| 单词 | CO2浓度增加对植物生长和农业生产的影响 |
| 释义 | 【CO2浓度增加对植物生长和农业生产的影响】 在低层大气中，CO2含量按体积计一般只有0．03%，按质量计为0．05%，含量极微。但它是植物进行光合作用制造有机物质所必不可少的原料，是太阳能量的转化和贮存以及地球生物圈赖以生存和平衡的基础。近100年来，由于工业迅速发展，矿物化石燃料消耗不断增长和大面积砍伐森林的结果，使大气中CO2含量以令人不安的速度不断地增加，已成为当今世界各国普遍关注的重要课题。 在自然条件下，地球生物、大气圈、水圈和岩圈中的碳，以有机碳和无机碳的形式不断地生成、分解、转移、再生并相互转化。矿物化石燃料的燃烧、森林的砍伐、火山爆发、动植物的呼吸以及有机物的分解等，构成了大气中CO2最主要的源。而植被光合作用以及海水的溶解吸收又构成了大气中CO2最主要的源。显然，CO2的这种源和汇之间没有截然的分界，植被、土壤和海水都既是CO2的汇，又是二氧化碳的源，一切均处于相互转化的动态平衡过程之中。长期以来，人类对这种碳物质的转化循环过程没有或很少有什么影响。但自本世纪以来，这种面貌发生了根本的变化，大气中CO2含量迅速增加，它已由17世纪中叶工业革命前的279μl／L增加至20世纪80年代初的340μl／L；90年代初更达354μl／L，近10年来(1981～1990)平均年增量高达1．5μl／L，远远超过了其历史变率(＜0．5μl／L／a)。在过去的100多a里，大气中的CO2浓度已增加了近20%～25%。这说明，人类的活动已对地球的碳循环产生了重大的影响。因此，目前大多数科学家都比较一致地同意这样一种认识，到21世纪中期(2050～2060)，大气中CO2浓度有可能达到工业革命前的两倍，即560μl／L。当然，CO2的循环平衡过程是一个极其复杂的过程，伴有自适应和自调节的反馈机制。但不论其历史演变实况，还是用各种模式所进行的测算均表明，大气中CO2浓度的增加速率有多大，什么时候达到倍增等，尚有待于进一步探讨和测算。近年来，人们日益关注CO2浓度增加对植物生长和农业生产的影响问题，相应地开展了各种模拟试验和分析评估，取得了不少很有意义的认识和结果。一般认为CO2浓度的增加将从两方面影响植物生长和农业生产，即对植物生长发育过程，诸如光合同化、呼吸和蒸腾等“直接影响”和由其引起“温室效应”使气候变暖，进而导致植物生长环境发生变化的“间接影响”。显然，前者与CO2的吸收和利用有关；后者又与植物对环境变化的适应能力和自我调节能力有关。1．大气中CO2浓度增加对植物生长的影响并没有一个总的规律可遵循，关键在于不同品种的作物在不同环境条件下其气孔的活动功能是不相同的。据研究，无论是C3或C4作物，其对外界CO2浓度增加的反应有以下3种：(1)气孔具有保护性的CO2调节功能 随着外界CO2浓度的增大，其部分气孔关闭，以保持气腔内有一个稳定的CO2浓度，进而保持作物叶片有一定常的光合同化率。由于部分气孔关闭，叶片内外交流的扩散阻力增大，致使蒸腾下降，提高了水分的利用率。C3作物气腔内的这一稳定的CO2浓度为210μl／L，而C4作物为120μl／L。(2)气孔不具有CO2调节功能 这种作物随着外界CO2浓度的增大，提高了叶片内外的浓度梯度和向叶内的扩散(吸收)率，从而导致光合同化率的提高；但蒸腾却明显增大，水分利用率大大下降。因此，水分供应成了限制光合同化率的决定性因素。这种作物具有较高的CO2饱和点，如向日葵叶片可达900～1000μl／L。(3)介于上述两者之间的中介性调节功能 这种作物随着外界CO2浓度的增大，既能直接受益，提高光合同化率，又部分地调节关闭气孔，也就是说，使气孔内外的CO2浓度保持一定的比例：C3作物为0．7，C4作物为0．4，如大麦。不难看出，上述第1种作物可在水分亏缺地区因CO2浓度增加而提高产量；而第2种作物只有在水分供应充分得到满足的条件下，才能因CO2浓度的提高而提高光合同化率。换言之，前者提高了水分利用率，后者的水分利用率却是十分低的。2．C3与C4作物对CO2浓度增加的另一个不同的反应是C3作物的光呼吸耗能减少，而C4作物由于本身就有一种减少光呼吸的生化过程，因此对CO2浓度增加的反应就不敏感。其结果是C3作物的光合同化在CO2浓度增大时大大提高，致使C4作物在当前CO2浓度下的光合同化率高的优势不复存在。这种变化(即不同的反应)将严重影响大田中杂草(属C3作物)和重要作物玉米、高粱(属C4作物)之间的平衡现状，共同竞争有限的养分和水分，形成杂草害。3．在试验条件下，温室里生长的农作物由于CO2含量超过大气正常含量水平100～300μl／L时，每增加1%的CO2，光合作用会提高0．5%；也就是说，当大气中CO2含量超过400μl／L时(约增加20%)，光合作用可提高约10%。