狄潔增　李懷平　李海濤

CO2是植物光合作用的原料。通常大氣中CO2濃度約為340 μmol/mol，僅相當(dāng)于植物光合作用最適CO2濃度的1/3～1/4。溫室大棚的密閉性阻滯了設(shè)施內(nèi)外氣體交換，造成設(shè)施內(nèi)部CO2濃度大幅度波動，夜間由于土壤微生物分解有機(jī)物和作物呼吸，CO2不斷積累，日出前達(dá)到最高值，日出后隨著植物光合作用的不斷增強(qiáng)，CO2濃度很快低于外部大氣CO2濃度水平呈現(xiàn)虧缺。葉面積系數(shù)大、光合旺盛的大棚黃瓜群體，通常日出2～3 h后CO2濃度會降至100 μmol/mol以下，通風(fēng)雖可緩解但不能避免虧缺[1]。Slack等 [2]

在研究中也發(fā)現(xiàn)，夏季晴天通風(fēng)口開放的情況下，溫室黃瓜群體CO2濃度仍比外界低10%以上，若此時通風(fēng)口完全關(guān)閉，CO2濃度會降至50～100 μmol/mol，黃瓜光合作用停止。設(shè)施內(nèi)CO2虧缺持續(xù)時間的長短取決于設(shè)施內(nèi)有機(jī)肥施用量、栽培方式、栽培季節(jié)、天氣條件和作物生育狀況等。

CO2不足限制了蔬菜光合作用，浪費(fèi)光熱資源，成為設(shè)施蔬菜栽培提高產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵制約因素。據(jù)Schapendonk等[3]測算，葉面積系數(shù)為3的黃瓜群體早春CO2虧缺使凈同化量損失15%，長期虧缺造成黃瓜減產(chǎn)11%。劉保才等[4]用通徑分析法證明，影響日光溫室蔬菜產(chǎn)量的三大要素（光照、有效積溫、CO2濃度）中，CO2濃度對產(chǎn)量形成的貢獻(xiàn)最大。因此，為了避免CO2虧缺，進(jìn)行CO2施肥是實(shí)現(xiàn)設(shè)施蔬菜栽培高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的有效途徑。

CO2被葉片吸收后在葉綠體內(nèi)，由于光合作用形成碳水化合物（淀粉），但是淀粉不能直接運(yùn)送到果實(shí)、莖尖、根尖中，只有通過呼吸作用分解成單糖或雙糖等才能運(yùn)轉(zhuǎn)，而呼吸作用與溫度有很大關(guān)系。溫度越高，呼吸作用越強(qiáng)，分解淀粉的速度也越快；如果溫度低，分解得慢或是不分解，淀粉在葉片中積累過多會抑制光合作用的進(jìn)行，更嚴(yán)重時會對葉片產(chǎn)生毒害，使葉綠體降解，發(fā)生葉片黃化現(xiàn)象。因此，高效的光合作用不僅需要較強(qiáng)光照，還需要較高的溫度和充足的水肥供應(yīng)。

CO2施肥中存在的問題

CO2作為光合作用的主要原料對植物的增產(chǎn)和提高品質(zhì)起著重要作用，但仍有一些問題影響CO2施肥的推廣應(yīng)用。

短期施用效果好

春秋季節(jié)，在棚內(nèi)進(jìn)行CO2施肥后的前1～2 個月，作物生長的效果非常顯著，但到后期的效果越來越不明顯。近幾年，我們以嫁接黃瓜為試驗(yàn)材料，待嫁接苗長到三葉一心時定植于日光溫室中，緩苗后進(jìn)行試驗(yàn)處理。設(shè)置4個處理：A.高溫（40～45 ℃，3～4 h/天+CO2（1000～1500 μmol/mol）處理；B.高溫（40～45 ℃，3～4 h/天）處理；C.常溫（25～35 ℃）+CO2

