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【bio-news】林而达小组：2050年，小麦生长需要什
“我们不是故意排放二氧化碳，而是要用工业二氧化碳营造出2050年大气二氧化碳的浓度，测试出一生都生长在这种环境下的小麦和大豆的反应。”
不久前，中国农业科学院昌平试验基地，中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员林而达，站在中澳mini-FACE(Free Air CO2 Enrichment自由大气CO2富集系统)项目试验田边上，向《科学时报》记者介绍了他们的试验。
全球气候变化催生FACE试验
FACE试验是在全球气候变化的大背景下应运而生的。IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)第四次评估报告指出，二氧化碳浓度升高，温度升高，降水与蒸散的变化和极端事件频率增加，杂草和病虫害情况会变化，都会影响植物生长发育与产量，从而使气候变化与变率对全世界的粮食、纤维和森林产生不利影响。
但二氧化碳是植物光合作用的底物，一般来讲提高二氧化碳浓度能显著影响植物的物质生产量、产量以及植物对养分的吸收利用。早在100多年前，人们就开始利用温室或人工气候室，采用盆栽或根箱等栽培方法研究二氧化碳浓度的增加对植物光合作用、物质生产的影响。
从控制二氧化碳浓度的方法来看，主要有塑料大棚、温室、人工气候室、同化箱等封闭式气室、开顶式气室和开放式装置(FACE)三种类型。封闭式、开顶式气室的研究可保证试验的二氧化碳浓度，但由于其箱壁效应使植物的光强和光质、气温日变化、光照和气温的伴随关系、湿度、风等地上部环境，以及水分、养分、植物根圈大小等地下部条件与大田条件下有显著差别，许多学者认为，其研究结果难以真实地反映植物对大气二氧化碳浓度升高的真实效应。开放式的研究由于在大田条件下进行，FACE圈内没有任何隔离设施，二氧化碳可以自由流动，既可保证试验的二氧化碳浓度，还可以使植物的地上部和地下部的环境条件与自然条件一致，因此，国际上普遍认为，这是目前研究植物对大气二氧化碳浓度响应的最理想的研究方法。
FACE试验是指在完全没有隔离的情况下，直接将高浓度的二氧化碳通入试验区域，以观察被试植物的响应。其二氧化碳浓度通过计算机系统控制，由一圈管道直接将二氧化碳通入大田，可获得直径约几米、十几米、几十米甚至上百米的高二氧化碳浓度人工试验场；而温度、湿度、风速、光照等其他环境条件与对应区域完全一致。
林而达说，近年来FACE技术方兴未艾，目前全球运行和规划中的FACE技术平台有30多个，但大多集中在欧美等发达国家，发展中国家则较少。中国大陆还有中国科学院南京土壤所在无锡开展的FACE试验。
目前大气中二氧化碳的浓度大概为370ppm～380ppm，而IPCC2007年报告中指出，2050年大气中二氧化碳的浓度将约为550ppm。
在一片开放的麦田中，要控制试验区域二氧化碳的浓度比较稳定地保持在550ppm，就要根据大气中二氧化碳浓度的不断变化和风向风速的随时变化加以补充，“这就需要二氧化碳传感器灵敏精确地测出试验区域二氧化碳的浓度，并通过计算机来决定输送管道的释放量”，林而达说。
“我们对二氧化碳的浓度控制情况进行了统计，释放浓度比目标浓度550ppm就是控制精度。我们的控制精度多在90%左右。”一直在野外实施试验的气象学专业硕士研究生韩雪说。
站在试验田里，感觉昌平的风比北京城里大得多，“城里的二氧化碳的浓度大概比这里高了20～50ppm。”由于二氧化碳比重高于空气，从管道释放后下沉，所以要保持释放管道高于植物冠层20cm左右，以保证植物能够充分利用二氧化碳。“所以释放管道的高度要随时调试，根据小麦和大豆生长的具体情况而定。”林而达说。
二氧化碳浓度升高如何影响作物尚存争论
IPCC2003年评估报告指出，在没有气候变化的情况下，单纯二氧化碳浓度升高是促进植物光合作用的。近期的研究确认了二氧化碳浓度升高对植物生长发育和产量的影响，因光合途径、品种、植物生长阶段和管理措施（诸如水分和氮肥的施用）的不同而不同。
2007年IPCC的报告指出，在没有胁迫条件下，二氧化碳浓度维持在550ppm下，小麦、水稻等C3作物的产量增长10%～20%，玉米等C4作物的产量升高0～10%。最新的FACE实验总结质疑这个结论，认为可能高估了50%。
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作者:admin@医学,生命科学 2011-01-13 17:14
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