日益升高的大气CO₂浓度可能会使作物生长更好，但对于在自然生态系统中植物将如何反应，专家们莫衷一是。

北卡罗来纳州的杜克（Duke）森林是个迷人的地方，这里是美国枫香、火炬松和林木的故乡，它们在这里繁茂地生长着。但每一个参观过其中实验区域的人，几年后将发现这里的森林比以前更茂盛，树木将长得更高，林冠变得更稠密。实现这一设想的秘密武器——CO₂，还正大量地泵入到一块圆形的林地。

杜克这一迷人的圆形地区被视为一扇透视未来的窗户，这是其中一个正努力预测日益上升的CO₂对植物界影响的实验基地。虽然对于CO₂和其它温室气体是否将最终导致全球升温，人们仍在争论。但无人否认大气CO₂浓度正日益上升。它的浓度已从1870年的大约270 ppm上升到今天的360 ppm。而且CO₂远不仅仅是一种温室气体——它同时也是植物界所需的一种基本营养，是一种为植物提供碳元素的“气态肥料”，植物利用它来制造糖、碳水化合物及其它生存所必需的物质。

在农业领域，实验显示高浓度CO₂可能带来益处，促使很多作物生长加快、产量提高。在自然生态系统中，人们对它的影响的了解要肤浅得多。虽然杜克课题的主持人之一，威廉 · 施莱辛格（William Schlesinger）希望杜克森林的树木会生长更好，他及他的同事们，对于森林中其他错综复杂的问题，从土壤微生物到毒漆将作出如何的反应，仍心中无底。要找到其中的答案，需要精细复杂并极耗时的大量室内外试验—就像将气体输入到一小块林地。施莱辛格称：“我们对于CO₂如何影响植物有所了解，但关于它们如何影响生态系统，我们才刚刚入门。”

实验结果远远超出了植物学的范畴。如果高浓度CO₂促进植物生长，植物将从大气中吸收更多CO₂，从而缓冲大气的变化。在今日所作的碳总量预算中，大约有10亿吨大气碳是未及估算的，有证据显示，北半球增长的森林已吸收了部分这些碳元素。

同样，CO₂具有对植物极深刻的影响。在高浓度下，即使不伴有气候的变化，也会给生态系统的组成带来剧变。正如密歇根大学的生态学家詹姆斯 · 提力（James Teen）所谓：“事实上，陆地生态系统的结构和功能的每一个方面——从植物花期到微生物活动到物种多样性——都存在改变的可能

生态系统组成可能改变的原因之一是并非所有种类的植物对高浓度CO₂的反应是一样的。现代植物在光合作用同化碳过程中采用了两条不同的途径。其中一条称为C₃途径（其光合作用的第一步产物为三碳化合物），它只利用了已吸收碳的二分之一；另一条为C₄途径（其光合作用第一步产物为四碳化合物），它充分利用了已吸收的碳。

对农业来说，C₃植物这一总体上对CO₂的较强反应是个好消息。很多主要的作物，包括小麦和水稻，均属于C₃，它们被期望在高CO₂浓度空气下获得高产。同时，它们可能会变得可以战胜属于C₄的杂草。总的来说，很多农业专家认为CO₂浓度的上升会产生有利的影响。舍伍德 · 依得索（Sherwood Idso）说：“几乎所有实验结果表明，当空气中CO₂增加时，植物生长得更好。”据他估计，作物产量可以增长10%到50%不等，甚至更多。

在过去7年里，依得索及其同事们一直在研究将环境CO₂量加倍对培养在顶部开放的田间小室内，供以足够水分和肥分的酸橙树生长的影响。他们的实验是同类实验中进行得最长久的一个。在开始几年里，生长在高浓度CO₂下的树木比对照长得高。目前，这两组树木的高度趋于一致，但高浓度CO₂下生长的植株更繁茂——且据依得索称，其果实产量一直是对照的2倍。

另一个在亚利桑拿州中部进行的试验，由依得索的USDA同事布鲁斯 · 金伯（Bruce Kimball）主持，直接将CO₂泵入到开放的农田。这一技术被称为开放大气碳增加法，或简称为FACE，被很多人认为是产生高CO₂状况的最真实途径。在布鲁克黑文国家实验室乔治 · 亨得利（George Hendrey）的设计下，FACE使CO₂的研究变得十分庞大，每次试验耗资逾百万美元，并同时包含了各种研究小组，但亨得利及其他人认为，这是调查植物田间反应的唯一可信方法。

几年前的FACE研究显示了棉花产量的剧增——高达50%；最近未及发表的研究结果，表明小麦产量也有所增加，虽然表现得不剧烈，但也达到了10%。金伯称：“总体来说，这对农业是个极大的好消息。”据专家估计，过去一个世纪中，作物产量增长的10%起因于CO₂浓度的增加，而并非起源于作物新品种或化肥或杀虫剂的应用。

但正如每一事物一样，有其利则必有其弊。要想获得利用CO₂的全部益处，农户们将不得不使用更多的化肥，以保证作物不会因缺乏其它养料而被限制了生长。斯特莱恩指出，发展中国家，因无力提供更多的化肥，将无法享受所有的收益，他认为“所有农业技术中存在的问题都将扩大”。

高浓度CO₂的空气同时将无可避免地激起农业上目前仍无法预料的变化，涉及到昆虫、杂草和畜牧等。比如说，一些重要的C₄作物，像玉米和甘蔗，其与C₃杂草抗争的能力将减弱。另外，因生长在高浓度CO₂下的植物通常单位叶面积的氮含量较小，饲用作物对牲畜的蛋白供应将减少。比如，肯萨斯州立大学的克林顿 · 欧文斯伯（Clenton Owensby）及其同事的实验表明，在高CO₂浓度围栏内放牧的羊群其摄取的叶子比对照组所吃的质量要差。但总体来说，多数研究者同意设在阿拉巴马州的USDA土壤动力学实验室的雨果 · 罗杰斯（Hugo Rogers）的观点，他对于高浓度CO₂感到“慎重的乐观，至少对于C₃植物来说。”

就生态系统而言，虽然研究人员仍无法预料CO₂升高而导致的详细后果，但他们肯定地预告将会有变化发生。提力说，即使全球不变暖，如果50年后你到密歇根北部森林走一走，你将很有可能发现一个已改变了的世界。你将发现一些与当前不同的植物与其他物种生长在一起。在高CO₂浓度下，更稠密的森林冠层将使耐阴植物受惠。因为各种昆虫的衰落、繁盛或从一种植物转换到另一种植物，主要的病原亦将发生改变。对某些植物，高浓度CO₂可能促使开花提前，从而使它们与传媒昆虫间的关系破裂。研究人员目前正利用杜克等模拟的21世纪空气，探究着这些变化。

目前，大家一致的观点认为高CO₂含量的空气对农业来说将带来好处，至少对于发达国家来说肯定如此。但很多生态学家相信，至今为止，要判断由大气变化所造成的生物_性改变是喜是忧，仍为时过早。另有一件事看来是肯定的；不管CO₂浓度的升高是否导致全球升温，它必将改变绿色植物的生长，因此是一种造成全球变化的潜在力量。

[Science，1995年5月5日]