ARS News Service
Agricultural Research Service, USDA
Jan Suszkiw, (301) 504-1630, jsuszkiw@ars.usda.gov

Leading crop-production models predict that higher temperatures and dryer soils will diminish crop yields as a result of global climate change in the year 2050. The models also predict that another anticipated climate-change phenomenon--the yield-stimulating effects of elevated carbon dioxide--will offset those losses. So nothing gained or lost, right? Not quite, says a team of Agricultural Research Service (ARS), University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC), and Swiss scientists.

In this week's issue of Science, the researchers contend that today's simulation models overestimate the "CO2 fertilization effect," which refers to the improved efficiency of some crops in using sunlight to convert CO2 into sugars. The problem is, the models rely on data from enclosure studies, say ARS plant physiologists Donald Ort and Elizabeth Ainsworth, UIUC scientists Stephen Long and Andrew Leakey, and Josef Nösberger of the Institute of Plant Science in Switzerland. According to their Science paper, trapped heat, poor airflow, high humidity and other conditions inside greenhouses and growth chambers skew plant responses to elevated CO2.

To avoid these problems, the researchers used free-air concentration enrichment (FACE) to simulate the atmosphere of 2050 under actual field conditions. The method continuously exposes crop plants within 66-foot-diameter plots to 550 parts/million (ppm)--the CO2 concentration predicted for 2050. The current level is 380 ppm. Ort, who leads the ARS Photosynthesis Research Unit in Urbana, monitored the growth and yield of corn and soybeans there with his ARS and UIUC colleagues. In Maricopa, Ariz., an ARS collaborator monitored wheat and sorghum; in Switzerland, Nösberger examined forage grasses.

After collecting FACE data for the crops, the scientists compared it to earlier growth-chamber-based simulations. The difference was dramatic: CO2 fertilization-effect yield increases measured in the FACE experiments were 50 percent lower than the chamber simulations.

According to Ort, the finding warrants a reexamination of CO2's role in forecasting future yields, especially in the presence of other climate-change concerns such as ozone pollution, which is toxic to crops.

ARS is the U.S. Department of Agriculture's chief scientific research agency.

RELATED RELEASE:
Food-crop yields in future greenhouse-gas conditions lower than expected

Nuevo estudio sobre rendimientos de cosechas pone en duda una predicción acerca del cambio climático

Servicio Noticiero del Servicio de Investigación Agrícola (ARS siglas en inglés)
Departamento de Agricultura (USDA siglas en inglés) Jan Suszkiw, (301) 504-1630, jsuszkiw@ars.usda.gov

Los mejores modelos de producción de cosechas predicen que temperaturas más altas y suelos más secos disminuirán los rendimientos como resultado del cambio climático global en el año 2050.

Los modelos también predicen que otro fenómeno anticipado de cambio climático--los efectos del dióxido de carbono elevado en estimular rendimientos aumentados--compensarán por esas pérdidas. Así que nada se ha ganado ni perdido, ¿verdad? Esto no es exactamente correcto, dice un grupo de científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS), la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UIUC por sus siglas en inglés), y Suiza.

En la revista 'Science' (Ciencia) de esta semana, los investigadores afirman que los modelos de simulación de hoy en día sobreestiman el "efecto de fertilización por CO2", el cual se refiere a la eficacia mejorada de algunas cosechas en utilizar la luz del sol para convertir CO2 a azúcares. El problema es que los modelos dependen de datos de estudios con plantas en cámaras de crecimiento, dicen los fisiólogos de plantas Donald Ort y Elizabeth Ainsworth del ARS, los científicos Stephen Long y Andrew Leakey de UIUC, y Josef Nösberger del Instituto de Ciencia de Plantas en Suiza.

Según su reporte, el calor atrapado, el flujo pobre del aire, la alta humedad y otras condiciones dentro de los invernaderos y cámaras de crecimiento cambian las reacciones de las plantas a los niveles elevados de CO2.

Para evitar estos problemas, los investigadores usaron un enriquecimiento de la concentración del dióxido de carbono en aire libre (FACE por sus siglas en inglés) para simular la atmósfera del año 2050 bajo condiciones verdaderas de campo. Este método continuamente expone las plantas de cosechas dentro de lotes de 66 pies en diámetro a 550 partes por millón (ppm) de CO2, la cual es la concentración predicha para el año 2050. El nivel actual es 380 ppm. Ort, quien dirige la Unidad de Investigación de Fotosíntesis en Urbana, observó el crecimiento y rendimiento de maíz y soya con sus colegas del ARS y UIUC. En Maricopa, Arizona, un colaborador del ARS observó trigo y sorgo, y en Suiza, Nösberger examinó pastos de forraje.

Después de acumular datos de FACE sobre las cosechas, los científicos los compararon con simulaciones anteriores con plantas en cámaras de crecimiento. La diferencia fue dramática. Los aumentos en rendimientos causados por el efecto de fertilización por CO2 y medidos en los experimentos de FACE fueron 50 por ciento menos que los en las simulaciones en las cámaras de crecimiento.

Según Ort, los hallazgos justifican una reexaminación del papel de CO2 en predecir los rendimientos de cosechas en el futuro, especialmente en la presencia de otras preocupaciones sobre el cambio climático, tales como la contaminación con el ozono, el cual es tóxico a las cosechas.

ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU.