مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

مقدمه

امروزه بحث نیاز غذائی در رأس مباحث علمی و کشاورزی قرار گرفته و مقبولترین روش جهت مقابله با این بحران افزایش عملکرد گیاهان زراعی در واحد سطح است. این مهم تحقق نمی‌یابد مگر با شناخت عوامل محدودکننده افزایش عملکرد گیاهان زراعی.

از جمله عوامل محدود کننده عملکرد در تعدادی از گیاهان غلظت Co₂ در اتمسفر است.

تاریخچه شناخت گاز Co₂ و استفاده از آن به عنوان یک ماده غذائی به اوایل قرن 17 برمی‌گردد و دانشمندی به نام هلمونت آزمایشی به این ترتیب انجام داد.که یک درخت بید به وزن 2/2 کیلوگرم را در داخل یک گلدان که حاوی 8/90 کیلوگرم خاک خشک شده درآون بودکاشت و با آب باران درمواقع لزوم گلدان را آب می داد. بعد از پنج سال وزن درخت بید به حدود7/76 کیلوگرم رسید. در صورتی که وزن خاک گلدان حدود3/90 گیلوگرم بود. مهمترین نتیجه این آزمایش این بود که ماده اولیه‌ای که سبب رشد گیاهان می‌گردد و اندامهای مختلف گیاهی در اثرآن رشد و نمو و تکامل می یابند Co₂ موجود در اتمسفر می‌باشد. يك پديده قابل توجه بيولوژيكي گياهان در سطح كره زمين جذب حدود 15 ميليون تن گاز كربنيك در طول سال است.

اثرافزایشی گاز ₂Co برروی فرایندهای زیستی گیاه

ناگفته نماندکه مهمترین واساسی ترین نقش این افزایش متوجه فتوسنتز می شود.

فرایندهای درگیر جهت جذب Co₂ به شرح زیر بیان می‌شود.

قرار گرفتن گیاه در غلظت‌های بالاتر از میزان غلظت اتمسفر محیط ضمن تأثیر بر روی فرایندهای آنزیمی و متابولیکی ممکن است موجب تغییرات آناتومیکی از جمله توسعه ریشه و افزایش سطح برگ گردد.

هیکلنتون و جولیف (1978) نتیجه گرفتند که اثرات مثبت غنی سازی هوا با Co₂ از نظر افزایش عملکرد نه تنها از طریق افزایش فتوسنتز و رشد بلکه از تغییراتی که در ظرفیت ذاتی سیستمهای فتوسنتزی برای استفاده ازCo₂ ایجاد می‌گردد، نیز ناشی می‌شود.

مهمترین مانع جذب مقاومت روزنه ای است که وقتی مقدار دی اکسیدکربن افزایش می‌یابد، کاهش می یابد. سطوح دی اکسیدکربن بالا جذب Co₂ را توسط سلولهای گارد و توسط بافت تحریک و بدین ترتیب با انتقال یون برایATP رقابت می‌کند.ATP جریان ₊ K و محتوای سلولهای گارد را کاهش می‌دهد که در نتیجه دی اکسیدکربن با سهولت بیشتری جذب می‌شود.

جذب Co₂ تا دیواره سلولهای فتوسنتز کننده یک عمل فیزیکی است و تنها براساس شیب غلظت صورت می‌گیرد. حال غلظت دی‌اکسیدکربن در جو بالاترباشد به ترتیب مقاومت‌های لایه مرزی * مقاومت روزنه ای و مقاومت فضاهای بین سلولی کاهش یافته و Co₂ آسانتر وارد گیاه می‌شود (شکل 1)

در فاز مایع آنزیمی که ( روبیسکو) کاتالیز واکنش گازکربنیک با RUBP را باعث می‌شود میل ترکیبی نسبتاً کمی با گازکربنیک دارد. بنابر این سرعت فتوسنتز شدیداً به غلظت گاز کربنیک در سیتوزل سلول و استرومای کلوپلاست وابسته است.

شكل (1)

 

استفاده از گاز2CO در گیاهان گلخانه ای

استفاده از گاز Co₂ در گلخانه‌های مدرن بحث تعریف شده‌ای است که در کشورهای پیشرفته به شکل وسیعی صورت می گیرد. واکنش مثبت سبزیجات و گلهای پرورش یافته در محیط گلخانه نسبت به افزایش میزان گاز Co₂ در محیط رشدشان طی آزمایشات متعددی به اثبات رسیده است. اثر Co₂روی کاهو عبارت است از تسریع در بلوغ ، افزایش قابل توجه محصول و افزایش دفعات برداشت. در گیاه گوجه فرنگی اندازه میوه تولید شده بزرگتر و تعداد آن بیشتر و زمان برداشت محصول جلو افتاده است. (جدول شماره 1) و (نمودار شماره 1).

رقم	عملكرد حاصل از قسمتهاي دَه عدد كاهو (گرم)
	رقم	هواي معمولي
بيب		8/544
چشانت No.5B	4/726	2/1271
گراندراپيدزH.54	2/590	4/1180
ميانگين	5/620	7/1104

جدول 1- عملكرد ارقام كاهو در هواي غني شده گلخانه با Co2

نمودار (1)

ازدیاد محصول بین 10 تا 70 درصد و به طور متوسط بین 15 تا 55 درصد بر آورد شده است.

در مورد بوته‌های خیار افزایش Co₂ باعث افزایش گلدهی، و کوتاه شدن فاصله گل دادن و در مورد گیاهان زینتی چون میخک میمونی‌، شمعدانی‌، داودی و اطلسی نیز افزایش تولید مشاهده شده است. با توجه به آزمایشات انجام شده غلظت تراکم گازکربنیک مصرفی در محیط گلخانه در حدود ppm 1000 برآورد گردیده است. تقریباً تمام محققین این مقدار را به عنوان مبنائی برای ارزیابی اثرات گازکربنیک قرار داده اند.

