Рост фотосинтеза в мире замедлился. Это повлияет на глобальную урожайность
Еще недавно ученые считали, что увеличение содержания CO2 в атмосфере, вызванное антропогенной деятельностью, приведет к увеличению скорости фотосинтеза в растениях. Это должно было повысить урожайность. Но увы, новые данные показали, что скорость на самом деле замедлилась. Разбираемся, с чем это связано.
Что влияет на фотосинтез
Во время фотосинтеза растения получают воду и углекислый газ, а затем преобразуют их в кислород, необходимый для дыхания и создания полезных органических веществ. Повышение доступности CO2 увеличивает скорость процесса.
На рост растений влияют три основные характеристики света: количество, качество и продолжительность. Под количеством понимается интенсивность. Она меняется в зависимости от времени года. Максимальное количество света наблюдается летом, а минимальное — зимой. Чем больше света получает растение, тем выше его способность к производству пищи путем фотосинтеза.
Под качеством понимается цвет (длина волны) света. Наибольшее влияние на развитие оказывают синий и красный свет, который растения поглощают. Синий отвечает в основном за вегетативный рост (рост листьев). Красный в сочетании с синим способствует цветению. Растения кажутся нам зелеными, потому что они отражают, а не поглощают зеленый свет.
Продолжительность, или фотопериод, — это количество времени, в течение которого растение находится под воздействием света. Для развития цветка важна не столько продолжительность светового периода, сколько продолжительность непрерывной темноты.
Температура также влияет на большинство процессов, происходящих в растениях, включая фотосинтез. При ее повышении он ускоряется. Растения лучше всего растут, когда дневная температура примерно на 10-15 градусов выше ночной. В таких условиях они занимаются фотосинтезом и дышат. Для того, чтобы происходил рост, активность фотосинтеза должна превышать частоту дыхания. Слишком низкие дневные температуры приводят к плохому росту, замедляя фотосинтез. В результате снижается урожайность.
Что замедлило фотосинтез
Новое модельное исследование, опубликованное в журнале Science, показало, что с 2001 года рост фотосинтеза замедлился из-за негативного влияния изменения климата.
Чтобы подтвердить гипотезу, ученые изучили спутниковые снимки различных сред, покрытых листвой, — саванн, пахотных земель и лесов — и с помощью машинного обучения обнаружили факторы (например, цвета листьев), которые позволили выявить темпы фотосинтеза. Затем эксперты смоделировали изменения глобальной скорости фотосинтеза с 1982 по 2016 гг. и выяснили, что при повышении уровня углекислого газа с 1982 по 2000 годы темпы развития значительно возросли. Однако начиная с 2000-го рост начал замедляться.
По мнению исследователей, это может быть связано с увеличением дефицита давления пара, или VPD. VPD — разница между количеством влаги в воздухе и количеством влаги, которое воздух может удержать в насыщенном состоянии. Другими словами, это показатель сухости воздуха. Увеличение VPD (более сухой воздух) создает стресс для фотосинтеза, поскольку заставляет испарять больше воды из тканей растений в процессе транспирации.
Транспирация происходит преимущественно через небольшие отверстия в листьях растений, называемые устьицами. Если вода теряется слишком быстро, растения закрывают устьица, чтобы замедлить транспирацию. Это влияет на фотосинтез, поскольку через открытые поры в растение также поступает CO2. В результате повышения температуры, вызванного увеличением VPD, фотосинтез в глобальных экосистемах стал подавляться.
Ученые считают, что тенденция сохранится в будущем, по крайней мере, до 2050 года, а возможно, и после него — в ответ на повышение температуры воздуха. Это, в свою очередь, может снизить урожайность растений любого вида на всей планете.
