“土壤退化”和“双碳目标”下如何从植物吸收碳元素途径思考农业发展

当前面临着两大世界级问题“土壤退化”和“双碳目标”,而这两大问题均有一个共通点——碳!那植物吸收碳元素途径有哪些呢?人类能否通过农作物及农事操作助力实现“双碳”目标?为深入了解这其中的关联性,为农业可持续发展和助力实现双碳目标,本文从上述2个问题出发,从碳元素生态系统循环切入思考。通过阅读大量文献,跟踪学术前沿,综述植物吸收碳源途径和富碳有机肥料的应用研究。结果发现植物吸收和利用碳元素代表性成果如下:(1)植物的营养物质包括有机质和矿物质。(2)完善了生态系统的碳循环途径:增加植物通过根系直接吸收利用小分子碳水化合物的途径,即生态系统碳循环中碳可以从土壤到植物。(3)富含碳元素的肥料主要包括腐植质、有机肥、微生物有机肥、有机碳肥等。依据植物吸收碳元素途径中植物可以通过根系吸收小分子有机碳,农民可以通过农事操作增加耕地土壤中有机质,改良土壤促进农作物生长的同时助力实现“碳达峰、碳中和”目标。

植物获取碳新通道的初步研究

为了探索验证植物通过根系直接吸收碳源途径存在的真实性,把甘蔗、香蕉组培苗放入密闭、全日光照、无CO_(2)和无微生物的环境中,将其培育在含葡萄糖、蔗糖、乳糖的培养基上,观察其生长情况并测定其生物量。结果表明,只要培养基含有一定浓度的葡萄糖、蔗糖或乳糖有机碳,在缺乏CO_(2)的环境中,甘蔗、香蕉苗都能生长良好。而在无有机碳源且缺CO_(2)的环境中,试材生长衰弱且时间长了会干枯死亡。因此甘蔗和香蕉能从根系吸收葡萄糖、蔗糖及乳糖,供地上部生长。此外本研究还在采用人工气候箱保证正常光合作用的条件下,通过沙培测试水稻秧苗在不同碳源补充情况下的生长状态,以此进一步验证水稻根系对土壤中碳源的吸收。结果显示,水稻苗在MS补充以上3种碳源条件下生长良好,补充无碳源MS的情况下初期生长良好,后逐渐生长迟缓直至干枯死亡。证实水稻苗能通过根系直接吸收碳源,同时发现,MS过量施用且缺乏碳源能导致土壤pH降低。研究结果证实,植物除了利用光合作用获取碳外,还可以通过根部吸收碳,获取生长所需要的碳源,合成生长所需物质,正常生长发育。