کربن از سال 2012 تا 2100 مطابق با روش RCPو با استفاده از مدل CMIP5[48]
گيگا تن دي اکسيد کربن

گيگا تن کربن
سناريو
دامنه
ميانگين

دامنه
ميانگين

510 تا 1505
990

140 تا 410
270
RCP2.6
2180 تا 3690
2860

595 تا 1005
780
RCP4.5
3080 تا 4585
3885

840 تا 1250
1060
RCP6.0
5185 تا 7005
6180

1415 تا 1910
1685
RCP8.5
يک گيگا تن کربن برابر با 105 گرم کربن و معادل 667/3 گيگا تن دي اکسيد کربن است.

2-8- تغيير اقليم و توليد محصولات زراعي
گسترش جغرافيايي گونههاي گياهي و انواع پوششهاي گياهي و الگوهاي کاشت اراضي، حاکي از اثر مهار کنندگي اقليم بر رشد گياهان است. عملکرد گياهان به طور جدايي ناپذيري در ارتباط با آب و هوا و دي اکسيد کربن جو است. در مقياسهاي کوچک، آب و هوا به طور مستقيم بر فرآيندهاي فيزيولوژيکي گياهان تاثير ميگذارد. در مقياسهاي بزرگتر تغييرات آب و هوايي بر توزيع گونهها، ترکيب جامعه زيستي و نوع محصول زراعي يک منطقه تاثير گذار است [ 59]. تاثيرات تغيير اين شرايط بر کشاورزي از مدتها پيش مورد توجه بوده و هنوز هم بحث مورد توجه علوم در رابطه با چگونگي تاثير پذيري سيستمهاي کشاورزي از تغييرات کوتاه و بلند مدت آب و هوايي و چگونگي تاثير اين تغييرات بر معيشت روستاييان که جزء آسيب پذير محسوب ميشوند، ميباشد. براي برخي مناطق و محصولات افزايش در غلظت دي اکسيد کربن ميتواند فرصتي براي افزايش توليد باشد ولي در مجموع بدون شک توليد خالص کشاورزي تحت تاثير منفي تغيير اقليم قرار خواهد گرفت. تغيير اقليم تنشهايي مانند گرما، خشکي و شوري را نيز تشديد خواهد کرد [ 81]. چگونگي تاثير تغيير اقليم بر کشاورزي ميتواند به صورت تغيير در دما و بارش باشد، که به عنوان مثال ميتواند رطوبت خاک، زمان و طول فصل رشد را تغيير دهد. افزايش غلظت دي اکسيد کربن نيز ميتواند اثرات مثبتي مانند کارايي مصرف آب بالاتر و نرخ فتوسنتز بيشتر را داشته باشد [59]. افزايش غلظت دي اکسيد کربن ميتواند توانايي توليد مثلي گياهان، تعداد گلهاي توليد شده و توليد دانه گرده را افزايش دهد. تحت تاثير افزايش غلظت دي اکسيد کربن تغييراتي در اندازه بذرها، کيفيت و اندازه ميوهها نيز صورت ميگيرد [59]. در ايران، تقويم زراعي کشت برنج با روند افزايشي دما تغيير کرده و زمان خزانه گيري به اواخر فصل اسفند تغيير کرده است و زمان حداکثر کشت برنج را از اواخر ارديبهشت به اواسط ارديبهشت تغيير داده است [16]. با وجود اينکه با افزايش غلظت دي اکسيد کربن فتوسنتز افزايش مييابد افزايش دما باعث کاهش توليد ميشود. شبيه سازي افزايش دما کاهش عملکرد برنج حتي در شرايط افزايش غلظت دي اکسيد کربن را نشان داده است [53]. در مطالعه تاثير تغيير اقليم بر گندم نشان داده شد که کاهش عملکرد در صورت افزايش دما همه اثرات مثبت افزايش غلظت دي اکسيد کربن بر روي عملکرد را جبران خواهد کرد [22]. در مجموع با افزايش جهاني تقاضا براي غذا تحت شرايط آينده، افزايش عملکرد ناشي از غلظت دي اکسيد کربن بالا ميتواند مهم باشد [ 70].