بازده اقتصادی که در نتیجه افزایش Co₂ از محیط گلخانه به دست آمده است چندین برابر مقدار هزینه برآورد شده می‌باشد. اولین بار موضوع استفاده تجاری از افزایش گازکربنیک جهت محیط پرورشی گیاهان در1960 مطرح گردید.

گازکربنیک خالص به وسیله سیلندر یا یخ خشک و یا از تانکرهای فشار ضعیف مایع تأمین می‌گردد و با وجود این که این منبع نسبتاً گران قیمت هستند، بازده اقتصادی در مقایسه با مخارج اقدام شده قابل قبول می‌باشد. در اواسط دهه هفتاد یک دوره انتقالی سریع برای پیشرفت و بهبود طرحهایی در زمینه تولید Co₂ انجام گرفت و واحدهای احتراقی با ظرفیت‌های مختلف از نفت‌، گاز پروپان و یا از گاز طبیعی ( متان ) استفاده می‌نمودند.

طرح معمولی که در حال حاضر مورد استفاده است، استفاده از دستگاههای سوختی است که در داخل یا خارج گلخانه کار گذاشته می‌شود. این دستگاه‌های سوختی ممکن است منبع هوای آزاد داشته باشند یا نه. استفاده از یک پنکه وصل شده به دستگاه و یا نزدیک به آن به انتقال گازکربنیک متصاعد شده از دستگاههای سوختی می‌نماید و این گاز کربنیک متصاعد شده توسط لوله های پلاستیکی خلل و فرج دارد در تمام گلخانه منتقل و پخش می‌گردد. در نواحی سردسیر این دستگاه‌های سوختی به عنوان یک منبع هوائی برای گرم کردن گلخانه‌ها به خوبی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به هر حال فیزیولوژیستها و دانشمندان زیادی امروزه بر روی اهمیت Co₂ درتولیدات زراعی تحقیق می‌کنند ویتروراب (1964) اظهار نمودند که: اثر تحریک کنندگی Co₂ بر رشد گیاهان موضوع مهمی است که به دست فراموشی سپرده شده است.

 

2CO و ارتباط آن با تولید محصولات زراعی

به طور کلی مقادیر بیشتر دی اکسیدکربن ماده بیشتری را برای کربوکسیده کردن فراهم کرده و از اثر رقابتی اکسیژن می‌کاهد و بنابراین باعث کاهش تنفس نوری و تحریک فتوسنتز می‌شود. بنابراین افزایش سطوح بالای Co₂ در گیاهان ₃C تأثیر بسیار بیشتری نسبت به گیاهان ₄‍C دارد. بطوریکه گونه‌های ₄‍C با دو برابر شدن سطح دی‌کسید کربن تنها 10% افزایش در سرعت فتوسنتز خواهند داشت‌. حال آنکه در برخی گونه‌های ₃C این افزایش تا 70% هم گزارش شده است.

پیشنهاداتی که در مورد وجود این تفاوتها در بین گیاهان می‌باشد مربوط به وجود عوامل محدود کننده‌ای است که در برخی گیاهان کمتر است. این عوامل محدودکننده عبارتند از: تنفس نوری ، خصائص آناتومیکی گیاه ، درجه مقاومت نسبت به نفوذ گازکربنیک به داخل روزنه‌ها در یک یا هر دو سوی برگ و اختلافات در میزان تنفس گیاهان در اثر اضافه کردن گازکربنیک به محیط رشد گیاهان زراعی نسبت رشد ریشه به قسمت‌های هوایی افزایش می یابد. اثر مثبتی که با اضافه نمودن گازکربنیک به محیط گیاهان دیده می‌شود به خصوص در رشد گیاهان بعد از نشاکاری ریشه سریعاً توسعه یافته و گیاه نسبت به خشکی مقاومت بیشتری نشان می‌دهد. ویت و وراب (1964) نشان دادند که اثرات ازدیاد گاز Co₂ بر روی محصولاتی نظیر سیب‌زمینی، چغندر و گندم به همان اندازه چشمگیر و قابل توجه بود که در مورد گیاهان پرورشی در گلخانه دیده شده بود جدول شماره 2 واکنش گیاهان رانسبت به ازدیاد Co₂ نشان می‌دهد.

نوع گياه	در هواي معمولي 300 قسمت در ميليون	در هوائي كه ميزان ‍Co2 در آن افزايش يافته
علفهاي نواحي استوائي	80-70
نيشكر	70-65
ذرت – سورگم دانه‌اي	70- 60	102
آفتابگردان	60- 50	129
پنبه و شبدر	50- 40	100
لوبياي روغني - چغندر قند	40- 35	56
چاودار- گندم- جو – برنج	35- 30	66
تنباكو	35- 20	7
گوجه فرنگي – خيار كاهو– انگور – درختان‌ميوه	25- 20	100
گياهان زينتي - مركبات	20- 10

جدول (2 )

 

اثر عوامل محیطی در جذب 2CO به وسیله گیاه:

در استفاده از گاز Co₂ در سطوح بالا نباید از اثر عوامل محیطی در این جذب بی‌تفاوت گذشت به طور مثال علت کم بودن (کم اثربودن ) ازدیاد گاز Co₂ در روی گیاهان ₄C سهم بزرگ شدت نور در میزان فتوسنتز این گیاهان است بدین ترتیب می توان نتیجه گرفت که اضافه نمودن گازکربنیک به محیط رشد ذرت موقعی موثر است که نور در بیشترین مقدار خود برای فتوسنتز باشد.(نمودار شماره 2) دما نیز به طور غیر مستقیم در جذب Co₂ نقش دارد. برگی که مقدار زیادی انرژی جذب کرده است گرم می شود برگ گرم هوای اطراف خود را نیز گرم می‌کند، این امر باعث صعود هوای گرم و جانشین شدن آن با هوای سرد و سنگین می‌شود. این پدیده جابجائی یاتلاطم نامیده می شود پدیده مزبور گازکربنیک را به وسیله جریان توده‌ای که به مراتب سریعتر از انتشار انجام می‌شود در اختیار برگ می‌گذارد.

