Повышение уровня углекислого газа поможет зерновым культурам

04.05.2016, 13:00 Климат

Повышенные концентрации углекислого газа в атмосфере могут увеличить эффективность использования воды в сельском хозяйстве и значительно уменьшить потери урожая из-за изменения климата, согласно данным нового исследования экспертов НАСА.

Результаты, полученные командой во главе с Delphine Deryng, показывают некоторую компенсацию неблагоприятного воздействия от экстремальных температур и дефицита воды, вызванных увеличением выбросов углекислого и других парниковых газов.

Deryng с коллегами нашли, что более высокие концентрации углекислого газа в атмосфере влияют на зерновые культуры в двух важных направлениях: они способствуют повышению урожайности, за счет увеличения скорости фотосинтеза, который стимулирует рост, и они уменьшают количество воды, которое культуры теряют через транспирацию. Растения испаряют через листья, которые содержат крошечные поры, которые открываются и собирают молекулы углекислого газа для фотосинтеза. В ходе этого процесса они выделяют водяной пар. По мере увеличения концентрации диоксида углерода, поры не октрываются так широко, как раньше, что приводит к снижению уровня транспирации растениями и, таким образом, идет повышение эффективности использования воды.

Глобальные оценки последствий изменения климата для сельскохозяйственных культур были сосредоточены в основном на изучении действия повышения атмосферной двуокиси углерода на урожайность, поясняет Deryng. «Но было очень мало анализа в оценке воздействия, который смотрело на двойной эффект: на урожайность и использование воды, и как они отличаются в разных регионах мира, что имеет решающее значение для прогнозирования будущих потребностей воды в сельском хозяйстве», сказала Deryng.

Согласно результатам исследования, воздействие двойной концентрации двуокиси углерода на продуктивность воды и урожайность культур изменяется на региональном уровне. Результаты показывают, что кукуруза страдает от потери урожая с удвоенными уровнями углекислого газа: урожайность культуры снизится на 15 процентов в тех областях, которые используют орошение и на 8 процентов в районах, которые зависят от дождя. Тем не менее, потери были бы более серьезными, без увеличения углекислого газа: урожайность кукурузы в этом случае снизится на 21 и на 26 процентов соответственно.

«Воздействие воды на продуктивность и урожайность сельскохозяйственных культур является самым сильным в таких регионах, как Южная Африка, где вода является ограничивающим фактором», сказал Deryng. «Кукуруза в этих регионах испытывают наибольшее облегчение от повышения эффективности использования воды».

Что касается пшеницы, увеличение в два раза уровня двуокиси углерода способствует повышению урожайности по всем направлениям. Пшеницы в высоких широтах: в Соединенных Штатах, Канаде и Европе, которые имеют более умеренные температуры и более продолжительные периоды, испытывают общее увеличение урожайности почти на 10 процентов, в то время как их потребление воды уменьшается на соответствующую величину.

Для пшеницы, выращенной в более засушливых климатических условиях, например, в Южной Африке и Индии, результаты показывают, что удвоенный уровень углекислого газа, а также связанные с ним последствия изменения климата, увеличивают урожайность на 8 процентов.

Авторы отметили, что существует необходимость в проведении исследований, которые исследует воздействие повышенного уровня углекислого газа на питание других растений. «Зерновым культурам необходим азот для роста, например, и во многих частях Африки не хватает удобрений», говорит Deryng. «Дисбаланс между азотом и углеродом в тканях культур может привести к уменьшению количества питательных веществ, таких как железо, цинк, наряду с уменьшением содержания белка».