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科技工作者之家 2019-04-25
来源:中国科学院东北地理与农业生态研究所
一、CO2的身份
你有没有试过喝下一大口汽水,然后舒畅地打了个嗝儿?但你知道这都是CO2的功劳吗?就是这个围绕在我们周围又藏匿在我们身体的气体,让我们用了1500年才将它的名字脱口而出。
在刚刚过去的2018年,“全球都很热”成为城中焦点,而CO2升高作为全球变暖的主导原因之一,更是备受争议,尤其是在农业领域,因为我们生活中丰富多样的植物菜单都得益于CO2这个光合作用小助手的帮忙。
如此看来,是不是全球CO2升高在为我们酒足饭饱贡献力量呢?
二、CO2“肥料”如何工作?
对农业来说,CO2是当之无愧的幕后英雄。光合作用其实是一系列复杂的代谢反应的总和,是植物利用光能和体内色素反应中心将空气中的CO2和水转化为有机物和氧气的过程,但这一过程直到19世纪末才被证实,至此这种奇特的“气肥”才开始慢慢渗透我们的生活。
美国科学家曾在新泽西州的一家农场里研究了CO2对不同作物产量的影响,发现喷施CO2能够使水稻增产70%,而高粱的增产竟达到了200%。研究普遍认为大气CO2升高的“CO2肥料”效果对作物生长发育和产量的形成具有积极作用,还影响小麦等作物籽粒蛋白质和淀粉品质。
所以,高CO2真的能被我们吃掉吗?
三、CO2“肥料”一定有用?不一定!
CO2究竟是不是温室气体众说纷纭,但CO2能够为农业增产的事实确实也为大气CO2升高披上了一件“神圣”的外衣。针对“富碳农业”曾出现过一个“吃掉CO2农业大发展”的新闻标题,这篇被财经领域关注的农业理念明确指出,增施CO2后,设施蔬菜的产量可以大幅度增加,仅此一项可为某省增收上亿元。
全球CO2浓度变化趋势(引自德国霍恩海姆大学Petra Hogy)
可大气CO2升高是一个长期持续存在的过程,又有谁能够保证高CO2的增产效应能够一直在农作物中延续下去呢?这种增产效应背后是不是还有被我们忽略的累积影响?
小麦是世界三大主要作物之一,为人类提供了20%的蛋白质供应。近期,中科院东北地理所的科研人员针对大气CO2升高对小麦的影响开展了研究。在高CO2和正常环境下连续种植四代小麦,研究发现大气CO2升高对小麦植株生物量和籽粒产量具有显著地促进作用,并且在连续四代高CO2环境生长的小麦中表现更加明显,显示出一定的累积效应,可是这种增产现象很快开始被质疑。因为,研究人员发现单一代内或短期的高CO2会降低小麦籽粒中钾、钙、镁等矿质元素和蛋白质含量,而连续多代高CO2还会降低谷蛋白大聚合体及氨基酸含量,在籽粒品质中表现出一种加快变劣的趋势。
这种高CO2“稀释”农作物蛋白质含量,降低营养价值的现象,也就是现在科学家非常忧虑的“隐蔽的饥饿”。要解释这种营养物质被“稀释”的过程,颇为复杂。因为多出来的CO2常常转化为淀粉等碳水化合物,但是在连续多代高CO2生长的小麦中,并未发现明显的籽粒淀粉产量下降的变化,这也表明单一代内或短期的研究结果不足以估测大气CO2升高对作物产量品质的长期影响。为了警惕高CO2的“稀释”效应,人们迫切需要弄清CO2在植物营养成分生产中究竟扮演什么角色。
此外,研究人员还分析了大气CO2升高对小麦不同生长发育阶段的抗逆性影响。结果表明,开花前CO2增高会增加营养生长阶段对CO2吸收和利用,但是不利于小麦抵御抽穗期的低温,而灌浆期CO2增高则会缓解低温造成的小麦减产。这与之前普遍报道的整个生育期内CO2增高有利于缓解环境胁迫对小麦造成的损害有所不同。
正常CO2浓度下(左)与高CO2浓度下(右)生长的小麦(李向楠 摄)
这项研究工作提醒人们需要更加重视大气CO2升高在作物不同生育期的影响以及大气CO2升高对作物生产所带来的长期效应,而大气CO2升高对农作物生长和品质的影响可能比我们预期的更加复杂。
相关研究成果发表在《环境实验生物学》和《农艺学与作物科学杂志》上。(Environmentaland Experimental Botany, 2019, 157: 310-319; Journal of Agronomy and CropScience, 2019, 205: 54-64)
来源:zkyzswx 中科院之声
原文链接:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NzIyNDI1Mw==&mid=2651759040&idx=1&sn=2386b27b0c26460651695327a61c29fa&chksm=bd274b928a50c284e5a547b4495755c50b978170a9184647e6b32cfa58bea0e1841e3b773529&scene=27#wechat_redirect
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