معلومة

هل يمكن للنباتات أن تنمو في ظل تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون (> 1٪)؟


يتعلق بهذا السؤال ولكنه متميز عنه بسبب التركيزات المعنية.

في حين أن الزيادات الصغيرة في تركيز ثاني أكسيد الكربون يمكن أن تؤثر إيجابًا على نمو النبات في ظل بعض الظروف وفي نفس الوقت تؤثر سلبًا عليها في ظل ظروف أخرى ، فإن هذه التغييرات صغيرة نسبيًا (مضاعفة ثاني أكسيد الكربون2 من 0.04٪ إلى 0.08٪).

هل هناك أي بحث عن نباتات تزرع بتركيزات عالية جدًا (> 1٪) من ثاني أكسيد الكربون في الهواء ، بافتراض ضغط الكرة الأرضية؟ لغرض هذا السؤال ، افترض أن النباتات مزودة بمعدلات الأس الهيدروجيني مثل الحجر الجيري في التربة لمنع تحمض التربة.


نعم يمكنهم ذلك ، لكن نموهم الطبيعي ضعيف إلى حد ما. أظهرت دراسة أجراها Bugbee والمتعاونون معه أنه بينما يزداد محصول الأرز والقمح مع ثاني أكسيد الكربون2 يصل إلى حوالي 0.1٪ CO2، ينخفض ​​العائد بشكل حاد مع ثاني أكسيد الكربون2 يرتفع من 0.1٪ إلى 0.25٪. هناك خسارة أقل في العائد مثل ثاني أكسيد الكربون2 زيادة أخرى من 0.25٪ إلى 2٪.

أحد الأشياء المثيرة للاهتمام التي يجب ملاحظتها حول الدراسة هو أن النتائج المذكورة أعلاه تتحول إلى حد ما إلى كيفية تعريف "العائد". يعرّف Bugbee المحصول من حيث كتلة أجزاء النبات التي يمكن للناس تناولها بالفعل. لقد قاموا بتدوين ملاحظة في الدراسة أن النمو الخضري للنباتات (الأجزاء الورقية الخضراء التي لا يستطيع البشر تناولها) لم يتأثر بالقفز من ثاني أكسيد الكربون إلى المستوى الأمثل.2 المستويات.


اسأل الخبراء: هل ارتفاع ثاني أكسيد الكربون يفيد النباتات؟

المتشككون في تغير المناخ لديهم ترسانة من الحجج حول سبب عدم حاجة البشر إلى خفض انبعاثات الكربون. يؤكد البعض ارتفاع ثاني أكسيد الكربون2 المستويات تفيد النباتات ، لذا فإن الاحتباس الحراري ليس بالسوء الذي يدعيه العلماء. & ldquo إن زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في غلافنا الجوي من شأنه أن يساعد في عملية التمثيل الضوئي ، والتي بدورها تساهم في زيادة نمو النبات ، كما كتب النائب لامار سميث (R & ndashTexas) في مقال افتتاحي العام الماضي. ويرتبط هذا بزيادة حجم إنتاج الغذاء وجودة أفضل للأغذية. & rdquo والعلماء وغيرهم ممن يطالبون بخفض الانبعاثات يعانون من حالة هستيرية ، على حد زعمه.

فهل هو صحيح ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 سوف تساعد النباتات ، بما في ذلك المحاصيل الغذائية؟ Scientific American طلب من العديد من الخبراء التحدث عن العلم وراء هذا السؤال.

يقول الخبراء إن هناك نواة من الحقيقة في هذه الحجة ، بناءً على ما يسميه العلماء CO2 تأثير الإخصاب. & ldquoCO2 ضروري لعملية التمثيل الضوئي ، ويقول ريتشارد نوربي ، زميل أبحاث مشترك في قسم العلوم البيئية ومعهد علوم تغير المناخ في مختبر أوك ريدج الوطني. & ldquo إذا قمت بعزل ورقة [في المختبر] وقمت بزيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون2، سيزداد التمثيل الضوئي. هذا & rsquos راسخ. & rdquo لكن نوربي يلاحظ أن النتائج التي ينتجها العلماء في المختبرات ليست بشكل عام ما يحدث في العالم الأكثر تعقيدًا بشكل كبير خارج العديد من العوامل الأخرى التي تشارك في نمو النبات في الغابات والحقول والنظم البيئية الأخرى. على سبيل المثال ، غالبًا ما يكون لدى ldquonitrogen نقص في الإمداد بما يكفي ليكون هو المتحكم الأساسي في كمية الكتلة الحيوية التي يتم إنتاجها في النظام البيئي ، كما يقول. & ldquo إذا كان النيتروجين محدودًا ، فإن فائدة ثاني أكسيد الكربون2 الزيادة محدودة و hellip. يمكنك & rsquot إلقاء نظرة على CO2، لأن السياق العام مهم حقًا. & rdquo

لاحظ العلماء أول أكسيد الكربون2 تأثير الإخصاب في النظم البيئية الطبيعية ، بما في ذلك في سلسلة من التجارب التي أجريت على مدى العقدين الماضيين في قطع أراضي الغابات في الهواء الطلق. في تلك التجارب ، يتم مضاعفة ثاني أكسيد الكربون بشكل مصطنع2 من مستويات ما قبل الصناعة ، زادت الأشجار وإنتاجية الأشجار بنحو 23 في المائة ، وفقًا لنوربي ، الذي شارك في التجارب. ومع ذلك ، ففي إحدى التجارب ، تضاءل هذا التأثير بشكل كبير بمرور الوقت بسبب محدودية النيتروجين. هذا يشير إلى أن ldquowe لا يمكنه تحمل CO2 سيستمر تأثير الإخصاب إلى أجل غير مسمى ، كما يقول نوربي.

