气候变化对蔬菜质量的影响及其机制

2024-04-01张鑫明华淑惠邓思盟

种子科技 2024年3期

关键词：抗坏血酸硝酸盐水分

张鑫明，华淑惠，邓思盟，孙乐

（1.镇赉县气象局，吉林白城 137300；2.东辽县气象局，吉林辽源 136600；3.洮南市气象局，吉林白城 137100）

气候变化是当今全球面临的最严重挑战之一，对生态系统和人类社会造成了广泛而深远的影响。蔬菜作为人类日常饮食中不可或缺的重要组成部分，其质量对人体健康至关重要。然而，随着全球气候变化加剧，蔬菜质量也面临着前所未有的挑战[1]。

1 CO2体积分数对蔬菜质量的影响

1.1 CO2体积分数升高对蔬菜质量的影响

全球气候变化是当前面临的重大挑战，其中一个主要表现是大气中CO2体积分数持续上升。CO2是植物进行光合作用的必需气体，其体积分数升高通常被认为对植物生长有益。然而，随着CO2体积分数不断上升，对蔬菜生产带来了一系列复杂且深远的影响。

1)CO2体积分数升高能够促进蔬菜植物的光合作用，促进光合产物的合成，从而加快植物生长速度，促进蔬菜产量增加。有研究表明，高体积分数CO2环境下的番茄和黄瓜生长更加旺盛，叶菜类蔬菜也可获得更高的产量。然而，虽然蔬菜的产量增加，但是其营养物质可能会受到影响。

2)高体积分数CO2环境下，蔬菜中的营养物质可能会出现变化。一些研究发现，在CO2体积分数升高的情况下，一些蔬菜中的维生素C、维生素B 和矿物质质量浓度可能会减少。因此，虽然CO2体积分数升高有助于增加蔬菜产量，但同时要注意其可能对蔬菜营养价值产生影响[2]。

3)CO2体积分数提高可能改变蔬菜植物对水分的利用方式。高体积分数CO2环境下，蔬菜通常能够更有效地利用水分，降低了对水资源的需求。然而，高体积分数CO2与温度相互作用，可能导致蔬菜面临更大的蒸腾压力，增加水分蒸发量，从而影响蔬菜的水分利用效率。特别是在气候温度升高时段和干旱的地区，CO2体积分数对蔬菜质量有一定影响。

4)CO2体积分数升高还可能对蔬菜的味道和风味产生影响。有研究表明，高体积分数CO2环境下的蔬菜可能积累更多糖分，从而增加其甜味。然而，这可能导致其他风味特征降低，影响蔬菜的整体口味。

5)高体积分数CO2环境下蔬菜可能会积累更多抗氧化物质，从而增强其抗氧化能力，提高其抵抗环境胁迫和病害的能力。然而，CO2体积分数升高也可能增加蔬菜受病原体侵染的风险，导致蔬菜的产量和质量下降。

1.2 CO2体积分数升高对蔬菜质量的影响机制

1.2.1 糖类和硝酸盐

随着全球气候变化，大气中CO2体积分数不断升高，蔬菜生产也面临着新的挑战。CO2体积分数的升高对蔬菜生长和质量产生复杂的影响，其中，对糖类和硝酸盐等成分的影响较大。

1)对糖类的影响。CO2体积分数升高对蔬菜的光合作用影响显著，促进了光合产物的合成。在高体积分数CO2环境下，蔬菜通常表现出较高的光合速率，导致更多光合产物（如葡萄糖和果糖）被合成，蔬菜在高体积分数CO2条件下可能会积累更多可溶性糖类，增加其甜味。然而，高体积分数CO2环境下蔬菜糖类积累并非在所有蔬菜品种中都表现一致。研究表明，某些蔬菜品种可能对CO2体积分数提高不敏感，或者其生长过程中受到其他因素的制约，从而导致糖类积累变化并不明显。

2)对硝酸盐的影响。CO2体积分数提高还可能影响蔬菜中硝酸盐的积累。硝酸盐是蔬菜中的一种重要营养成分，但高硝酸盐可能对人体健康产生负面影响，尤其是在摄入蔬菜过多的情况下。在高体积分数CO2环境下，蔬菜的硝酸盐可能会增加。这是因为CO2体积分数升高会促进光合作用的进行，从而提高植物生长速率，但蔬菜在硝酸盐代谢方面的调节可能无法与生长速率同步，导致硝酸盐在植物体内积累。特别是在蔬菜的地上部分，如叶片和果实中硝酸盐质量分数可能更高，而在根部较少积累。为了降低蔬菜中硝酸盐质量分数，可以通过一些农艺措施来加以调节，例如优化氮肥用量、选择合适蔬菜品种以及采用科学合理的灌溉方式。这些措施有助于减少硝酸盐的吸收和积累，从而提高蔬菜质量。

