Как изменение климата повлияет на растения
Растения критически важны для человека: они основа пищевых цепочек, экосистем и поглощают около 30% антропогенных выбросов CO2 ежегодно. Как более высокие уровни CO2 и потепление влияют на растительный мир?
CO2 повышает продуктивность растений
Фотосинтез использует солнечный свет, CO2 и воду. Рост уровня CO2 в атмосфере усиливает фотосинтез — эффект углеродного удобрения. С 1982 по 2020 год глобальный фотосинтез вырос на 12%, в основном из-за роста CO2 на 17%.
- В ответ на повышенный CO2 надземный рост растений увеличился в среднем на 21%, а подземный — на 28%.
- Урожайность пшеницы, риса и сои может вырасти на 12–14%.
- Кукуруза, сахарный тростник, сорго и просо менее чувствительны к росту CO2.
- При высоком CO2 растения частично закрывают устьица, сокращая потерю воды на 5–20%.
Но другие факторы имеют значение
Изменение климата влияет и на другие критические факторы: доступность питательных веществ, температуру и воду.
Ограничение по азоту
Многие наземные экосистемы становятся дефицитными по питательным веществам, особенно по азоту. Азот необходим для создания белков и углеводов.
- Большинство растений не могут усваивать атмосферный азот (N2). Его фиксируют бактерии в симбиозе с корнями растений (например, бобовых).
- Соотношение углерода и азота у живых организмов относительно фиксировано. Если растение поглощает больше CO2, содержание азота в листьях может "разбавляться", и продуктивность падает.
- Новое исследование показало, что оптимальная температура для фиксации азота симбиотическими бактериями примерно на 5–11°C выше, чем считалось ранее. Это снижает риск "разгонного" сценария, при котором потепление снижало бы фиксацию азота, что вело бы к снижению продуктивности растений и ещё большему потеплению.
Повышение температур
- Фермент Рубиско: При повышении температуры его эффективность падает. Он может связывать кислород вместо CO2, а при сильном нагреве — деактивироваться полностью.
- Более длинный вегетационный период приводит к большему потреблению воды растениями, что перевешивает пользу от частичного закрытия устьиц. Результат — более сухие почвы и меньше стока в реки.
- Вредители и болезни: Тёплые зимы и длинный сезон способствуют размножению вредителей, ускоряют их жизненные циклы и расширяют ареалы.
- Стресс для сельхозкультур: Многие культуры испытывают стресс при температуре выше 32–35°C. Каждый дополнительный градус может снизить урожайность кукурузы и сои на 3–7%. Более высокая температура также ускоряет жизненный цикл, сокращая время на фотосинтез и уменьшая урожай.
- Миграция растений: Виды перемещаются на север или вверх по склонам. Например, многие североамериканские растения смещаются на 36 футов в высоту или на 10,5 миль в широту каждые 10 лет. Линия арктических лесов движется на 131–164 фута к полюсу ежегодно.
Экстремальные погодные явления
Учащение волн жары, засух, сильных осадков и ветров будет негативно влиять на растения.
- Комбинация жары и засухи может свести на нет пользу от эффекта углеродного удобрения. Урожайность кукурузы может упасть на 20% в некоторых частях США и на 40% в Восточной Европе и юго-восточной Африке.
- Экстремальные осадки нарушают рост, повышают уязвимость к наводнениям и эрозии почв.
Другие эффекты повышенного CO2
- Снижение питательности: При повышенном CO2 концентрация белка в зерне пшеницы, риса, ячменя и клубнях картофеля может снижаться на 10–15%. Также уменьшается содержание минералов (кальций, магний, железо, цинк) и некоторых витаминов группы B.
- Меньше углерода в почве: Ускоренный рост растений требует больше питательных веществ из почвы, что стимулирует микробную активность. Микробы высвобождают CO2 из почвы в атмосферу, уменьшая её потенциал как хранилища углерода.
Растения перед лицом неопределённого будущего
Большинство исследований указывают, что в будущем растения будут испытывать больший стресс и снижение продуктивности. Однако остаётся много неизвестного в сложном взаимодействии физиологии растений, доступности ресурсов и смещения растительных сообществ.