氣候變化對蔬菜質量的影響及其機制

張鑫明，華淑惠，鄧思盟，孫 樂

（1.鎮賚縣氣象局，吉林 白城 137300；2.東遼縣氣象局，吉林 遼源 136600；3.洮南市氣象局，吉林 白城 137100）

氣候變化是當今全球面臨的最嚴重挑戰之一，對生態系統和人類社會造成了廣泛而深遠的影響。蔬菜作為人類日常飲食中不可或缺的重要組成部分，其質量對人體健康至關重要。然而，隨著全球氣候變化加劇，蔬菜質量也面臨著前所未有的挑戰[1]。

1 CO2體積分數對蔬菜質量的影響

1.1 CO2體積分數升高對蔬菜質量的影響

全球氣候變化是當前面臨的重大挑戰，其中一個主要表現是大氣中CO2體積分數持續上升。CO2是植物進行光合作用的必需氣體，其體積分數升高通常被認為對植物生長有益。然而，隨著CO2體積分數不斷上升，對蔬菜生產帶來了一系列復雜且深遠的影響。

1)CO2體積分數升高能夠促進蔬菜植物的光合作用，促進光合產物的合成，從而加快植物生長速度，促進蔬菜產量增加。有研究表明，高體積分數CO2環境下的番茄和黃瓜生長更加旺盛，葉菜類蔬菜也可獲得更高的產量。然而，雖然蔬菜的產量增加，但是其營養物質可能會受到影響。

2)高體積分數CO2環境下，蔬菜中的營養物質可能會出現變化。一些研究發現，在CO2體積分數升高的情況下，一些蔬菜中的維生素C、維生素B 和礦物質質量濃度可能會減少。因此，雖然CO2體積分數升高有助于增加蔬菜產量，但同時要注意其可能對蔬菜營養價值產生影響[2]。

3)CO2體積分數提高可能改變蔬菜植物對水分的利用方式。高體積分數CO2環境下，蔬菜通常能夠更有效地利用水分，降低了對水資源的需求。然而，高體積分數CO2與溫度相互作用，可能導致蔬菜面臨更大的蒸騰壓力，增加水分蒸發量，從而影響蔬菜的水分利用效率。特別是在氣候溫度升高時段和干旱的地區，CO2體積分數對蔬菜質量有一定影響。

4)CO2體積分數升高還可能對蔬菜的味道和風味產生影響。有研究表明，高體積分數CO2環境下的蔬菜可能積累更多糖分，從而增加其甜味。然而，這可能導致其他風味特征降低，影響蔬菜的整體口味。

5)高體積分數CO2環境下蔬菜可能會積累更多抗氧化物質，從而增強其抗氧化能力，提高其抵抗環境脅迫和病害的能力。然而，CO2體積分數升高也可能增加蔬菜受病原體侵染的風險，導致蔬菜的產量和質量下降。

1.2 CO2體積分數升高對蔬菜質量的影響機制

1.2.1 糖類和硝酸鹽

隨著全球氣候變化，大氣中CO2體積分數不斷升高，蔬菜生產也面臨著新的挑戰。CO2體積分數的升高對蔬菜生長和質量產生復雜的影響，其中，對糖類和硝酸鹽等成分的影響較大。

1)對糖類的影響。CO2體積分數升高對蔬菜的光合作用影響顯著，促進了光合產物的合成。在高體積分數CO2環境下，蔬菜通常表現出較高的光合速率，導致更多光合產物（如葡萄糖和果糖）被合成，蔬菜在高體積分數CO2條件下可能會積累更多可溶性糖類，增加其甜味。然而，高體積分數CO2環境下蔬菜糖類積累并非在所有蔬菜品種中都表現一致。研究表明，某些蔬菜品種可能對CO2體積分數提高不敏感，或者其生長過程中受到其他因素的制約，從而導致糖類積累變化并不明顯。

2)對硝酸鹽的影響。CO2體積分數提高還可能影響蔬菜中硝酸鹽的積累。硝酸鹽是蔬菜中的一種重要營養成分，但高硝酸鹽可能對人體健康產生負面影響，尤其是在攝入蔬菜過多的情況下。在高體積分數CO2環境下，蔬菜的硝酸鹽可能會增加。這是因為CO2體積分數升高會促進光合作用的進行，從而提高植物生長速率，但蔬菜在硝酸鹽代謝方面的調節可能無法與生長速率同步，導致硝酸鹽在植物體內積累。特別是在蔬菜的地上部分，如葉片和果實中硝酸鹽質量分數可能更高，而在根部較少積累。為了降低蔬菜中硝酸鹽質量分數，可以通過一些農藝措施來加以調節，例如優化氮肥用量、選擇合適蔬菜品種以及采用科學合理的灌溉方式。這些措施有助于減少硝酸鹽的吸收和積累，從而提高蔬菜質量。