1982年的有关“大气CO2增加与植物生产力”国际讨论会认为：CO2浓度增加1倍，则C3植物光合固碳量可增加50%，经济产量与干物质量可增加20%～45%；C3与C4植物的水分利用率可明显提高；马铃薯等块根产量可大大提高；豆科植物的生物固氮能力也将增强。但在农业实践中，这种愿望并不总是能实现的。作物生长往往更受制于土壤的养分和水分供应，不同作物对有限资源的竞争将大大影响对CO2浓度增加的有利反应，因此CO2浓度增加对植物生长的直接效应究竟是正还是负尚难以确定，至少在量值上比试验条件下观测到的要小。大气中CO2含量增多，引起“温室效应”使气候变暖，必将对植物生长和农业生产产生影响。但要评估这种潜在的影响却是非常困难的。因为农业生产本身就相当复杂，作物品种繁多，种植方式又十分不同，在相当程度上又受制于各种社会经济发展因素；其次，无论是“温室效应”即气候变暖的影响机制，还是气候变暖的预测模拟等均存在许多科学上的不确定性。但是大量研究表明，温室效应使气候变暖是不容置疑的趋势，而且这种增暖主要将发生在较高纬度地区，尤其在冬季；可全球降水的变化不大(或略有增加)，在低纬度地区却有可能使气候变得更为干旱。显然，这种气候变化必将对地球生物圈－生态系统的生存和平衡以及农业的持续发展产生重大的影响。气候变暖将使现有的农业气候带和各种种植熟制的北界向北推移，从而使北美、前苏联以及北欧各国的小麦种植区域向北扩大，种植条件变得有利；中国的三熟制北界将由目前的长江流域北移至黄河流域，大大扩大了三熟制的种植区域，提高了复种指数。困扰北部寒冷农业区的低温冷害将会获得明显缓解。农业气候热量资源将会更丰富，积温增多，生长期延长，霜冻期缩短等，这将为生产力的提高创造有利条件。高纬度地区的生产力增长幅度要比低纬度地区的增长幅度大得多。在水分和养分充分保证的条件下，有利于植被初级生产力以及作物最终产量的提高。И．Ю．Люкшинa(1986)根据模式推算，CO2倍增可导致整个北半球和植被生产力提高约28%；早先，美国的一项研究也有类似的结果，即提高约26．6%；日本的研究认为，日本的初级生产力可提高9%。近年来，另一研究报告提出，若大气中CO2含量增加至400μl／L，则美国三大主要粮食作物(小麦、玉米和大豆)的产量可提高2%～8%。中国的类似研究还表明，温室气候效应对作物生产的影响将因作物品种、种植地区和生长季节的不同而异。在当前农业耕作体系和农技措施水平下，温室效应对玉米生产影响最大，冬小麦次之，水稻最小；地区上，将使华北北部和东北大部(约38°N以北)的农业生产环境气候条件变得有利，江南地区(25°～32°N)变化不大，最不稳定的是华北中南部和江淮一带(32°～38°N之间)；时间上，以秋季的影响最为明显。值得指出的是，变暖的气候同样也会给农业生产带来一些不利影响。温度升高会使蒸发耗水大大增多。对那些水分原已亏缺的地区来说，水分胁迫更为严重，在某种程度上会削弱作物因CO2浓度增加而提高对水分利用率的直接效应；加之，农业干旱频率有可能增加，最终影响作物产量。对于中国三熟制中的主要作物——水稻来说，这种气候变化很有可能使三熟种植区域扩大的有利影响难以实现，甚或相反。温度升高还将因呼吸消耗增大而大大消耗光合作用的同化产物。在纬度较低的农业区，温室效应还将对作物生长构成不利的高温威胁，加速作物的生育进程，使其来不及累积较多的光合产物，形成饱满的籽粒产量。此外，这种温室效应还将有利于病虫害和杂草害的发生和发展，使有关农药的药性下降。这些不利因素将使作物的最终产量受到不少损失，有人估计可达20%。显然，将大大抵消对农业生产的有利影响。综上所述，大气中的CO2含量的增加对植物生长和农业生产的影响是一个十分重要而又复杂的问题，必须引起人们的高度重视和关注。国内外虽然已对此开展了一些探索和研究，但大气中CO2的源汇及其转化和动态平衡、其温室效应气候变化的机制与模拟预测，以及对植物生长和农业生产的复杂影响等问题还不十分清楚，科学理论上存在有许多不确定性，尤其是21世纪中CO2浓度的倍增时间及其对气候的影响程度尚难具体确证。虽然如此，但对于由于人类活动大气中CO2含量将传统继续增加的看法是比较一致的，它对气候产生“温室效应”也是毋庸置疑的。至于CO2增多对植物生长和农业生产的影响，虽然目前较普遍的看法是弊大于利。但究竟将如何影响植物的生长、发育和产量的形成、品质的好坏、农业生产耕作体系以及生态环境的动态平衡等等还研究不多，特别是如何从正反两方面，加之社会经济因素对农业生产影响进行综合评价、设计并及时采取各项有力的适应性对策，更是今后要着重开展研究的一个重要课题。(中国气象科学研究院王馥棠撰) |
| 随便看 |
科学参考收录了7804条科技类词条，基本涵盖了常见科技类参考文献及英语词汇的翻译，是科学学习和研究的有利工具。