دانلود تحقیق گیاهان چگونه به تغییر اقلیم واکنش نشان خواهند داد

گیاهان چگونه به تغییر اقلیم واکنش نشان خواهند داد؟

مطالعات دیرینه شناسی حاکی است غلظت گاز کربنیک موجود در اتمسفر از حدود 150 هزار سال تاکنون بین 200 تا 300 پی پی ام در نوسان بوده است و در هزار سال اخیر نیز غلظت آن تقریبا 280 پی پی ام بوده است.

از سال 1850 میلادی با شروع انقلاب صنعتی و بدلیل استفاده بی رویه از سوختهای فسیلی، تخریب اراضی و جنگل زدایی مخصوصات در نواحی حاره بارانی، میزان گاز کربنیک بصرت نمائی شروع به افزایش نمود بطوریکه در سال 1990 به بیش از 325 پی پی ام رسید.

کلیه گیاهان اعم از پست و عالی، گاز کربنیک را در مرحله تاریکی فتوسنتز، از طریق مکانیسم یکسانی تحت عنوان چرخه احیاء کربن (PCR) به هیدراتهای کربن احیاء می کنند.

درگیاهان سه کربنه، آنزیم را بیسکو علاوه بر کاتالیز واکنش گاز کربنیک با RUBP، کاتالیزور واکنش RUBP با اکسیژن نیز می باشد.

در این حالت، بجای تثبیت گاز کربنیک و تشکیل دو مولکول اسید 3- فسفتو گلیسریک، یک ملکول اسید 3- فسفوگلیسریک یک مولکول اسید فسفوگلیکولیک تشکیل می شود.

ترکیب RUBP با اکسیژن یا تنفس نوری نه تنها باعث هدر رفتن یک مولکول رابیسکو می شود ، بلکه یک مولکوی گاز کربنیک را هم که قبلا تثبیت شده، ازاد می کند.

همین مسئله باعث پایین آمدن راندمان فتوسنتز در گیاهان سه کربنه، در غلظت معمولی گاز کربنیک می شود.

تنفس نوری باعث می شود که فتوسنتز درگیاهان سه کربنه در غلظت 35 تا 45 پی پی ام و در گیاهان چهار کربنه در غلظت 0 تا 5 پی پی ام گاز کربنیک، به نقطه جبرانی برسد.

از طرفی گیاهان چهارکربنه در غلظت حدود 400 پی پی ام و حتی برخی از آنها در غلظت فعلی گاز کربنیک واکنش نشان میدهند.

بنابراین با توجه به اینکه غلظت فعلی گاز کربنیک کمتر از حد مطلوب گیاهان است، در مجموع می توان انتظار داشت که افزایش آن باعث ازدیاد تولید در هر دو گروه مخصوصا گیاهان سه کربنه شود.

از طرفی دیگر افزایش غلظت گاز کربنیک از طریق تشدید اثر گلخانه ای، ازدیاد دما را بدنبال دارد.

افزایش دما موجب کاهش حلالیت اکسیژن و گاز کربنیک در آب شده و شدن این کاهش برای گاز کربنیک بیشتر است.

همچنین افزایش دما با کاهش میل ترکیبی رابیسکو با گاز کربنیک موجب افزایش تنفس نوری می شود.

به همین دلیل تاثیر مثبت افزایش گاز کربنیک بر فتوسنتز در دمای بالا بیش از دمای پایین است، همچنین تاثیر آن بر گونه های سه کربنه مناطق گرمسیری بیش از سایر مناطق خواهد بود.

تاثیر مثبت افزایش شدت تشعشع بر فتوسنتز نیز در غلظتهای بالاتر گاز کربنیکک بیش از غلظتهای پایین است.

همنی امر باعث می شود که در محیطهایی که تشعشع زیاد است اثر افزایش غلظت گازکربنیک بیش از غلظتهای پائین است.

همین امر باعث می شود که در محیطهای که تشعشع زیاد است اثر افزایش غلظت در گاز کربنیک بر فتوسنتز بیشتر باشد.

عقیده بر این است که در غلظتهای پایین گاز کربنیک، محدودیت گاز کربنیک و در غلظتهای پایین گاز کربنیک، محدودیت گاز کربنیک و در غلظتهای بالاتر، تجدید RUBP عامل محدود کننده فتوسنتز است.

