Будущая засуха сведёт на нет преимущества высокого уровня CO₂ для урожайности сои, показало исследование

Восьмилетнее исследование сои, выращенной на открытом воздухе в атмосфере с повышенным содержанием CO₂, соответствующей прогнозам на 2050 год, принесло тревожный результат: высокие концентрации углекислого газа будут стимулировать рост растений в идеальных условиях, но засуха — которая, как ожидается, усилится из-за потепления климата и изменения режима осадков — перевесит эти преимущества и вызовет потери урожая гораздо раньше, чем предполагалось.

Это новое открытие, о котором сообщается в журнале Nature Plants, противоречит широко принятой гипотезе о влиянии изменения климата на производство продуктов питания, заявил профессор биологии растений Университета Иллинойса Эндрю Лики, руководивший исследованием.

Многочисленные лабораторные и полевые исследования подтверждали, что повышенный CO₂ действует как удобрение, стимулируя рост, и заставляет растения уменьшать размер устьиц на листьях, что помогает экономить воду. Это наводило на мысль, что высокий уровень CO₂ поможет растениям лучше переносить засуху.

«Это согласовывалось с тем, что мы видели в наших экспериментах первые четыре года, относительно влажные годы, — сказал Лики. — Но когда вегетационные периоды были жаркими и сухими, эта закономерность нарушилась».

Для этого открытия учёные использовали технологию SoyFACE, которая моделирует будущие климатические условия на реальных полях. В условиях жары и засухи при повышенном CO₂ растения в экспериментах использовали больше воды, а не меньше.

Исследователи выявили три ключевых механизма. Во-первых, в начале сезона растения наращивают большую листовую массу, но при наступлении засухи эта «переразвитая» биомасса требует больше воды. Во-вторых, при высоком CO₂ растения становятся более чувствительными к гормональным сигналам о засухе, что сильнее подавляет фотосинтез. В-третьих, увеличивается количество клубеньков для фиксации азота, но они формируются в более сухих верхних слоях почвы и хуже работают.

Новые данные, полученные в одном из самых продуктивных сельскохозяйственных регионов мира, указывают, что снижение урожайности сои из-за климата наступит раньше ожидаемого.

«Все предыдущие модели предсказывали, что к 2050 году повышенный CO₂ даст нам прирост урожайности на 15% по сравнению с началом века, — сказал Лики. — А мы видим, что по мере того, как становится жарче и суше, это число уменьшается до нуля. Никакого прироста».