Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Биогеохимия почвы

Глава VII. УВЕЛИЧЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА В АТМОСФЕРЕ, ФОТОСИНТЕЗ И УРОЖАИ

 

В.А. Ковда

В.А. Ковда

 

Смотрите также:

 

Почва и почвообразование

 

Почвоведение. Типы почв

 

Книги Докучаева

докучаев 

Фитоценология

 

Химия почвы

 

Происхождение жизни

 

Геология

геология

Основы геологии

 

Геолог Ферсман

 

Черви и почвообразование

дождевые черви

 

Дождевые черви

 

Вернадский. Биосфера

биосфера

 

Геохимия - химия земли

 

Минералогия

минералы

 

Земледелие. Агрохимия почвы

 

Справочник агронома

 

Удобрения

 

Происхождение растений

растения

 

Эволюция биосферы

 

Земледелие

 

зелёные растения

 

Геоботаника

 

Общая биология

 

Биографии биологов, почвоведов

Биографии почвоведов

 

Эволюция

 

 

Важнейшим аспектом проблемы является возможная реакция фотосинтеза растений и биопродуктивности почв на увеличение концентрации углекислоты в атмосфере. Потребность растений в С02 для фотосинтеза весьма велика. Без постоянного образования углекислоты вследствие минерализации органических веществ в почвах и при дых^кии организмов ее запасов в атмосфере хватило бы лишь на 10—15 лет. Над большими пойями в солнечные дни концентрация С02 может находиться в минимуме, что ограничивает интенсивность фотосинтеза и рост урожая.

 

В практике тепличного хозяйства некоторых стран уже есть опыт применения приемов искусственного повышения концентрации углекислоты для увеличения урожаев (Нидерланды, Япония). Показательны в этом отношении детальные исследования динамики С02 хлопкового поля, выполненные в США () в утренние и в дневные часы. На рисунке хорошо видно интенсивное снижение содержания двуокиси углерода в зоне наибольшего скопления листьев хлопчатника () и в воздухе над полем, получившем дополнительную углекислоту искусственно. В условиях естественного содержания С02 ее концентрация, измерявшаяся каждые 15 мин, была на 10—15 ррш ниже исходной. Утром и днем концентрация С02 снижалась с 330—500 до 50 ррш, а вечером до 200 ррш. Поток углекислоты шел от почвы в гущу растений вместе с парами воды.

 

Почва и ее органическое вещество являются постоянным источником углекислоты для питания и роста растений. История формирования химичслсого состава атмосферы и земной коры свидетельствует о том, что периоды повышенного содержания двуокиси углерода в воздухе сопровождались бурным развитием растительности. Поэтому теоретически можно ожидать, что увеличение концентрации С02 в воздухе должно способствовать при прочих благоприятных условиях росту урожаев сельскохозяйственных культур. В пользу такого мнения высказываются как советские исследователи (Ничипорович, 1972а, б; Шлык, 1972; Оканенко, 1972), так и зарубежные ученые (Goudrian, Ajtay, 1979). Один из последних обзоров (Kauppi, 1982) показывает, что концентрации С02 в воздухе порядка 800 ррт заметно увеличивают урожаи зерновых, прирост кустарников и древесных. Увеличение С02, кроме того, снижает расход воды на транспирацию, т.е. повышает засухоустойчивость растений.

 

Особенно эффективно проявляется положительное влияние С02 на продуктивность фотосинтеза при высокой обеспеченности почв и растений влагой и теплом (35—37). Больший положительный эффект оказывают повышенные концентрации С02 при обеспеченности влагой, теплом и улучшенной освещенностью (38). При этих условиях в сочетании с оптимальным содержанием и питательных веществ концентрация С02 порядка 600—800 ррт позволяет удвоить—утроить урожай биомассы. В этом отношении особенно интересны данные о значительном увеличении годовой чистой продукции древесины в лесах США за время 1900—1977 гг. (). Фактический прирост оказался в 2—3 раза выше в период конца 40—70-х годов по сравнению с прогнозом, основанным на опыте начала XX в.

 

Освещенность и температура оказывают различное действие на урожай. При низких температурах (5—10°) даже большая освещенность мало сказывается на повышении продуктивности фотосинтеза. Это явление наблюдается на холодных почвах Севера и Сибири. Утепление почв любыми агротехническими приемами (снег, мульча и др.) всегда дает прирост урожая. Наоборот, охлаждение воздуха и почв (например, промерзание, холодная поливная вода) неизбежно в несколько раз снизит продуктивность фотосинтеза и урожай (рис. 38). Этого, к сожалению, не учитывают в практике дневных поливов. При отпимальных температурах и влажности определяющая роль, конечно, принадлежит освещенности растений. Удвоение и утроение освещенности увеличивает интенсивность фотосинтеза в 1,5-2 раза у райграса и в 2,5-3 раза у подсолнечника и кукурузы (39).