نمودار (2)

نقش باد در جابجائی هوای اطراف برگ بویژه کاهش مقاومت لایه مرزی ، بسیار قابل توجه است . بسته به اندازه زاویه ، رنگ ، وجود یا عدم وجود کرک و ارتفاع برگ از سطح زمین، وزش بادهائی با سرعت 40-10 کیلومتر در ساعت می‌تواند مناسب باشد.

 

اعمال مدیریت‌های لازم جهت جذب بیشتر2CO بوسیله گیاه:

1- نقش خاک: منبعی مهم از Co₂ برای اغلب جوامع گیاهی است، که از متابولیسم هوازی میکروارگانیسمها، تنفس حاصل از جانورانی که لانه‌هایشان در زیر خاک قرار دارد و تنفس ریشه‌های گیاه همراه با مقداری گازکربنیک که از واکنشهای شیمیائی آزاد می‌گردد، ناشی می‌شود( جدول شماره 3).

نمودار (3)

تحت شرایط مطلوب از نظر درجه حرارت، مواد عالی به طور مستمر تجزیه شده و گازکربنیک تولید می شود. دی اکسیدکربنی که از این طریق تولید می‌گردد ممکن است به اتمسفر رفته و یا در آب خاک حل شده و تشکیل اسیدکربنیک بدهد. همچنین ریشه‌ها در خاک ارگانیسم‌های زنده‌ای هستند که در طی فرایند تنفس دی اکسیدکربن تولید می‌نمایند.

غلظت گاز دی‌اکسیدکربن در خاکهای جنگلها، علفزارها و اراضی زیر رودخانه‌ها ممکن است دو تا سه برابر غلظت Co₂ در اتمسفر باشد.

2- کود دامی : غلظت گاز Co₂ درخاک‌هایی که به آنهاکوددامی داده شده است، به علت تجزیه مواد آلی، بطور محسوس از غلظت Co₂ خاک‌هایی که در آن‌، کود مصرف نشده بیشتر می‌باشد. چنانچه محتوای هوموس یک نوع خاک را3% درنظربگیریم ، یک هکتار از این نوع خاک درحدود 300 هزار کیلوگرم موادآلی خواهد داشت، که این مقدار معادل 300 هزارکیلوگرم Co₂ است که در جریان اکسیداسیون تولید می‌شود. یک هکتار خاک در طی یکسال معمولاً حدود10 هزارکیلوگرم Co₂ تولید می‌نماید. هرچه غلظت گازکربنیک در داخل کانوپی بالاتر باشد، مدت زیادتری در پوشش گیاهی باقی می‌‌ماند و لذا با طلوع خورشید به سرعت در فتوسنتز مصرف می شود. افزودن کودسبز، اضافه کردن موادی ازقبیل کاه، ساقه ذرت، تراشه‌های چوب یا خاک اره جهت تولیدگازکربنیک مناسب می‌باشد. البته اضافه کردن کود ازته همراه با این مواد ضروری می‌باشد.در برخی از زراعتها که نشأها نیاز به گرمای کافی دارند این کار با تجزیه کود که همچنین موجب آزاد شدن Co₂ می شود نقش بسیار مهمی در افزایش عملکرد دارد.

3- استفاده از یخ خشک : یکی ازروشهای افزایش غلظت گازکربنیک درمحیط استفاده از یخ خشک است. یخ خشک دی‌اکسیدکربنی است که در سرمای 5/78- درجه سانتی‌گراد و فشار یک اتمسفر بدست می آید. چنانچه یخ خشک بصورت تکه تکه درسطح خاک قرار داده شود، بدون آنکه ذوب شود، مستقیماً تصعید شده و بصورت گاز در می‌آید تعداد زیادی از منابع عنوان کرده‌اند که استفاده از یخ خشک در مناطق کم ارتفاع و محصور شده عملکرد را بشدت افزایش می دهد.

4- استفاده از بادشکن : وزش بادهای سریع بویژه در مورد نباتات علوفه‌ای که ارتفاع زیادی دارند در بیشتر ساعات شبانه‌روز در چنین مزارعی بادهایی با سرعت S/CM133 می‌وزد فتوسنتز را بشدت کاهش می‌دهد همچنین بادهای گرم وخشک ممکن است موجب افزایش تلفات آب در محصول شده و به آن خسارت وارد نماید. رادک و باروز(1970) بمنظور مطالعه اثر بادشکن‌ها برغلظت Co₂ و عملکرد محصولات زراعی‌، بادشکن‌هایی موقتی و کوچک شامل ردیف‌هاي ذرت یا پرچین‌های برف گیر در فواصل متفاوتی در مزارع سویا ایجاد نمودند. داده های حاصل از 11 آزمایش نشان داد که بوته‌های سویا تحت حفاظت بادشکن‌های ذرت دارای ارتفاع بلندترLAI بزرگتر، وزن خشک بیشتر، و عملکرد دانه بالاتری بودند. برخی محققین معتقدندکه استفاده از بادشکن بمنظور افزایش کارایی مصرف آب در شرایطی که هوا از تلاطم کمتری برخوردار است از جابجایی Co₂ جلوگیری می‌نماید. هاگن واسکیدمر( 1974) ضمن رد این ادعا عنوان نمودند « ازآنجاکه درمسیرتبادل Co₂ مقاومتهای بیشتری نسبت به مسیرتعرق وجود دارد لذا درصد کاهش تعرق بیش از درصدکاهش تبادل Co₂ است. نتیجه نهایی آنکه با کاهش سرعت بادکارایی مصرف آب افزایش می یابد» اما در بادهای نسبتاً قوی، بادشکن‌ها اثر کمتری در افزایش کارایی مصرف آب دارند.

