?

Log in

No account? Create an account
entries friends calendar profile Чулан и склад Вольфа Кицеса Previous Previous Next Next
Про «удобрение углекислым газом» - Вольф Кицес
wolf_kitses
wolf_kitses
Про «удобрение углекислым газом»

Обычно считается, что повышение содержания углекислого газа в атмосфере должно привести к более интенсивному росту растений и более высоким урожаям (по крайней мере там, где недостаточно влаги). Предположительный рост урожайности – одно из немногих позитивных последствий происходящих изменений климата. Однако данные, полученные в последнее время, заставляют усомниться в таком выводе: рост концентрации СО2 не сильно повысит урожайность зерновых, или почти не повысит.

Обзор А.М.Гилярова показывает, что эффект удобрения CO2, регистрируемый в теплице, на который и рассчитывают оптимисты, в полевом опыте оказывается много слабее.

«Эксперименты с растениями в теплицах и замкнутых камерах показывали, что при увеличении содержания в воздухе CO2 интенсивность фотосинтеза (а соответственно, скорость прироста и урожай) растет сначала почти линейно, а затем выходит на плато при значении концентрации около 800–1000 ppm.

 

Особенно выражен ответ у так называемых С3 -растений (к ним относятся пшеница, рис, соя и многие другие). У С4 -растений, произрастающих в более жарком и сухом климате (из сельскохозяйственных культур к ним относятся кукуруза и сорго), есть механизм концентрирования (в несколько раз!) CO2 внутри листьев — соответственно, изменения CO2 в окружающей среде на них влияют слабее и только опосредованно.

Однако по мере того, как накапливались новые данные о влиянии повышенного содержания CO2 на рост растений, становилось ясно, что изоляция растений в теплицах и камерах сама по себе создает сильный побочный эффект (прежде всего из-за изменения температуры и влажности), который маскирует непосредственное воздействие концентрации CO2. Поэтому исследователи стали внедрять в практику способы повышения содержания CO2 в воздухе непосредственно в полевой обстановке, подавая углекислый газ через трубы на участок поля или леса, не огороженный какими-либо стенками, тем более — крышей сверху.

Результаты подобных экспериментов, максимально приближенных по своим условиям к природным, свидетельствуют, что стимулирующий эффект повышенного содержания CO2 на рост и урожай растений хотя и выражен, но значительно слабее, чем ожидалось на основе опытов с растениями в изолированных объемах.

См. рисунок увеличения урожая зерновых культур при увеличении концентрации CO2 в воздухе по отношению к росту при обычной концентрации. A — С3-растения: соя (красный цвет) и пшеница (синий); B — С4-растения (зеленый). Круглые точки и сплошная линия — результаты экспериментов в ограниченным объемах. Квадратиками показаны значения, полученные в открытом пространстве по методу FACE. Видно, сколь завышены данные, полученные в теплицах и камерах.

В частности, в последнем номере журнала Science опубликована работа Стефана Лонга из Отдела биологии растений Иллинойского университета в Урбане (США) и его коллег из других научных учреждений США и Швейцарии, в которой сравниваются результаты экспериментов в изолированных камерах и непосредственно в поле.

В последнем случае авторы опирались на данные, полученные с помощью метода FACE (free-air concentration enrichment, «увеличение концентрации на открытом воздухе»). Суть метода в том, что на поле из отверстий трубы, образующей восьмигранник диаметром 20 м, выпускали углекислый газ с наветренной стороны. Место добавления CO2 и его количество регулировали автоматически. Для этого в центре участка стояли датчики, непрерывно измеряющие скорость и направление ветра, а также содержание в воздухе CO2. Заданное значение (550 ppm) поддерживали с точностью до 10% в течение 90% всего времени вегетации зерновых культур — от посева до получения урожая. Поскольку повышенный уровень содержания CO2 уменьшал транспирацию (устьица были не так широко раскрыты), ослаблялось охлаждение самих растений и почвы. Соответственно, на солнце температура на опытном участке была несколько выше, чем на окружающем поле (см. рисунок).