 

Так называемые С3 -растения (рис, рожь, пшеница, хлопчатник, картофель и другие культурные растения) при повышенной концентрации С02 увеличивают урожайность и снижают интенсивность транспирации (). Растения типа С4 (кукуруза, сорго, просо, портулак) отличаются вдвое меньшей интенсивностью транспирации, они более засухоустойчивы, положительный эффект повышения концентрации С02 на них проявляется слабее. Но и для С4-растений, судя по опытам (Yamauchi, Yamada, 1980), в песчаных и водных культурах установлено (42), что интенсивность и продуктивность фотосинтеза, определенная с помощью 14С, возрастает в 1,5—2 раза при увеличении концентрации С02 в воздухе с 220 до 840 ррт (особенно у кукурузы). Выше этой величины интенсивность фотосинтеза несколько уменьшается. Поведение С4-и С3-растений (маис и томаты соответственно), однако, различно в отношении биосинтеза Сахаров и аминокислот и расхода энергии на транспирацию в условиях повышенной концентрации С02.

 

Итак, можно считать, что повышение углекислого газа С02 в атмосфере до 400—600 и даже 800 ррт для большинства растений при прочих нормальных условиях будет сопровождаться ростом продуктивности фотосинтеза, снижением требований к водообеспеченности и повышением урожая биомассы.

 

К этим оптимистическим выводам автор пришел раньше под влиянием давних работ шведского исследователя Г. Люндегорда (1937). В своих публикациях и выступлениях автор настаивал на обогащении пахотных почв органическим веществом как источником углекислоты, необходимой для фотосинтеза. Повышение урожаев без регулярного обеспечения растений углекислотой, производимой почвой, просто невозможно . В этом и заключалась "магическая" роль органических удобрений и особенно навоза и травосеяния. Поэтому, если произойдет повышение концентрации С02 за счет сжигания ископаемого топлива, это, может быть, будет сопровождаться ростом биопродуктивности растений суши, особенно культурных.

 

К аналогичным выводам пришли американские агроэкологи, в частности Виттвер (Wittwer, 1980), профессор Мичиганского университета и директор сельскохозяйственной опытной станции, большой знаток земледелия США и мира. С. Виттвер сообщает, что в США проведено около 500 различных исследований, показавших высокое положительное влияние повышенных концентраций С02 на фотосинтезе 31 вида растений (злаки, бобовые, картофель, хлопчатник, древесные). Повышение содержания С02 в воздухе теплиц увеличивает урожаи на 20—600%. Наибольший прирост урожаев в теплицах получают при содержании С02 в воздухе около 1000— 1200 ррт. По мнению Виттвера, к 2020 г. за счет прироста С02 в атмосфере можно ожидать в среднем 20%-ный прирост урожаев сельскохозяйственных культур при одновременном снижении во до потребления растений.

 

Интересно мнение индийских ученых по этому вопросу. На основе большого экспериментального и литературного материала установлена положительная роль увеличения содержания С02 в атмосфере и НСОз в растворах в фотосинтезе и продуктивности растений (Vermaas, Govindjee, 1981). Эти соединения углерода — основа создания органической биомассы и особенно образования хлоропластов. Ни азот, ни фосфор, ни другие элементы не могут возместить недостаток С02.

 

Американские авторы (Wittwer, 1980; Cooper, 1982) считают, что положительный эффект С02 будет сказываться сильнее в неблагоприятных экологических условиях, ослабляя отрицательное влияние низких температур и засухи, слабой освещенности или дефицита NPK, токсических веществ. Произойдет, однако, смещение природных зон к северу, что потребует совершенствования или изменения систем земледелия и набора культур. Оценивая положительную (удобрительную и утепляющую) роль С02 в атмосфере, можно считать, что на каждые 2,5—3 ррт прироста концентрации С02 произойдет рост урожая на 0,5%. В целом урожаи могут подняться на 25-100-300%.

 

Неясным остается вопрос о характере изменения климата конкретных территорий. Они слишком различны. Но даже в худшем варианте возрастания сухости климата рост содержания С02 в воздухе должен ослабить отрицательные последствия возможных засух для большинства растений. Если же оправдается совпадение роста содержания С02 в воздухе с потеплением и с увлажнением равнин Восточной Европы и территории нашей страны (как это допускается рядом ученых), то экологические условия конца XX и середины XXI в. окажутся более благоприятными, чем ныне.

 

Возможные значительные изменения климата Земли и уровня океана могут наметиться лишь через 30—50 лет, однако нельзя откладывать предупредительные меры до того времени, когда угроза станет очевидной. Комплексы мер по усилению связывания С02 должны осуществляться уже теперь.

 

 

 

К содержанию книги: Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова

 

 

Последние добавления:

 

Глазовская. Почвоведение и география почв

 

Сукачёв: Фитоценология - геоботаника

 

Сукачёв. БОЛОТОВЕДЕНИЕ И ПАЛЕОБОТАНИКА

 

ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА

 

Жизнь в почве  Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников

 

 Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ  Полынов. КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ

 

Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы

 

Почвоведение - биология почвы

 

Происхождение и эволюция растений