مقايسات	عملكرد
ايزولاينهاي ژنتيكي هيبريد
برگهاي طبيعي	6202
برگهاي عمودي	8769
ايجاد زاويه به صورت مكانيكي و مصنوعي در رقم پايونير 3306
طبيعي ( بدون عمليات)	10683
تمام برگها با زاويه قائم	11386
برگهاي بالاي خوشه با زاويه قائم	12202

جدول (3)

5- کاربردآهک: بزرگترین مخازن کربن‌، جنگلهای پهناور یا اقیانوسها نیستند. بلکه تخته سنگهای آهکی هستند که مقدار زیادی کربن دارند. یکی از عملیات‌های متداول در کشاورزی برای تولید موفقیت آمیز محصولات زراعی کنترل اسیدیته خاک از طریق مصرف مستقیم سنگ آهک درخاک می باشد. البته میزان Co₂ آزاد شده از این راه چندان قابل توجه نیست.

6- اصلاح گیاهان : اخیراً توجه زیادی به این مسأله شده است که با تغییر جهت برگ، شکل گیاه و تکنیکهای کشت ( روش مربعی ) راندمان فتوسنتزی گیاه را با نفوذ بیشتر نور و جذب Co₂ افزایش داد. همچنین می‌توان به اصلاح گیاهان در راستای افزایش سطح برگ و فراوانی روزنه‌های انجام گرفته اشاره کرد.

درهرحال بایدتوجه کردکه درشرایط مزرعه بدلیل حجم زیاد هوا، با دو جریانهای اغتشاشی هوا افزودن Co₂ به محیط غیرمحتمل بنظر می‌رسد ولی در یک کانوپی که فتوسنتز مي‌نماید غلظت گازکربنیک سریعاً کاهش می یابد.

بنابراین هر یک از مدیریتهای فوق می تواند غلظت گازکربنیک را در اطراف تاج متعادل نگاه دارد.

 

روند افزایشی 2CO در اتمسفر و واکنش گیاه نسبت به آن

آنچه که امروزه تحت عنوان اثرگلخانه‌ای دربسیاری ازمحافل مطرح می‌شود چیزی جز افزایش تعدادی ازگازهاکه عمده ترین آن Co₂است نیست. افزایش گازکربنیک تحت تأثیر دو عامل ایجاد می شود:

1- مصرف سوختهای فسیلی (75%)

2- تخریب جنگلها (25% ).

اطلاعات اخیر ما در مورد اجزاء اتمسفر طی دو قرن اخیر در آن ایجاد شده از ارزش زیادی برخوردار است . شواهد موجود از سال 1750 تا حال دال برافزایش غلظت Co₂اتمسفر از PPM 280 به PPM 355غیرقابل انکار است. سرعت افزایش کنونیppm 5/1 در هر سال است و احتمالاً تا پایان قرن 21 به حدود ppm 700 خواهد رسید.

واکنش گیاهان نسبت به این افزایش شناخته نشده ولی آنچه که مسلم است میزان جذب خالص بویژه درگیاهان ₃C افزایش می یابد همانطورکه در طول تاریخ گیاهان شاهد تغییرات عمیق آناتومیکی و مورفولوژیکی بوده اند و از حالت C₃به C₄ و از C₄ به CAMتبدیل شده‌اند انتظار می‌رود که گیاهان نسبت به این تغییرات محیطی خود را سازش بدهند اثر گلخانه‌ای که توأم با گرم شدن دمای زمین است موجب آزاد شدن Co₂ موجود در اقيانوسها كه چند برابر Co₂ موجود در اتمسفر است، مي‌گردد. اين روند افزايشي دي‌اكسيد كربن زماني مي‌تواند براي گياه مفيد واقع شود كه نه‌ تنها از تخريب جنگل‌ها جلوگيري نمود بلكه نسبت به احياء آنها اقدام كرد تا نسبت اكسيژن به گاز كربنيك كاهش نيابد. تخمين زده شده است كه نابودي جنگلها سالانه افزايش 5/1 ميليارد تن Co₂ در اتمسفر را سبب مي‌شود. كه رقم بالايي است. به هر حال بررسي و تحقيق در مورد اثرات اين افزايش و واكنش گياه نسبت به آن براي دانشمندان زمينه گسترده‌اي را فراهم مي‌آورد.

استفاده Co₂ در گياهان اسواريون پهن گياهان طي يك مراحل Co₂ محيط را گرفته برخي موادمعدني گياهان بدون Co₂ قادر متابوليسم و فتوسنتز نيستند حتي گياهان آبزي.

حال اين پرسش پيش مي‌آيد آيا ضروري است كه براي گياهان Co₂ اضافي به داخل آب تزريق كنيم.

كه اين سوال وابسته به ( بود و نبود عواملي مثل ميزان PH و مقدار و نوع گياهان _ مقدار نوع نور _ كودهاي مقوي ) ما ظرفي آبي كه در آن گياهان را نگهداري كرده _ آكواريم ) خود را به يك ظرف بزرگ پر از زغال كه دي اكسيد كربن از آن متصاعد مي‌شود تشبيه مي‌كنيم وقتي كه شما ظرف پر از زغال را تكان بدهيد چه اتفاقي مي افتد ؟

حبابهاي Co₂ به سرعت آزاد مي شوند .

