Plant responses to atmospheric CO2 enrichment with emphasis on roots and the rhizosphere

Empirical records provide incontestable evidence of global changes: foremost among these changes is the rising concentration of CO2 in the earth's atmosphere. Plant growth is nearly always stimulated by elevation of CO2. Photosynthesis increases, more plant biomass accumulates per unit of water consumed, and economic yield is enhanced. The profitable use of supplemental CO2 over years of greenhouse practice points to the value of CO2 for plant production. Plant responses to CO2 are known to interact with other environmental factors, e.g. light, temperature, soil water, and humidity. Important stresses including drought, temperature, salinity, and air pollution have been shown to be ameliorated when CO2 levels are elevated. In the agricultural context, the growing season has been shortened for some crops with the application of more CO2; less water use has generally, but not always, been observed and is under further study; experimental studies have shown that economic yield for most crops increases by about 33% for a doubling of ambient CO2 concentration. However, there are some reports of negligible or negative effects. Plant species respond differently to CO2 enrichment, therefore, clearly competitive shifts within natural communities could occur. Though of less importance in managed agro-ecosystems, competition between crops and weeds could also be altered. Tissue composition can vary as CO2 increases (e.g. higher C: N ratios) leading to changes in herbivory, but tests of crop products (consumed by man) from elevated CO2 experiments have generally not revealed significant differences in their quality. However, any CO2-induced change in plant chemical or structural make-up could lead to alterations in the plant's interaction with any number of environmental factors—physicochemical or biological. Host-pathogen relationships, defense against physical stressors, and the capacity to overcome resource shortages could be impacted by rises in CO2. Root biomass is known to increase but, with few exceptions, detailed studies of root growth and function are lacking. Potential enhancement of root growth could translate into greater rhizodeposition, which, in turn, could lead to shifts in the rhizosphere itself. Some of the direct effects of CO2 on vegetation have been reasonably well-studied, but for others work has been inadequate. Among these neglected areas are plant roots and the rhizosphere. Therefore, experiments on root and rhizosphere response in plants grown in CO2-enriched atmospheres will be reviewed and, where possible, collectively integrated. To this will be added data which have recently been collected by us. Having looked at the available data base, we will offer a series of hypotheses which we consider as priority targets for future research.

واکنش‌های گیاه به غنی‌سازی CO۲ در اتمسفر با تاکید بر ریشه و ریزوسفر

سوابق تجربی شواهد incontestable از تغییرات جهانی را ارایه می‌دهند: مهم‌ترین این تغییرات غلظت رو به افزایش CO۲ در اتمسفر earth's است. رشد گیاه تقریبا همیشه با افزایش CO۲ تحریک می‌شود. فتوسنتز افزایش می‌یابد، زیست توده گیاهی بیشتری در هر واحد آب مصرف می‌شود و عملکرد اقتصادی افزایش می‌یابد. استفاده سودمند از دی‌اکسید کربن در طی سال‌ها عملکرد گلخانه‌ای به ارزش CO۲ برای تولید گیاهان بستگی دارد. واکنش‌های گیاهان به CO۲ برای تعامل با دیگر عوامل محیطی مثل نور، دما، رطوبت خاک و رطوبت شناخته می‌شوند. تنش‌های مهم از جمله خشکسالی، دما، شوری و آلودگی هوا در زمانی که سطح CO۲ افزایش می‌یابد، بهبود می‌یابد. در زمینه کشاورزی، فصل رشد برای برخی محصولات با کاربرد CO۲ کم کاهش‌یافته است؛ به طور کلی مصرف آب کم‌تر بوده و تحت مطالعه بیشتر است؛ مطالعات تجربی نشان داده‌اند که عملکرد اقتصادی برای بیشتر محصولات با حدود ۳۳ درصد برای دو برابر شدن غلظت دی‌اکسید کربن محیط افزایش می‌یابد. با این حال، گزارش‌هایی از اثرات ناچیز یا منفی وجود دارد. بنابراین، گونه‌های گیاهی نسبت به غنی‌سازی CO۲ واکنش متفاوتی نشان می‌دهند، بنابراین، تغییرات واضح رقابتی در جوامع طبیعی می‌تواند رخ دهد. با وجود اهمیت کم‌تر در مدیریت اکوسیستم‌های زراعی، رقابت بین محصولات و علف‌های هرز نیز می‌تواند تغییر کند. ترکیب بافت می‌تواند با افزایش CO۲ تغییر کند (به عنوان مثال نسبت C: N)منجر به تغییر در herbivory می‌شود، اما تست محصولات محصول (که توسط انسان مصرف می‌شود)از آزمایش‌ها CO۲ به طور کلی تفاوت قابل‌توجهی در کیفیت آن‌ها نشان نمی‌دهد. با این حال، هر تغییر ایجاد شده در CO۲ در ترکیب شیمیایی یا ساختاری گیاه می‌تواند منجر به تغییر در تعامل plant's با هر تعداد عوامل محیطی - فیزیکوشیمیایی یا بیولوژیکی شود. روابط میزبان - میزبان، دفاع در برابر عوامل تنش زای فیزیکی، و ظرفیت غلبه بر کمبود منابع می‌تواند با افزایش CO۲ نهفته باشد. زیست توده ریشه افزایش می‌یابد اما با چند استثنا، مطالعات مفصلی از رشد و عملکرد ریشه وجود ندارد. افزایش پتانسیل رشد ریشه می‌تواند به rhizodeposition بزرگ‌تر تبدیل شود که به نوبه خود می‌تواند منجر به تغییر در خود ریزوسفر شود. برخی از اثرات مستقیم CO۲ در پوشش گیاهی به طور منطقی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما برای کاره‌ای دیگر کافی نبوده است. در میان این مناطق فراموش‌شده، ریشه گیاهان و ریزوسفر هستند. بنابراین، آزمایشاتی بر روی واکنش ریشه و ریزوسفر گیاهان رشد یافته در اتمسفر غنی از CO۲ بررسی و، در صورت امکان، به طور جمعی یکپارچه می‌شوند. داده‌هایی که اخیرا توسط ما جمع‌آوری شده‌اند اضافه خواهد شد. با نگاهی به پایگاه اطلاعاتی موجود، مجموعه‌ای از فرضیه‌ها را ارایه خواهیم کرد که به عنوان اهداف اولویت‌دار برای تحقیقات آتی در نظر می‌گیریم.

ترجمه شده با