Результаты экспериментов по методу FACE показали, что в ответ на повышенное содержание CO2 только незначительно возрос урожай риса (на 12%), пшеницы (на 13%) и сои (на 14%). Все эти растения относятся к типу С3. Что касается растений С4 (кукурузы и сорго), то для них значимого увеличения урожая вообще не выявлено. Если сравнивать эти данные с полученными ранее в теплицах (и камерах), то становится ясно, что прежние данные очень завышены: для разных культур в изолированных объемах получали повышение урожая на 19-32%, в том числе эффект обнаруживался и для растений С4.

Новые данные заставляют по-другому взглянуть на прогноз сельского хозяйства в условиях того повышения температуры и увеличения концентрации углекислого газа, которые ожидаются к середине текущего столетия. Ранее предполагали, что отрицательные последствия этих перемен — усиление засухи в низких широтах будут отчасти компенсироваться положительными — потеплением в более высоких широтах и повсеместным «удобрением» растений CO2. Теперь ясно, что значимость последнего фактора была преувеличена».

http://elementy.ru/news/430275

 

Ещё приведу интересное обсуждение с isya моей «Суммы про антропогенные изменения климата», почему, признавая последние как научный факт, я резко против коммерческо-политической возни с «ограничением выбросов», Киотскими протоколами и т.п. симулякрами природоохранной деятельности.

 

Wolf_kitses: «даже в случае полного успеха «протокольных мер» так можно проконтролировать одни только "производственные выбросы" CO2 - заводами, ТЭЦ и т.п.
производствами, на которых в регулярном порядке и документированно производятся всякие полезные вещи. Однако примерно столько же углекислоты выбрасывается в атмосферу стохастическим и неупорядоченным образом - потому что человек рубит лес и оставляет там порубочные остатки, убирает урожай и оставляет часть дерна и стерню и т.д.

Иными словами, в процессе эксплуатации экосистем (даже рекреационной) они частично нарушаются, в пятнах нарушений остаются "растительные трупы" и/или возникают пожары и/или активируется микрофлора, активность которой выделяет в воздух дополнительную углекислоту и метан.
И этот вот выброс, связанный не с производством и потреблением, а с сопутствующим разрушением природных сообществ (своего рода collateral damage при той их эксплуатации людьми, которую можно назвать рациональной и организованной) "протокольными мерами» проконтролировать нельзя. Даже если
углеродный показатель будет влиять на цену топлива, что на фоне происходящего сейчас просто неосуществимая мечта.

Далее, эти неупорядоченные выбросы могут оказаться соломинкой, которая ломает спину верблюда. Мало того, что они составляют столько же, сколько выбрасывает вся та промышленность, которую пробуют контролировать, они представляют собой ту самую добавочную порцию CO2, которую естественные экосистемы и природные ландшафты не могут усвоить из-за того, что уже наполовину разрушены человеком и процесс разрушения не просто продолжается, но идёт с ускорением.

Зададимся вопросом: почему раньше существенно бОльшее повышение CO2 и метана в экологическом плане было вполне безопасным? Потому что при неразрушенной биосфере оно вызывало компенсаторную реакцию системы - пустыни расцветали и превращались в саванны, в сухих степях и полупустынях заполнялись озёра, появлялись околоводные местообитания с пышной растительностью вокруг них,  
работал бикарбонатный буфер и прочие поглотительные системы в океане и т.д. Обо всём этом хорошо
написано у В.А.Красилова. Поэтому тогда увеличение выброса вело к интенсификации связывания или захоронения углерода, экологически полночленная биота противодействовала изменениям и всё отлично, регуляция совершалась.

 А сейчас увеличение выбросов ведёт к ещё большему увеличению, поскольку полуразрушенные экосистемы и загрязнённый океан неработоспособны в этом смысле. Это, кстати, хорошее косвенное доказательство того, что наблюдаемый рост концентрации парниковых газов чисто антропогенного происхождения и вызван не только тем, что люди выбрасывают больше и больше, сколько из-за того что нарушенные экосистемы и хуже связывают, и больше выделяют при разрушении.