1.2.2 抗坏血酸

抗坏血酸即维生素C，是蔬菜中的一种重要水溶性维生素，对人体健康具有重要作用，如提高免疫力、抗氧化和促进胶原蛋白合成等。然而，随着CO2体积分数升高，蔬菜中抗坏血酸质量分数可能会发生变化，对蔬菜的营养价值和质量产生影响。研究显示，在高CO2体积分数环境下，部分蔬菜的抗坏血酸质量分数可能会下降，这主要与CO2体积分数升高对蔬菜植物的生理代谢过程有关。高体积分数CO2会促进植物光合作用的进行，加速碳的固定和生长，导致植物在养分吸收和代谢方面发生变化。而抗坏血酸的合成受到了多种生化途径的调控，其中一个关键的酶是L-侧链脱氢酶，负责将L-脯氨酸转化为抗坏血酸。高体积分数CO2可能抑制L-侧链脱氢酶的活性，从而降低蔬菜中抗坏血酸的合成速率。此外，高体积分数CO2还可能影响蔬菜的果实颜色和成熟过程，进而影响抗坏血酸质量分数。例如，番茄和辣椒在成熟时会逐渐从绿色变为红色，而这一过程中抗坏血酸质量分数通常会降低。高体积分数CO2环境可能影响果实的成熟速度和颜色转变，从而影响抗坏血酸的积累。

需要指出的是，并非所有蔬菜都会在高体积分数CO2环境下出现抗坏血酸质量分数下降的情况。不同蔬菜品种对CO2体积分数的响应存在差异，有些蔬菜可能对高体积分数CO2环境不敏感，其抗坏血酸质量分数可能保持稳定或者上升。为了减轻CO2体积分数升高对蔬菜中抗坏血酸质量分数的影响，可以考虑采取一系列措施。例如，优化CO2体积分数和光照条件，适时采摘和储存蔬菜以避免抗坏血酸流失，以及选择对高体积分数CO2环境适应性较强的蔬菜品种等。

2 温度对蔬菜质量的影响

2.1 温度升高对蔬菜质量的影响

随着全球气候变化的加剧，气温普遍上升已成为不争的事实。温度作为重要的生态因子之一，直接影响着蔬菜的生长发育和质量。温度升高对蔬菜质量的影响机制复杂多样，主要涉及蔬菜生理代谢、营养物质合成、抗氧化能力等方面[3]。

2.1.1 营养物质质量分数和质量

温度升高对蔬菜的生长速率和代谢过程产生直接影响，可能导致一些营养物质量的变化。研究发现，在高温环境下，一些蔬菜中的维生素C、维生素B、叶绿素等质量分数下降，而硝酸盐质量分数升高。这可能造成蔬菜的营养价值降低，需要引起足够的重视。

2.1.2 水分调节

高温环境下，蔬菜植物的水分蒸发速率加快，导致蔬菜更容易出现失水现象。这可能导致蔬菜组织细胞脱水，导致蔬菜的嫩度降低和口感变差。高温条件下蔬菜的水分吸收能力可能下降，导致蔬菜对水分的利用效率降低，增加了灌溉需求和水资源消耗。

2.2 温度升高对蔬菜质量的影响的机制

气候变化导致温度升高，对蔬菜质量产生了深远影响。温度是影响植物生长发育和代谢的关键环境因子，温度升高会影响植物的生理代谢和营养物质合成。

2.2.1 生长速率和生理代谢调节

温度升高加快了蔬菜的生长速率，导致蔬菜生长周期缩短。快速生长使蔬菜进入果实成熟期，但在此过程中可能出现营养物质积累不足的现象。蔬菜的生长速度超过了营养物质的供应能力，导致蔬菜质量下降，味道变淡，口感变差。同时，高温还可能抑制一些关键酶的活性，影响蔬菜内部物质转运和代谢，进一步影响蔬菜质量。

2.2.2 营养物质质量分数变化

温度升高对蔬菜中营养物质质量分数产生复杂影响。研究发现，在高温环境下，蔬菜中的维生素C、维生素B 和类胡萝卜素等质量分数可能减少，主要是因为高温会导致一些营养物质被破坏和代谢加速，使得这些营养物质的质量分数相应降低。然而，并非所有蔬菜中的营养物质质量分数都会受到负面影响，还需进一步研究。