2-9- تثبيت دي اکسيد کربن
2-9-1- نقش غلظت دي اکسيد کربن در تثبيت کربن توسط گياه
اساس کشاورزي بر عملکرد يا وزن فرآوردهاي زراعي استوار است. وزن خشک گياه مابه تفاوت دي اکسيد کربن جذب شده (فتوسنتز) و دي اکسيد کربن دفع شده (تنفس) توسط گياه ميباشد. واکنش نوري، انرژي نوري را به انرژي شيميايي (NADPH و ATP) تبديل ميکند. اين ترکيبات سپس به مصرف احياي دي اکسيد کربن رسيده و در نتيجه ترکيبات آلي پايدار توليد ميشود که وزن خشک گياه را تشکيل ميدهند [20].
احياي دي اکسيد کربن در چرخه کالوين توسط آنزيم ريبولوز بي فسفات کربوکسيلاز انجام ميگردد. بعد از احياي دي اکسيد کربن، ATP توام با نوکلئوتيدهاي احيا شده، تري فسفوگليسيريک اسيد را به تري فسفوگلسيرآلدهيد تبديل مينمايد. گونههايي که داراي اين مسير کربن هستند به گونههاي سه کربنه معروفاند زيرا اولين محصول قابل اندازهگيري در آنها يک مولکول سه کربنه يعني تري فسفوگليسيريک اسيد ميباشد [20]. بيشتر گياهان از جمله برنج، گندم، سويا، آفتابگردان، پنبه و سيب زميني براي تثبيت دي اکسيد کربن از مسير فتوسنتزي سه کربنه به وسيله روبيسکو به عنوان آنزيم اوليه استفاده ميکنند [22]. طي چرخهي اکسيداسيون اکسيژن، دي اکسيد کربن آزاد شده که به آن تنفس نوري گفته ميشود. بهدليل آزاد سازي دي اکسيد کربن نرخ خالص تثبيت دي اکسيد کربن يا همان فتوسنتز کاهش مييابد [59].
در پايان قرن 21 غلظت دي اکسيد کربن در مکان فعال روبيسکو در گياهان سه کربنه از 3/6 به 15 ميکرومول افزايش خواهد يافت. اين افزايش غلظت واکنش کربوکسيلاسيون را افزايش ميدهد و از اکسيژناسيون و هدر رفت دي اکسيد کربن جلوگيري ميکند و باعث افزايش کارايي فتوسنتز گياهان سه کربنه ميشود[27]. در طي فرآيند تنفس نوري ترکيباتي مانند گلاسين و سرين ساخته شده و دي اکسيد کربن و آمونيوم آزاد ميشود که آمونيوم در کلروپلاست دوباره به اسيد آمينه تبديل ميشود. بنابراين کاهش تنفس نوري طي افزايش غلظت دي اکسيد کربن، غلظت گلايسين، سرين و آمونيوم برگ را کاهش ميدهد. اگر چه کاهش گلايسين، سرين، نيتروژن و پروتئين برگ منطقي به نظر ميرسد ولي آمينو اسيدها طي فرآيندهاي ديگري نيز ميتوانند ساخته شوند. همچنين کاهش تنفس نوري، احياي نوري نيترات را کاهش ميدهد که اين ميتواند سهم زيادي در کاهش محتواي پروتئين برگ طي افزايش غلظت دي اکسيد کربن داشته باشد [59]. اندازهگيري فتوسنتز در بين سه ژنوتيپ برنج با منشا مختلف توسط شيمونو و همکاران (2013) افزايش 20 درصدي فتوسنتز را در شرايط افزايش 200 ميکرومول در مول غلظت دي اکسيد کربن نسبت به شرايط معمولي دي اکسيد کربن نشان داده است [71]. گوفو و همکاران (2014) در آزمايشي در رابطه با تاثير افزايش غلظت دي اکسيد