Impact of Elevated Carbon Dioxide, Temperature, and Drought on Potato Canopy Architecture and Change in Macronutrients

Elevated atmospheric carbon dioxide concentration ($CO_2$) is a major component of climate change, and this increase can be expected to continue into the crop and food security in the future. In this study, Soil-Plant-Atmosphere-Research (SPAR) chambers were used to examine the effect of elevated $CO_2$, temperature, and drought on the canopy architecture and concentration of macronutrients in potatoes (Solanum tuberosum L.). Drought stress treatments were imposed on potato plants 40 days after emergence. Under AT+2.8C700 (30-year average temperature + $2.8^{\circ}C$ at $700{\mu}mol\;mol^{-1}$ of $CO_2$), at maximum leaf area, elevated $CO_2$, and no drought stress, a significant increase was observed in both the aboveground biomass and tuber, and for the developmental stage. Even though $CO_2$ and temperature had increased, AT+2.8C700DS (30-year average temperature + $2.8^{\circ}C$ at $700{\mu}mol\;mol^{-1}$ of $CO_2$ under drought stress) under drought stress showed that the leaf area index (LAI) and dry weight were reduced by drought stress. At maturity, potatoes grown under $CO_2$ enrichment and no drought stress exhibited significantly lower concentrations of N and P in their leaves, and of N, P, and K in tubers under AT+2.8C700. In contrast, elevated $CO_2$ and drought stress tended to increase the tuber Mg concentration under AT+2.8C700DS. Plants grown in AT+2.8C700 had lower protein contents than plants grown under ATC450 (30-year average temperature at $400{\mu}mol\;mol^{-1}$ of $CO_2$). However, plants grown under AT+2.8C700 showed higher tuber bulking than those grown under AT+2.8C700DS. These findings suggest that the increase in $CO_2$ concentrations and drought events in the future are likely to decrease the macronutrients and protein concentrations in potatoes, which are important for the human diet.

상승된 이산화탄소와 온도 그리고 한발 영향에 따른 감자의 군락 형태와 무기영양 변화

본 연구는 옥외환경조절 시설인 SPAR챔버에서 향후 기후변화가 지속 될 경우 상승된 이산화탄소와 온도 그리고 한발에 따른 감자의 군락 형태와 무기영양 변화에 대한 결과는 다음과 같다. 1. AT+2.8C700는 상승된 $CO_2$와 고온에 의하여 초장과 엽면적 그리고 건물중이 상당히 증가 하였고, AT+2.8C700DS는 한발의 영향으로 상당히 감소하였다. 2. 수확기에서 잎은 AT+2.8C700은 ATC450에 비하여 질소와 인산이 감소한 반면 칼륨, 칼슘 그리고 마그네슘 농도가 증가하였다. 괴경은 질소, 인산 그리고 칼륨이 감소하였으며, 칼슘과 마그네슘은 변화가 없었다. 반면, AT+2.8C700DS는 한발의 영향으로 무기영양 농도가 상대적으로 다른 처리비하여 낮았지만, 마그네슘 농도만 증가하였다. 3. $CO_2$와 온도 상승을 보면 AT+2.8C700는 ATC450에 비하여 질소 농도의 감소로 26% 단백질 함량이 감소를 하였다. 한발을 받은 AT+2.8C700DS보다 AT+2.8C700는 단백질 함량이 20%가 감소 하였다. 4. 따라서 상승된 $CO_2$ 농도와 한발은 무기영양의 변화뿐만 아니라 광합성 관련된 당과 아미노산 같은 2차 대사물질도 변화와 인간의 단백질 섭취에도 영향을 줄 것이다.