Apakah Rising Carbon Dioxide Levels Benar-benar Meningkatkan Pertumbuhan Tanaman?
Shutterstock 

Tanaman telah menjadi subjek perdebatan politik yang tidak mungkin. Banyak proyeksi menyarankan bahwa pembakaran bahan bakar fosil dan perubahan iklim yang dihasilkan akan membuat lebih sulit untuk menumbuhkan cukup makanan untuk semua orang dalam beberapa dekade mendatang. Tetapi beberapa kelompok menentang pembatasan emisi kami mengakui bahwa tingkat karbon dioksida (CO?) yang lebih tinggi akan meningkatkan fotosintesis tanaman sehingga meningkatkan produksi pangan.

Penelitian baru diterbitkan di Science menyarankan bahwa memprediksi dampak peningkatan CO? tingkat pertumbuhan tanaman sebenarnya mungkin lebih rumit dari yang diperkirakan siapa pun.

Untuk memahami apa yang ditemukan para peneliti memerlukan sedikit informasi latar belakang tentang fotosintesis. Inikah proses yang menggunakan energi cahaya untuk menggerakkan konversi CO? menjadi gula yang mendorong pertumbuhan tanaman dan pada akhirnya menyediakan makanan yang kita andalkan. Sayangnya, fotosintesis memiliki kelemahan.

Molekul CO? dan oksigen memiliki bentuk yang serupa dan mekanisme kunci yang menghasilkan CO?, suatu enzim dengan nama menarik RuBisCO, terkadang salah mengira molekul oksigen sebagai salah satu CO?. Ini bukan masalah ketika RuBisCO pertama kali berevolusi. Tapi sekitar 30 juta tahun yang lalu CO? tingkat di atmosfer turun menjadi kurang dari sepertiga dari apa yang telah mereka lakukan. Dengan lebih sedikit CO? sekitar, tanaman mulai secara keliru mencoba memanen molekul oksigen lebih sering. Saat ini, hal ini sering kali menghabiskan banyak energi dan sumber daya pabrik.

Semakin panas, RuBisCO menjadi semakin rentan terhadap kesalahan. Air juga menguap lebih cepat, memaksa tanaman mengambil tindakan untuk menghindari kekeringan. Sayangnya, menghentikan air keluar dari daunnya juga menghentikan CO? masuk dan, ketika RuBisCO kekurangan CO?, ia menghabiskan lebih banyak sumber daya pabrik dengan menggunakan oksigen. Pada suhu 25°C, hal ini dapat menghabiskan seperempat produksi tanaman – dan masalahnya menjadi lebih ekstrem sebagai suhu naik lebih lanjut.

Namun, sebagian tanaman mengembangkan cara untuk menghindari masalah dengan memompa CO? ke sel tempat RuBisCO berada untuk mempercepat fotosintesis. Ini dikenal sebagai tanaman C4, berbeda dengan tanaman C3 biasa yang tidak dapat melakukan hal ini. Tanaman C4 bisa lebih produktif, terutama pada kondisi panas dan kering. Mereka mendominasi padang rumput tropis bumi dari 5m ke 10m tahun yang lalu, mungkin karena dunia menjadi lebih kering saat ini dan mereka penggunaan air lebih efisien.


grafis berlangganan batin


Jagung (jagung) dan tebu adalah tanaman C4 tetapi kebanyakan tanaman tidak, meskipun proyek awalnya didanai oleh Bill dan Melinda Gates Foundation telah berusaha untuk meningkatkan hasil panen padi dengan menambahkan mesin C4 ke dalamnya.

Sebagian besar model tentang bagaimana pertumbuhan tanaman dan hasil panen akan terkena dampak CO? yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar fosil berasumsi bahwa pembangkit listrik C3 biasa mungkin mempunyai kinerja yang lebih baik. Sedangkan RuBisCO di pabrik C4 sudah mendapat cukup CO? sehingga peningkatan tersebut tidak akan berdampak banyak pada mereka. Hal ini didukung oleh studi jangka pendek sebelumnya.

Makalah ilmiah baru melaporkan data dari proyek yang telah membandingkan C3 dan tanaman C4 untuk masa lalu 20 tahun. Temuan mereka mengejutkan. Seperti yang diperkirakan, selama sepuluh tahun pertama, rumput C3 tumbuh di bawah kondisi CO berlebih? lebih baik – namun produk serupa di C4 tidak. Namun, pada dekade kedua percobaan, situasinya berbalik, tanaman C3 menghasilkan lebih sedikit biomassa pada tingkat CO? dan tanaman C4 menghasilkan lebih banyak.

Tampaknya hasil yang membingungkan ini mungkin karena seiring berjalannya waktu, lebih sedikit nitrogen tersedia untuk menyuburkan pertumbuhan tanaman di plot C3 dan lebih banyak di plot C4. Jadi efeknya bukan hanya karena tanaman itu sendiri tetapi juga interaksi mereka dengan kimia tanah dan mikroba-nya.

Hasil ini menunjukkan bagaimana perubahan CO? dampaknya terhadap ekosistem yang sudah ada cenderung rumit dan sulit diprediksi. Mereka mungkin mengisyaratkan hal itu, seperti CO? di atmosfer meningkat, padang rumput tropis C4 mungkin bisa meningkat menyerap lebih banyak karbon dari yang diperkirakan, dan hutan, yang sebagian besar adalah C3, mungkin menyerap lebih sedikit. Tetapi gambar yang tepat kemungkinan akan bergantung pada kondisi lokal.

Dampak pada makanan

Apa artinya ini untuk produksi makanan mungkin lebih lugas dan kurang menghibur daripada pada pandangan pertama. Hasil ini berasal dari rumput yang bertahan dan terus tumbuh dari tahun ke tahun. Tetapi tanaman serealia saat ini adalah “tanaman tahunan” yang mati setelah satu musim dan harus ditanam kembali.

Akibatnya, mereka tidak memiliki kesempatan untuk membangun interaksi tanah yang tampaknya mendorong pertumbuhan tanaman C4 dalam percobaan tersebut. Kita tidak bisa berharap bahwa masalah ketahanan pangan kita akan terselesaikan dengan peningkatan hasil panen C4 sebagai respons terhadap CO? seperti yang mereka lakukan dalam percobaan. Demikian pula, penurunan biomassa yang terlihat pada plot C3 seharusnya tidak terjadi pada tanaman tahunan C3.

PercakapanNamun, seperti yang kita ketahui, tanaman C3 menyia-nyiakan lebih banyak sumber daya pada suhu yang lebih tinggi, jadi adakah peningkatan fotosintesis akibat peningkatan CO? tingkat tampaknya mungkin terjadi setidaknya dibatalkan oleh efek dari pemanasan global itu akan menyebabkan. Dan itu tanpa mempertimbangkan perubahan pola curah hujan seperti kekeringan lebih sering. Solusi yang tampaknya terlalu bagus untuk menjadi kenyataan pada umumnya adalah – dan, untuk saat ini, gagasan bahwa CO? peningkatan hasil panen akan memberi makan dunia.

Tentang Penulis

Stuart Thompson, Dosen Senior Biokimia Tanaman, University of Westminster

Artikel ini awalnya diterbitkan pada Percakapan. Membaca Artikel asli.

Buku terkait

at Pasar InnerSelf dan Amazon