信息Xli

(1996)

卢塞恩

各种各样的草

作物

Bunce (1993)

大豆

反枝苋

作物

Ziska (2000)

*“青睐”表明是否升高[CO2]产生更多的作物和杂草生物量。“牧场”是指一种C3草地物种。

C4杂草(表2.2)。在这些比较,增加二氧化碳增加了作物杂草生物量比,符合已知的生化/手机/叶响应。然而,有趣的是指出,生物量和/或产量的高粱(C4作物)降低了高[CO2]在存在要么velvetleaf (Albutilon落叶或苍耳子(苍耳子strumarium), C3杂草。大多数比较相同的光合途径营养生长的作物和杂草导致作物和杂草生物量显著减少杂草和作物时同时出现(表2.2)。实际上只有两个研究量化作物与杂草丛生的种子产量竞争变化的函数上升[CO2] (Ziska、2000、2003 b)。在这些研究中,两种作物,C3(大豆)和一个C4(矮高粱),与藜生长(C3)和世界性(C4)和velvetleaf (C3)和世界性,分别在两个杂草的密度每米的行。从藜虽然大豆产量损失少,所有其他crop-weed交互导致增加产量损失升高[CO2]。有趣的是,在以后的研究中,任何杂草物种的存在否定的能力反应作物生长地或繁殖,增强[CO2]。这可能是重要的因为二氧化碳提高作物产量的研究很少考虑crop-weed竞争。然而,需要额外的实地研究证实并放大这里给出的结果。

2.7.2植物竞争:非托管系统

少即是已知的关于二氧化碳上升的影响植物之间的竞争非托管系统,在某种程度上,因为植物群落竞争涉及multispecies比较和最好的被认为是在一个生态系统上下文(参见2.8节)。此外,它可能很难单独升高的影响[CO2]等其他非生物资源的竞争水或营养。然而,有些情况下非托管系统中只有少数的物种竞争在给定的时间。例如,在早期,物种之间的竞争可以改变二氧化碳的函数(Bazzaz, 1996)。对森林系统、葡萄和增长缓慢的树表现出微分应对不断上升的二氧化碳,对葡萄树生物量与积极作用(例如格拉纳多斯& Korner, 2002)和后续影响葡萄树竞争(菲利普斯et al ., 2002)。C3和C4比较,高二氧化碳被证明有利于生物质生产的C3莎草(芦苇olneyi)生产的C4草(Spartinapatens)在湿地系统(Curtis et al ., 1989)。相比之下,主导C4草在主导青睐C3物种回应二氧化碳升高(Owensby et al ., 1993)在一个干燥,因为更高的高草草原系统干旱宽容的C4物种。

2.7.3二氧化碳改变植株相互作用如何?

毫无疑问,大气中的二氧化碳含量持续增加会改变植物竞争和组成(Bazzaz & McConnaughay, 1992)。考虑到经济和/或环境预测的竞争结果的重要性植物系统事实上,,我们知道的特定方面植物的生长和发展随着二氧化碳的增加与增加竞争成功?在细胞/叶水平我们可以认为二氧化碳的敏感性差C3和C4光合作用途径可以用来预测竞争的结果;然而,正如我们所见,这并不总是一个可靠的预测。此外,它并没有解决竞争的结果,光合作用途径是一样的。整个工厂层面我们可以认为,快速增长的物种更适应二氧化碳或营养压力提高二氧化碳反应;然而,这些也不是一个好的竞争结果的预测(例如要隘& Perez-Soba, 2001)。

目前,似乎没有任何“一刀切”的解释竞争成功应对二氧化碳。这不是太奇怪,因为竞争本身的复杂性。是一个伟大的需要详细的植株相互作用的研究,有助于解决特定的时间和空间开发地上(如光)或地下的(如氮、水)资源来应对二氧化碳的增加。

2.8植物群落和生态系统对二氧化碳的反应

2.8.1发布工厂管理系统

因为的重要性食品安全,更早期的关于二氧化碳上升的影响的重点是农作物(例如歪斜着&艾伦,1985)。然而,许多这些个体植物的研究,和实地评估作物系统只是明显从1990年代(例如金博et al ., 1995)。一般来说,二氧化碳浓度200 - 400 ppm(通常高于当前的环境水平)已发现刺激增长和产量C3(大米、小麦),但不是C4谷物(玉米、高粱);并刺激豆科结节作物(大豆)和(土豆)以及许多绿叶蔬菜(审查看到Reddy &霍奇斯,2000)。纤维作物,如棉花,也可以显示出强劲增长和棉子回应二氧化碳升高(金伯尔& Mauney, 1993)。另外,牧场并不总是表现出强烈回应二氧化碳(例如Korner, 1997)。

