Исследование, опубликованное в журнале Environmental Science and Technology, пересчитывает теоретический предел продуктивности наземных растений и обнаруживает, что он намного выше, чем позволяют многие текущие оценки.«Когда вы пытаетесь оценить что-то по всей планете, вы должны сделать некоторые упрощающие предположения», — сказал профессор биологии растений Университета Иллинойса Эван ДеЛусия, который руководил новым анализом. «И большинство предыдущих исследований предполагают, что максимальная продуктивность, которую вы можете получить от ландшафта, — это то, что произвела бы естественная экосистема.
Но оказывается, что в природе очень немногие растения эволюционировали, чтобы максимизировать скорость своего роста».ДеЛусия руководит Институтом устойчивого развития, энергетики и окружающей среды в Университете штата Айленд.
Он также является филиалом Института биологических наук в области энергетики, который финансировал исследования через Институт геномной биологии в Иллинойсе.Оценки, полученные на основе спутниковых изображений растительности и моделирования, показывают, что около 54 гигатонн углерода ежегодно превращается в биомассу наземных растений, сообщают исследователи.
«Это значение оставалось стабильным в течение последних нескольких десятилетий, что привело к выводу, что оно представляет собой планетарную границу — верхний предел глобального производства биомассы», — пишут исследователи.Но эти предположения не принимают во внимание человеческие усилия по повышению продуктивности растений с помощью генетических манипуляций, селекции растений и управления земельными ресурсами, сказал ДеЛусия.
Такие усилия уже дали несколько чрезвычайно продуктивных растений.Например, в Иллинойсе гибридная трава Miscanthus x giganteus без удобрений и орошения дает от 10 до 16 тонн надземной биомассы на акр, что более чем вдвое превышает урожайность местной растительности прерий или кукурузы.
А генетически модифицированная кукуруза с нулевой обработкой почвы более чем в пять раз продуктивнее — с точки зрения общей биомассы, произведенной на акр, — чем восстановленные прерии в Висконсине.Некоторые неместные виды также превосходят местные виды; это то, что делает многие из них агрессивными, сказал ДеЛусия. В Исландии, например, интродуцированный вид, люпин нутка, производит в четыре раза больше биомассы, чем аборигенный вид бореальной карликовой березы, который он вытесняет.
А в Индии бамбуковые плантации производят примерно на 40 процентов больше биомассы, чем сухие лиственные тропические леса.По словам ДеЛусии, некоторые из этих растений не могут быть желательными добавками к естественным или управляемым экосистемам, но они представляют собой неиспользованную потенциальную продуктивность растений в целом.
«Мы говорим, что это возможно», — сказал он.Команда использовала модель эффективности использования света и теоретическую максимальную эффективность, с которой растительный покров преобразует солнечное излучение в биомассу, чтобы оценить теоретический предел чистой первичной продукции (NPP) в глобальном масштабе. Авторы писали, что этот недавно рассчитанный предел был «примерно на два порядка выше, чем продуктивность большинства современных управляемых или естественных экосистем».
«Мы не говорим, что это вообще возможно, но теория говорит нам, что то, что возможно на планете, намного, намного выше, чем текущие оценки», — сказал ДеЛусия.По словам ДеЛусиа, учет глобальных водных ограничений снизил этот теоретический предел более чем на 20 процентов во всех частях земного ландшафта, кроме тропиков. «Но даже эта АЭС с ограничением воды во много раз выше, чем мы видим в наших нынешних сельскохозяйственных системах».
ДеЛусия предупреждает, что ученым и агрономам предстоит пройти долгий путь, чтобы повысить продуктивность растений сверх нынешних пределов, и новый анализ не предполагает, что нехватка продуктов питания или других растительных ресурсов перестанет быть проблемой.«Я не хочу быть тем парнем, который говорит, что наука спасет планету, и мы не должны беспокоиться об экологических последствиях сельского хозяйства, мы не должны беспокоиться о безудержном росте населения», — сказал он. «Все, что я говорю, это то, что мы недооцениваем продуктивность растений в управляемых экосистемах».