اتفاقي مشابه در آكواريم روي مي دهد ( هر چه بيشتر آب آنرا به حركت در آوريد گردش آب بيشتر و گاز مورذ نظر افت كرده ) مقدار و نوع گياهان هم اثر گذارند چرا كه مقدار بيشتر گياه به مفهوم مصرف بيشتر Co₂است . و در نتيجه ذخيره كاهش و آنها عبور به رقابت با هم شده . ( اگر موارد ذكر شده در حد متعادل باشند نياز به تزريق Co₂ نيست . ولي اگر هدف پرورش گياهان بسيار خوب و قدرتمند و گونه هاي مختلف كه در انتهاي روز ميزان بالايي Co₂ آزاد مي‌كنند است . مي‌توان نسبت به تزريق Co₂ اقدام كرد )

مسئله مهم قبل از هر چيز نبايد گمان رود كه با يك تزريق ساده Co₂ ديگر برگها زرد نمي شوند و حتي نمي ميرند اين فكر كاملا اشتباه است Co₂هرگز مشكلات گياهان خراب و پژمرده را حل نمي كند با تزريق Co₂ فقط مي توان كيفيت را بالا برد . زيرا گياه براي رشد خوب نياز به (Co₂ و مواد معدني ، نور ) دارند وهر سه اين موارد بايد در حد متعادل باشند وگرنه در صورت كم و زياد بودن موارد فوق خود محدود كننده رشد هستند. قبل از تزريق مواد فوق بايد به خوبي رعايت شوند:

1- نور مناسب را فراهم كنيد.

2- برخي روشهاي غني شدن را به كار ببريد

3- DH را بين 2.6 تا 4.7 سقف آب كه تا متوسط و درجه حرارت بين 20 تا 27 درجه

 

ساختن يك دستگاه ترريق CO2

1- بطري پلاستيكي و درب پلاستيكي-شلنگ پلاستيكي نازك –سنگ هوا يك سوراخ داخل درب بطري ايجاد كرده به طوري كه شلنگ با فشار وارد آن شود و كيپ باشد شلنگ را انقدر وارد بطري كنيد كه تا سه سانتي‌متر زير در‌پوش داخل شود .بعد اطراف ان را با چسب اكواريوم بپوشانيد تا كاملا آب بندي و مهرو موم شود و بعد يك روز مي گذاريم تا خشك شود لوله پلاستيكي بايد آنقدر بلند

باشد كه از محل نصب بطري تا زير بستهاي اكواريوم امتداد داشته باشد براي داشتن حبابهاي ظريف يك سنگ هوا به انتهاي لوله پلاستيكي وصل مي نماييم

مواد لازم داخل دستگاه؟

1قاشق چاي خوري مخمر

2 يا 3 فنجان شكر

2/1 قاشق چاي خوري جوش شيرين پخته

5/1 لتير آب ( آب كلر زدايي شده)

همين طور كه مخمر از شكر تغذيه مي كند Co₂ توليد شده از آن بوسيله سنگ هوا به آب منتقل شده در حال حاضر دانشمندان دريافتند گياهاي كه در معرض مقدار زيادي دي اكسيد كربن قرار مي گيرند سنگ به گياهان ديگر داراي رشد بهتري هستند در ابتدا چنين به نظر مي رسد كه اين وضعيت مي تواند باعث بهره‌وري بيشتر در كشاورزي شود اما هنگامي كه دانشمندان گياهان را به دقت بيشتر بررسي كرده متوجه ميشوند كه اين گياهان با كمبود هاي تغذيه اي جدي مواجه اند براي مثال محصولاتي مثل كلم در صورتي كه در محيطي كه داراي دي اكسيد كربن معادل 2 برابر شرايط طبيعي هستند پروش مي يابند ميزان PRO.N موجود در برگهاي آنها 20 درصد كاهش و در طي بررسي هاي بعدي لاردهاي پروانه اي كه برگهاي اين گياهان تغذيه كرده نسبت به حالت معمول در صد بيشتري غذا خورده و علي رغم اين غذاي بيشتري كه مي خوراند باز هم كوچكترند

 

افزايش دي اكسيد كربن :

اثرات محيطي و اقليمي در اثر افزايش دي اكسيد كربن مسأله تازه اي نيست بازگشت به اساس اين فريضه مربوط به قرن گذشته است كه توسط تندال ( 1861 ) بيان شده است . ولي اندازه‌گيري دقيق و حقيقي Co₂موجود در اتمسفر تا سال (1957IGY ) كه اندازه‌گيريهاي سيستماتيك توسط نويسندگان مختلف شروع شد . اطلاعات روزهاي اوليه در تقويم ثبت شد و در شكل (2) نشان داده شده است جائيكه يك افزايش تدريجي توسط زمان نشان داده شده است و بعد از آن نويسندگان اندازه‌گيريهاي مختلفي ا دي اكسيد كربن در زمانها و مكانهاي متفاوت نشان داده اند . كه از آنجا فرض مي كنم كه افزايش Co₂ به ميزان 28/0 در سال و يا ppm 64/. در حجم . ppm320 در شروع سال 1960 بوده است .

شكل (2) – ميزان Co2 در هواي ازاد منطقه آتلانتيك شمالي منحني بدست آمده از اندازه‌گيري سوخت فسيلي حاصل شده است. (Callen der)

بيشترين جذب در South Pole , Mauna Ioa توسط كيلنيك ذكر شده است . كه در شكل (3 ) و (4) نشان داده شده است. اخيراً كيلنيك اطلاعات را اصلاح نموده با توجه به فشار و مخلوط گازها در اندازه گيري Co₂ اگر چه بنا بر جديدترين اطلاعات كه توسط NOAA ذكر شده است اولين سال اندازه گيري ممتد Co₂ اوت 1974در Point-Barrow بوده است در آلاسكا يك افزايش ppm 2 در سال 1973 تا 1974 و مشابه آن در سال 1973-1972 در Mauna-Ioa ديده شده است .