1.2.2 抗壞血酸

抗壞血酸即維生素C，是蔬菜中的一種重要水溶性維生素，對人體健康具有重要作用，如提高免疫力、抗氧化和促進膠原蛋白合成等。然而，隨著CO2體積分數升高，蔬菜中抗壞血酸質量分數可能會發生變化，對蔬菜的營養價值和質量產生影響。研究顯示，在高CO2體積分數環境下，部分蔬菜的抗壞血酸質量分數可能會下降，這主要與CO2體積分數升高對蔬菜植物的生理代謝過程有關。高體積分數CO2會促進植物光合作用的進行，加速碳的固定和生長，導致植物在養分吸收和代謝方面發生變化。而抗壞血酸的合成受到了多種生化途徑的調控，其中一個關鍵的酶是L-側鏈脫氫酶，負責將L-脯氨酸轉化為抗壞血酸。高體積分數CO2可能抑制L-側鏈脫氫酶的活性，從而降低蔬菜中抗壞血酸的合成速率。此外，高體積分數CO2還可能影響蔬菜的果實顏色和成熟過程，進而影響抗壞血酸質量分數。例如，番茄和辣椒在成熟時會逐漸從綠色變為紅色，而這一過程中抗壞血酸質量分數通常會降低。高體積分數CO2環境可能影響果實的成熟速度和顏色轉變，從而影響抗壞血酸的積累。

需要指出的是，并非所有蔬菜都會在高體積分數CO2環境下出現抗壞血酸質量分數下降的情況。不同蔬菜品種對CO2體積分數的響應存在差異，有些蔬菜可能對高體積分數CO2環境不敏感，其抗壞血酸質量分數可能保持穩定或者上升。為了減輕CO2體積分數升高對蔬菜中抗壞血酸質量分數的影響，可以考慮采取一系列措施。例如，優化CO2體積分數和光照條件，適時采摘和儲存蔬菜以避免抗壞血酸流失，以及選擇對高體積分數CO2環境適應性較強的蔬菜品種等。

2 溫度對蔬菜質量的影響

2.1 溫度升高對蔬菜質量的影響

隨著全球氣候變化的加劇，氣溫普遍上升已成為不爭的事實。溫度作為重要的生態因子之一，直接影響著蔬菜的生長發育和質量。溫度升高對蔬菜質量的影響機制復雜多樣，主要涉及蔬菜生理代謝、營養物質合成、抗氧化能力等方面[3]。

2.1.1 營養物質質量分數和質量

溫度升高對蔬菜的生長速率和代謝過程產生直接影響，可能導致一些營養物質量的變化。研究發現，在高溫環境下，一些蔬菜中的維生素C、維生素B、葉綠素等質量分數下降，而硝酸鹽質量分數升高。這可能造成蔬菜的營養價值降低，需要引起足夠的重視。

2.1.2 水分調節

高溫環境下，蔬菜植物的水分蒸發速率加快，導致蔬菜更容易出現失水現象。這可能導致蔬菜組織細胞脫水，導致蔬菜的嫩度降低和口感變差。高溫條件下蔬菜的水分吸收能力可能下降，導致蔬菜對水分的利用效率降低，增加了灌溉需求和水資源消耗。

2.2 溫度升高對蔬菜質量的影響的機制

氣候變化導致溫度升高，對蔬菜質量產生了深遠影響。溫度是影響植物生長發育和代謝的關鍵環境因子，溫度升高會影響植物的生理代謝和營養物質合成。

2.2.1 生長速率和生理代謝調節

溫度升高加快了蔬菜的生長速率，導致蔬菜生長周期縮短。快速生長使蔬菜進入果實成熟期，但在此過程中可能出現營養物質積累不足的現象。蔬菜的生長速度超過了營養物質的供應能力，導致蔬菜質量下降，味道變淡，口感變差。同時，高溫還可能抑制一些關鍵酶的活性，影響蔬菜內部物質轉運和代謝，進一步影響蔬菜質量。

2.2.2 營養物質質量分數變化

溫度升高對蔬菜中營養物質質量分數產生復雜影響。研究發現，在高溫環境下，蔬菜中的維生素C、維生素B 和類胡蘿卜素等質量分數可能減少，主要是因為高溫會導致一些營養物質被破壞和代謝加速，使得這些營養物質的質量分數相應降低。然而，并非所有蔬菜中的營養物質質量分數都會受到負面影響，還需進一步研究。

2.2.3 抗氧化能力和活性成分變化

高溫環境下，蔬菜可能產生更多氧自由基和活性氧物質，加劇氧化損傷的風險。這可能導致蔬菜中抗氧化物質，如類黃酮、多酚類等質量分數下降，從而影響蔬菜的抗氧化能力。抗氧化物質減少不僅會影響蔬菜的營養價值，還可能降低其抗氧化性和抗病能力，增加蔬菜組織受到自由基損傷和病原體侵襲的風險。