قابلیت تجدید RUBP خود متاثر از ظرفیت انتقال الکترون بوده و لذا مستقیما تحت تاثیر شدت تشعشع جذب شده قرار می گیرد.

یکی از امیتازات گیاهان چهارکربنه در دما و نور زیاد برتری راندمان مصرف آب (WUE) است.

در یک مقاومت روزنه ای معین، مقدار خروج آب بیشتر از ورودگار کربنیک است، چون اولاً همواره اختلاف غلظت بخار آب درون و بیرون گیاه بیش از اختلاف غلظت گاز کربنیک است.

ثانیاً در مسیر خروج آب، مقاومتهای کمتری نسبت به مسیر ورودگاز کربنیک وجود دارد.با افزایش غلظت گاز کربنیک محیط، هدایت روزنه ای در گیاهان سه کربنه کاهش می یابد (این گیاهان نیازی به باز کردن بیش از حد روزنه های خود ندارد) و این امر اثر بازدارندگی بیشتری بر خروج آب نسبت به ورود گاز کربنیک دارد.

در نتیجه منجر به افزایش راندمان مصرف آب می شود.

از طرفی دیگر افزایش فتوسنتز، مخصوصا در گیاهان سه کربنه موجب توسعه سطح برگ می شود که افزایش تعرق را بدنبال دارد.

همچنین افزایش دما منجر به ازدیاد دمای برگ و نیاز اتمسفری برای جذب رطوبت می شود.

برخی از محققین معتقدند که مجموع این دو عامل ، تعرق و مصرف آب را افزاش داده و اثر مثبت افزایش غلظت گاز کربنیک بر راندمان مصرف آب را خنثی خواهد کرد.

آب و هوای مناسب برای رشد غلات
عوامل مختلف آب و هوایی قادرند طرز رشد، میزان عملکرد و همچنین کیفیت محصول را تحت تأثیر قرار دهند.

بنابراین تولید اقتصادی هر نوع غله در هر ناحیه، کاملاً تابع شرایط آب و هوایی می‌‌باشد.

گندم، جو و چاودار که به دلیل کوچک بودن بوته شان، غلات کوچک نام می‌‌گیرند، به بارندگی سالیانه 300 تا 1300 میلیمتر نیاز دارند و به صورت دیم هم کشت می‌‌شوند.

برنج به حرارت و بارندگی کافی (یا آبیاری کافی) نیاز دارد.

معمولاً برنج در نواحی که سالانه نزدیک به 1000 میلیمتر یا بیشتر بارندگی دارند کشت می‌‌شود.

ذرت هم با این که یک گیاه گرمسیری است در آب و هوا و ارتفاعات مختلف از نواحی پست تا ارتفاع 3000 متری از سطح دریا کشت می‌‌گردد.

جو از همهٔ غلات مقاوم تر است و می‌‌توان آن را حتی در کشور سیبری هم کاشت.

گندم از همهٔ غلات رایج تر است.

معمولاً گیاهان سردسیری را در نواحی گرمسیری، البته در نواحی بلند و خنک کوهستانی می‌‌کارند که در این صورت، کشاورزان می‌‌توانند به دلیل شرایط مساعد و خنکی کوهستان‌های نواحی گرمسیر، هر ساله چند بار غلات بکارند.

غلات گرمسیری را در نواحی پست گرمسیری که آب و هوای معتدلی دارند می‌‌کارند و همچنین می‌‌توان این غلات را در نواحی معتدل، البته در فصل‌هایی که سرما و یخبندان نباشد کشت نمود.

معمولاً این دسته انواع بهاره و زمستانی دارند.

هواشناسی کشاورزی (Agrometeorology) توسعه بسیار زیاد پژوهش در دهه‌های اخیر منتهی به پیدایش علوم حاشیه‌ای شده است که با اتکا به پیشرفتهای رشته‌های مربوط، میدان را برای پژوهشها و روشهای مناسب آماده نموده‌اند.

هواشناسی کشاورزی یا اگرومتئورولوژی یکی از این علوم حاشیه‌ای است که از تاثیرمتقابل عوامل هواشناسی و کشاورزی (گیاه و دام) بحث می‌نماید.