Впрочем, сейчас уже появились и прямые. «Экосистемы поглощают всё меньшую долю от того огромного количества углекислого газа, которое ежегодно попадает в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива, производства цемента и выжигания растительности. Если до недавнего времени по мере увеличения выбросов СО2 в атмосферу пропорционально возрастало и связывание его растениями в ходе фотосинтеза (в меньшей степени — также фитопланктоном океана), то теперь биосфера за человеком уже не успевает.

К такому тревожному выводу пришла группа ученых из разных стран на основании исследования сезонных колебаний концентрации СО2 в различных точках Северного полушария. В статье, опубликованной в последнем номере журнала Nature, сообщается, что усиление связывания СО2 растительностью весной (которая становится теплее и наступает всё раньше) фактически сводится на нет резким усилением выделения СО2 экосистемами в осенний период (который всё чаще становится аномально теплым). Осеннее выделение СО2 есть результат резкого усиления процесса дыхания всех организмов (в том числе растений, но главным образом бактерий и грибов) в ответ на повышение температуры.

То, что «углеродная емкость» океана уже достигла предела и связывание океаном дополнительного количества СО2 сокращается, доказано недавно прямыми наблюдениями (Le Quéré C., Rödenbeck C., Buitenhuis E.T. et al., 2007).

… в журнала Nature от 3 января 2008 года опубликована статья, в которой сообщается о тревожных признаках сокращения возможностей поглощения СО2 также и наземными экосистемами. Авторы из Лаборатории изучения климата и окружающей среды в Жиф-сюр-Ивет и других учреждений Франции, а также Бельгии, Канады, Китая, США, Швеции и Финляндии (всего 16 человек) сосредоточили свое внимание на соотношении многолетнего тренда увеличения СО2 в атмосфере и регулярных сезонных колебаний концентрации СО2, происходящих на фоне этого тренда.

Как эти две динамики (многолетняя и сезонная) соотносятся, можно пояснить на примере самого длинного (почти за полвека) ряда данных, полученных обсерваторией Мауна-Лоа на острове Гавайи. График, суммирующий результаты измерений, показывает как непрерывный рост, так и небольшие, но регулярные сезонные колебания концентрации СО2: максимум приходится на апрель–май, а минимум — на сентябрь–октябрь. Возникают эти колебания из-за того, что процесс потребления углекислого газа, а именно фотосинтез растений, происходит только в теплый период с конца весны и до окончания лета (в северном полушарии это май–август). Осенью, зимой и в начале весны фотосинтез невозможен (по крайней мере в умеренных и северных широтах, где устанавливаются отрицательные температуры).

Но параллельно в любой экосистеме протекает процесс, обратный фотосинтезу, — дыхание (разложение органического вещества с потреблением кислорода и выделением СО2). Хотя дышат все организмы, поступление в атмосферу основной массы углекислого газа почти целиком определяется дыханием бактерий и грибов. Дыхание происходит в течение более длительного периода, чем фотосинтез. Летом, когда тепло, интенсивность его особенно велика, но на это же время приходится пик фотосинтеза, и в результате связывается СО2 гораздо больше, чем выделяется. Но как только фотосинтез ослабляется, соотношение потребления и выделения СО2 сдвигается в сторону выделения и концентрация СО2 в воздухе растет.

Авторы обсуждаемой работы на примере нескольких непрерывных (продолжающихся по меньшей мере 15 лет) рядов наблюдений за изменениями содержания СО2 в разных точках Северного полушария проследили, как меняется во времени положение тех точек на графике, где линия сезонных колебаний пересекает линию основного тренда. Таких точек за год две. «Весеннее пересечение» соответствует моменту, когда кривая содержания СО2 идет вниз: в результате интенсивного фотосинтеза процессы связывания этого газа начинают преобладать над выделением. «Осеннее пересечение» соответствует моменту, когда кривая идет вверх, и выделение СО2 в результате дыхания начинает преобладать над связыванием его в ходе фотосинтеза.

