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气候变化对农业生产的影响,植物补光灯给室内种植带来的机遇

气候变化对作物生长环境的影响。气候变化促使地表温度升高,从而导致土壤微生物活性提升,加速了土壤有机质和氮的流失,造成土壤退化、侵蚀、盐渍化的现象时有发生,削弱了农业生态系统抵御自然灾害的能力。同时,区域热量条件的改变影响着全球水循环过程,改变了区域降水量和降水分布的格局,增加了洪涝、干旱等降水极端事件的发生。近几年,因气候变化引起的极端降水事件明显加剧,总体上呈现为南涝北旱,且灾害面积在不断增加,导致区域内作物生长严重受阻,甚至出现绝收现象。另外,由全球气候的极端变化引发的低温冷害、热害等气候灾害也时有发生,总体上是东北、华北地区的霜害依存、冻害呈加重的趋势,华南地区热害依存、寒害呈频发的趋势,甚至部分地区受灾害的影响导致稻谷减产10%~18%,严重影响到我国粮食主产区的粮食生产安全。

 

气候变化对作物种植制度的影响。全球的气候变化加快了部分受影响区域内原有作物的生育进程,缩短了生育期,减弱了抵御气候波动的能力。特别是我国华东地区的大麦、小麦和油菜等作物,该地区种植的作物品种大多是早熟品种,随着冬季气候的变暖,作物越冬期也相应的缩短,作物返青拔节或抽苔的时间也随着气候的变暖而提前发动,从而减弱了植株的抗寒能力,造成了作物更易遭受冻害的侵袭,导致作物产量受到严重损害,这为我国种植制度的调整提出了新的挑战。

 

由于氮肥能够大幅提高粮食产量,全球氮肥使用量增长迅猛,而同时土壤含氮量也随之提高,经微生物作用学基金会《长期生态研究》项目在全球共有25个农业基地。密欧根州州立大学的菲尔、罗伯森认为,农业生产造成的温室气体排放估计占全球总量的8%-14%。研究表明,农民通过精准施肥能够有效减少化肥使用量,从而削减排放。

 

CO2高浓度抑制作物硝酸盐转化成蛋白质的过程。氮同化作用,又称氮同化过程、在植物的生长和生产中起着关键的作用。在粮食作物中,氮同化作用尤其重要、因为植物利用氮产生对人类营养至关重要的蛋白质。据英国《卫报》报道,科学家对小麦、稻米、玉米和大豆均进行了田间试验,试验证明升高的CO2水平明显降低了这些作物所含的如铁、锌等此类的基本营养物质,同时降低了这些作物的蛋白质含量。据研究,在高CO2水平下成长的小麦相比正常水平锌含量减少了9%,铁减少了5%,蛋白质含量减少6%;同样的,在高CO2水平下成长的稻米,锌含量减少了3%,铁减少了5%,蛋白质含量减少8%;玉米和大豆的锌和铁含量减少水平相近,但蛋白质含量变化不大。无独有偶,《自然气候变化》杂志发表了《田间生长麦子的硝酸盐同化受到CO2升高的抑制》,该论文研究首次证明,大气CO2浓度升高抑制了农作物将硝酸盐转化成蛋白质的过程。这也意味着气候变化加剧,将导致粮食作物的营养质量变差。土壤中的有机含氮化合物主要源于动物、植物和微生物躯体的腐烂分解,但这些含氮化合物中的大多数是不溶于水的,通常不能直接为植物所利用,植物只可以吸收其中的氨基酸、酰胺和尿素等水溶性的有机氮化物。于是,以铵盐和硝酸盐为主的无机氮化物,占土壤含氮量的1%-2%。植物从土壤中吸收铵盐后,可直接利用它去合成氨基酸这样的有机氮化物;如果吸收硝酸盐,则必须经过代谢还原才能将其利用。总之,植物从土壤中吸收铵,或由硝酸盐还原形成铵后会立即被同化为氨基酸。氨的同化在根、根瘤和叶部进行。未来几十年内,蛋白质总量可能下降约3%。

室内立体种植

现在欧美国家以及一些东南亚地区积极发展的立体种植技术,不耗费土地资源,封闭的土壤利用环境减少对土壤的破坏程度,同时循坏的水肥系统极大的增大了资源的循环利用和可持续。植物补光灯的大规模应用也解决了室内立体种植缺乏光照的情况,同时由于植物补光灯的光谱可搭配可根据不同植物定制不同的光谱,光照强弱皆可控制,搭配水肥一体化的现代化措施,使精细化生产可视化。

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