Wyniki długotrwałego eksperymentu polowego wskazują, że duża grupa roślin mogłaby dobrze się rozwijać wraz ze wzrostem poziomu dwutlenku węgla w atmosferze.

Użytki zielone w ciepłym i suchym klimacie mogłyby rosnąć szybciej wraz ze wzrostem poziomu dwutlenku węgla, według danych zebranych z długotrwałego ekologicznego eksperymentu polowego w Minnesocie. Odkrycie to, stojące w sprzeczności do znanych wyobrażeń tego, jak rośliny zareagują na gazy cieplarniane, sugeruje, że użytki zielone mogłyby stanowić ochronę przed zmianami klimatu.

Badanie docieka odpowiedzi na stawiane od dawna pytanie, jak dwie największe grupy roślin zareagują na rosnący poziom CO2 w atmosferze. Największa grupa, znana jako rośliny C3, stanowi 97% wszystkich gatunków roślin. Te gatunki wytwarzają energię poprzez fotosyntezę, wykorzystując światło słoneczne do syntezowania cukru z CO2 i wody. W teorii, dostarczenie tym roślinom większej ilości CO2 zwiększyłoby ich produkcję energii.

Inne grupy roślin — tak zwane gatunki C4 — stosują dwuetapowy proces zwiększania wewnętrznego poziomu CO2 zanim nastąpi fotosynteza, co sprawia, że ich produkcja energii jest wydajniejsza. Przez dziesięciolecia naukowcy myśleli, że rośliny C4 nie skorzystają na dodatkowym CO2 w atmosferze, bo i tak są już turbo-ładowane. Jednak artykuł w Science sugeruje, że może być odwrotnie.

– Główne przesłanie jest takie, by nie liczyć na użytki zielone C4, – mówi Dana Blumenthal, ekolożka z Departamentu Rolnictwa USA w Fort Collins, w stanie Colorado. Z uwagi na to, że rośliny C4 ewoluowały, by rosnąć w gorących i suchych warunkach, naukowcy od dawna sądzili, że te gatunki rozszerzą swój zasięg wraz z ociepleniem klimatu. Teraz okazuje się, że mogą one również wyciągnąć więcej CO2 z atmosfery.

Rosnące pytania

Ostatnie odkrycia pochodzą z eksperymentu Bioróżnorodność, CO2 i Azot (BioCON). Począwszy od roku 1997, badacze posadzili rośliny C3 i C4 na 88 działkach na otwartym powietrzu około 50 km na północ od Minneapolis w Minnesocie. Następnie, naukowcy wpompowali tyle CO2 do niektórych działek, aby zwiększyć jego średnie stężenie do około 550 części na milion — około dwa razy tyle, ile wynosił jego poziom w powietrzu przed rewolucją przemysłową. W ciągu pierwszych 12 lat, tempo wzrostu roślin C4 wystawionych na działanie dodatkowego dwutlenku węgla nie wzrosło. Ale w ciągu kolejnych ośmiu lat, ta grupa wyprzedziła rośliny C4, które nie rosły w środowisku o zwiększonym poziomie CO2.

Nie jest jeszcze jasne, dlaczego tak się stało, ale naukowcy zauważają, że wraz ze wzrostem poziomu CO2, rósł także poziom azotu dostępnego dla roślin. Azot to istotny składnik odżywczy niezbędny do fotosyntezy. Jedna z możliwości zakłada, że zmiany w składzie mikroorganizmów glebowych doprowadziły do zwiększenia azotu. – To duża niespodzianka – mówi Peter Reich, ekolog z Uniwersytetu Minnesota w Saint Paul, który prowadzi eksperyment. – Myślę, że żaden naukowiec na świecie by tego nie przewidział.

Naukowcy szacują, że rośliny pochłaniają około jedną czwartą dwutlenku węgla emitowanego przez człowieka rocznie, a eksperyment z Minnesoty to jeden z kilku, które próbują ustalić, czy ta tendencja utrzyma się wraz ze wzrostem poziomu CO2. Duża część badań skupia się na lasach z przewagą roślin C3, które pochłaniają duże ilości CO2 z atmosfery.

Naukowcy przypuszczali, że lasy rosłyby szybciej, gdyby w ich atmosferze było większe stężenie CO2. Jednak eksperymenty tego nie potwierdziły. Gdy rośliny C3 są wystawione na działania wyższych poziomów CO2, ich tempo wzrostu przyspiesza na pewien okres, ale w końcu jest hamowane przez ograniczoną dostępność składników odżywczych, takich jak azot i fosfor.

Reich i jego współpracownicy zaobserwowali podobny rezultat u roślin C3, które wystawili na działanie wysokiego poziomu CO2: początkowy wzrost produktywności zniknął zupełnie mniej więcej w tym samym czasie, w którym nawożone rośliny C4 zaczęły szybciej rosnąć.

– Płynąca z tego lekcja jest taka, że fotosynteza nie równa się wzrostowi – mówi Richard Norby, ekolog z Narodowego Laboratorium Oak Ridge Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych w Tennessee. Mówi on, że jeśli naukowcy chcą zrozumieć, jak rośliny danego ekosystemu zareagują na zwiększony poziom CO2, muszą przyjrzeć się zmianom cykli składników odżywczych. – Nie da się do tego dojść za pomocą krótkich eksperymentów.