尽管年度作物响应管理系统已经深入研究,少即是已知的关于管理的物种。世界上森林种植园现在总约130尼古拉斯年利率约10.5尼古拉斯(詹森的建立等等。,2000)。在美国,商业种植火炬松(松果体taeda)仍然是一个木材产品的主要来源(Jokela et al ., 2004)。而成熟的泥泞的反应已经在应对二氧化碳在非托管系统检查(例如DeLucia et al ., 1999),培养和受精的反应是未知的。同样,CO2-induced石头或热带水果的生产力的变化在很大程度上未经检验的(詹森et al ., 2000)。

2.8.2用水管理系统

气孔和叶地区回应二氧化碳升高有最好的特点是年度作物(Bunce, 2004 b)。但单一叶反应转化为减少用水在社区一级管理系统?发育,增加二氧化碳会导致增加叶面积和工厂规模以及R / S比值的变化,植物解剖学、和导电组织拍摄的增长(批&亚历山大,1993)。因此,目前尚不清楚是否有水分或增加的储蓄叶作物群体内观察到的水平。

虽然作物中最大的降低气孔导度在升高[CO2],相对日常减少与其他非生物输入的不一致,可能相差很大(如光、温度)和广泛的气孔可变性(Bunce, 2004)。总的来说,使用模拟和直接测量系统,任何大型减少作物气孔导度只会翻译成小减少社区蒸散,在某种程度上,因为直接影响二氧化碳的增加冠层温度和减少湿度(Bunce, 2004)。这些后来的变化也有重要的对作物产量的影响(如松井et al ., 1997)。然而,在系统层面,甚至降低几个百分点的蒸散可能是重要的作物产量和作物生产的经济。

2.8.3 Unmanagedplant系统

方法论的变化,特别是面对技术的出现在1990年代,激发兴趣解决二氧化碳上升的潜在影响在社区层面的反应(Hendrey & Kimball, 1994)。然而,非托管系统的响应是复杂的,因为不同农业管理,非生物输入例如水或营养物质可以是非常变量。尽管非托管系统可以显示增加生产力和植物物种组成的变化在回应二氧化碳升高(如史密斯等等。,2000年),有一个广泛的具体预测二氧化碳升高将如何改变社区层面的过程。

二氧化碳反应的早期评估在北极苔原的系统中,例如,表现出生产力的变化不大(Grulke et al ., 1990)。草原社区显示混合增长反应[CO2],与社区更大程度的物种丰富度显示更大的反应(例如帝国et al ., 2001),可能由于高二氧化碳反应物种少没有出现在不同的社区(例如Grunzweig & Korner, 2000)。沙漠生态系统,高架(二氧化碳)影响的程度是与降雨(即增加水分和养分)与后续增加社会生产力(史密斯et al ., 2000)。相反,植物中湿地系统(如s olneyi马什C3物种)继续显示特有的正增长回应二氧化碳升高17年后的暴露(麝香猫et al ., 2005)。

在非托管系统,二氧化碳上升的影响森林生产力是特别感兴趣的,鉴于森林在陆地碳汇的作用。一般来说,回顾与小树的长期实验也表明显著增加(~ 30%)增长一倍[CO2]从目前水平(Medlyn et al ., 2001)。然而,目前尚不清楚,得到的差异大气候raybet雷竞技最新开启和关闭之间的树冠上,类似的反应是否会被观察到暂时的增长和净初级生产力(NPP)的更成熟。到目前为止,大部分的实验证据表明,可能有一个永久性的二氧化碳的影响即使出现光合适应,但是额外的信息,特别是在地下的碳分配(Zak et al ., 2003)是必要的。