بالإضافة إلى تجاهل التوقعات طويلة المدى ، كما يقول ، يفشل العديد من المتشككين أيضًا في ذكر النتيجة الأكثر ضررًا لارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.2 على الغطاء النباتي: تغير المناخ نفسه. عواقبه السلبية و [مدش] مثل الجفاف والإجهاد الحراري و [مدش] من المرجح أن تطغى على أي فوائد مباشرة لارتفاع ثاني أكسيد الكربون2 قد تقدم الحياة النباتية. & ldquoIt & rsquos غير مناسب لإلقاء نظرة على CO2 يقول تأثير الإخصاب في العزلة ، و rdquo. & ldquo يمكنك الحصول على أشياء إيجابية وسلبية في وقت واحد ، وهذا هو الأمر المهم. & rdquo على الرغم من وجود حقيقة أساسية للمتشككين & rsquo الادعاء ، كما يقول ، & ldquowhat & rsquos المفقودة من هذه الحجة هو أنها & rsquos ليست الصورة الكاملة. & rdquo

نظر العلماء أيضًا على وجه التحديد في تأثيرات ارتفاع ثاني أكسيد الكربون2 على النباتات الزراعية ووجد تأثير التسميد. & ldquo بالنسبة لكثير من المحاصيل ، [المزيد من CO2] يشبه وجود مواد إضافية في الغلاف الجوي يمكنهم استخدامها للنمو ، كما يقول فرانسيس مور ، الأستاذ المساعد في العلوم والسياسات البيئية في جامعة كاليفورنيا ، ديفيس. لاحظت هي وخبراء آخرون أن هناك استثناء لأنواع معينة من النباتات مثل الذرة التي تصل إلى ثاني أكسيد الكربون2 لعملية التمثيل الضوئي بطريقة فريدة. ولكن بالنسبة لمعظم النباتات الأخرى ، يأكل البشر و [مدش] ، بما في ذلك القمح والأرز وفول الصويا و [مدش] و ldquo التي تحتوي على نسبة أعلى من ثاني أكسيد الكربون2 سيساعدهم مباشرة ، ويقول rdquo مور. مضاعفة كو2 من مستويات ما قبل الصناعة ، كما تضيف ، تعمل على زيادة إنتاجية المحاصيل مثل القمح بنحو 11.5 في المائة ومن تلك مثل الذرة بنحو 8.4 في المائة.

لا يؤثر نقص النيتروجين أو العناصر الغذائية الأخرى على النباتات الزراعية بقدر ما يؤثر على النباتات البرية ، وذلك بفضل الأسمدة. ومع ذلك ، تظهر الأبحاث أن النباتات و ldquoget بعض الفوائد في وقت مبكر من ارتفاع ثاني أكسيد الكربون2، لكن هذه [الفائدة] تبدأ في التشبع & rdquo بعد أن يصل الغاز إلى مستوى معين ، كما يقول مور & mdashadding ، & ldquo كلما زاد ثاني أكسيد الكربون2 لديك ، كلما قلت الفائدة التي تحصل عليها. & rdquo وبينما قد يبدو ارتفاع ثاني أكسيد الكربون بمثابة نعمة للزراعة ، يؤكد مور أيضًا أن أي تأثيرات إيجابية محتملة لا يمكن اعتبارها بمعزل عن غيرها ، ومن المرجح أن تفوقها العديد من العيوب. & ldquo حتى مع الاستفادة من CO2 الإخصاب ، عندما تبدأ في الحصول على درجة حرارة تصل إلى درجة واحدة إلى درجتين ، ترى آثارًا سلبية ، وتقول. & ldquo هناك الكثير من المسارات المختلفة التي يمكن أن تؤثر درجة الحرارة من خلالها سلبًا على غلة المحاصيل: نقص رطوبة التربة [أو] تلحق الحرارة أضرارًا مباشرة بالنباتات وتتداخل مع عملية التكاثر.2 كما يفيد الأعشاب الضارة التي تتنافس مع نباتات المزرعة.

شركة صاعدة2& rsquos على المحاصيل يمكن أن يضر أيضًا بصحة الإنسان. & ldquo نعلم بشكل لا لبس فيه أنه عندما تزرع الطعام عند مستوى ثاني أكسيد الكربون المرتفع2 المستويات في الحقول ، تصبح أقل تغذية ، ويلاحظ صموئيل مايرز ، عالم الأبحاث الرئيسي في الصحة البيئية في جامعة هارفارد. & ldquo [المحاصيل الغذائية] تفقد كميات كبيرة من الحديد والزنك والحبوب [أيضًا] تفقد البروتين. & rdquo اكتشف مايرز وباحثون آخرون ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي2 المستويات المتوقعة لمنتصف القرن و mdasharound 550 جزءًا في المليون و [مدش] يمكن أن تجعل المحاصيل الغذائية تفقد ما يكفي من تلك العناصر الغذائية الرئيسية لتسبب نقصًا في البروتين لدى ما يقدر بنحو 150 مليون شخص ونقص الزنك في 150 مليون إلى 200 مليون إضافي. (كل من هذين الرقمين يضاف إلى عدد الأشخاص الذين يعانون بالفعل من هذا النقص.) ما مجموعه 1.4 مليار امرأة في سن الإنجاب والأطفال الصغار الذين يعيشون في البلدان التي ينتشر فيها فقر الدم بشكل كبير سيفقدون أكثر من 3.8 في المئة من الحديد الغذائي في مثل هذا CO2 المستويات ، وفقًا لمايرز.

لا يعرف الباحثون بعد سبب ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 يغير المحاصيل والمحتوى الغذائي. ولكن ، كما يقول مايرز ، فإن المحصلة النهائية هي أننا نعلم أن ارتفاع ثاني أكسيد الكربون2 يقلل من تركيز العناصر الغذائية الحرجة حول العالم ، ويضيف أن هذه الأنواع من النقص الغذائي تشكل بالفعل تهديدات كبيرة للصحة العامة ، وستزداد سوءًا مع ظهور ثاني أكسيد الكربون2 ترتفع المستويات. & ldquo المشكلة في حجة [المتشككون & rsquo] هي أنه & rsquos كما لو كان بإمكانك اختيار ثاني أكسيد الكربون2 يقول مايرز إن تأثير الإخصاب من التأثير الكلي لإضافة ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي. لكن هذه ليست الطريقة التي يعمل بها العالم و [مدشور] مناخه و [مدش].


