植物已成為政治辯論的一個不太可能的主題。許多預(yù)測表明，燃燒化石燃料以及由此產(chǎn)生的氣候變化將使未來幾十年為每個人種植足夠的食物變得更加困難。但是一些反對限制排放的團體聲稱更高水平的二氧化碳(CO 2)會促進植物的光合作用，從而增加糧食產(chǎn)量。

科學上發(fā)表的一項新研究表明，預(yù)測增加二氧化碳水平對植物生長的影響實際上可能比任何人預(yù)期的都要復(fù)雜。

要了解研究人員發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容需要一些有關(guān)光合作用的背景信息。這是利用光能為二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖的過程，這些糖促進植物生長并最終提供我們賴以生存的食物。不幸的是，光合作用是有缺陷的。

CO 2和氧分子的形狀相似，收獲CO 2(一種名為RuBisCO的酶)的關(guān)鍵機制有時會將氧分子誤認為是CO 2中的一種。當RuBisCO第一次進化時，這不是問題。但是大約3000萬年前，大氣中的二氧化碳含量下降到不到原來的三分之一。由于周圍的二氧化碳較少，植物開始錯誤地試圖更頻繁地收集氧分子。今天，這通常是對工廠能源和資源的大量消耗。

隨著它越來越熱，RuBisCO變得更容易出錯。水也蒸發(fā)得更快，迫使植物采取措施避免干燥。不幸的是，阻止水從樹葉中流出也會阻止二氧化碳進入，當RuBisCO變得缺乏二氧化碳時，它會通過使用氧氣來浪費越來越多的植物資源。在25°C時，這可能會消耗工廠產(chǎn)生的四分之一 -隨著溫度的進一步升高，問題變得更加極端。

然而，一些工廠開發(fā)了一種方法來通過將CO 2泵送到RuBisCO所在的細胞來避免這個問題，從而增加光合作用。這些被稱為C4植物，而不是正常的C3植物，它們不能做到這一點。C4植物可以更高產(chǎn)，特別是在炎熱和干燥的條件下。他們在5至10年前從地球的熱帶草原上占據(jù)主導(dǎo)地位，可能是因為此時世界變得更加干燥，他們的用水效率更高。

玉米(玉米)和甘蔗是C4植物，但大多數(shù)作物都沒有，盡管最初由比爾和梅林達蓋茨基金會資助的項目一直在尋求通過添加C4機械來提高大米的產(chǎn)量。

植物生長和作物產(chǎn)量如何受到燃燒化石燃料釋放的二氧化碳影響的大多數(shù)模型都假定常規(guī)的C3植物可能表現(xiàn)更好。與此同時，C4工廠的RuBisCO已經(jīng)獲得足夠的二氧化碳，因此增加對它們的影響不大。這一點得到了以前的短期研究的支持。

新的科學論文報告了過去20年來一直在比較C3和C4工廠的項目的數(shù)據(jù)。他們的發(fā)現(xiàn)令人驚訝。正如預(yù)期的那樣，在前十年，在額外的二氧化碳下生長的C3草比較好 - 但它們的C4當量沒有。然而，在實驗的第二個十年中，情況發(fā)生逆轉(zhuǎn)，C3??植物在較高水平的CO 2下產(chǎn)生較少的生物量，而C4植物產(chǎn)生更多。

似乎這個令人困惑的結(jié)果可能是因為隨著時間的推移，較少的氮可用于使C3地塊中的植物生長受精，而C4地塊則更多。因此，效果不僅僅歸功于植物本身，還歸因于它們與土壤化學和微生物的相互作用。

這些結(jié)果表明，二氧化碳變化影響已建立的生態(tài)系統(tǒng)的方式可能很復(fù)雜，難以預(yù)測。它們可能暗示，隨著大氣中二氧化碳的增加，C4熱帶草原可能吸收的碳量超過預(yù)期，而主要為C3的森林可能吸收的碳更少。但具體情況可能取決于當?shù)貤l件。

對食物的影響

這對于食品生產(chǎn)來說意味著什么可能比乍看之下更直接，更不舒服。這些結(jié)果來自于生存并繼續(xù)逐年增長的禾本科植物。但目前的谷類作物是“一年生植物”，在一季后死亡，必須重新種植。

結(jié)果，他們沒有機會建立土壤相互作用，這似乎促進了實驗中C4植物的生長。我們不能指望我們的糧食安全問題能夠通過C4作物產(chǎn)量的增加來解決，就像他們在實驗中所做的那樣。同樣，C3地塊中的生物量最終下降不應(yīng)發(fā)生在C3年度作物中。

但是，正如我們所知，C3植物在較高溫度下會浪費更多資源，因此，由于全球變暖的影響，CO 2水平上升導(dǎo)致的光合作用增加似乎至少可以抵消。而這并沒有考慮降雨模式的變化，例如更頻繁的干旱。看起來好得令人難以置信的解決方案通常是 - 而且，目前看來，二氧化碳提高作物產(chǎn)量的想法似乎仍然適用于世界。