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3 氣候變化因子互作及其與非氣候因子對蔬菜質量的影響

3.1 CO2和溫度互作對蔬菜質量的影響

氣候變化是當前全球面臨的重要問題之一，其主要特征就是大氣中溫室氣體增加。同時，溫度不斷上升，這兩個因素會對蔬菜的生長和質量產生顯著的影響。

3.1.1 CO2體積分數升高對蔬菜質量的影響

隨著工業和人類活動的增加，大氣中CO2體積分數逐漸升高。CO2是植物進行光合作用的重要原料之一，因此其體積分數增加理論上有助于植物的生長。研究表明，當CO2體積分數增加到一定水平時，蔬菜的生物量會增加，但同時可能導致一些負面影響，如營養價值下降和抗氧化能力減弱。這是因為CO2體積分數升高可能抑制一些重要的營養物質（如蛋白質、礦物質和維生素）合成，從而降低蔬菜的整體質量。

3.1.2 溫度升高對蔬菜質量的影響

氣候變化導致全球平均溫度上升，這對蔬菜的生長和質量產生了直接或間接的影響。高溫可以加快蔬菜的生長速率，縮短生長周期，從而使得蔬菜更快達到可收獲階段。然而，溫度過高可能導致蔬菜產生更多氧化物和自由基，損害細胞結構，降低蔬菜的食用質量和縮短儲存壽命。

3.1.3 CO2和溫度互作對蔬菜質量的綜合影響

CO2體積分數和溫度是相互影響的，二者的變化會共同影響蔬菜的生長和質量。在一些情況下，CO2體積分數升高可以部分抵消高溫對蔬菜質量的不利影響，提高蔬菜產量。但是，高溫可能削弱CO2體積分數升高對蔬菜營養價值的積極影響。因此，CO2和溫度的互作效應是復雜的，取決于蔬菜的類型、生長階段、種植地區以及環境條件等。

除了氣候因素外，其他環境因素和人類的農業活動也會對蔬菜質量產生影響。例如，土壤質量、水質、施肥和農藥使用、栽培管理等因素都會影響蔬菜質量。此外，全球化和貿易活動也使得蔬菜種質資源更加多樣化，不同地區的蔬菜在質量上可能存在差異[4-5]。

3.2 CO2與水分、氮素供應互作對蔬菜質量的影響

氣候變化對蔬菜質量的影響是一個綜合性的問題，CO2體積分數、溫度、水分和氮素供應等因素相互作用，共同影響蔬菜的生長和質量。在此，著重探討CO2與水分、氮素供應互作對蔬菜質量的影響。

CO2體積分數的升高通常可以促進蔬菜的生長和提高光合作用效率，但其與水分供應的互作也是至關重要的。在一些情況下，CO2體積分數升高可能導致植物蒸騰減少，從而降低水分蒸散量。這可能對一些蔬菜，尤其是需要較高水分供應的品種產生一定的負面影響。適度的水分供應對于維持蔬菜生長和質量至關重要，如果CO2體積分數升高使水分的蒸騰過程減少，可能會導致蔬菜的生理功能紊亂，進而影響其質量。氮素是蔬菜植物生長所必需的關鍵營養元素，也影響著蔬菜的營養質量。CO2體積分數升高可能影響植物對氮素的吸收和利用效率。一些研究表明，高體積分數CO2條件下，植物可能在較低的氮素供應下仍然維持較高的生長速率，但這也可能導致一些問題。例如，蔬菜在高體積分數CO2和低氮素供應下可能過度積累淀粉，而相對減少蛋白質等營養物質的合成，從而影響蔬菜的食用質量和營養價值。

綜合考慮CO2體積分數、溫度、水分和氮素供應之間的互作，對蔬菜生長環境進行合理的調控和管理至關重要。針對不同的蔬菜品種和種植地區，需要優化溫室或種植環境的管理策略。例如，對于一些高水分需求的蔬菜，應確保水分供應充足，同時控制CO2體積分數，以維持其正常生長和質量。對于氮素供應，也需要根據CO2體積分數的變化和蔬菜的營養需求進行合理調控，避免過度積累淀粉等物質，從而保證蔬菜質量優良。

4 結束語

面對氣候變化帶來的不確定性，農業生產者和決策者需要采取積極有效的措施，以提高蔬菜的適應性和質量。同時，加強公眾對氣候變化和蔬菜質量關系的認知，倡導節約環保的生活方式也至關重要。希望研究成果能為相關領域的決策制定和科研工作提供參考，促進蔬菜產業可持續發展。