استقلاب الكربون النباتي وتغير المناخ: ارتفاع ثاني أكسيد الكربون 2 وتأثيرات درجة الحرارة على التمثيل الضوئي والتنفس الضوئي والتنفس

ملخص المحتويات 32 I. أهمية استقلاب الكربون النباتي لتغير المناخ 32 II. ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي واستقلاب الكربون 33 III. ارتفاع درجات الحرارة واستقلاب الكربون 37 IV. يمكن فهم استجابات التأقلم الحراري لعمليات التمثيل الغذائي للكربون بشكل أفضل عند دراستها معًا 38 V. هل سيعوض ارتفاع ثاني أكسيد الكربون التغيرات التي يسببها الاحترار في استقلاب الكربون؟ 40 سادسا. لا يوجد نبات يمثل جزيرة: تحدد قيود المياه والمغذيات استجابات النبات للدوافع المناخية 41 VII. الاستنتاجات 42 شكر وتقدير 42 المراجع 42 الملحق أ 1 48 ملخص: يتأثر استقلاب الكربون النباتي بارتفاع ثاني أكسيد الكربون2 التركيزات ودرجات الحرارة ، ولكنها تتغذى أيضًا على النظام المناخي للمساعدة في تحديد مسار تغير المناخ في المستقبل. نراجع هنا كيف تتأثر عملية التمثيل الضوئي والتنفس الضوئي والتنفس بزيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 التركيزات واحترار المناخ ، على حد سواء أو مجتمعة. نقوم أيضًا بتجميع البيانات من الأدبيات المتعلقة بالنباتات المزروعة في درجات حرارة متعددة ، مع التركيز على صافي ثاني أكسيد الكربون2 تم قياس معدلات الامتصاص ومعدلات التنفس الداكنة للأوراق عند درجة حرارة النمو (أنمو و رنمو ، على التوالى). تظهر تحليلاتنا أن نسبة Aنمو إلى R.نمو يكون بشكل عام متماثلًا عبر مجموعة واسعة من الأنواع ودرجات حرارة النمو ، وتلك الأنواع التي خفضت A.نمو في درجات حرارة أعلى للنمو ، تميل أيضًا إلى تقليل نسبة Rنمو ، بينما الأنواع التي تظهر التحفيز في A.نمو تحت الاحترار تميل إلى أن يكون أعلى من Rنمو في بيئة أكثر سخونة. تسلط هذه النتائج الضوء على الحاجة إلى دراسة هذه العمليات الفسيولوجية معًا للتنبؤ بشكل أفضل بكيفية استجابة استقلاب الكربون في الغطاء النباتي لتغير المناخ.

الكلمات الدالة: التأقلم الجفاف النيتروجين الثغور الموصلية الاحترار كفاءة استخدام المياه.


تأثيرات تركيزات مرتفعة مختلفة من ثاني أكسيد الكربون على محتويات الكلوروفيل ، وتبادل الغازات ، وكفاءة استخدام المياه ، ونشاط PSII على محاصيل الحبوب C3 و C4 في نظام بيئي صناعي مغلق

على الرغم من أنه من غير المتوقع أن تصل تركيزات ثاني أكسيد الكربون الأرضية [CO2] إلى 1000 ميكرولتر مول (-1) (أو جزء في المليون) لعقود عديدة ، إلا أن مستويات ثاني أكسيد الكربون في الأنظمة المغلقة مثل غرف النمو والصوبات الزراعية يمكن أن تتجاوز هذا التركيز بسهولة. يمكن أن تتجاوز مستويات ثاني أكسيد الكربون في أنظمة دعم الحياة (LSS) في الفضاء 10000 جزء في المليون (1٪). من أجل فهم كيفية استجابة التمثيل الضوئي في نباتات C4 لارتفاع ثاني أكسيد الكربون ، من الضروري تحديد ما إذا كانت أوراق النباتات المزروعة في النظام البيئي الصناعي تحتوي على جهاز C4 متطور بالكامل ، وما إذا كان التمثيل الضوئي في هذه الأوراق أكثر استجابةً لارتفاع [ CO2] من أوراق نباتات C3. لمعالجة هذه المشكلة ، قمنا بتقييم استجابة تبادل الغازات ، وكفاءة استخدام المياه ، وكفاءة التمثيل الضوئي لـ PSII بواسطة فول الصويا (Glycine max (L.) Merr.، 'Heihe35') لمصنع C3 نموذجي والذرة (Zea mays L. ، 'Susheng') لمصنع C4 تحت أربعة تركيزات من ثاني أكسيد الكربون (500 ، 1000 ، 3000 ، 5000 جزء في المليون) ، والتي تمت زراعتها في ظل ظروف بيئية خاضعة للرقابة في Lunar Palace 1. وأظهرت النتائج أن الصبغة الضوئية من نباتات فول الصويا C3 كانت أكثر حساسة لارتفاع [CO2] أقل من 3000 جزء في المليون من نباتات C4 للذرة. أدى ارتفاع [CO2] إلى 1000 جزء في المليون إلى ارتفاع معدل التمثيل الضوئي الأولي ، بينما يبدو أن [CO2] المرتفع يبطل تعزيز النمو الأولي لنباتات C3. كان لمصنع C4 أعلى نسبة ETR و φPSII و qP تحت 500-3000 جزء في المليون [CO2] ، ولكن بعد ذلك انخفض بشكل كبير عند 5000 جزء في المليون [CO2] لكلا النوعين. لذلك ، حدث انخفاض في التنظيم الضوئي وانخفاض في نقل الإلكترون في التمثيل الضوئي من كلا النوعين استجابةً لـ [CO2] عالي الارتفاع عند 3000 و 5000 جزء في المليون. وفقًا لذلك ، يمكن اختيار النباتات من أجل الاستخدام الفعال لتركيز ثاني أكسيد الكربون المرتفع في LSS والتكيف معها.

الكلمات الدالة: مصانع C3 و C4 مضان الكلوروفيل مرتفع [CO2] تبادل الغاز أنظمة دعم الحياة كفاءة استخدام المياه.


تظهر دراسة تأثير الجفاف قضايا جديدة للنباتات وثاني أكسيد الكربون

الائتمان: CC0 المجال العام

سيصبح تأثير الجفاف الشديد على النباتات أكثر هيمنة في ظل تغير المناخ في المستقبل ، كما هو مذكور في ورقة بحثية نُشرت اليوم في المجلة طبيعة تغير المناخ. يُظهر التحليل أن حالات الجفاف لن تصبح أكثر تواتراً في ظل المناخات المستقبلية فحسب ، بل إن المزيد من هذه الأحداث ستكون شديدة ، مما يزيد من انخفاض الإنتاج النباتي الضروري للإنسان والحيوان.

"على الرغم من أنه يمكن للنباتات ، في كثير من الحالات ، الاستفادة من زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون المتوقعة للغلاف الجوي في المستقبل ، فإن تأثير الجفاف الشديد على تدمير هذه النباتات سيكون شديدًا ، لا سيما في منطقة الأمازون وجنوب إفريقيا والبحر الأبيض المتوسط ​​وأستراليا ، وقال مؤلف الدراسة الرئيسي تشونغجانج شو من مختبر لوس ألاموس الوطني: "وجنوب غرب الولايات المتحدة الأمريكية". ترتبط أحداث الجفاف المستقبلية عادةً بانخفاض الرطوبة وانخفاض هطول الأمطار وارتفاع درجة الحرارة والتغيرات في الكربون المنطلق من اضطرابات الحرائق.