До самого последнего времени предполагалось, что отмечавшееся увеличение потребления СО2 растительностью происходит прежде всего за счет удлинения вегетационного сезона — периода активного роста растений. И действительно, весна фенологически, например по срокам распускания листьев, наступает всё раньше и раньше (в Западной Европе по сравнению 1960-ми годами в среднем уже на 12 дней раньше), а осень всё чаще бывает аномально теплой. По идее, подобные климатические изменения и следующие за ними изменения фенологические должны сказаться и на характере сезонной динамики содержания СО2. «Весеннее пересечение» должно наступать всё раньше, а «осеннее» всё позже.

Но проверка этой гипотезы на реальных данных выявила неожиданную тенденцию: если «весеннее пересечение» действительно стало наблюдаться раньше, то «осеннее пересечение» тоже сдвинулось на более ранние сроки (а не поздние, как ожидалось). Произошло это потому, что благодаря высоким температурам осенью очень резко возросла интенсивность дыхания экосистем (хотя фотосинтез тоже продолжался, и даже активнее, чем в предыдущие годы). В результате существенно усилилось выделение СО2 в осенний период. Более того, это усиление почти полностью (на 90%) компенсировало то увеличение связывания СО2, которое произошло за счет более теплой и ранней весны.

Авторы статьи подчеркивают, что если обнаруженные тенденции в изменении сезонной динамики СО2 сохранятся (а, по-видимому, так и будет), то поглощение северными экосистемами углерода может заметно сократиться уже в самое ближайшее время. Уповать на то, что бореальные леса (значительная часть которых находится в России) будут в случае потепления связывать всё большее количество углекислого газа и тем самым противостоять усилению парникового эффекта (и, соответственно, самому потеплению), увы, не приходится» (отсюда, обзор А.М.Гилярова).

Наконец, последнее по порядку, но не по важности - при капитализме прибыли от энергосбережения, переоборудования энергетики «отсталых» стран, от торговли квотами и т.п. «ожидаемые прибыли протокола» получать будут корпорации, а нести ответственность за выбросы с территории - страны, при том что выбросы в большей части нельзя проконтролировать. В первом мире ужесточение экологического законодательства вызвало повсюду бизнес серых фирм, помогающих крупным предприятиям избавиться от опасных отходов запрещёнными способами (скажем так), а в третьем мире
значительная часть производственной деятельности ведётся на полулегальных самопальных заводиках вроде нефтеперерабатывающих в нигерийских лагунах. В такой ситуации деньги за торговлю квотами получить удастся, помешать индустриализации третьего мира тоже, а вот произвести рекламируемый полезный эффект - никоим образом.

А что Вы думаете, какие меры тут будут разумны и/или реализуемы?

Isya: про разрушение экосистем очень важный пункт, на самом деле - я верю Вам на слово, потому что достаточного бекграунда у меня нет, и тут страшно то, что этого вопроса даже нет в поле общественного обсуждения проблемы. Обычные люди просто про это не знают - в отличие от знания про промышленные выбросы, которое хоть как-то есть.

Доводы про не-работу Киото довольно убедительны. Мне, без серьезных оснований для того, чтобы иметь аргументированное мнение, кажется, что уж лучше иметь квоты и торговлю ими, чем не иметь вообще ничего; в конце концов, хоть какой-то контроль лучше, чем вообще никакого. например, не секрет, что существуют разнообразные схемы ухода от налогов, но лучше пусть будут схемы и относительно приличные налоги, чем отменить налоги с богатых и корпораций в принципе на том основании, что они часто от них уходят.

Wolf_kitses: ну зачем же верить на слово? верить на слово никому не надо - надо требовать предъявить факты. Думаю, фактов про разрушение экосистем и их неспособность связывать выделяющиеся парниковые газы по ссылкам здесь или ««Сводный доклад об оценке экосистем на пороге тысячелетия» (Millennium Ecosystem Assessment Synthesis Report – есть и на русском). То есть на деградацию самых разных биомов планеты обращается должное внимание (хотя и оно недостаточно), но не связывают пока с проблемой климатических изменений.