شكل (3) - ميزان Co2 در هواي آزاد Mauna-lea طي سال 1973 (NOAA-U.S.A)

شكل(4) – ميزان Co2 در هواي آزاد South-pole station طي سال 1973

تغييرات فصلي مشهود در شكل (3 ) و (4) مربوط به پديده فتوسنتز گياه است. ولي در حال حاضر هيچگونه توضيح مقداري در ارتباط با اين پديده وجود ندارد . با توجه به افزايش ساليانه توصيه هايي در ارتباط با مكانيسم و پيشگوئي هاي آينده وجود دارد. كه در بين آنها عقايد مكتا و ري ول به وضوح شرح داده شده است و بعضي دست آوردها با توجه به پديده انتقال ذكر شده است . مكانيسم انتقالي كه توسط Machta پيشنهاد شده است بطور شماتيك در شكل (5) ذكر شده است جائيكه استراتوسفر – تروپوسفر و لايه مختلط اقيانوس و عمق اقيانوسي به عنوان ساير منابع Co₂ موقت مورد نظر است ميزان توليد خالص مورد نظر در تمام پديده ها مد نظر بوده است كه در اين رابطه Machta در مورد غلظت Co₂ در آينده در تروپوسفر پيشگوئي نموده است . شكل افزايش منحني شكل نهايي و ميزان غلظت براي سال 2000 در حدود ppm 380 است Revelle نيز ميزان افزايش گلوبال Co₂ را در اتمسفر توضيح داده است. وي با استفاده از مصرف فعلي سوخت فسيلي و تخمين مصرف آينده اينگونه تخمين رده است كه افزايش Co₂تا سال 2000 به ميزان21% Co₂ موجود در اتمسفر در حال حاضر است كه بطور تقريبي ppm 387 در مقايسه با ميزان فعلي ppm 320 است و به عقيده Revelle اين حداقل ميزان است به دلايل ذيل است :

1- برهنه كردن جنگلها كه يكي از بزرگترين منابع است و Co₂ را كاهش مي‌دهد و در آينده ادامه دارد .

2- مصرف Co₂ در عمل فتوسنمتز بيوسفر به درجه اشباع ميرسد در مقايسه با سرعت اكسيداسيون گياه .

3- اگر افزايش Co₂ در آتمسفر باعث افزايش درجه حرارت سطحي آب دريا شود ميزا ن حلاليت Co₂ را كاهش مي‌دهد و يك مكانيسم تغذيه مثبت براي گياه ايجاد مي‌شود.

4- ميزان فشار Co₂ در اعماق اقيانوس بيشتر از آبهاي سطحي است .

شكل (5)- مدل ذخيره سازي CO2 در سه مخزن، ميزان نشاندهنده كسر Co2 در يك مخزن و ترانسفر آن به مخزن مجاور مطابق پيكانها شكل ترانسفر از تروپوسفر و لايه مخلوط از طريق اطلاعات C14 محاسبه شده است. كربن موجود در لايه مختلط و تبديل آن از اين لايه به اعماق اقيانوسها بر اساس فرضيات و پارامترهاي محاسبه شده مشتق شده است.

 

تئوري مدرنCO2 افزاينده :

اگر چه از زمانهاي قديم تصور مي‌شده كه افزايش Co₂ باعث تغييرات آب و هوايي به دليل اثرات گلخانه‌اي است. ولي در مفاهيم اين شك وجود داشت كه منطقه جذب طول موج‌ها با بخار آب تداخل دارد . تا زماني كه پلاس با تئوري خويش پديده تغييرات افزايندهCo₂ را فرموله نمود تئوري پلاس بر اساس محاسبات دقيق تغييرات تشعشعات از طريق زمين به اتمسفر است با استناد به طول موج جذبي Co₂ در 15 ميكرون كه توسط كلود گزارش شده است . محاسبات خط به خط انجام شد. ( با رعايت اسپكتر) و ارتفاعm 75-1 متر سطح زمين . به عقيده پلاس درجه حرارت سطح زمين افزايشي در حدود 6/3 درجه سانتيگراد خواهد داشت در صورتي كه غلظت Co₂ اتمسفر دو برابر شود و 8/3 درجه سانتيگراد كاهش مي يابد در صورتي كه غلظت Co₂ به نصف كاهش يابد . بنابراين توازن گرمايي در سطح زمين حاصل مي شود . پلاس نشان داده است كه بخار آب در طبقات پايين تروپوسفر متراكم مي شود در مقابل با Co₂ كه بطور يكنواخت تا ارتفاع 70 كيلو متر مخلوط است. و جذب هر دو در يك طول موج اتفاقي انجام مي‌شود. بنابراين اثر پوششي آب چندان مؤثر نيست. چنانكه توسط ساير نويسندگان نيز ذكر شده است. اعداد 6/3 درجه سانتيگراد و 8/3 كه در بالا ذكر شده است به ميزان 5/2 درجه سانتيگراد و 7/2 درجه سانتيگراد در شرايط هواي ابري بحساب مي‌آيد. براين اساس پلاس با در نظر گرفتن پديده ژئولوژيكي و تغييرات عصر يخبندان و عصر بين يخ‌بندان در فواصل چندين دهه يا چندين هزار سال. معتقد اسن فشار نسبي Co₂ بين اتمسفر و اقيانوس طي 50000 سال به توازن مي‌رسد در حاليكه زمان واژگوني اقيانوسها حدود 10000 سال است وي چنين نتيجه گيري مي‌كند كه تعادل كمك CaCo3 جامد و فشار Co₂ در اقيانوس به زمان طولاني‌تري نياز دارد تا تعادل مي‌رسد، بنابراين بهتراست از توازن Co₂ بحثي نشود چون در آنصورت سرعت عمل بيشتري خواهدداشت بعلاوه يخ مي‌تواند مقادير بسيار كمي از Co₂را دارا باشد. در مقايسه با حجم آب دريا كه با افزايش توده يخ پيش مي‌آيد كه ميزان Co₂ محلول در آب اقيانوس را محدود مي‌نمايد. بنابر اين مسأله تغييرات دراز مدت آب و هوا كه در تئوري پلاس بوسيله اثرات تشعشعي كنترل مي‌شود در رابطه با ميزان Co₂ اتمسفر كنترل مي‌شود كه با آب اقيانوس در حال توازن است و نيز با CaCo3 جامد ته اقيانوس اين سيستم بطور شماتيك در شكل (6) نمايش داده شده. پلاس متذكر مي‌شود كه در حال حاضر Co₂ در A و B و D شكل (6) تقريباً ثابت است.