من المتوقع أن يزداد تواتر حالات الجفاف الشديد (التي تحددها مياه التربة المنخفضة التي يمكن الوصول إليها من النباتات) كل عام بمعامل

3.8 في ظل سيناريو ارتفاع انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وبمعامل

3.1 في إطار سيناريو وسيط لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري خلال 2075-2099 ، مقارنة بالفترة التاريخية 1850-1999.

يعتبر الجفاف بالفعل العامل الأكثر انتشارًا الذي يؤثر على إنتاج النباتات من خلال التأثيرات الفسيولوجية المباشرة مثل الحد من المياه والإجهاد الحراري. ولكن بشكل غير مباشر يمكن أن يكون لها أيضًا تأثير مدمر ، من خلال زيادة تواتر وشدة الاضطرابات مثل الحرائق وتفشي الحشرات التي تطلق كميات كبيرة من الكربون مرة أخرى في الغلاف الجوي.

تقوم النباتات بإصلاح ثاني أكسيد الكربون في نظام بيئي من خلال عملية التمثيل الضوئي ، وتلعب هذه العملية دورًا رئيسيًا في توازن الكربون الصافي للغلاف الحيوي الأرضي الذي ساهم في تنظيمه لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. وعلى الرغم من أن تركيزات ثاني أكسيد الكربون المرتفعة في العقود المقبلة يمكن أن تساعد في زيادة إنتاج النبات ، فإن الجمع بين انخفاض توافر مياه التربة ، والإجهاد الحراري ، والاضطرابات المرتبطة بالجفاف يمكن أن يبطل فوائد هذا الإخصاب.

وقال شو: "لا يزال إنتاج النباتات في المستقبل تحت مستويات مرتفعة من ثاني أكسيد الكربون غير مؤكد إلى حد كبير على الرغم من معرفتنا بآثار التسميد بثاني أكسيد الكربون على إنتاجية النبات".

قام فريق البحث بتحليل المخرجات من 13 نموذجًا لنظام الأرض (ESMs) وأظهرت النتائج أنه نظرًا للزيادة الهائلة في تواتر حالات الجفاف الشديد ، فإن حجم الانخفاضات المتوسطة عالميًا في الإنتاج النباتي سيتضاعف ثلاث مرات تقريبًا بحلول الربع الأخير من العام. هذا القرن مقارنة بفترة الدراسة التاريخية (1850-1999).

بالنسبة للنباتات التي تعيش في حالات جفاف معتدلة أو معتدلة ، فإن الوضع ليس بنفس الدرجة من الخطورة. تكمن المشكلة في أن المزيد من حالات الجفاف القادمة ستكون شديدة. قال شو: "يشير تحليلنا إلى وجود خطر كبير يتمثل في زيادة تأثيرات الجفاف الشديد على دورة الكربون العالمية مع ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي". شروط."


ثاني أكسيد الكربون واستخدام المياه في الغابات

من المتوقع أن تستجيب النباتات لمستويات متزايدة من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي باستخدام المياه بكفاءة أكبر. تم الحصول على دليل مباشر على ذلك من الغابات ، لكن حجم التأثير سيثير الجدل. انظر الرسالة ص 324

في دراسة نشرت على الصفحة 324 من هذا العدد ، كينان وآخرون. يشير رقم 1 إلى أن الكفاءة التي تستخدم بها الغابات المياه قد زادت خلال العشرين عامًا الماضية ، وخلص إلى أن هذا نتيجة لارتفاع تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. الحاشية 1 النتائج تدعو إلى إعادة تقييم نماذج دورة الكربون الأرضية.

تركيز ثاني أكسيد الكربون2 في الغلاف الجوي يرتفع بمعدل غير مسبوق. في مايو من هذا العام ، وصلت إلى 400 جزء في المليون ، بزيادة 43 ٪ عن تركيز ما قبل الصناعة البالغ 280 جزء في المليون. (المرجع 2). حدث جزء كبير من هذه الزيادة في العقود الأخيرة ، حيث بلغ معدل الزيادة خلال العشرين عامًا الماضية 5٪ لكل عقد 2. هذا الارتفاع الحاد في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 يجب أن يكون قد حفز إنتاجية النبات في جميع أنحاء العالم ، لأننا نعلم من التجارب أن ارتفاع ثاني أكسيد الكربون2 تزيد التركيزات من معدل التمثيل الضوئي وتقلل من استخدام المياه في النباتات 3. هذه التأثيرات أساسية لفهمنا الحالي لدورة الكربون - على سبيل المثال ، تشرح معظم نماذج دورة الكربون الأرضية بالوعة الأرض الحالية للكربون بافتراض أن ارتفاع ثاني أكسيد الكربون2 عززت المستويات من إنتاجية النبات 4.

ومع ذلك ، الكشف عن آثار ارتفاع ثاني أكسيد الكربون2 أثبتت التركيزات على الغطاء النباتي الأرضي خارج التجارب الخاضعة للرقابة أنها صعبة بشكل ملحوظ ، مما أثار العديد من المناقشات حول ما إذا كانت هذه التأثيرات تحدث بالفعل 5،6،7،8،9،10. هناك عدد قليل من السجلات عالية الجودة وطويلة الأجل لإنتاجية النبات واستخدام المياه التي يمكن استخدامها لاختبار مثل هذه الآثار. تأتي الأنواع الرئيسية من البيانات من مسوحات الأرض وسجلات حلقات الأشجار وصور الأقمار الصناعية والصور الجوية وقياسات تدفق التدفق. كل من هذه القياسات غير مباشرة ولها دقة وقت رديئة نسبيًا. حتى في حالة اكتشاف الاتجاهات في هذه البيانات ، كان من الصعب للغاية أن نعزوها إلى ارتفاع ثاني أكسيد الكربون2 المستويات ، بسبب حدوث تغييرات متزامنة في العديد من العوامل المربكة - مثل هطول الأمطار ودرجة الحرارة واستخدام الأراضي وتواتر الحرائق - 11.

