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南京土壤所在大气CO2浓度升高对蔬菜矿质养分含量影响研究中获进展

放大字体  缩小字体 时间:2021-05-19 08:56 来源:中国科学院 原文:
核心提示:科研人员对CO2施肥下的蔬菜品质综述分析发现,CO2施肥使蔬菜蛋白质含量下降9.5%,硝酸盐含量下降18.0%,镁、铁、锌含量分别下降9.2%、16.0%和9.4%(Frontiers in Plant Science, 2018, 9: 924)。
  CO2是植物进行光合作用的底物,设施蔬菜生产中可以通过CO2气肥的施用提高光合效率,进而提高蔬菜产量、影响蔬菜品质。在前期研究中,中国科学院南京土壤研究所研究员段增强团队通过分析发现,CO2施肥可使蔬菜产量增加34%,高于其对粮食作物增产的效果(小麦:24~33%、水稻:13~23%、大豆:24~27%)。其原因是设施生产中CO2施肥浓度一般高于粮食作物FACE试验的CO2浓度,设施内生长环境优于大田环境,且蔬菜生长周期较大田作物更短,CO2施肥对短期增产效果更好(Journal of Cleaner Production, 2020, 253: 119920)。此外,科研人员对CO2施肥下的蔬菜品质综述分析发现,CO2施肥使蔬菜蛋白质含量下降9.5%,硝酸盐含量下降18.0%,镁、铁、锌含量分别下降9.2%、16.0%和9.4%(Frontiers in Plant Science, 2018, 9: 924)。
 
  大气CO2浓度升高时,植株体内的矿质元素浓度变化被广泛提及的主要有三种机制:一是非结构性的碳水化合物累积带来的“稀释效应”;二是蒸腾减弱使得进入植株体内并向上运输的矿质养分减少;三是生理过程改变使植物对矿质养分的需求变化,而各种矿质元素主要受哪种机制影响尚不清楚。为此,科研人员通过对黄瓜各部位矿质元素浓度与CO2浓度和蒸腾速率之间的相关性分析发现,稀释效应是高CO2浓度下氮、磷、钾、钙、镁在黄瓜植株内浓度降低的主要因素,蒸腾作用的减弱同时也是氮、钾、钙、镁浓度降低的主要因素,氮、钙、镁浓度的变化还受植株需求变化的影响(Agronomy, 2020, 10, 139.)。
 
  此外,多数针对CO2浓度升高下植株矿质养分含量变化的研究在封闭的水培条件下进行,所用营养液是根据在常规CO2浓度下植物对各矿质元素和水分的吸收比例得到的配方。在CO2浓度升高条件下,植物对各矿质元素和水分的吸收比例将发生变化,且营养液更换间隔普遍在2-7天,期间营养液中矿质元素浓度是否大幅波动、是否会引起植株体内矿质养分变化尚无研究。对此,科研人员通过分析不同CO2浓度和氮水平处理下黄瓜生长4-7天后更换的营养液剩余体积和氮、磷、钾浓度发现,在低氮供给时,高CO2浓度使营养液中氮浓度进一步降低,加剧了高CO2浓度导致的植株氮浓度的降低;在高氮供给时,高CO2浓度会使营养液中钾浓度迅速降低,加剧了高CO2浓度导致的植株钾浓度降低。这些情况可能导致高估CO2浓度升高本身对植株氮、钾浓度降低的作用,并提示亟需开发匹配CO2浓度升高后植物生长所需营养液配方和矿质养分管理策略(Plant and Soil, 2021)。
 
  研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项和中科院南京土壤所“一三五”及领域前沿项目的支持。
  不同CO2浓度和氮水平条件下黄瓜氮、磷、钾与水分消耗量的相关性分析
 
日期:2021-05-19
 
 地区: 南京市 江苏
 行业: 食品检测 果蔬
 标签: 硝酸盐 蔬菜 蛋白质
 科普: 硝酸盐 蔬菜 蛋白质
 
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