与枝叶之间传递信号的激素会发生变化,使光合作用比在正常CO2浓度下减弱。升高的CO2浓度和干旱共同作用,还会影响大豆通过根瘤固氮的能力。 此研究得到了美国农业部(USDA)国家食品与农业研究所(NIFA)、美国能源部(DOE)以及美国农业部(USDA)农业研究局(ARS)的资金支持。这一新的发现来源于世界上大豆产量最高的地区,预示着由气候变化造成的大豆产量下降将比预期来得更早。 (编译 徐倩)