كينان وآخرون. جلب مصدر جديد للبيانات للتعامل مع هذه المشكلة. أحدثت تقنية إيدي التغاير ، التي تم تطويرها في الثمانينيات لتحديد كمية تبادل الغازات بين الغلاف الجوي ومناطق الأرض ، ثورة في علم النظام البيئي للنبات لأنها تراقب باستمرار عمل النظم البيئية بأكملها على مقياس زمني كل ساعة 12. باستخدام أدوات مثبتة فوق مظلة نباتية ، يمكن استخدام التغاير الدوامي لقياس امتصاص الكربون واستخدام المياه للنظم البيئية بأكملها على نطاق مكاني يصل إلى كيلومتر مربع واحد. على مدار العشرين عامًا الماضية ، تم إنشاء أبراج التباين الدوامي في جميع أنحاء العالم في مجموعة واسعة من النظم البيئية ، وأصبحت مجموعات البيانات طويلة الأجل عالية الجودة متاحة الآن 12.

استخدم المؤلفون هذه البيانات لتحليل التغييرات طويلة المدى في كفاءة استخدام المياه على مستوى النظام البيئي. تفقد النباتات الماء من خلال التبخر عندما تفتح ثغورها لتسمح بدخول ثاني أكسيد الكربون2 من أجل التمثيل الضوئي ، وكفاءة استخدام المياه هي قياس المعدل الذي يتبادل به المصنع الماء مقابل الكربون. من المتوقع أن يكون هذا القياس مؤشرًا جيدًا لتأثيرات ارتفاع ثاني أكسيد الكربون2 التركيزات في الغطاء النباتي - بسبب ارتفاع ثاني أكسيد الكربون2 تزيد المستويات من امتصاص النباتات للكربون وتقلل من استخدام مياه النبات ، وتأثيرات المستويات المرتفعة من ثاني أكسيد الكربون2 على كفاءة استخدام المياه يجب أن تكون أكبر وأكثر اتساقًا من التأثيرات على كسب الكربون أو استخدام المياه وحدها.

أفاد كينان وزملاؤه أن كفاءة استخدام المياه في مظلات الغابات في نصف الكرة الشمالي (الشكل 1) على مدى العقدين الماضيين تُظهر اتجاهًا تصاعديًا ملحوظًا. كان الاتجاه ثابتًا ، مع عدم وجود انخفاض في أي من مواقع الغابات البالغ عددها 21 التي تم فحصها. كانت معدلات الزيادة في جميع المواقع كبيرة (بمتوسط ​​3٪ سنويًا) وذات دلالة إحصائية عالية.

كينان وآخرون. 1 حلل تدفق بخار الماء وثاني أكسيد الكربون فوق الغابات في نصف الكرة الشمالي ، مثل ويلو كريك ، كاليفورنيا (في الصورة).

لإثبات أن هذا الارتفاع نتج عن زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2كينان وآخرون. فحصت مجموعة من العوامل المربكة المحتملة. وجدوا أنه في جميع المواقع الـ 21 ، لم تكن هناك اتجاهات في متغيرات الأرصاد الجوية (هطول الأمطار وسرعة الرياح ودرجة الحرارة والرطوبة) أو السمات الهيكلية للستائر (مساحة الأوراق ومحتوى الأوراق من النيتروجين وخشونة المظلة) التي يمكن أن تفسر الارتفاع الملحوظ في كفاءة استخدام المياه. استنتج المؤلفون أن الاتجاه كان أكثر اتساقًا مع تأثير الإخصاب القوي لزيادة ثاني أكسيد الكربون2.

من المحتمل أن تحفز هذه النتيجة المستندة إلى الملاحظة نقاشًا كبيرًا والمزيد من البحث لأنه على الرغم من أن الاتجاه المبلغ عنه مقنع ، فإن حجم الاتجاه أكبر بكثير مما يمكن توقعه من معرفتنا الحالية باستجابات النبات لثاني أكسيد الكربون.2. عقود من التجارب الخاضعة للرقابة 13،14،15 وجدت باستمرار أن ثاني أكسيد الكربون بين الخلايا2 تركيز (جأنا) في النسيج الضوئي يتناسب مع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 تركيز (جأ) - هذا هو، جأنا/جأ ثابت. الاتجاه الذي حدده كينان وآخرون. ، ومع ذلك ، يعني أن ثاني أكسيد الكربون بين الخلايا2 ظلت ثابتة ، وهكذا جأنا/جأ انخفض بشدة مع زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2.

بعبارة أخرى ، وجدت التجارب الخاضعة للرقابة 16،17 أن تأثير زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 تتناسب مستويات كفاءة استخدام المياه تقريبًا مع الزيادة في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2. على النقيض من ذلك ، وفقًا لحساباتنا ، فإن الزيادة في كفاءة استخدام المياه التي وجدها كينان وزملاؤه في بيانات التباين المشترك الدوامي أكبر بست مرات تقريبًا من الزيادة المقابلة في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2. وبالتالي ، يوضح المؤلفون أن النماذج الحالية لدورة الكربون الأرضية لا تلتقط حجم الاتجاه الذي تم الحصول عليه من التغاير الدوامي. هذا أمر متوقع ، لأن النماذج تم تطويرها من ، وبالتالي فهي متوافقة مع ، بيانات من التجارب الخاضعة للرقابة 17.

تقدم دراسة كينان وزملائه تحديًا مثيرًا للاهتمام لفهمنا لأداء النظام البيئي - فهناك زيادة كبيرة في كفاءة استخدام المياه لا يمكننا تفسيرها حاليًا. المعنى الضمني هو أن النباتات أكثر استجابة بشكل ملحوظ لارتفاع ثاني أكسيد الكربون2 مستويات مما كنا نظن سابقًا ، أو أن هناك عوامل أخرى غير معروفة وراء الاتجاه الملحوظ في بيانات التباين الدوامي. وجهة نظرنا هي أنه من غير المحتمل أن يكون تأثير ثاني أكسيد الكربون2 على كفاءة استخدام المياه يتم التقليل من شأنها من خلال ضخامة كينان وآخرون. توحي ، لأن استجابة كفاءة استخدام المياه لثاني أكسيد الكربون2 يمكن التنبؤ بها في التجارب الخاضعة للرقابة 16،17. ومع ذلك ، فقد استبعد المؤلفون معظم الدوافع المحتملة الأخرى لهذا الاتجاه. من الواضح أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم هذه النتائج ، بما في ذلك الدراسات طويلة الأجل مع تدفقات بيانات الرصد التكميلية ، مثل قياسات التغيرات في الكتلة الحيوية النباتية واستخدام المياه من قبل النظم البيئية بأكملها.


