二氧化碳水平上升真的会促进植物生长吗

植物已成为政治辩论的一个不太可能的主题。许多预测表明，燃烧化石燃料以及由此产生的气候变化将使未来几十年为每个人种植足够的食物变得更加困难。但是一些反对限制排放的团体声称更高水平的二氧化碳(CO 2)会促进植物的光合作用，从而增加粮食产量。

科学上发表的一项新研究表明，预测增加二氧化碳水平对植物生长的影响实际上可能比任何人预期的都要复杂。

要了解研究人员发现的内容需要一些有关光合作用的背景信息。这是利用光能为二氧化碳转化为糖的过程，这些糖促进植物生长并最终提供我们赖以生存的食物。不幸的是，光合作用是有缺陷的。

CO 2和氧分子的形状相似，收获CO 2(一种名为RuBisCO的酶)的关键机制有时会将氧分子误认为是CO 2中的一种。当RuBisCO第一次进化时，这不是问题。但是大约3000万年前，大气中的二氧化碳含量下降到不到原来的三分之一。由于周围的二氧化碳较少，植物开始错误地试图更频繁地收集氧分子。今天，这通常是对工厂能源和资源的大量消耗。

随着它越来越热，RuBisCO变得更容易出错。水也蒸发得更快，迫使植物采取措施避免干燥。不幸的是，阻止水从树叶中流出也会阻止二氧化碳进入，当RuBisCO变得缺乏二氧化碳时，它会通过使用氧气来浪费越来越多的植物资源。在25°C时，这可能会消耗工厂产生的四分之一 -随着温度的进一步升高，问题变得更加极端。

然而，一些工厂开发了一种方法来通过将CO 2泵送到RuBisCO所在的细胞来避免这个问题，从而增加光合作用。这些被称为C4植物，而不是正常的C3植物，它们不能做到这一点。C4植物可以更高产，特别是在炎热和干燥的条件下。他们在5至10年前从地球的热带草原上占据主导地位，可能是因为此时世界变得更加干燥，他们的用水效率更高。

玉米(玉米)和甘蔗是C4植物，但大多数作物都没有，尽管最初由比尔和梅林达盖茨基金会资助的项目一直在寻求通过添加C4机械来提高大米的产量。

植物生长和作物产量如何受到燃烧化石燃料释放的二氧化碳影响的大多数模型都假定常规的C3植物可能表现更好。与此同时，C4工厂的RuBisCO已经获得足够的二氧化碳，因此增加对它们的影响不大。这一点得到了以前的短期研究的支持。

新的科学论文报告了过去20年来一直在比较C3和C4工厂的项目的数据。他们的发现令人惊讶。正如预期的那样，在前十年，在额外的二氧化碳下生长的C3草比较好 - 但它们的C4当量没有。然而，在实验的第二个十年中，情况发生逆转，C3​​植物在较高水平的CO 2下产生较少的生物量，而C4植物产生更多。

似乎这个令人困惑的结果可能是因为随着时间的推移，较少的氮可用于使C3地块中的植物生长受精，而C4地块则更多。因此，效果不仅仅归功于植物本身，还归因于它们与土壤化学和微生物的相互作用。

这些结果表明，二氧化碳变化影响已建立的生态系统的方式可能很复杂，难以预测。它们可能暗示，随着大气中二氧化碳的增加，C4热带草原可能吸收的碳量超过预期，而主要为C3的森林可能吸收的碳更少。但具体情况可能取决于当地条件。

对食物的影响

这对于食品生产来说意味着什么可能比乍看之下更直接，更不舒服。这些结果来自于生存并继续逐年增长的禾本科植物。但目前的谷类作物是“一年生植物”，在一季后死亡，必须重新种植。

结果，他们没有机会建立土壤相互作用，这似乎促进了实验中C4植物的生长。我们不能指望我们的粮食安全问题能够通过C4作物产量的增加来解决，就像他们在实验中所做的那样。同样，C3地块中的生物量最终下降不应发生在C3年度作物中。

但是，正如我们所知，C3植物在较高温度下会浪费更多资源，因此，由于全球变暖的影响，CO 2水平上升导致的光合作用增加似乎至少可以抵消。而这并没有考虑降雨模式的变化，例如更频繁的干旱。看起来好得令人难以置信的解决方案通常是 - 而且，目前看来，二氧化碳提高作物产量的想法似乎仍然适用于世界。