شكل(6) – نماي شماتيك توزيع Co2 در دوران يخبندان و بين يخبندان

يخ = E ته نشست = D خشكي = C ايانوس = B اتمسفر = A

 

اثرات گلوبال انرژي خورشيدي :

انرژي خورشيدي و سيستم آب و هوايي كره زمين و اثرات گلوبال آلاينده ها :

زمين شاهد تكامل تدريجي موجودات زنده است ، اين مساله حاكي از آن است كه درجه حرارت سطح زمين در يك محدوده 0-40^0cطي چهار ميليون سال حفاظت شده است (بوكيدو و ديگران ، 1985 ) . بنابراين محيط گلوبال به‌عنوان يك پديده اي است كه تصادفاً در اثر انطباق دو پديده ذيل بوجود آمده است :

1- تكامل تدريجي خورشيد و افزايش مداوم تشعشعات آن

2- كاهش تخليه گاز در پوشش فوقاني زمين

دكربونيزاسيون‌ دي‌اكسيدكربن آتمسفر از طريق جذب قابل توجه دي اكسيد كربن در اقيانوسهاي انجام پذيرفته است كه در كاهش اثرات گلخانه اي موثر بوده است . و نيز كاهش درجه حرارتي در اثر كاهش اثرات گلخانه اي است كه در اثر افزايش تشعشعات خورشيد به ميزان7^0c طي يك ميليون سال جبران مي شود .

 

شكل (7)- مكانيسم فيزيكي كه طي آن آب و هواي محيط در يك محدوده مؤثر براي زندگي حفاظت شده است.

 

انرژي خورشيدي و تكنولوژي مدرن :

توسعه تمدن بشري مي تواند با مصرف روزانه انرژي در جامعه ارزيابي شود . مصرف انرژي روزانه از 2000 كيلوكالري تا 230000 كيلوكالري در جامعه متمدن امروزي متغير است مصرف عمده انرژي در صنعت ، تجارت ، مصارف خانگي و حمل و نقل است . گرچه در فرم اوليه تمدن ، انرژي خورشيدي كه توسط گياهان جذب شده انرژي مورد نياز بشر را براي زنده ماندن و بقاي بشر تامين نموده است . قسمت اعظم انرژي مصرفي در تكنولوژي امروز به شكل انرژي فسيلي است كه همان انرژي خورشيدي در ژنولوژي و طي زمان است . و به اين دليل است كه بشر توانسته است كاربرد انرژي فسيلي را در ارتباطهاي مختلف تكنولوژي پيدا كند . شكل (8‌) نشان دهنده تغييرات جمعيت ثابت ده ميليوني وجود داشته است كه از اين ميزان افزايش نيافته و رقمي برابر با جمعيت فعلي شهر توكيو است . در طي اين زمان افزايشي نسبي جمعيت بسيار ضعيف و رقمي برابر با 001/0% بوده است كه به دليل از بين رفتن بشر در اثر امراض و گرسنگي و ساير مسائل محيطي بوده است . در قرن هجدهم بشر شروع به استفاده از انرژي فسيلي و استفاده از غذا و پوشاك و خانه نموده افزايش جمعيت به سرعت طي صدساله اخير به دليل استفاده از انرژي فسيلي براي توليد مواد غذايي و نيز توسعه بهداشت انجام پذيرفت به طوري كه جمعيت در سال 1987 به پنج ميليون مي رسد .

شكل (8)- ارتباط افزايش جمعيت و افزايش انتشار Co2 اتمسفر ( Uchijima – 1989) فسيلي براي توليد مواد غذايي و نيز توسعه بهداشت انجام پذيرفت بطوري كه جمعيت در سال 1987 به پنج ميليون مي‌رسد.

الف : انرژي خورشيدي و بيوسفر :

اگرچه محيط كره زمين تحت تاثير جدي اتفاقات نظير افتادن سياره هاي كوچك ، تخريب و وقوع آتشفشانهاي بزرگ است . ولي اين اتفاقات به ميزاني است كه امكان حيات موجودات زنده در قسمت اعظم كره زمين فراهم گردد . عملكرد بيوسفر در ارتباط با حيات موجودات ، حاصل وجود انرژي خورشيدي در سطح زمين است . همچنانكه انرژي خورشيدي در درجه اول جذب گياهان شده و عمل فتوسنتز انجام مي دهد . و اين انرژي در زنجيره غذايي مورد استفاده ساير موجودات زنده قرار مي گيرد . و زنجيره هاي غذايي در بيوسفر به شكل تارهاي عنكبوت هستند . كه به نظر مي رسد اين تارهاي عنكبوت نقش مهمي در برقراري بيوسفر كره زمين دارد .

ب : انرژي خورشيدي و توليد خالص اوليه :

جريان انرژي خورشيدي در بيوسفر كره زمين با روش توليد خالص -R‌NPP = GPP ارزيابي مي شود كه در رابطه (3 ) آمده است .

رابطه (3 ) -R‌NPP = GPP

كه در آن GPPتوليد گياه اوليه و Rميزان مواد از دست رفته در اثر تنفس است . اين ارزيابي طي سالهاي 1975-1946 در نقاط مختلف جهان از جنگل ها و در ارتباط با آب و هواي نقاط مختلف كره زمين انجام پذيرفته است .

 

كه در رابطه (4 ) تعريف شده است .

