CO2fertilization效果
受到广泛关注的全球气候变化的一个重要前景是二氧化碳浓度的急剧上升及其对植物生长和功能的raybet雷竞技最新影响。大气中二氧化碳浓度的增加被认为为植物生长提供了增强的施肥，特别是对C3作物(Derner等人，2003)。IPCC FAR3(2007年)的结论是，在不考虑气候变化的情况下，大气中二氧化碳浓度为550 ppm将raybet雷竞技最新导致生产率提高10-20%，C4作物的生产率提高0-10%。当把二氧化碳增加的综合影响与温度升高考虑在内时，生产率的提高很可能被抵消。的估计仍然存在很大的不确定性CO2施肥多亏了一些实验的复杂性，我们将在本节稍后简要介绍。最近的文献继续质疑受精的真实水平，表明它比最初认为的要低(例如Woodward, 2002;Long et al, 2006)。
甚至在全球变化问题出现之前，一个多世纪以来，人们就在温室、开顶室和其他围场中研究了大气中二氧化碳富集的影响，以限制实验工厂周围的二氧化碳气体(Kimball et al.， 2002)。在这些实验中，植物个体对升高的CO2水平的生理反应的科学基础可以很好地建立起来。在高浓度CO2条件下气孔导度的降低导致通过蒸腾作用的水分损失减少。据报道，这反过来又提高了水和光的利用效率。通过co2浓度对生长调节蛋白核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(二磷酸核酮糖羧化酶)时，可以观察到较高的光合作用速率(Drake et al.， 1997)。这种光合作用的刺激在固定氮的植物中更大，并且在其结节中有额外的碳水化合物汇，这些碳水化合物汇可以在许多粮食作物和饲料中找到，如豆类、豌豆、落花生或白三叶草(Ainsworth and Long, 2005)。
预计主要粮食和豆类可耕地作物的预期产量变化与温带和温带地区的预期产量增长存在很大的空间差异北方地区热带大部分地区的生产损失。尽管发生了这些巨大的变化，但预计全球粮食供应将几乎保持不变。这种乐观的看法来自于这样一种信念，即CO2浓度的升高将抵消由于高温和降水状况改变而预期的生产损失。这种对二氧化碳升高的反应很大程度上是基于在小室内进行的小规模研究，这对于新品种或农用化学品的标准农艺试验来说是不可接受的。然而，对全球养活自己的能力的估计几乎完全依赖于这些设施获得的数据(Long et al.， 2005)。
实际上，成千上万的实验研究评估了作物对本世纪预计发生的大气二氧化碳浓度增加的反应(在Kimball等人，2002年综述)，但大多数信息来自使用温室、人工照明控制环境室、透明田间圈地或开顶室的实验研究。有很多人担心，这些围场并不能真实地反映未来野外的情况，因为它们受到一些实验限制，并且忽略了诸如野外风对二氧化碳扩散的影响等重要影响。此外，在不限制水和养分供应的情况下，研究了CO2升高的影响，并将温度保持在作物生长的最佳温度附近(Fuhrer, 2003)。大规模自由空气二氧化碳富集(脸)实验允许植物在接近自然和完全露天的条件下暴露在高浓度的二氧化碳中。表2.2显示了在全球范围内进行的主要FACE实验。这些实验主要集中在温带生态系统，而热带、北方和北极系统在很大程度上被忽视了。任何致力于发现陆地生物圈对大气变化的响应的严肃承诺都迫切需要包括这些关键的生物群落(Ainsworth和Long, 2005)。
FACE的结果并没有严格地与温室实验的早期发现相矛盾，但在一定程度上使人们对二氧化碳施肥及其对作物产量的影响的乐观预期得到了正确的认识。根据Kimball等人(2002)的综述，CO2升高使C3草的生物量平均提高12%，小麦(Triticum aestivum L.)和水稻(Oryza sativa L.)的籽粒产量提高10-15%，马铃薯(Solanum tuberosum L.)的块茎产量提高28%。自20世纪90年代中期以来进行的FACE研究表明，对作物产量的平均刺激仅为17%，而先前估计的二氧化碳对作物产量的影响范围为28%至35% (Amthor, 2001;Jablonski等人，2002)。迄今为止，只有两个大规模的重复FACE设施报告了二氧化碳升高
网站 |
位置 |
CO2浓度升高(ppm) |
在其中描述站点的引用 |
生态系统 |
接触第一年 |
马里科帕的脸 |
亚利桑那州马里科帕 |
550 |
Lewin等人。 |
农艺C3 |
1989 |
美国 |
(1994) |
和C4作物 |
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Rapolano中期 |
基安蒂地区，意大利 |
560 - 600 |
Miglietta等人。 |
葡萄 |
1995 |
脸 |
(1997) |
||||
大米的脸 |
Shizukuishi镇, |
Ambient + 200 |
Okada等人。 |
栽培稻 |
1998 |
日本 |
(2001) |
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大豆的脸 |
伊利诺州香槟市, |
550 |
Leakey等人。 |
大豆, |
2000 |
美国 |
(2006) |
玉米 |
浓度对C3粮食作物(小麦和水稻)产量的影响。已知一些植物层面的反馈会阻止额外的繁殖投资，这样产量就不能完全反映整个植物碳吸收的增加。
开顶箱和其他封闭箱的结果与FACE实验之间的差异具有广泛的重要性，因为箱值构成了预测全球和区域粮食供应的基础，CO2浓度升高引起的刺激通常被认为可以抵消因压力增加而导致的产量损失，包括温度升高、地面臭氧升高和土壤湿度变化(Ainsworth和Long, 2005)。
尽管FACE实验已经或多或少真实地反映了实地情况，并使我们能够更准确地估计气候变化对农业生产的影响，但它们仍然存在一些缺点。raybet雷竞技最新首先，人们担心大多数升高二氧化碳的实验只进行了5年或更短的时间，因此可能无法捕捉到长期的影响，特别是适应现象或降低到更高的二氧化碳水平。测量表明，随着长时间暴露在高浓度大气CO2中，光合速率逐渐下降，接近或甚至低于环境条件下的速率(Tang and Liren, 1998)。
Steffen和Canadell(2005)认为，关于二氧化碳升高影响的知识库的可信度相当低。当将通常基于经验关系的模型用于政策制定时，就会出现困难。二氧化碳升高的影响不能与气候变化对农业生产系统的影响分开。raybet雷竞技最新因此，当考虑到二氧化碳升高和气候变化的累积和相互影响时，我们对政策制定知识库的可靠性的信心必须很低。raybet雷竞技最新鉴于目前基于室内实验的预测似乎非常乐观，在主要作物和主要种植区进行更广泛的FACE试验将能够更好地预测未来的粮食供应。
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