هدف علم هواشناسی کشاورزی، کشف و تعریف چنین اثرها و لذا کاربرد دانش هواشناسی در کشاورزی عملی است.

‌میدان توجه این علم از لایه خاکی که در آن عمیق ترین ریشه‌های گیاهی قرار دارند تا لایه هوایی که در آن محصولات زراعی و درختان میوه میرویند و حیوانات زندگی می‌کنند می‌باشد.

وظیفه اصلی هواشناسی کشاورزی و حیوانی (کمی و کیفی) به منظور تطبیق کلیه عملیات زراعی با ویژگی‌های شرایط جوی و در نتیجه استفاده از منابع اقلیمی به بهترین وجه می‌باشد.

هواشناسی کشاورزی در انجام وظایف خود با رشته‌های زیر ارتباط نزدیکی دارد که عبارتند از: ۱- هواشناسی عمومی و اقلیم شناسی که از مطالعه پدیده‌های جوی بحث می‌کند.

۲- بیولوژی کشاورزی (grobiology) و فیزیولوژی گیاهی که از عکس العمل گیاه نسبت به شرایط فیزیکی محیط بحث می‌نماید.

۳- زراعت یا Agronomy که از نقش فنون کشاورزی در اصلاح شرایط رویشی و اکولوژیکی گفتگو می‌کند.

۴- پدولوژی (pedology) که از رژیم هیدروترمال (آبی - حرارتی) خاک بحث می‌کند.

۵- فنولوژی (phenology) که از مراحل مختلف رشد و نمو و سیکل‌ها یا چرخه‌های بیولوژیک از قبیل (جوانه زدن، سبز کردن، گل کردن، رسیدن، تولد و تناسل حیوانات اهلی و مراحل مختلف آفات و امراض دامی و گیاهی) که تمام آنها توسط آب وهوا تعیین می‌‌شوند مورد مطالعه قرار می‌دهد.

۶- جغرافیای کشاورزی که با توسعه تاریخی انواع محصولات و تجزیه و تفکیک ناحیه‌ای آنها و منطقه بندی کشاورزی ارتباط دارد با استفاده از اطلاعات لازم که از سایر رشته‌ها فراهم می‌گردد، هواشناسی کشاورزی این رشته‌ها را با نتیجه گیریهای حاصل در تحقیقات خود تکمیل و توسعه می‌دهد.

در بین این اقدامات انجام شده به منظور برآورده کردن نیازهای مذکور تعین منطقی مناطق مناسب تولیدات کشاورزی با استفاده از pedoclimatic (در نظر گرفتن خصوصیات خاک و آب و هوا) و مشخص نمودن منطقی عملیات زراعی مناسب بر اساس شرایط اکولوژیکی موجود حائز اهمیت خاص می‌باشد.

درهر حال یکی از مفید ترین گرایشهای علم هواشناسی، هواشناسی کشاورزی است که کاربرد آن در بخش کشاورزی از مرحله کاشت تا برداشت محصول و انبار کردن آن بسیار زیاد می‌باشد و در واقع کشاورزی نوین بدون مطالعه دایمی شرایط کشاورزی و اقلیمی و خاکشناسی قابل تصور نیست.

امروزه اطلاعات مربوط به وضع رویش گیاهان، پیش بینی مقدار عملکردها، مقدار و دوره‌های آبیاری، تهیه دستور العملهای مربوط به حفاظت گیاهان در مقابل پدیده‌های نامساعد جوی (یخ بندیهای دیررس، بادهای شدید، خشکسالی، دماهای زیاد) در ارتباط با هواشناسی کشاورزی می‌باشد، تحقیق در مورد تعدیل مصنوعی آب وهوا (ایجاد کمربندهای حفاظتی، آبیاریها، گلخانه‌ها، طویله‌های حیوانات) و هم چنین شرایط میکروکلیمائی ایجاد شده در پناهگاهها و فضاهای سربسته توسط متخصصین هواشناسی کشاورزی صورت می‌گیرد.