يغذي ثاني أكسيد الكربون النباتات ، لكن هل تمتلئ نباتات الأرض؟

الائتمان: lowpower225 / shutterstock

تقوم النباتات بالكثير من العمل من أجلنا ، وتنتج الهواء الذي نتنفسه ، والطعام الذي نأكله ، وحتى بعض الأدوية. ولكن عندما يتعلق الأمر بإزالة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، فقد نكون قد بالغنا في تقدير قدرتها.

يعمل التمثيل الضوئي كرئتي كوكبنا ، حيث تستخدم النباتات الضوء وثاني أكسيد الكربون (CO2) لإنتاج السكريات التي يحتاجونها للنمو ، وإطلاق الأكسجين في هذه العملية. عندما يكون ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 تزداد التركيزات ، نظرًا لأنها كانت بفضل حرق البشر للوقود الأحفوري ، قد يعتقد المرء أن النباتات تتمتع بمجموعة متنوعة من الطعام لتحقيق نمو غير محدود. لكن دراسة جديدة نشرت في علم يوضح أن هذا الفائض في الثروات ليس فعالًا كما كان يعتقد سابقًا.

منذ CO2 هو المصدر الرئيسي للغذاء للنباتات ، وزيادة مستوياته تحفز بشكل مباشر معدل التمثيل الضوئي لمعظم النباتات. هذا التعزيز في عملية التمثيل الضوئي ، والمعروف باسم "CO2 تأثير الإخصاب "يعزز النمو في العديد من أنواع نباتات الأرض ، مع ظهور التأثيرات بشكل أوضح في المحاصيل والأشجار الصغيرة ، وأقل من ذلك في الغابات الناضجة.

كمية ثاني أكسيد الكربون2 التي يستخدمها التمثيل الضوئي والمخزنة في الغطاء النباتي والتربة نمت على مدى السنوات الخمسين الماضية ، وتمتص الآن ما لا يقل عن ربع الانبعاثات البشرية في المتوسط ​​العام. لقد افترضنا أن هذه الميزة ستستمر في الزيادة مثل ثاني أكسيد الكربون2 ترتفع التركيزات ، لكن البيانات التي تم جمعها على مدى 33 عامًا تظهر لنا أن هذا قد لا يكون صحيحًا.

الإخصاب آخذ في الانخفاض

تقدير حجم ثاني أكسيد الكربون العالمي2- تأثير التسميد بدقة ليس بالمهمة السهلة. علينا أن نفهم ما يحد من التمثيل الضوئي من منطقة إلى أخرى ، وعلى كل مقياس من الجزيئات داخل الورقة إلى النظم البيئية بأكملها.

فريق البحث الكبير وراء الجديد علم استخدمت الدراسة مزيجًا من البيانات من الأقمار الصناعية والملاحظات على الأرض ونماذج دورة الكربون. باستخدام مجموعة الأدوات القوية هذه ، وجدوا أن تأثير الإخصاب انخفض في معظم أنحاء العالم من عام 1982 إلى عام 2015 - وهو اتجاه يرتبط جيدًا بالتغيرات الملحوظة في تركيزات المغذيات ومياه التربة المتاحة.

تقيس أبراج FLUXNET حول العالم تبادلات ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والطاقة بين المحيط الحيوي والغلاف الجوي. الائتمان: كيتلين مور ، قدم المؤلف

من نواحٍ عديدة ، يساعد الجمع بين هذه الأدوات المختلفة في رسم صورة أكثر اكتمالاً عن كيفية قيام النظم البيئية في العالم بعملية التمثيل الضوئي. استخدم الباحثون مجموعة من القياسات طويلة المدى من أبراج التدفق مثل تلك الموضحة أدناه والتي تراقب باستمرار ثاني أكسيد الكربون2 والمياه التي تستخدمها النباتات وتنتشر عبر المناطق الأحيائية للأرض وتوفر أفضل وسائل قياس التمثيل الضوئي على نطاق النظام البيئي.

أبراج التدفق محدودة في نطاق قياسها (كيلومتر واحد أو نحو ذلك) - لكن البيانات التي تجمعها هذه الأبراج تساعد في التحقق من تقديرات الأقمار الصناعية لمقدار عملية التمثيل الضوئي الجارية. مع توفر الأقمار الصناعية وأبراج التدفق الآن سجلات منذ التسعينيات (وفي وقت سابق في بعض الحالات) ، أصبح العلماء قادرين على تقييم الاتجاهات طويلة المدى في عملية التمثيل الضوئي العالمية. يمكن مقارنة هذه النماذج بعد ذلك بـ "النماذج" - المحاكاة الحاسوبية التي تتنبأ بالتفاعلات بين النبات والبيئة - كما فعل الباحثون في هذه الدراسة الأخيرة.

ما الذي قد تفتقده النماذج؟

وجد الباحثون في الدراسة الأخيرة أن انخفاض ثاني أكسيد الكربون2 كان الإخصاب مرتبطًا بتوافر المغذيات والمياه ، والتي قد لا تكون عمليات المحاكاة الحاسوبية مسؤولة عنها بشكل صحيح. نحن نعلم أن العناصر الغذائية مثل النيتروجين والفوسفور آخذة في الانخفاض) في بعض المناطق - والتي قد تكون في عداد المفقودين. يمكن للنباتات أيضًا أن تتأقلم أو تغير طريقة نموها عندما تتغير البيئة.

مثلما يمكننا أن ننفق أقل على البقالة عندما يكون الطعام وفيرًا ، تستثمر النباتات كمية أقل من النيتروجين في عملية التمثيل الضوئي عندما تزرع عند ارتفاع ثاني أكسيد الكربون2. عندما يحدث هذا ، CO2 الإخصاب أقل فعالية من ذي قبل. نظرًا لأن بعض النباتات لديها استجابة أقوى من غيرها ، فقد يكون من الصعب حساب الاستجابة في عمليات المحاكاة الحاسوبية.

لسنوات عديدة ، افترض بعض الناس أن التخصيب بالكربون سوف يخفف من تغير المناخ عن طريق إبطاء معدل ثاني أكسيد الكربون2 يتزايد في الغلاف الجوي. على الرغم من أن التأثير مدمج في النماذج المستخدمة للتنبؤ بالمناخ في المستقبل ، فقد أسيء تفسير الحجة على نطاق واسع من قبل أولئك الذين يعتقدون أن العالم يبالغ في رد فعله تجاه تغير المناخ.

ولكن إذا كانت الدراسة الجديدة صحيحة ، وقد بالغنا بالفعل في تقدير كمية الكربون التي ستسحبها النباتات من الغلاف الجوي في المستقبل ، فمن المحتمل أن تكون توقعاتنا المناخية الأكثر حذراً متفائلة.

تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي.


المزيد من التمثيل الضوئي لا يعني المزيد من الطعام

نعم ، نحصل الآن على طعام من كل فدان من الأراضي الزراعية أكثر بكثير مما كنا نحصل عليه قبل قرن من الزمان. لكن ثاني أكسيد الكربون الإضافي لا يمثل سوى جزء صغير من الزيادة.

قال الدكتور كامبل: "إن زيادة التمثيل الضوئي بنسبة 30 بالمائة لا تترجم إلى زيادة بنسبة 30 بالمائة في الفراولة من الأرض".

في حين أن عملية التمثيل الضوئي تسحب ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ، فإن الكثير من هذا الغاز يعود مباشرة إلى الهواء. السبب: في الليل ، تتراجع التفاعلات الكيميائية في النباتات بشكل أساسي. في عملية تعرف باسم التنفس ، تضخ النباتات ثاني أكسيد الكربون بدلاً من سحبه للداخل.

قال الدكتور كامبل: "جزء من القصة هو أن عملية التمثيل الضوئي آخذة في الازدياد ، وجزء من القصة هو التنفس".

في حين أن الزيادة في التمثيل الضوئي أكبر من تلك الناتجة عن التنفس ، إلا أن الفائدة النهائية للمحاصيل كانت صغيرة - وهذا لا يفسر ثورتنا الزراعية الحديثة.

قال الدكتور كامبل: "يجب أن يكون العامل الدافع هو الأسمدة وأنواع البذور والري".


إعادة تقييم الأهداف العالمية

تعد أهداف درجة الحرارة البالغة 1.5 درجة و 2 درجة حاليًا حجر الزاوية للجهود الدولية للتخفيف من آثار المناخ و [مدش] الهدف النهائي الذي يسعى قادة العالم جاهدين لتحقيقه بموجب اتفاقية باريس للمناخ. لكن بعض الخبراء قلقون من أن هذه الأهداف قد لا تشمل جميع المخاطر المرتبطة بتغير المناخ. ويقول البعض إنهم قد لا يروجون لمستوى العمل المناخي العالمي الذي كان يأملونه في الأصل.

ونتيجة لذلك ، ينادي بعض الخبراء الآن بأهداف مناخية إضافية تعالج المشكلة بطرق مختلفة.

يقترح بيكر وزملاؤه اعتماد غطاء خرساني لتركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وهدف مدشا للحفاظ على مستويات ثاني أكسيد الكربون من تجاوز عتبة معينة.

قد يكون هدف ثاني أكسيد الكربون خطوة جديدة لقادة العالم ، لكنه ليس بالضرورة فكرة جديدة. جادل بعض نشطاء المناخ لاستراتيجيات مماثلة. تأسست منظمة الدفاع عن المناخ 350.org ، التي أسسها الناشط البارز بيل ماكيبين ، حول فكرة أن قادة العالم يجب أن يعملوا على تقليل تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى أقل من 350 جزءًا في المليون.

بالنسبة لبيكر وزملائه ، تكمن الفكرة في استخدام هدف ثاني أكسيد الكربون لتجنب النتائج السيئة إذا انتهى الأمر بحساسية الكوكب و rsquos للمناخ في الجانب السفلي بعد كل شيء.

& ldquo إذا كان لديك هدف لدرجة الحرارة ، ولديك حساسية منخفضة للمناخ ، فهذا يبدو رائعًا لأنه يعني أنه يمكنك إطلاق المزيد من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، كما قال بيكر.

ولكن حتى إذا اتضح أن هدف 1.5 أو 2 درجة يمكن تحقيقه بانبعاثات أكبر مما كان يعتقد سابقًا وميزانية مدشا أكبر وميزانية ldquocarbon ، & rdquo وبعبارة أخرى و mdashthe يظهر البحث الجديد أن الانبعاثات الإضافية يمكن أن تظل ضارة من تلقاء نفسها. ستؤدي إضافة حد ثاني أكسيد الكربون فوق هدف درجة الحرارة إلى معالجة هذه المشكلة.

يمكن أن يساعد أيضًا في معالجة بعض الانتقادات الأخيرة لميزانية & ldquocarbon ، & rdquo التي يقول بعض الخبراء إنها قد لا تكون مفيدة لسياسة المناخ العالمية كما كان يعتقد سابقًا.

يكون هدف درجة الحرارة مفيدًا فقط إذا عرف صانعو السياسات كيفية تحقيقه. نتيجة لذلك ، حاولت العديد من الدراسات في العقد الماضي تحديد كمية الكربون التي يمكن أن ينبعث منها العالم دون تجاوز درجات حرارة معينة. ستعلم هذه القيمة صانعي السياسات بالسرعة التي يحتاجون إليها لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في السنوات القادمة.

المشكلة هي أن الميزانيات لا تتفق دائمًا مع بعضها البعض. يمكن أن تؤثر مجموعة متنوعة من الافتراضات على تقدير ميزانية الكربون و mdashe كل شيء من مقدار الاحترار الذي شهدته الأرض بالفعل إلى دور الغازات الدفيئة غير ثاني أكسيد الكربون ، مثل الميثان و mdashand لا يزال العلماء يناقشون الكثير منها.

نتيجة لذلك ، أنتجت مجموعات بحثية مختلفة تقديرات مختلفة على مر السنين. في الأشهر الستة الماضية ، على سبيل المثال ، اقترحت العديد من الدراسات أن ميزانية الكربون أكبر بكثير مما كان يعتقد سابقًا (كلايمات واير، 19 يونيو).

Recently, some experts have suggested that these uncertainties may confuse policymakers, or allow them to argue there&rsquos still time to reduce emissions later&mdashespecially if recent estimates seem to suggest that there&rsquos more leeway than before (Climatewire, May 22).

A CO2 goal, in addition to a temperature goal, could address some of those issues, says Glen Peters, from the Centre for International Climate Research, who has previously questioned the carbon budget&rsquos usefulness in international climate policy.

An unmovable target just for carbon dioxide would take &ldquoa big part of the uncertainty out&rdquo regarding the planet&rsquos climate sensitivity, he said in an email. It would also eliminate the need to deal with other uncertainties that affect carbon budget calculations, such as how much the planet has already warmed or when the baseline &ldquopreindustrial era&rdquo actually started.