2.8.4水使用的非托管植物系统

草原和沙漠,有明显的间接相互作用(气孔)[CO2]对用水量的影响和刺激植物生长在社区一级。摩根et al。(2004)最近回顾一些田间试验包括堪萨斯的高草草原,科罗拉多shortgrass草原,和瑞士钙质草原、所有系统显示更大的干年[CO2]增强。相比之下,德州C3 / C4草原和新西兰牧场每年影响土壤水分的变化,而在莫哈韦沙漠只是刺激植物生长在湿年升高[CO2]。虽然之间的交互(CO2)和水的可用性是明显在这些生态系统,到目前为止,没有系统性的二氧化碳分离浓缩反应与间接推动反应已经完成实验(Morgan et al ., 2004)。同样,没有长期的评估分离CO2施肥从用水可用于森林群落的影响。长期水文平衡评估为公爵的脸设施表明火炬松没有直接影响的高二氧化碳在水储蓄可辨别的(3.5年);相反,森林逐渐发生更多的水,可能由于减少土壤蒸发由于额外的垃圾堆积在高[CO2](谢弗等等。,2002)。

2.8.5其他营养级

任何考虑生态系统响应增加[CO2]应该不仅包括植物生产力,但也潜在影响高营养水平。例如,它可能将影响食草动物生物学的高二氧化碳对寄主植物代谢的生理效应。具体CO2-induced变化在叶级将包括C / N比值增加,改变防御化合物的浓度,增加了淀粉和纤维含量,增加水分含量(例如林肯& Couvet, 1989)。不太清楚,但是,是否响应观察到叶或植物水平与植物群落的反应是一致的。例如,有补充叶产量的变化,可能,可能,克服insect-related损害(休斯& Bazzaz, 1997)。矮橡树和湿地生态系统,以树叶为食的动物的侵扰观察到二氧化碳升高(汤普森&德雷克,1994;阶梯et al ., 2002)。近期数据对舞毒蛾在成熟森林表明种特异的叶化学成分的变化引起的高[CO2]可能导致对比食草动物反应(Hatten-schwiler & Schafellner, 2004)。优惠食草动物饲养在一个物种可能,反过来,改变植物的竞争。然而,总的来说,大多数数据只进行单一insect-host植物相互作用来应对二氧化碳的增加,和一个更完整的评估缺乏植物群落内的昆虫取食。

也有许多公认CO2-induced变化可能会改变植物对疾病的易感性。例如,提高WUE和叶片水分含量可以促进由叶面真菌孢子形成(例如汤普森&德雷克,1994),同时增加叶碳水化合物能促进病原体感染后的生长和繁殖(Hibberd et al ., 1996)。另外,减少叶片含氮量可以减少病原体负载和疾病严重程度(汤普森et al ., 1993)和CO2-induced衰老变化可以增加或减少暴露时间对病原体(例如表示&领域,1997)。在社区层面,减少蒸发蒸腾作用也可以减少与顺向树冠湿度对大多数真菌的生长和孢子形成的影响(Chakraborty et al ., 2000;Chakraborty &数据,2003),而提高生产率高[CO2]可以增加植物残体,与更大的潜在致病过冬(Manning &蒂德,1995)。此外,根产量的增加和/或根分泌的变化会增加宿主组织用于病原感染的比例(Manning &蒂德,1995)。然而,总的来说,极其有限的关注这一领域的研究排除了任何使广义预测与信心的能力。剩下的,而一般预测的疾病可能会增加,减少,或显示没有变化”(科克利,1995)。

2.9全球和进化鳞片

2.9.1上升二氧化碳作为选择的因素

使用图2.2作为指导检查二氧化碳上升改变了植物生物功能如何在时间和空间,我们没有考虑限制沿着轴。例如,似乎不太可能,植物或社区应对二氧化碳将随着时间的推移保持稳定;然而,很少有人注意的后果增加二氧化碳在进化的时间尺度。与光、营养物质和水,有相当大的遗传变异,以应对二氧化碳(例如柯蒂斯et al ., 1994;Bazzaz et al ., 1995),表明植物繁殖和进化改变成功。在较短的时间尺度,评价这些选择性变化可能务实的后果,如高产农艺栽培品种的选择在工厂管理系统(如安斯沃思et al ., 2002)或入侵植物物种的成功在一个社区(史密斯et al ., 2000;Hattenschwiler & Korner, 2003)。长期评估物种的成功,目前生物多样性的变化,或社区选择高营养水平以应对二氧化碳本身是不可用。

2.9.2全球影响

如果进化是一个长期的时间改变,那么全球估计关于二氧化碳上升的影响生态系统功能反映了一个非常大的空间。如此规模的改变不能解决实验,但只有通过全球建模,以及大气环流模型以及区域气候评估是可用的,包括atmosphere-biosphere交流(如布尔et al ., 2000)。raybet雷竞技最新这样的模型集成和综合现有的信息关于二氧化碳的影响和全球项目信息的结果。因此,建模工作是有用的作为潜在全球后果的预测,并强调地方附加查询是必要的。