（1000～1500 μmol/mol）處理；CK.常溫（25～

35 ℃）+CO2（320～420 μmol/mol），對溫室黃瓜CO2施肥進(jìn)行了研究。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，光合作用越旺盛，光合產(chǎn)物積累反而易造成反饋抑制，降低光合速率。從圖1可以看出，處理后的前一個月淀粉含量呈下降趨勢，處理一個月后的淀粉含量普遍升高，特別是常溫+CO2處理（C）從第22天開始升高，而高溫+CO2處理（A）的淀粉含量處在較低水平，處理36天后升漲幅度不大。單純高溫處理（B）的淀粉含量始終處在最低水平。CK為常規(guī)生產(chǎn)，不同處理下凈光合速率發(fā)生變化。從圖2中可以看出，高溫+CO2處理（A）的凈光合速率在處理前36天都維持較高水平，而常溫+CO2處理（C）從第29天開始下降，單純高溫處理（B）從第22天開始下降，且在整個處理期間都是最低水平。從圖中可以看出，CO2施肥前一個月左右，淀粉含量較低，凈光合速率水平較高，一個月以后淀粉含量增加，凈光合速率下降，說明淀粉含量過高會抑制光合作用，這也是CO2施肥短期效果好，長時間效果不好的原因之一。此外，從圖中還可以看出，高溫處理可以有效地降低淀粉含量，延長凈光合速率維持較高水平的時間[5]。

冬季施用效果不佳，且葉片黃化問題嚴(yán)重

在以往的生產(chǎn)中，人們發(fā)現(xiàn)CO2施肥后期葉片黃化，特別是在冬季尤為突出，以往人們都認(rèn)為是缺鐵、缺鎂、缺硼等微量元素，經(jīng)過補(bǔ)充各種肥料試驗(yàn)后，都沒有控制和緩解葉片黃化現(xiàn)象。在增施CO2試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，葉片黃化是因?yàn)槿~片中淀粉積累產(chǎn)生毒害，使葉綠體解體造成的葉片黃化。在冬季的CO2施肥試驗(yàn)中，高溫處理可以避免葉片黃化，特別是夜間前半夜，適當(dāng)?shù)母邷乜梢杂行У亟档腿~片淀粉含量。

成本和危險性等問題

施用CO2需要一定的材料、設(shè)備和人工的投入，成本的增加也是CO2施肥技術(shù)得不到廣泛應(yīng)用的原因之一。實(shí)際上，從試驗(yàn)中測算得出，材料投入的產(chǎn)出比是1：3～8，遠(yuǎn)高施用化肥的產(chǎn)出比。在施用CO2后，產(chǎn)品的質(zhì)量提高了，銷售價格也就提高了。目前獲取CO2多使用的方法是酸和碳酸鹽反應(yīng)產(chǎn)生CO2；成本較低的方法是用硫酸和碳銨進(jìn)行反應(yīng)；還有就是直接加熱碳銨分解放出CO2。但在使用中會出現(xiàn)硫酸傷人、燒衣服和氨氣泄漏的危害現(xiàn)象，這就需要有一個嚴(yán)格的管理制度來預(yù)防意外發(fā)生。目前急需有專業(yè)生產(chǎn)CO2的企業(yè)為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)CO2氣肥。

配套管理問題

CO2施肥后需要在溫度、濕度、光照和水肥管理上的配套才能充分發(fā)揮CO2施肥的作用，這方面往往被人們忽視。因此在推廣中必須加強(qiáng)這方面的技術(shù)培訓(xùn)。

施用方法

大量施用有機(jī)肥

目前，設(shè)施中CO2的來源主要是有由土壤微生物分解有機(jī)質(zhì)放出CO2、水和熱量，因此，大量施用有機(jī)肥可以持續(xù)不斷地為設(shè)施內(nèi)釋放CO2。此外，大量施用有機(jī)肥還可疏松土壤，改善土壤結(jié)構(gòu)、提高地溫和補(bǔ)充一些N、P、K等養(yǎng)分，是提高產(chǎn)量和品質(zhì)的最有效的措施。除畜禽糞便外，秸稈等也可作為有機(jī)肥施用，如目前已經(jīng)使用的秸稈反應(yīng)堆技術(shù)等。大量施用有機(jī)肥的方法成本低、多效、原料來源廣、易獲得、使用方便、農(nóng)民容易接受。

化學(xué)法

利用酸和碳酸鹽反應(yīng)產(chǎn)生CO2，酸可以選擇硫酸，還可以用磷酸，碳酸鹽普遍選用碳銨，原料易購買且便宜。但使用硫酸時存在一定的危險性，使用磷酸成本高一些。此外，用碳銨加熱分解也可獲得CO2，但在使用中要加大吸收氨氣的水量，避免溶于水的氨氣又與CO2形成碳銨溶液。此方法的原料來源廣、成本低、但管理不當(dāng)時，易產(chǎn)生氨氣中毒的危害。

