Dưa leo (Cucumis sativus L.) là một trong những loại rau màu được trồng phổ biến nhất bởi những lợi ích kinh tế và giá trị dinh dưỡng của nó. Quản lý dinh dưỡng đạm đối với loại cây trồng này là điều hết sức quan trọng trong điều kiện biến đổi khí hậu ngày càng tăng.
Tình hình gia tăng nồng độ CO2 trong khí quyển
Nồng độ khí CO2 khí quyển liên quan trực tiếp đến hiệu suất quang hợp và khả năng tích lũy sinh khối cây trồng. Nồng độ CO2 trong khí quyển đã tăng lên đáng kể và dự kiến sẽ đạt gần 1000ppm vào cuối năm 2100. Theo cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Hoa Kỳ, nồng độ CO2 năm 2020 đạt 413ppm. Nồng độ này vẫn hạn chế đối với sự phát triển của cây trồng.
Nồng độ khí CO2 tối ưu cho cây dưa leo trong khoảng 800–1000ppm. Sự gia tăng nồng độ CO2 có thể làm tăng tốc độ quang hợp và kích thích cây trồng tăng trưởng và phát triển. Tuy nhiên, phản ứng của cây trồng đối với nồng độ CO2 tăng cao còn tùy thuộc vào các yếu tố môi trường khác, chẳng hạn như dạng đạm cung cấp cho cây.
Viện Nghiên cứu và Phát triển Nông thực phẩm Tây Ban Nha đã thử nghiệm trên cây dưa leo, với hai nồng độ CO2: 400ppm (nồng độ CO2 bình thường) và 1000ppm (nồng độ CO2 cao) và hai dạng đạm: 100% nitrat (NO3-) (cây đối chứng) và phân đạm kết hợp nitrat/amoni (NO3-/NH4+) theo tỷ lệ 90/10 (cây bón thêm đạm NH4+/phân đạm kết hợp).
Sử dụng phân đạm kết hợp nitrat/amoni (NO3-/NH4+) tăng cường quá trình trao đổi khí
Để đánh giá hiệu quả trao đổi khí của mỗi nghiệm thức, các nhà khoa học đo lường các chỉ số: cường độ quang hợp, nồng độ CO2 nội bào, hiệu suất sử dụng nước.
Dữ liệu cho thấy, cây bón đạm kết hợp NO3-/NH4+ làm tăng cường độ quang hợp ở cả nồng độ CO2 cao và thấp. Khi cây được bón hoàn toàn bằng đạm nitrat thì cường độ quang hợp giảm ở hai nồng độ CO2, nhưng giảm nhiều khi nồng độ CO2 cao.
Tương tự, nồng độ CO2 nội bào tăng trong điều kiện CO2 nồng độ cao. Tuy nhiên, thông số này có giá trị cao hơn ở các cây đối chứng.
Đối với hiệu suất sử dụng nước, cây bón đạm kết hợp NO3-/NH4+ trong điều kiện nồng độ CO2 cao có chỉ số này cao hơn ở nồng độ CO2 thấp. Bên cạnh đó, cây bón thêm đạm NH4+ cũng có hiệu suất sử dụng nước cao hơn so với cây đối chứng.
Sử dụng phân đạm kết hợp nitrat/amoni (NO3-/NH4+) tăng nồng độ khoáng trong tế bào
Thành phần khoáng chất bị ảnh hưởng bởi nồng độ CO2 và dạng đạm được sử dụng. Việc bổ sung NH4+ cho cây làm tăng nồng độ Canxi (Ca2+) và Magie (Mg2+) ở cả hai nồng độ CO2.
Ca2+ đóng một vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp. Nguyên tố này vừa ảnh hưởng đến vào quá trình trao đổi khí qua khí khổng, vừa điều hòa hoạt động của các enzym tham gia vào quá trình quang hợp.
Sử dụng phân đạm kết hợp nitrat/amoni (NO3-/NH4+) tăng hàm lượng đường hòa tan và tinh bột
Hàm lượng đường tăng ở nghiệm thức sử dụng thêm đạm NH4+ ở cả hai nồng độ CO2. Cụ thể, ở nồng độ CO2 bình thường, lượng đường tăng từ 15g/Kg - 21g/Kg trọng lượng khô. Trong khi ở nồng độ CO2 cao, hàm lượng đường tăng nhưng không đáng kể.
Hàm lượng tinh bột tăng lên ở cả hai nồng độ CO2 khi sử dụng đạm dạng kết hợp NO3-/ NH4+. Cụ thể, ở điều kiện CO2 nồng độ 400ppm, lượng tinh bột tăng từ 7g/Kg - 13g/Kg trọng lượng khô. Ở nồng độ CO2 1000ppm, tinh bột tăng từ 15g/Kg - 23g/Kg.
Cây sắn và cây lúa mì được bón thêm NH4+ trong điều kiện nồng độ CO2 cao cho thấy kích thích quang hợp nhiều hơn so với những cây được tưới bằng NO3-.
Sử dụng phân đạm kết hợp nitrat/amoni (NO3-/NH4+) tăng hoạt động của các enzym chuyển hóa đạm
Cả hai dạng đạm NO3- và NH4+ đều có chung một con đường chuyển hóa, được gọi là con đường glutamate. Trong đó, GOGAT (glutamate synthase), GS (glutamine synthetase) và GDH (glutamate dehydrogenase) được coi là các enzym chính của quá trình chuyển hóa đạm ở cây trồng.
Trong những điều kiện nồng độ CO2 tăng, cây trồng được bón thêm đạm NH4+, chu trình GS / GOGAT được thúc đẩy, hỗ trợ quá trình đồng hóa đạm trong cây.
Các tác giả Rubio-Asensio và Bloom cũng chứng minh rằng cây được bón thêm NH4+ cho thấy phản ứng chuyển hóa đạm tích cực hơn ở điều kiện nồng độ CO2 cao, so với những cây chỉ được bón bằng NO3-. Vì ở nồng độ CO2 cao sẽ ức chế sự đồng hóa của NO3- trong chồi của cây trồng.
Khi cây trồng được bón thêm NH4+ ở nồng độ CO2 cao, các thông số như: tốc độ quang hợp, hiệu suất sử dụng nước, hàm lượng NH4+ , Ca2+ và Mg2+ và nồng độ đường hòa tan và tinh bột, cao hơn so với cây đối chứng (cây chỉ được bón bằng nitrat).
Những kết quả này chỉ ra rằng, sử dụng phân bón kết hợp NO3-/NH4+ cho cây dưa leo giúp tăng năng suất cây trồng, tránh lãng phí phân bón và ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này còn có ý nghĩa quan trọng trong canh tác cây trồng hiệu quả với điều kiện biến đổi khí hậu ngày một trầm trọng.
Dịch thuật và tổng hợp bởi Công ty TNHH Funo