جهت دستیابی به اهداف فوق الذکر سازمان هواشناسی کشور از سالها قبل اقدام به تاسیس ایستگاههای تحقیقاتی هواشناسی کشاورزی نموده که عمدتا در مراکز تحقیقات کشاورزی کشور مستقر می‌باشند و اهم فعالیت‌های این نوع ایستگاهها تحقیقاتی عبارتند از: ۱- انجام دیده بانیهای جوی ۲- انجام دیده بانیهای رشد و نمو محصولات (فنولوژی و بیومتری) ۳- تعین میزان رطوبت در اعماق مختلف خاک ۴- تعین وضعیت سله، پوکی و عمق و شدت یخبندان خاک ۵- تهیه بولتن‌های ده روزه، ماهانه و فصلی محصولات تحت مطالعه ۶- تهیه بولتن‌های علمی و ترویجی محصولات مختلف ۷- انجام طرح‌ها و پروژه‌های مطالعاتی و تحقیقاتی نظر به اینکه تولید مواد غذایی بهتر و بیشتر یکی از مسائل مهم دنیای کنونی بشمار می‌رود و با توجه به اینکه تولید محصول و قابلیت‌های کشاورزی هر منطقه به هوا و مشخصات اقلیمی آن بستگی دارد لذا مطالعه عوامل جوی موثر بر کشاورزی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

با درک این اهمیت سازمان هواشناسی جهانی (WMO) یکی از هشت کمیسیون فنی خود را به هواشناسی کشاورزی یا CAgm اختصاص داده است.

قسمت اعظم فعالیت‌ها پژوهش‌های هواشناسی کشاورزی به جستجوی روابط آب و هوا و محصول (modelling) اختصاص دارد تا با شناخت اثرات آب و هوا بر گیاه و دام بتوان تولید مواد غذایی کافی برای بشر را ممکن ساخت.

پیشرفتهای فنی و علمی در زمینه مخابرات و به ویژه ماهواره و رادارهای هواشناسی و سنجش از راه دور، کاربرد هواشناسی در امور کشاورزی و سیاست گذاریهای کلان در این بخش با استفاده از این ابزار صورت می‌گیرد.

فرایندهای رایانه‌ای اطلاعات و داده‌های هواشناسی و انتقال و مخابره این اطلاعات ازطریق رسانه‌های گروهی به کاربران به خصوص در زمینه اطلاع رسانی وضع پیش بینی آب و هوا گامی بسیار سودمند برای آنها بوده که اغلب منافع اقتصادی آن کاملا چشمگیر می‌باشد.

هر چند کاربردهای هواشناسی کشاورزی در امر عملیات زراعی بسیار متفاوت می‌باشد ولی می‌توان از موارد ذیل نام برد.

۱- ارایه پیش بینی‌های کوتاه مدت، میان مدت، بلند مدت، جهت تصمیم گیری در موارد ذیل: ۱-۱- شخم زدن زمین و آماده سازی بستر مناسب جهت کشت بذر ۲-۱- برنامه ریزی آبیاری و تعین نیاز آبی گیاهان ۳-۱- کاربرد کودهای شیمیایی ۴-۱- حفاظت در برابر آفات و بیماریها (زنگ گندم، سن گندم، حمله ملخها) ۵-۱- تعین میزان عملکرد محصول به منظور پیش خرید یا پیش فروش نمودن آنها ۶-۱- تعین زمان برداشت محصول ۲- حفاظت در برابر آب و هوای نامساعد (بلایای جوی و اقلیمی) به منظور کنترل یا کاهش اثر آنها بر افت محصول و ضرر و زیان ناشی از آن بمانند پیش بینی تاریخ وقوع پدیده‌های زیر ۱-۲- دماهای بحرانی (یخ بندانها، گرمبادها) ۲-۲- خشکسالی‌ها ۳-۲- طوفانها و سیلابها و تگرگ ۴-۲- آتش سوزی‌های خود به خود در جنگل‌ها تاثیر وضعیت آب خاک و کمبود فشار بخار هوا بر روی تبادل گازی گندم زمستانه در مزرعه وضعیت آب خاک و کمبود فشار بخار هوا (VPD)عوامل محیطی مهمی هستند که تبادل گازی گیاه را تحت تاثیر قرار می دهند.