But it could also create new problems, he cautioned. There&rsquos some uncertainty about exactly how emissions translate into carbon dioxide concentrations in the atmosphere. Scientists are still trying figure out how much carbon dioxide is soaked up by the land and the ocean in the planet&rsquos natural carbon cycle. And setting a carbon dioxide cap also doesn&rsquot address the role of other greenhouse gases, like methane.

&ldquoSo, a carbon budget for CO2 concentrations would solve some problems but create others,&rdquo Peters noted.

Oliver Geden of the German Institute for International and Security Affairs, another scientist critical of the carbon budget&rsquos policy use, also noted that setting a CO2 cap isn&rsquot the same thing as developing a concrete timeline for reducing greenhouse gas emissions. Ideally, the target would lead to the timeline, but as he pointed out, merely setting a goal &ldquodoes not tell a single government what to do.&rdquo

So both temperature targets and CO2 targets have their limitations. Baker and his co-authors recommend adopting both&mdashkeeping the temperature target and adding a CO2 limit on top of it. Peters says that would &ldquomake sense&rdquo as a way to at least narrow down the uncertainties, even if it doesn&rsquot solve all the problems.

Thomas Stocker, a climate scientist at the University of Bern in Switzerland, also suggests that multiple targets may be the way to go. He previously co-authored research suggesting that a temperature threshold doesn&rsquot capture all the risks associated with climate change. Adopting a set of specific, individual climate goals&mdashfor instance, limits on the amount of global and regional warming, ocean acidification, agricultural losses or sea-level rise&mdashwould require greater reductions in carbon emissions than those needed to meet a global average temperature goal alone, the research suggests.

Setting a carbon dioxide limit would be &ldquoanother complication in the political process,&rdquo he acknowledged. But if it were paired with existing temperature targets, it could be another step in the right direction.

&ldquoWe all realize that whilst the 1.5- and 2-degree Celsius limits in the Paris agreement are politically easily communicable and understandable goals, for the protection of the climate system as a whole they are not sufficient,&rdquo he told E&E News. &ldquoIn other words, one has to really look at what generates impacts, and the various components of the climate system&mdashand to what extent are we willing to accept the level of impacts that a given climate change is affecting.&rdquo


Clearing the air: The hidden wonders of indoor plants

Plants located in your home or office are beneficial to your health in more ways than you might think. Credit: Miss Monk

It may come as a surprise but air pollution levels indoors are almost always higher than outside, even in busy city centres. Even more surprising is that indoor plants have the ability to mitigate high levels of most airborne contaminants.

Ventilation systems constantly "refresh" buildings with air from outdoors after a filtration process that removes some large particles, such as pollen, from it. Once inside, this air is augmented by a large range of indoor-sourced pollutants.

Two of the most significant of these are volatile organic compounds (VOCs) and carbon dioxide.

Volatile organic compounds are petrochemical vapours that are "outgassed" or continuously liberated from building materials, such as paint and carpet, as well as furnishings, plastics and electronic equipment. In high concentrations, many of these agents are acutely toxic and carcinogenic. Some even disrupt the endocrine systems of animals.

Up to 900 different compounds have been detected in some buildings. The most commonly found ones include benzene, ethylbenzene, toluene and xylene.

While the concentration of volatile organic compounds in modern buildings is generally quite low, there's growing evidence that continued chronic exposure to even low levels of these chemicals may result in the condition known as sick building syndrome.

Sufferers of this syndrome experience acute or sub-acute discomfort and health effects that appear to be linked to the duration of time spent in a building. Typical symptoms range from drowsiness, physical irritability, difficulty concentrating, fatigue and nausea.

These symptoms can be severe enough to greatly diminish a person's ability to work effectively. Their direct cause is usually unknown to the sufferer, but they're relieved soon after leaving the building.

The other major indoor pollutant, carbon dioxide (CO2), is produced by human respiration. High levels of CO2 (above 800 to 1,000 parts per million) cause rooms to feel "stuffy". But sick building syndrome-like symptoms can occur at much lower concentrations than this.

When CO2 levels are above 1,000 ppm, building occupants can become quite unwell. But this level is uncommon in modern buildings thanks to efficient mechanical ventilation systems.

Indoor plants help break down hundreds of volatile organic compounds found in modern buildings. Credit: bfishadow

The ability of plants to improve indoor air quality was recognised in the 1980s, when NASA researched growing plants on space stations. Results indicated the surprising removal of previously high volatile organic compound concentrations in their model spacecraft.

Initial research focused on the plant species themselves. But the consistency of the air-cleaning capacity among distantly related species suggested that it was not necessarily a property of particular plants.

Then, around the year 2000, Australian researchers determined that virtually all of the volatile organic compound-removing ability of potted plants resided in the pot. It was the normal bacteria of the potting mix that took up the volatile organic compounds.

But the plants are not superfluous: experiments where the plants were removed leaving only the potting mix showed a gradual loss of performance over a few weeks.

The plants supply the soil bacteria with key nutrients that sustain their viability and health.

More recent experimentation has monitored the background concentrations of volatile organic compounds in offices with and without plants over some weeks. These findings indicate that even three potted plants in an average-sized office will reduce airborne volatile organic compounds to an extremely low level.

Plant-mediated CO2 removal has received less research attention, primarily because this pollutant is well controlled by modern air conditioning systems. But field trials have shown that between three and six medium-sized plants in a non-air conditioned building can reduce CO2 concentrations by a quarter.

The question now is whether we should be using air conditioning for ventilation purposes at all when indoor plants can do the work for us at a greatly reduced cost. But a lot more work is needed before we get the complete picture of the potential of plants to deal with indoor CO2.

The growing push for more sustainable buildings should give this field impetus.

Indoor plants at work

Environmental psychologists have long proposed that indoor plants can improve workplace performance and satisfaction.

Having a plant in the office has positive outcomes, including an improved emotional state, reduced negative mood states, reduced distraction, increased creativity, and improved task-performance.

Many studies have related these effects to the idea of biophilia, which suggests being near a plant returns us, in some small way, to our evolutionary beginnings in the prehistoric forest.

Far from being just another form of interior decoration, plants are important for maintaining the habitability of the indoor environment, where most of us spend the great majority of our lives.

We know plants have always maintained air quality and kept us happy and productive. Dramatically rising energy costs and a growing emphasis on sustainability should make us consider the role plants will play in the indoors of the future.

This story is published courtesy of The Conversation (under Creative Commons-Attribution/No derivatives).


شاهد الفيديو: Planten ruilmarkt (كانون الثاني 2022).