کربن (550 ميکرومول در مول)، بر گياه برنج گزارش کردند که در سال اول فتوسنتز تا مرحله گلدهي افزايش و بعد از گلدهي نسبت به غلظت کنوني محيط آزمايش ايشان (375 ميکرومول در مول) کاهش يافت و در سال دوم بعد از گلدهي نيز فتوسنتز افزايش يافت که اين افزايش چشمگير نبود [42]. در غلظت بالاي دي اکسيد کربن درجه حرارت مطلوب براي فتوسنتز بسياري از گونههاي سه کربنه افزايش مييابد و شبيه به گياهان چهار کربنه ميشود. انتظار ميرود تحريک رشد گونههاي سه کربنه با افزايش غلظت دي اکسيد کربن در درجه حرارتهاي گرم بيشتر از درجه حرارتهاي سرد باشد [21]. پاسخ گياهان به افزايش غلظت دي اکسيد کربن وابسته به برهمکنش با نور، دما، آب و رطوبت است [64]. بورکارت و همکاران (2000) بيان داشتند، کاهش نور کمتر از 300 ميکرومول بر متر مربع در ثانيه و دما کمتر از 18 درجه سانتي گراد در شرايط افزايش دي اکسيد کربن (680 ميکرومول در مول)، فتوسنتز را در گندم بهاره کاهش داد [31].
2-9-2- نقش نيتروژن در تثبيت کربن توسط گياه
خصوصيات مورفولوژيك و فيزيولوژيك گياهان اغلب در واكنش به ميزان دسترسي به منابع كودي به خصوص كود نيتروژن، دچار تغيير ميشود. يكي از نقش هاي فيزيولوژيك نيتروژن تأثير آن بر فتوسنتز مي باشد [18]. فتوسنتز برگ به غلظت نيتروژن برگ وابستگي زيادي دارد. همچنين کارايي مصرف تشعشع خورشيدي به نيتروژن برگ بستگي دارد [20]. تفاوت در سرعت فتوسنتز بين گونه هاي گياهي در مقادير بالاي نيتروژن را ميتوان به واكنش هاي فراساختاري و بيوشيميايي آنها نسبت داد. مصرف نيتروژن نه تنها باعث افزايش سطح فتوسنتز كننده گياه (افزايش تعداد پنجه و توسعه سطح برگ) ميشود، بلكه فعاليت آنزيم ريبولوز 1 و 5 بي فسفات كربوكسيلاز را افزايش ميدهد. گزارش شده است كه كاهش غلظت نيتروژن گياه موجب كاهش مقدار آنزيم روبيسكو و كاهش فعاليت هاي فتوسنتزي گياه ميشود. اين آنزيم به تنهايي بيش از 50 درصد پروتئين هاي محلول کلروپلاست را تشكيل ميدهد، بنابراين انتظار ميرود كه همبستگي بالايي بين مقدار جذب و تثبيت كربن دي اكسيد و غلظت نيتروژن با پروتئين برگ وجود داشته باشد [18].
2-10- غلظت نيتروژن بافت گياهي
2-10-1- تاثير غلظت دي اکسيد کربن
نيتروژن يک جزء ساختماني اسيدهاي آمينه، آميدها، بازهاي نيتروژني نظير پورين و پروتئينها و نوکلئوپروتئينها است [20]. يکي از معمول ترين اثرات افزايش غلظت دي اکسيد کربن جو، کاهش غلظت نيتروژن در بافت گياهي است [37]. گوفو و همکاران (2014) و همچنين ناکانو (1997) بيان داشتند که با افزايش غلظت دي اکسيد کربن تا سطح 550 ميکرومول در مول، غلظت نيتروژن و محتواي روبيسکو در برگ برنج کاهش مييابد [ 60، 42]. همچنين در گياهان ديگر نظير گندم، شبدر سفيد و سويا نيز کاهش غلظت نيتروژن با افزايش غلظت دي اکسيد کربن مشاهده شده است [39]. وانگ و همکاران (2013) در مطالعه خود بر روي