اهداف این آزمایش مطالعه اثرات پتانسیل آبی خاک (ψs) بر روی عکس العمل تبادل گازی به VPD در چهار رقم گندم کاشته شده در مزرعه بود.

پارامترهای تبادل گازی: سرعت جذب خالص دی اکسید کربن (An)، هدایت روزنه ای (gs)، سرعت تنفس (E)، غلظت داخل سلولی دی اکسید کربن (ci)، تحت شرایط کمبود فشاربخار هوا و پتانسیل های آبی مختلف خاک در طی دوره سنبل دهی تا اواسط پر شدن دانه اندازه گیری شدند.پتانسیل آب خاک تاثیر معنی داری بر روی عکس العمل پارامترهای تبادل گازی به VPD داشت.

در (ψs) بالا (-0.09 MPa)، An نسبت به افزایش VPD عکس العملی نشان نداد.

در حالیکه An نسبت به افزایش VPD در پتانسیل پایین حساس بود و کاهش An در مقابل افزایشVPD اغلب تحت شرایط تنش شدیدخشکی دیده شد.

عکس العمل (gs) به VPD به عنوان یک مکانیسم پسخور نمی تواند شرح داده شود و کاهش (gs)به علت افزایش سرعت تنفس در VPD بالا نیست.

عکس العمل (gs) به VPD در این آزمایش شامل یک مکانیسم پیشخور بود.

در میان چهار رقم، Karl 92 کمترین سرعت جذب خالص دی اکسید کربن، هدایت روزنه ای و سرعت تنفس را داشت.

در حالیکه سه رقم دیگر (Arapahoe، Cheyenne و Scout 66) بیشترین سرعت جذب خالص دی اکسید کربن، هدایت روزنه ای و سرعت تنفس را تحت شرایط پتانسیل آب خاک پایین و کمبود فشار بخار هوای بالا داشتند آثار اقتصادی تغییرات آب وهوا بر کشاورزی به‌نظر می‌رسد تغییر آب و هوا یکی از مهم‌ترین چالش‌هایی است که بشر در سال‌های آینده با آن روبه‌رو خواهد شد.

این پدیده می‌تواند به‌عنوان عامل تهدید عمده امنیت غذایی جهان به شمار آید، چرا که اثر قوی بر تولید غذا و دسترسی و توزیع آن دارد.

تغییرات غیرعادی در دمای هوا، میزان بارش باران، افزایش دفعه‌ها و شدت خشکی و سیلاب دارای مفهوم دراز مدتی برای زیست پذیری و تولید اکوسامانه کشاورزی در دنیاست.

این مهم‌ترین پیامی است که 10 سپتامبر 2007 توسط الکساندر مولر، معاون مدیرکل فائو، به بیش از 140 کارشناس جهانی که در رم برای کارگاه آموزشی تطبیق تصمیمات و راهبردها گرد‌هم آمدند، ابلاغ شد.

در حالی که سروکار داشتن با علل تغییر آب و هوا- از طریق کاهش پخش و افزایش مخازن گازهای گلخانه ای- یک بحران است، مولر خواستار اقدامی فوری برای مقابله با اثرات آن است.

وی همچنین افزود: باید راهکارهای مناسب مانند توجه آنان به سامانه‌های تولید غذا، برای جلب توجه مردم به این وضعیت اتخاذ شود.

کشورهای در حال توسعه در معرض بیشترین خطرکشاورزی بخشی است که بیشترین تأثیر را از تغییرات در الگوهای آب و هوایی می‌پذیرد و به میزان زیادی در آینده آسیب پذیر خواهد بود.

به خصوص کشورهای در حال توسعه که تا حد زیادی به کشاورزی وابسته بوده و منابع و اختیارات کمتری برای رویارویی با خطرهای ناشی از تغییر آب و هوایی دارند، در معرض خطر هستند.

در کوتاه مدت، زمانی که میانگین درجه حرارت جهانی 3-1 درجه سانتیگراد بالا می‌رود، کشورهای صنعتی قادرند سود خوبی را در تولید بالقوه غذا به دست آورند.

