自由大気濃度増加

自由大気二酸化炭素濃度上昇法（FACE ）は_、生態学者や植物生物学者が用いる手法で、特定の区域の二酸化炭素濃度を上昇させ、植物の成長に対する反応を測定するものです。二酸化炭素濃度上昇の影響を調べた研究のほとんどは実験室で行われており、植物間の競争など多くの要因が考慮されていないため、FACEを用いた実験が必要となります。FACEを用いて二酸化炭素濃度上昇の影響を測定することは、_大気中の二酸化炭素濃度_の上昇に伴い、将来的に植物の成長がどのように変化するかを推定する、より自然な方法です。また、FACEを用いることで、狭い空間では生育できない植物（例えば樹木）に対する二酸化炭素濃度上昇の影響を測定することも可能になります_。ただし、FACE実験は温室実験に比べてコストがかなり高くなります。

実験区画の周囲に、直径1mから30mの円形に水平または垂直のパイプが設置され、これらのパイプから二酸化炭素を豊富に含ん_だ空気_{が植物の周囲に放出される。}二酸化炭素濃度は、区画内に設置されたセンサーによって所望のレベルに維持される。センサーからのフィードバックは_{コンピューターに}送信され、コンピューターはパイプからの二酸化炭素の流量を調整する。

FACEサークルは、米国の温帯林の一部やイタリアのポプラ林で使用されています。この方法は農業研究にも利用されています。たとえば、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の研究施設では、FACEサークルを使用して、オゾンと二酸化炭素の増加に対するダイズ植物の反応を測定しています。^{[ 1 ]} FACE技術は、原生林や、熱帯林や北方林などの炭素隔離の重要な生物群系ではまだ実装されておらず、これらの地域の将来の研究の優先事項を特定することが緊急の課題と考えられています。^{[ 2 ]}

この方法が世界的に使用されている例としては、オーストラリアのタスマニアにある在来の草原に対する高濃度の CO ₂の影響を調査している TasFACE があります。国立小麦 FACE アレイは現在、ビクトリア州第一次産業省とメルボルン大学の共同プロジェクトとして、オーストラリアのビクトリア州ホーシャムに設置されています。^{[ 3 ]} EucFACE はオーストラリア唯一の森林 FACE 実験であり、 2012 年にニューサウスウェールズ州リッチモンド近郊のユーカリ tereticornisが優占するカンバーランド平原の森林に西シドニー大学によって設置されました。^{[ 4 ]}

FACE実験は1994年6月にデューク大学で開始されました_。デューク森林のブラックウッド地区には、森林大気炭素移動貯蔵施設があります。この施設は、大気中のCO2濃度を高める4つの自由大気CO2濃縮区画と、周囲のCO2_を制御する4つの区画で構成_されています。^{[ 5 ]}この実験の結果を報告する出版物は253件あります。 ^{[ 6 ]}

2004年に行われた15年間のFACE研究のメタ分析では、FACEを用いた高CO2_濃度への反応は作物の収量をわずかに増加させるだけであることがわかった（米で5～7%、小麦で8% ）。これらの反応は、実験室や囲いの中で効果を測定した以前の研究から予想されていたよりも低かった。これは、気候変動による収量の減少が高CO2_濃度による収量の増加によって相殺されると想定されていた以前の食料生産予測にとって重要な意味を持つ。^{[ 7 ]}

2010年現在、植物種、水の利用可能性、オゾン濃度によって反応に大きな違いが見られるなど、より完全な状況が明らかになりつつあります。^{[ 8 ]}例えば、オーストラリアのビクトリア州で行われた2007年から2010年のホーシャムFACEプロジェクト（小麦作物を使用）では、「eCO2の影響により、成熟時の作物バイオマスが20%増加し、開花期の根のバイオマスが49%増加した」ことが分かりました。^{[ 9 ]}この研究はまた、「特定の栽培品種がeCO2により強く反応できるかどうかを確認するために、幅広い遺伝子プールを調査する必要がある」と結論付けています。大気中の二酸化炭素の増加は、植物の水利用を減らし、結果として窒素の吸収を減らすことが分かっており、乾燥地域では特に作物の収量に恩恵をもたらします。^{[ 10 ]}作物の炭水化物含有量は光合成によって増加しますが、タンパク質含有量は窒素の吸収が少ないために減少します。マメ科植物とその共生する「窒素固定」細菌は、他のほとんどの種よりも二酸化炭素濃度の上昇からより大きな恩恵を受けるようだ。