شكل(9) توزيع NPP ( مواد خشك / هكتار در سال) براي گياهان طبيعي از رابطه E محاسبه شده است. Uchijima, Scmo 1987

 

رابطه (4 ‌) NPP=0.29 [exp (-0.216RDI²) ] R_n

كه در آن RDI (=R_n/L.r )نسبت شاخص نسبي تشعشعات به مواد خشك و R_nميزان تشعشعات خالص ساليانه است برحسب كيلوكالري بر سانتيمتر مربع و ميزان بارندگي ساليانه برحسب سانتي متر و L ميزان گرماي نهان تبخير است . شاخص نسبي تشعشعات و مواد خشك ميزان دسترسي گياهان را به آب نشان مي دهد .

كل ‌ حمل و نقل ‌ تجاري و مسكوني‌ صنعت و كشاورزي ‌ تغذيه

2 - - - 2 انسان اوليه 5 - 2 - 3 انسان شكارچي 13 1 4 4 4 كشاورزي اوليه 24 1 12 7 5/3 كشاورزي پيشرفته 74 14 32 24 5/3 صنعتي 224 63 66 91 5/3 تكنولوژي

جدول (1-1(4) - مصرف روزانه انرژي Kcal / Captlal 1000 U.N. 1978

بنابراين ميزان كل جريان انرژي در بيوسفر كره زمين و راندمان انرژي ارزيابي شده به ترتيب به ميزان 10¹⁴ * 6900 كيلوكالري در سال و 11/0% درصد است .

نتايج نشان مي دهد كه انرژي حياتي كه در حال حاضر محافظ كره زمين است به طور قابل ملاحظه اي كم است مضافاً به اينكه اين انرژي بيوتيك در معرض خطر جدي در اثر از بين رفتن جنگلهاي مناطق گرم مرطوب است .

جدول(5) 2-2 جريان دي اكسيد كربن ( 1979 – Hall )

 

دي اكسيد كربن :

يك ارتباط مهم در سيكل سوخت فسيلي و توليد بيوماس ، توليد و مصرف دي اكسيد كربن است . دي اكسيد كربن مهمترين محصول سوخت علاوه بر توليد گرماست . در اكسيد كربن از طريق مختلف به آتمسفر آزاد مي شود . كه شامل تنفس حيوانات و انسان و توليد دي اكسيدكربن توسط گياهان و يا سوزاندن مواد طبيعي و مصنوعي است . توجه زيادي به اثرات افزايش دي اكسيدكربن اتمسفر شده است كه مي تواند در اثر سوخت و يا كاهش پوشش هاي گياهي يا استفاده از سوخت فسيلي باشد در نتيجه افزايش مصرف سوخت فسيلي افزايش دي اكسيد كربن و اثرات آن روي درجه حرارت و آب و هواي اقليم جهاني قابل ملاحظه است .

قسمتي از دي اكسيد كربن در عمل فتوسنتز توسط گياهان به مصرف مي رسد و نيز توسط اقيانوس و خاك جذب مي شود . اگرچه ميزان قابل توجهي دي اكسيدكربن به اتمسفر افزوده مي شود بطوريكه ميزان دي اكسيدكربن گزارش شده در نيمه دوم قرن نوزدهم به ميزان هم كوچك و هم بزرگ ppm290 تا ميزان ppm330 در سال 1960 افزايش يافته است . محققيقن معتقدند كه پراكندگي دي اكسيد كربن در تمام جهان بطور يكسان است و غلظت مشابهي دارد ، بعنوان مثال غلظت دي اكسيدكربن در تمام جهان بطور يكسان است و غلظت مشابهي دارد . بعنوان مثال غلظت دي اكسيد كربن در قطب جنوب در سال 1960 به ميزان ppm314 گزارش شده است . در صورتي كه ساير فاكتورها ثابت باشد افزايش دي اكسيدكربن اتمسفر اخطار كننده است و نشانگر امواج نوري با طول موج كوتاه است كه از اتمسفر عبور كرده و بعد از ان به انرژي با طول موج بلندتر تبديل مي شود بنابراين انرژي بيشتري در اطراف زمين محبوس مي شود كه باعث ايجاد پديده گلخانه اي مي شود اتمسفر اطراف زمين باعث عبور انرژي خورشيدي ( به ميزان 50% و نيز به ميزان 20 % از انرژي انعكاسي زمين جذب مي شود ) ميزان دي اكسيد كربن موجود در اتمسفر مانع بزرگي در عبور اين اشعه است . پس با افزايش مصرف سوخت فسيلي و ساير مواد افزايش اين ذرات اتمسفر غيرقابل اجتناب است . در شرايطي كه حركت و كشت و كار در سطح زمين باعث افزايش اين ميزان مي شود . وجود اين ذرات بخصوص در طبقه استراتوسفر مانع عبور تشعشعات گرمايي شده و در نتيجه گرما از اتمسفر عبور نمي كند . گرچه ذرات در بيرون از اتمسفر زمين ته نشين مي شوند و ذراتي كه به سطح زمين نزديك هستند باعث افزايش حرارت مي شوند بنابراين افزايش سوخت مصرفي باعث افزايش درجه حرارت محيط مي شود . يك تخمين كلي نشان مي دهد كه افزايش دي اكسيدكربن به ميزان ppm30 در شرايط رطوبت نسبي ثابت كه ميزان 10% دي اكسيدكربن موجود است باعث افزايش حرارت اتمسفر زمين به ميزان ^0c2/0 مي شود واگر دو برابر شود اين افزايش درجه حرارت تا ^c2/0 قابل ملاحظه است .

و بالعكس در شرايطي كه دي اكسيدكربن اتمسفر افزايش يابد افزايش درجه حرارت اتمسفر و نيز درجه حرارت آب اقيانوس قابل ملاحظه است كه باعث آزاد شدن دي اكسيدكربن از سطح اقيانوس شده و دي اكسيدكربن اتمسفر افزايش مي يابد .