هرچند که در عرض‌های جغرافیایی پایین تر- به خصوص در مناطق معیشتی، حاشیه، نیمه خشک و نیمه مرطوب، جایی که تغذیه کشاورزی از طریق باران معمول است- حتی با کمترین افزایش در دمای جهانی، پتانسیل تولید میوه به احتمال بسیار زیاد کاهش می‌یابد.

کشاورزی هم مقصر و هم قربانی زمانی که به بحث تغییر آب و هوا می‌رسیم کشاورزی هم مقصر و هم قربانی است.تخمین زده شده است که بخش دام به تنهایی مسئول 18 درصد از پخش گاز گلخانه‌ای در جهان است، در حالی که جنگل زدایی نیز سهم 18 درصدی از پخش دی اکسید کربن را داراست.

طبق نظر فائو، معرفی شیوه‌های مدیریت بهبود یافته دام و فعالیت‌های مربوط به تولید محصول همراه با مدیریت سازگاریافته جنگل‌ها می‌تواند اثر بسیار معنی داری داشته باشد.اتخاذ اقداماتی برای استفاده از زمین مانند حفظ و تداوم کشاورزی نیز می‌تواند به نگهداری میزان زیادی از کربن در خاک کمک کند.

تولید برنج یک منبع عمده دیگر پخش گاز گلخانه‌ای است.

چه بسا که این منبع، منبع اصلی متان انتروپوژنیک، با مقدار 50 تا 100 میلیون متر مربع تن در هر سال است که از 130 میلیون هکتار مزارع برنج دفع می‌شود در همین زمان شرایط هوایی نامطلوب می‌تواند تولید محصول برنج را تهدید کند.

محصولی که بیش از نیمی از جمعیت دنیا را تغذیه می‌دهد.

مزیت این گونه شرایط آب و هوایی این است که می‌تواند ارقام متفاوت و بهبود یافته‌ای از برنج را که مقاومت بیشتری به شوری دارند معرفی کند.

فائو از این شرایط برای تسریع بهبود تولید در مناطقی که به وسیله تسونامی آسیا در سال 2004 خسارت دیدند، استفاده کرد.

ارقام مقاوم بیشتری با عملکرد بالای 4 تن در هکتار به‌طور موفقیت آمیزی در بنگلادش- کشوری که مکرراً تحت‌تأثیر سیلاب قرار دارد- پرورش یافته و آزمایش شد.

تحول سریع به سمت استفاده گسترده‌تر از سوخت‌های بیولوژیکی نیز می‌تواند به کاهش پخش گاز گلخانه‌ای و در درازمدت به حفظ امنیت غذایی و محیطی کمک کند.

نقش فائو تغییر آب و هوا یک پدیده جهانی با ویژگی‌های محلی و منطقه‌ای است که احتیاج به درک و پیش بینی دارد.

آقای مولر می‌گوید: فائو از مدتی قبل به شکلی فعال در حال کمک به اعضای خود به ویژه کشورهای در حال توسعه است تا توانائی خود را برای رویارویی با اثرات منفی تغییر آب و هوا بر کشاورزی، جنگل‌ها و ماهیگیری افزایش دهند.

این بدین معناست که به مردم کمک می‌شود تا سامانه‌های کشاورزی خود را سازگار با تغییر شرایط و استرس‌های ویژه، تطبیق دهند.

این کار مستلزم تهیه خلاقانه راهکارها و شیوه‌های متوالی مانند معرفی ارقام تولیدی است که بتوانند گرما و کمبود آب را تحمل کنند.

مولر افزود: پیش بینی وقایع ناخوشایند و روند آنها از طریق جمع آوری داده‌ها و ابزار پیشرفته برای ایجاد اطلاعات در دسترس است، تا کشورها به این‌نکته که -کشاورزی محیط دیگری بوده و به توجه بیشتری نیاز دارد- مجاب شوند.

کارگاه آموزشی انطباق برنامه و راهبردها توسط دبیرخانه همایش تغییر آب و هوای ایالات متحده، تحت برنامه کاری نایروبی با عنوان اثرات آسیب پذیری و سازگاری با تغییر آب و هوا، تشکیل شده است.

این گزارش قسمتی از مجموعه جلسه‌های ارزیابی راهبردها، برای مقابله با اثرات تغییر آب و هواست.