2.2.3 抗氧化能力和活性成分变化

高温环境下，蔬菜可能产生更多氧自由基和活性氧物质，加剧氧化损伤的风险。这可能导致蔬菜中抗氧化物质，如类黄酮、多酚类等质量分数下降，从而影响蔬菜的抗氧化能力。抗氧化物质减少不仅会影响蔬菜的营养价值，还可能降低其抗氧化性和抗病能力，增加蔬菜组织受到自由基损伤和病原体侵袭的风险。

习近平绿色发展理论深刻体现了“以人为本”的思想理念。人的自由全面发展是我党所有建设的最终目的，如果因追求单纯的经济增长而忽略了人的整体利益和人民群众的地位作用，就本末倒置了。绿色发展坚持人民主体地位，充分肯定了人民群众在社会发展中的主体作用。

3 气候变化因子互作及其与非气候因子对蔬菜质量的影响

3.1 CO2和温度互作对蔬菜质量的影响

气候变化是当前全球面临的重要问题之一，其主要特征就是大气中温室气体增加。同时，温度不断上升，这两个因素会对蔬菜的生长和质量产生显著的影响。

3.1.1 CO2体积分数升高对蔬菜质量的影响

随着工业和人类活动的增加，大气中CO2体积分数逐渐升高。CO2是植物进行光合作用的重要原料之一，因此其体积分数增加理论上有助于植物的生长。研究表明，当CO2体积分数增加到一定水平时，蔬菜的生物量会增加，但同时可能导致一些负面影响，如营养价值下降和抗氧化能力减弱。这是因为CO2体积分数升高可能抑制一些重要的营养物质（如蛋白质、矿物质和维生素）合成，从而降低蔬菜的整体质量。

3.1.2 温度升高对蔬菜质量的影响

气候变化导致全球平均温度上升，这对蔬菜的生长和质量产生了直接或间接的影响。高温可以加快蔬菜的生长速率，缩短生长周期，从而使得蔬菜更快达到可收获阶段。然而，温度过高可能导致蔬菜产生更多氧化物和自由基，损害细胞结构，降低蔬菜的食用质量和缩短储存寿命。

3.1.3 CO2和温度互作对蔬菜质量的综合影响

CO2体积分数和温度是相互影响的，二者的变化会共同影响蔬菜的生长和质量。在一些情况下，CO2体积分数升高可以部分抵消高温对蔬菜质量的不利影响，提高蔬菜产量。但是，高温可能削弱CO2体积分数升高对蔬菜营养价值的积极影响。因此，CO2和温度的互作效应是复杂的，取决于蔬菜的类型、生长阶段、种植地区以及环境条件等。

除了气候因素外，其他环境因素和人类的农业活动也会对蔬菜质量产生影响。例如，土壤质量、水质、施肥和农药使用、栽培管理等因素都会影响蔬菜质量。此外，全球化和贸易活动也使得蔬菜种质资源更加多样化，不同地区的蔬菜在质量上可能存在差异[4-5]。

3.2 CO2与水分、氮素供应互作对蔬菜质量的影响

气候变化对蔬菜质量的影响是一个综合性的问题，CO2体积分数、温度、水分和氮素供应等因素相互作用，共同影响蔬菜的生长和质量。在此，着重探讨CO2与水分、氮素供应互作对蔬菜质量的影响。

CO2体积分数的升高通常可以促进蔬菜的生长和提高光合作用效率，但其与水分供应的互作也是至关重要的。在一些情况下，CO2体积分数升高可能导致植物蒸腾减少，从而降低水分蒸散量。这可能对一些蔬菜，尤其是需要较高水分供应的品种产生一定的负面影响。适度的水分供应对于维持蔬菜生长和质量至关重要，如果CO2体积分数升高使水分的蒸腾过程减少，可能会导致蔬菜的生理功能紊乱，进而影响其质量。氮素是蔬菜植物生长所必需的关键营养元素，也影响着蔬菜的营养质量。CO2体积分数升高可能影响植物对氮素的吸收和利用效率。一些研究表明，高体积分数CO2条件下，植物可能在较低的氮素供应下仍然维持较高的生长速率，但这也可能导致一些问题。例如，蔬菜在高体积分数CO2和低氮素供应下可能过度积累淀粉，而相对减少蛋白质等营养物质的合成，从而影响蔬菜的食用质量和营养价值。

综合考虑CO2体积分数、温度、水分和氮素供应之间的互作，对蔬菜生长环境进行合理的调控和管理至关重要。针对不同的蔬菜品种和种植地区，需要优化温室或种植环境的管理策略。例如，对于一些高水分需求的蔬菜，应确保水分供应充足，同时控制CO2体积分数，以维持其正常生长和质量。对于氮素供应，也需要根据CO2体积分数的变化和蔬菜的营养需求进行合理调控，避免过度积累淀粉等物质，从而保证蔬菜质量优良。