И, конечно, "однониточные теории" типа "выброс - разогрев - запретить выбросы" воспринимаются массовым сознанием при капитализме куда как легче. Потому что те, кто ожидает профит от торговли квотами (и в числе прочего, финансирует "зелёные" организации, да и исследователей) разворачивает и общественное, и экспертное мнение именно в эту сторону. Если Вы посмотрите ссылку про «от потепления спасёт закопаемое топливо» там очень деликатно написано, что с самого начала было понятно, что надо не квоты обсуждать, а выводить углерод из круговорота, но учёные старались этот вопрос не обсуждать (и несложно догадаться почему - ждали финансирований) - и 10-15 лет было упущено.

***

А учитывая, что видЕния в состоянии клинической смерти вроде описанных в книге Раймонда Моуди «Жизнь после жизни» (околосмертные переживания) бывают именно у тех лиц, у которых повышено парциальное давление углекислого газа в артериальной крови, позитивные эмоции особо ангажированных господ в связи с ростом содержания СО2 в атмосфере воспринимаешь уже с некоторым чёрным юмором. Тем более тот же газ вызывает зрительные галлюцинации, создающие своеобразные ощущения у реанимированных.



 

Tags: , , , ,

7 comments or Leave a comment
Comments
ignatyev1969 From: ignatyev1969 Date: April 19th, 2010 05:03 pm (UTC) (Link)
А как же теория Бутейко?
wolf_kitses From: wolf_kitses Date: April 19th, 2010 05:19 pm (UTC) (Link)
а что это?
ignatyev1969 From: ignatyev1969 Date: April 19th, 2010 05:49 pm (UTC) (Link)
О том что людям не хватает углекислоты, и многие болезни от этого.
with_astronotus From: with_astronotus Date: April 20th, 2010 03:13 am (UTC) (Link)
Спасибо, заметка очень интересная.

Хотелось бы узнать поподробнее, выполнялся ли в полной мере закон Либиха в эксперименте с удобрением углекислым газом? Дело в том, что в практической аквариумистике прирост зелёной массы на 10-15% при любом уровне удобрения СО2 - давно известный и предсказуемый результат; если же выполнять дополнительно хотя бы "макро"-требования биосистемы (свет, калий, азот, фосфор и железо) - прирост увеличивается в 2-2,5 раза как минимум.
wolf_kitses From: wolf_kitses Date: April 20th, 2010 07:08 pm (UTC) (Link)
подождите, закон Либиха трактует про лимит.факторы
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D1%87%D0%BA%D0%B0_%D0%9B%D0%B8%D0%B1%D0%B8%D1%85%D0%B0
т.е. ограничивать приросты биомассы будет именно тот фактор, который в недостаке или в сильном избытке. А уж если нет недостатка ни по какому фактору, то какой там будет отклик приростами биомассы, зависит много от чего, - от вида растения, от сорта и т.п. А углекислый газ никогда не лимитирует: первым лимитирующим фактором всегда служат элементы минерального питания (не только кол-во но и доступность), вторым в наземных экосистемах - вода. Надуть столько СО2 чтобы его стало "слишком много" тоже вроде не получалось ещё ни у кого.
with_astronotus From: with_astronotus Date: April 21st, 2010 06:21 am (UTC) (Link)
Вот я и пытаюсь понять, как это соотносится с сутью описанного эксперимента.

То есть, если прибавили только СО2, а лимитирующие факторы - вода, азот и доступный калий - не "приросли", то, очевидно, и результат будет не слишком обнадёживающий. А что будет, если предоставить в достатке остальное?
wolf_kitses From: wolf_kitses Date: April 21st, 2010 12:03 pm (UTC) (Link)
в с/х индустриально развитых стран ни биогены, ни вода при правильной агротехнике не могут быть лимитирующими, для этого работают пром-ть удобрений, системы полива и т.п. В большинстве развивающихся после зелёной революции - тоже
7 comments or Leave a comment