گياه جو نشان دادند با افزايش غلظت دي اکسيد کربن تا سطح 800 ميکرومول در مول و در شرايط تغذيهاي آمونيوم نيترات محلول غذايي غلظت نيتروژن اندام هوايي و ريشه به ترتيب 15 و 22 درصد کاهش يافت [78]. سينيورا و همکاران (2011) بيان داشتند که غلظت نيتروژن، روبيسکو و پروتئين‌هاي محلول در برگ برنج در شرايط افزايش غلظت دي اکسيد کربن تا فشار 100 پاسکال کاهش يافت [68]. همچنين کاهش غلظت روبيسکو با کاهش غلظت نيتروژن برگ همراه است [57]. وراکون و همکاران (1999) نيز در آزمايش خود نشان دادند که افزايش غلظت دي اکسيد کربن تا سطوح 545، 723 و 895 ميکرومول در مول باعث کاهش به ترتيب 11، 14 و 14 درصدي غلظت نيتروژن برگ برنج نسبت به شرايط معمول شد [82]. گوفو و همکاران (2014) در آزمايش خود بر روي گياه برنج در طي دو سال نشان دادند که افزايش غلظت دي اکسيد کربن تا سطح 550 ميکرومول در مول تاثير معني داري در سال اول بر غلظت نيتروژن برنج نگذاشت ولي در سال دوم باعث کاهش معني دار 18 درصدي غلظت نيتروژن شد [42]. کلمن و همکاران (1993) بيان داشت که کاهش غلظت نيتروژن بافت گياهي در اثر افزايش دي اکسيد کربن به دليل تسريع سرعت رشد بوده؛ يا ممکن است وابسته به رقيق شدن نيتروژن توسط تجمع نشاسته باشد [37]. وانگ و همکاران (2013) علت کاهش غلظت نيتروژن در گياه جو را افزايش نسبت C/N در شرايط غني شده دي اکسيد کربن بيان کردند [78]. ماکينو و همکاران (1999) بيان داشت، کاهش محتواي نيتروژن برگ به خاطر رقيق شدن نميباشد بلکه به دليل تغيير تخصيص نيتروژن در اندامهاي مرفولوژيکي در شرايط افزايش غلظت دي اکسيد کربن است. در اين شرايط باز تخصيص نيتروژن از برگ به ريشه صورت ميگيرد [57]. تايوب و وانگ (2008) با بررسي مطالعات مختلف در مورد کاهش غلظت نيتروژن بافت گياهي در اثر افزايش غلظت دي اکسيد کربن دلايلي مانند: اثر رقت به دليل افزايش بيومس، اثر رقت به دليل افزايش کربوهيدراتهاي غير ساختماني، اثر رقت توسط ترکيبات ثانويه، کاهش جذب نيتروژن ناشي از کاهش تعرق، کاهش کارايي ساختار ريشه، تغيير ظرفيت جذب ريشه، تغيير وضعيت ميکروبي، افزايش کارايي نيتروژن و تنظيم کاهشي فتوسنتز را بيان کرد [74].
2-10-2- نقش نيتروژن
افزايش سطح کود نيتروژن تجمع نيتروژن، فسفر و پتاسيم را در گياه برنج افزايش ميدهد [84]. و باعث افزايش غلظت پروتئين دانه برنج ميشود [32]. با کاهش نيتروژن فعاليت آنزيمهاي آنتي اکسيدان کليدي کاهش و مقدار مالون دي آلدهيد افزايش مييابد که به دليل ظرفيت پايين مهار راديکالهاي آزاد در نيتروژن ناکافي است [13]. دليري و همکاران (1390) در مطالعه خود بر روي ژنوتيپ طارم محلي با به کار بردن دو سطح نيتروژن خالص 46 و 96 کيلوگرم در هکتار نشان دادند که افزايش سطح نيتروژن باعث افزايش 7 درصدي در تجمع نيتروژن کل

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید