Reakcje fizjologiczne wybranych gatunków roślin na wzrost stężenia CO2 w atmosferze ziemskiej. Artykuł przeglądowy
Grzegorz Dzienis
Katedra Entomologii, Fitopatologii i Diagnostyki Molekularnej, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, pl. Łódzki 5, 10-719 OlsztynAbstrakt
Globalne zmiany związane z ociepleniem klimatu są konsekwencją emitowania gazów cieplarnianych (GHG) (ang. greenhouse gases). Jednym z nich jest ditlenek węgla będący substratem fotosyntezy. Bazując na literaturze naukowej określono przyczyny emisji GHG, ze szczególnym naciskiem na ditlenek węgla. Opisano reakcje następujących gatunków: rzepnia pospolitego (Xanthium strumarium L.), rzepaku (Brassica napus L. var. napus), lucerny siewnej (Medicago sativa L.), jęczmienia (Hordeum distichum L.), pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum L.), jęczmienia zwyczajnego (Hordeum vulgare L.), pszenżyta (×Triticosecale), żyta zwyczajnego (Secale cereale L.), życicy trwałej (Lolium perenne L.), prosa rózgowego (Panicum virgatum L.), karłatki niskiej (Chamaerops humilis L.), sagowca odwiniętego (Cycas revoluta Thunb.), zachodniej trawy pszenicznej (Pascopyrum smithii (Rydb.) A. Löve), Bouteloua gracilis (H.B.K.), Stipa comata Trin.& Rupr., Carex spp., wiechliny łąkowej (Poa pratensis L.), palczatki miotlastej (Schizachyrium scoparium (Michx.) Nash.), buteuli groniastej (Bouteloua curtipendula (Michx.) Torr.).
Słowa kluczowe:
dwutlenek węgla, reakcje fizjologiczne roślin, fotosynteza, globalne ocieplenieBibliografia
Ainsworth E.A., Rogers A., 2007. The response of photosynthesis and stomatal conductance to rising CO2: mechanisms and environmental interactions. Plant Cell Environ. 30, 258–270, doi: 10.1111/j.1365-3040.2007.01641. x.
Alley R., Berntsen T., Bindoff N.L., 2007. Climate Change 2007: The Physical 613 Science Basis. In: Summary of Policymakers. Fourth Assessment Report of Working 614 Group I, Intergov-ernmental Panel on Climate Change. Geneva.
Aranjuelo I., Cabrera‐Bosquet L., Mottaleb S. A., Araus J. L., Nogues S., 2009a. 13C/12C isotope labeling to study carbon partitioning and dark respiration in cereals subjected to water stress. Rapid Commun. Mass Sp.23(17), 2819-2828, DOI: 10.1002/rcm.4193.
Aranjuelo I., Erice G., Noguès S., Morales F., Irigoyen J.J., Sánchez Díaz M., 2008. The mecha-nism(s) involved in the photoprotection of PSII at elevated CO2 in nodulated alfalfa plants. En-viron. Exp. Bot. 64, 295–306, doi:10.1016/j.envexpbot.2008.01.002.
Aranjuelo I., Pardo A., Biel C., Save R., Azcon-Bieto J., Nogues S., 2009b. Leaf carbon manage-ment in slow‐growing plants exposed to elevated CO2. Glob. Change Biol. 15(1), 97–109, doi: 10.1111/j.1365-2486.2008.01829.x.
Aranjuelo I., Pe´rez P., Martı´nez-Carrasco R., Sa´nchez-Dı´az M., 2006. Response of nodulated alfalfa to water supply, temperature and elevated CO2: productivity and water relations. Envi-ron. Exp. Bot. 55, 130–141, doi.org/10.1016/j.envexpbot.2004.10.007.
Bański J., Błażejczyk K., 2005. Globalne zmiany klimatu i ich wpływ na światowe rolnictwo. Wpły. proc. glob. na rozw. roln. na świe.. Prog. wielo., 2009,. W: Wpływ procesu globalizacji na rozwój rolnictwa na świecie. Program Wieloletni 2005–2009. Warszawa, 204–231.
Borzęcka-Walker M., Faber A., Pudełko R., Kozyra J., Syp A., Borek R., 2011. Life cycle assess-ment (LCA) of crops for energy production. J Food Agric. Environ. 9(3–4), 698–700.
Carter M.R., 2002. Soil quality for sustainable land management: organic matter and aggregation interactions that maintain soil functions. Agron. J. 94(1), 38–47.
Castro de Souza L., Fernandes C., Santos Nogueira D. C., Moitinho M. R., da Silva Bicalho E., La Scala N., 2017. Can Partial Cultivation of Only The Sugarcane Row Reduce Carbon Dioxide Emissions in an Oxisol and Ultisol? Agron. J. 109(3), 1113–1121, doi:10.2134/agronj2016.10.0565.
Chojnicki B. H., Harenda K. M., Samson M., Słowińska S., Słowiński M., Lamentowicz M., Ba-bruch J., Zielińska M., Jassey V. E. J., Buttler A., Strożecki M., Leśny J., Urbaniak M., Józef-czyk D., Ruszczak R., 2017. Eksperyment manipulacyjny jako narzędzie oceny wpływu zmian klimatycznych na emisję CO2 z torfowiska. Stud. Mat. CEPL Rog. 19, 51(2), 47–61.
Conen F., Yakutin M.V., Sambuu A.D., 2003. Potential for detecting changes in soil organic carbon concentrations resulting from climate change. Glob. Change Biol. 9(11), 1515– 520, doi: 10.1046/j.1529-8817.2003.00689.x.
Dossou-Yovo E. R., Brüggemann N., Jesse N., Huat J., Ago E. E., Agbossou E. K., 2016. Reduc-ing soil CO2 emission and improving upland rice yield with no-tillage, straw mulch and nitro-gen fertilization in northern Benin. Soil Till. Res. 156, 44–53, doi.org/10.1016/j.still.2015.10.001 0167-1987/ã.
Eve M.D., Sperow M., Howerton K., Paustian K., Follett R.F., 2002. Predicted impact of manage-ment changes on soil carbon storage for each cropland region of the conterminous United States. J. Soil Water Conserv. 57(4), 196–204.
Green J. K., Seneviratne S. I., Berg A. M., Findell K. L., Hagemann S., Lawrence D. M., Gentine P., 2019. Large influence of soil moisture on long-term terrestrial carbon up-take. Nature 565(7740), 476, doi.org/10.1038/s41586-018-0848-x.
Hall D.O., Rao K.K. 1999. Fotosynteza. Wyd. 6. WNT, Warszawa.
Halvorson A.D., Wienhold B.J., Black A.L., 2002. Tillage, nitrogen, and cropping system effects on soil carbon sequestration. Soil Sci. Soc. Amer. J. 66(3), 906–912, doi:10.2136/sssaj2002.9060.
Inglesi-Lotz R., Dogan E., 2018. The role of renewable versus non-renewable energy to the level of CO2 emissions a panel analysis of sub-Saharan Africa’s Βig 10 electricity generators. Renew. Energy 123, 36–43, doi.org/10.1016/j.renene.2018.02.041 0960-1481.
Jacinthe P.A., Lal R., Kimble J.M., 2002. Carbon budget and seasonal carbon dioxide emission from a central Ohio Luvisol as influenced by wheat residue amendment. Soil Till. Res. 67(2), 147–157, doi. PII: S0167-1987(02)00058-2.
Janicki W. K., Brzóstowicz A., 2005. Wpływ zwiększonego stężenia CO2 na wzrost siewek zbóż ozimych. Inż. Roln. 9, 211–216.
Jasoni R.L., Smith S.D., Arnone J.A. III, 2005. Net ecosystem CO2 exchange in Mojave Desert shrublands during the eighth year of exposure to elevated CO2. Glob. Change Biol. 11, 749–756, doi: 10.1111/j.1365-2486.2005.00948.x.
Kimball B.A., Pinter P.J., Garcia R.L., La Morte R.L., Wall G.W., Hunsaker D.J., Kartschall T., 1995. Productivity and water use of wheat under Free‐Air CO2 Enrichment. Glob. Change Bi-ol. 1(6), 429–442, doi.org/10.1111/j.1365-2486.1995.tb00041.x.
Kuzyakov Y., 2002. Review: factors affecting rhizosphere priming effects. J Plant Nutr. Soil Sci. 165(4), 382–396, doi: 1436-8730/02/0408-382.
Lewis J.D., Wang X.Z., Griffin K.L., Tissue D.T., 2002. Effects of age and ontogeny on photosyn-thetic responses of a determinate annual plant to elevated CO2 concentrations. Plant. Cell Envi-ron. 25, 359–368.
Le Quéré C., Andrew R. M., Friedlingstein P., Sitch S., Pongratz J., Manning A. C., Boden T. A., 2018. Global carbon budget 2017. Earth Syst. Sci. Data 10, 405–448, doi.org/10.5194/essd-10-405-2018.
Loiseau P., Soussana J.F., 2000. Effects of elevated CO2, temperature and N fertilization on nitrogen fluxes in a temperate grassland ecosystem. Glob. Change Biol. 6(8), 953–965.
Long S.P., Ainsworth E.A., Rogers A., Ort D.R., 2004. Rising atmospheric carbon dioxide: plants FACE the future. Ann. Rev. Plant Biol. 55, 591–628, doi.org/10.1146/annurev.arplant.55.031903.141610
Ma Z., Wood C.W., Bransby D.I., 2001. Impact of row spacing, nitrogen rate, and time on carbon partitioning of switchgrass. Biomass and Bioenergy 20(6), 413–419, PII: S0961-9534(01)00008-3.
Martin-Olmedo P., Rees R.M., Grace J., 2002. The influence of plants grown under elevated CO2 and N fertilization on soil nitrogen dynamics. Glob. Change Biol. 8(7), 643 – 657.
Martins C.S., Nazaries L., Delgado‐Baquerizo M., Macdonald C. ., Anderson I.C., Hobbie S.E., Ventera R.T., Reich P.B., Singh B.K., 2017. Identifying environmental drivers of greenhouse gas emissions under warming and reduced rainfall in boreal–temperate forests. Func. Ecol. 31(12), 2356–2368, doi: 10.1111/1365-2435.12928.
Murkowski A., Mila A., 2010. Wpływ podwyższonego stężenia CO2 na fluorescencję chlorofilu i fotosyntezę wybranych genotypów rzepaku ozimego. Rośl. Olei./Oil. Crop. 31(2), 283–292.
de Oliveira Silva B., Moitinho M. R., de Araújo Santos G. A., Teixeira D. D. B., Fernandes C., La Scala Jr N., 2019. Soil CO2 emission and short-term soil pore class distribution after tillage op-erations. Soil Till. Res. 186, 224–232, doi.org/10.1016/j.still.2018.10.019.
Olszewski J., Makowska M., Pszczółkowska A., Okorski A., Bieniaszewski T., 2014. The effect of nitrogen fertilization on flag leaf and ear photosynthesis and grain yield of spring wheat. Plant. Soil Environ. 60(12), 531–536.
Pawłowski L., Pawłowska M., Cel W., Wang L., Li, C., Mei T., 2019. Characteristic of carbon dioxide absorption by cereals in Poland and China. Gosp. Sur. Min./Min. Resour. Manage. DOI: 10.24425/gsm.2019.128205.
Pendall E., Del Grosso S., King J.Y., LeCain D.R., Milchunas D.G., Morgan J.A., Mosier A.R., Ojima D.S., Parton W.A., Tans P.P., White J.W.C., 2003. Elevated atmospheric CO2 effects and soil water feedbacks on soil respiration components in a Colorado grassland. Glob. Bioge-ochem. Cycl. 17 (2), 1046, doi:10.1029/2001GB001821.
Rakotovao N.H., Razafimbelo T.M., Rakotosamimanana S., Randrianasolo Z., Randriamalala J.R., Albrecht A., 2017. Carbon footprint of smallholder farms in Central Madagascar: The integra-tion of agroecological practices. J. Clean. Prod. 140, 1165–1175, doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.10.045 0959-6526.
Rees R.M., Bingham I.J., Baddeley J.A., Watson C.A., 2005. The role of plants and land manage-ment in sequestering soil carbon in temperate arable and grassland ecosys-tems. Geoderma 128(1–2), 130–154, doi.org/10.1016/j.geoderma.2004.12.020.
Schimel D.S., House J.I., Hibbard K.A., Bousquet P., Ciais P., Peylin P., Braswell B.H., Apps M.J., Baker D., Bondeau A., Canadell J., Churkina G., Cramer W., Denning A.S., Field C.B., Friedlingstein P., Goodale C., Heimann M., Houghton R.A., Melillo J.M., Moore B., Murdi-yarso D., Noble I., Pacala S.W., Prentice I.C., Raupach M.R., Rayner P.J., Scholes R.J., Stef-fen W.L., Wirth C., 2001. Recent patterns and mechanisms of carbon exchange by terrestrial ecosystems. Nature 414(6860), 169–172, doi.org/10.1038/35102500.
Smith P., 2004. Carbon sequestration in croplands: the potential in Europe and the global context. Eur. J. Agron. 20(3), 229–236, doi:10.1016/j.eja.2003.08.002.
Smith P., Bustamante M., Ahammad H., Clark H., Dong H., Elsiddig E.A., Haberl H., Harper R., House J., Jafari M., Masera O., Mbow C., Ravindranath N.H., Rice C.W., Robledo Abad C., Romanovskaya A., Sperling F., Tubiello F., 2014. Agriculture, forestry and other land use (AFOLU). In: Climate change 2014: mitigation of climate change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press.
Tavares R.L.M., Souza Z.M.D., Scala Jr N.L., Castioni G.A.F., Souza G.S.D., Torres J.L.R., 2016. Spatial and temporal variability of Soil CO2 flux in sugarcane green harvest systems. Rev. Bras. Ciên. Solo 40, DOI:10.1590/18069657rbcs20150252.
Uliasz-Misiak, B., 2011. Wpływ geologicznego składowania CO2 na środowisko. Gosp. Sur. Min. 27, 129–143.
Viglizzo E.F., Ricard M.F., Taboada M.A., Vázquez-Amábile G., 2019. Reassessing the role of grazing lands in carbon-balance estimations: Meta-analysis and review. Sci. Total Environ. 661, 531–542, doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.01.130.
Katedra Entomologii, Fitopatologii i Diagnostyki Molekularnej, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, pl. Łódzki 5, 10-719 Olsztyn
Licencja
Artykuły są udostępniane na zasadach CC BY 4.0 (do 2020 r. na zasadach CC BY-NC-ND 4.0)..
Przysłanie artykułu do redakcji oznacza, że nie był on opublikowany wcześniej i nie jest rozpatrywany do publikacji gdzie indziej.
Autor podpisuje oświadczenie o oryginalności dzieła, wkładzie poszczególnych osób i źródle finansowania.
Samoarchiwizacja
Czasopismo Agronomy Science przyjęło politykę samoarchiwizacji nazwaną przez bazę Sherpa Romeo drogą niebieską. Od 2021 r. autorzy mogą samoarchiwizować postprinty artykułów oraz wersje wydawnicze (zgodnie z licencją CC BY). Artykuły z lat wcześniejszych (udostępniane na licencji CC BY-NC-ND 4.0) mogą być samoarchiwizowane tylko w wersji wydawniczej.