然而,考虑到规模大的调整,不确定性在生态系统水平在全球评估大幅放大。举个例子,有一个很大的兴趣量化植物群落在隔绝额外的碳的作用作为一个潜在的手段减少大气中的二氧化碳增加的速度(如格尼et al ., 2002)。在社区/生态系统水平上,有一些问题,森林系统的能力作为长期碳汇(例如施莱辛格&里胥特博士,2001),强调需要更好地了解碳/氮循环在森林土壤。事实上,土壤氮池的作用显得至关重要的理解全球碳封存和仍然大量讨论的主题(例如Norby & Cotrufo, 1998;Zak et al ., 2003;Hungate et al ., 2004年,参见章节8和9)。然而,全球气候和建模估计CO2-induced NPP的增加碳封存(以及随后的变化)(例如Nemani raybet雷竞技最新et al ., 2003)可能不会考虑这样的微妙之处。不幸的是,政策制定者常常认为气候变化模型最后,权威的评价,而不是在进步。raybet雷竞技最新

2.10的不确定性和局限性

二氧化碳是植物生物学四个必要的非生物输入和最近和预测它的浓度的变化已经影响,并将继续影响,植物功能。虽然二氧化碳的主要生理作用是直接关系到碳吸收/损失和用水,很明显,这些变化改变植物功能在每一个组织层面(图2.3)。同样清楚的是,一个实验性的或概念的理解在一个组织层面未必作为一个可靠的预测各级功能行为的指南。全面掌握叶级流程,例如,只提供有限的了解生态系统响应。然而太多的关于二氧化碳对植物生物学的影响仍然是描述性的,而不是机械的;专注于单一植物响应,non-integrative。总的来说,在评估植物对二氧化碳的反应时,有明显的人员必须扩大他们的发现。

组织需要更多的实验研究水平?虽然有很多评价,检验个体植物的光合作用和生长反应(二氧化碳)的两倍,有相对较少的报道关于二氧化碳上升的影响在空间或时间极端。例如,我们知之甚少特定CO2-induced基因表达的变化,这些变化将如何影响或一个进化上的意义;同样,我们几乎一无所知的二氧化碳长期生态系统功能的影响和碳之间的交互,水和养分循环(如锅et al ., 1998)。

但最终,生态系统集成商的基因、结构,能辨出别交互,较高的营养级,进化响应在时间和空间。此外,这些影响,造成全球增加大气中的[CO2],无论经济或环境,是最有可能被证明在生态系统功能。对于管理系统,增加二氧化碳的作用不受欢迎的植物的成功,尤其是入侵或有害物种,值得特别关注;在非托管系统中,微分物种的反应,以及由此产生的对物种选择、多样性、和更高的营养水平,仍然是一个重要的领域

图2.3增加大气中的二氧化碳的潜在影响不同组织层次如图2.2所示。更多细节给出了文本。

生态系统功能

图2.3增加大气中的二氧化碳的潜在影响不同组织层次如图2.2所示。更多细节给出了文本。

研究。有明显的实验挑战研究生态系统(如非生物变迁和同比初级生产力的变化,量化地下过程尤其是养分循环和碳储存,潜在的食草性的变化,病原体负载,等等);然而,这些假设,考虑多因素的反应,特别是在生态系统层面,是必要的,如果我们要明确认识和适应CO2-induced植物系统的变化。

还有另外一个基本的挑战:全球二氧化碳的增加需要认识到,仅仅是前所未有的人为改变的一个方面。目前有60亿人口,人类是显著改变氮沉积率(例如Wedin & Tilman, 1996),对流层臭氧的程度(例如Krupa &曼宁,1988),和土地使用模式(皮尔克et al ., 2002)。任何关注生态系统动力学的实验方法,因此,应该考虑不仅二氧化碳还其他快速变化的非生物变量,只要有可能。希望多因素方法集成生态系统功能还可以用来增加现有的全球变化模型的预测能力。

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读者的问题

  • 跟不上
    氧光合活性的可靠预测吗?
    6个月前
  • 不,氧光合活动不是一个可靠的预测。光合活动取决于多个环境因素,如温度、光照强度和某些营养素的可用性。因此,氧气水平无法准确预测水平的光合活性。