燃燒法（天然氣、白煤油、沼氣）

通過燃燒天然氣、白煤油或沼氣為設(shè)施內(nèi)提供CO2和熱量，在冬春季較為實(shí)用。此種燃燒法不但補(bǔ)充了CO2也起到了增溫的作用，但成本增加。

生物法

在高架作物下面放置菌袋生產(chǎn)食用菌，利用食用菌呼吸放出的CO2來補(bǔ)充設(shè)施內(nèi)的CO2。生物法經(jīng)濟(jì)、方便、實(shí)用又可充分利用溫室空間，因食用菌要求較高濕度，所以在選擇作物時，要選擇喜較高濕度的作物。

直接法

利用化工、食品發(fā)酵等企業(yè)排放的CO2，通過收集、分離凈化后可直接用于設(shè)施生產(chǎn)。直接法使用方便、衛(wèi)生、容易控制濃度，但目前不易獲得，成本高。

施用時間與濃度

根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果認(rèn)為，在太陽出來后（或溫室起簾后）2 h左右進(jìn)行CO2施肥較好。使用濃度在600～1500 μmol/mol之間，夏季時果菜類結(jié)果期使用濃度高些（800～1500 μmol/mol），

冬季時果菜類苗期、葉菜的施用濃度低些（600～1000 μmol/mol）。一般情況下，晴天施用，陰雨（雪）天不進(jìn)行施用。

施用后的管理

合理的通風(fēng)換氣

當(dāng)溫室內(nèi)CO2濃度低于外界時，放風(fēng)也是補(bǔ)充CO2的一種方法，采取人工補(bǔ)充CO2措施，要在施用后2 h放風(fēng)，大量施用有機(jī)肥的，要比平常適當(dāng)晚1～2 h放風(fēng)。

溫度

溫室內(nèi)的溫度管理無論冬夏，施用CO2以后，白天要比通常的溫度高5～10 ℃，夜間前半夜要比通常的溫度高5～7 ℃。

光照

CO2施肥效果受光照強(qiáng)度的制約，光照強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)施用CO2，可提高蔬菜的光合強(qiáng)度。冬季溫室生產(chǎn)在保證作物不受凍的情況下，盡可能上午早揭保溫簾，下午適當(dāng)晚放保溫簾，延長溫室內(nèi)的光照時間。越冬生產(chǎn)要使用透光好的膜（PO膜等），保持棚膜的清潔，增加溫室的進(jìn)光量。

濕度

夏季中午氣溫很高時，可以噴水適當(dāng)降溫和提高濕度。冬季通過覆蓋地膜、控制灌水量和適當(dāng)提高前半夜溫度的管理，可以降低夜間的空氣相對濕度。

水肥

根據(jù)季節(jié)、作物生長的不同階段和土壤養(yǎng)分含量，及時灌水和追肥，必要時進(jìn)行葉面施肥。施用CO2后，根系一般都明顯增大，吸收功能增強(qiáng)。

結(jié)束語

目前，我國設(shè)施園藝的生產(chǎn)正在向優(yōu)質(zhì)、高效方向發(fā)展，CO2施肥是設(shè)施優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的主要措施之一，也是農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、解決“三農(nóng)”問題的重要手段之一。實(shí)現(xiàn)設(shè)施內(nèi)CO2施肥的普遍應(yīng)用還需工業(yè)化生產(chǎn)CO2的支持，現(xiàn)在我國的化工、食品加工等生產(chǎn)企業(yè)排放很多的CO2，如果能收集用于設(shè)施農(nóng)業(yè)，對改善地球大氣環(huán)境也有重要意義。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要政府、科研、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣等部門與生產(chǎn)企業(yè)共同合作，大力推進(jìn)才能完成。

參考文獻(xiàn)

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[4] 劉保才，賽富昌，李英敏.影響日光溫室蔬菜產(chǎn)量的三大要素

分析[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，1995（11）：34-35.

[5] 張麗紅，宋陽，張之為，等.長期增施CO2條件下黃瓜葉片淀

粉積累對光合作用的影響[J].園藝學(xué)報，2015，42（7）：1321–

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通信作者：崔世茂（1961-），教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)閳@藝作物抗逆生理和園藝設(shè)施及環(huán)境調(diào)控。