賀超興，趙春雷，李繼締

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

黃瓜、番茄是我國日光溫室秋冬茬和早春茬栽培的主要設(shè)施蔬菜，具有生長快、產(chǎn)量高的特點，其正常光合生長要求空氣中有較高的CO2濃度和充足的肥水。在補償濃度與飽和濃度之間，CO2濃度越高，光合速率越高，增產(chǎn)效果越明顯。蔬菜設(shè)施栽培增施CO2技術(shù)是實現(xiàn)蔬菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要技術(shù)措施之一。國外對CO2施肥技術(shù)研究較早，特別是荷蘭、德國、加拿大等設(shè)施栽培發(fā)達國家的應(yīng)用較普遍，作物增產(chǎn)效果十分明顯。我國由于技術(shù)條件、經(jīng)濟水平、CO2來源等因素限制了該項技術(shù)的推廣應(yīng)用。

近年來，隨著我國設(shè)施栽培從面積擴大向提質(zhì)增效的減肥減藥方向發(fā)展，設(shè)施內(nèi)CO2施肥作為一項高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病的技術(shù)措施，越來越受到園藝工作者和廣大菜農(nóng)的關(guān)注。設(shè)施蔬菜肥水氣一體化施用技術(shù)立足于解決日光溫室低成本供氣和化學(xué)法反應(yīng)液利用的問題，既提高了肥效，又妥善處理了黃瓜低成本肥水配施問題，易于操作；不產(chǎn)生任何有害廢棄物，符合環(huán)保和生態(tài)農(nóng)業(yè)的需要；可以根據(jù)需要供水、供肥、供氣；顯著地改善了蔬菜根際環(huán)境；是適于日光溫室越冬栽培應(yīng)用，亦可應(yīng)用于大型連棟溫室及春秋大棚的實用新技術(shù)。肥水氣一體化技術(shù)的應(yīng)用，使不同營養(yǎng)成分相互配合，不僅能增加作物根系的總量，提高根系活力，擴大吸收水分、養(yǎng)分的空間和動力，還能提高蒸騰蒸發(fā)量中蒸騰量的比例和光合速率，從而大幅度提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[1]，達到增產(chǎn)的目的。所以將CO2施肥和水肥一體化結(jié)合為肥水氣一體化耦合施用技術(shù)，具有較高的實用價值。

1 日光溫室CO2施肥的意義

1.1 CO2與環(huán)境效應(yīng)

CO2排放引起的全球氣候變化造成的各種全球性環(huán)境問題嚴重影響著人類的生存和發(fā)展，已向人類敲響了警鐘，成為全世界關(guān)注的焦點問題和科技熱點[2-3]，CO2的捕集與資源化利用已成為科技前沿問題。

CO2的農(nóng)業(yè)資源化利用是指將所捕集的CO2作為氣肥應(yīng)用于農(nóng)作物的增產(chǎn)過程，依靠光合速率的提高，吸收轉(zhuǎn)化更多的CO2形成有機物，促進農(nóng)作物生長，提高農(nóng)作物產(chǎn)量及品質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計，20世紀全球農(nóng)作物增產(chǎn)中10%的貢獻是由于CO2濃度升高帶來的[4]。此外，增施CO2氣肥會增強作物的抗病能力[5]、減少農(nóng)藥用量、大幅提高成品率和優(yōu)等品率。據(jù)研究計算，在設(shè)施農(nóng)業(yè)中科學(xué)合理增施CO2氣肥，每667 m2平均可多吸納CO2約2.4 t[6-7]。我國現(xiàn)有設(shè)施農(nóng)業(yè)總面積約為3.33×106hm2，若CO2施肥技術(shù)能推廣達60%，則可實現(xiàn)每年減排7 200萬t以上，占我國CO2總排放量的1%以上。已有研究[8]表明：采用CO2增施技術(shù)后，設(shè)施典型農(nóng)作物年均667 m2產(chǎn)量可提高約3 000 kg，每667 m2增收約6 000元，每年新增經(jīng)濟效益超過1 000億元?？梢?，這種途徑不僅可達到大規(guī)模減排CO2的目的，而且具有良好的經(jīng)濟效益。因此，CO2的農(nóng)業(yè)資源化利用是實現(xiàn)CO2大規(guī)模減排的“天然、綠色”途徑，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。

1.2 溫室CO2施肥的必要性

隨著設(shè)施栽培技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，設(shè)施栽培面積的逐年擴大，進行設(shè)施反季節(jié)栽培的作物種類也越來越多。采取人工控制的栽培條件，實現(xiàn)超時令、反季節(jié)的市場供應(yīng)是當(dāng)下的發(fā)展趨勢。設(shè)施栽培在滿足市場需要的同時，也帶來了較高的經(jīng)濟效益。

因溫室栽培的封閉性，影響了溫室與外界空氣的對流，特別是在設(shè)施蔬菜成熟采收期，植株高大且密集，光合作用強烈。溫室CO2的變化規(guī)律一般表現(xiàn)為晴天上午隨著蔬菜光合作用的進行，清晨較高的CO2濃度很快被消耗至最低點，打開風(fēng)口雖然可使CO2得到補充，但由于白天大多數(shù)時間CO2嚴重虧缺或處在與室外相當(dāng)?shù)臐舛萚9]，光合作用效率受到了很大影響，進而影響到蔬菜的光合同化量及蔬菜的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性等。增施CO2為解決上述問題提供了有效途徑。

2 設(shè)施CO2施肥的國內(nèi)外應(yīng)用情況

2.1 設(shè)施CO2施肥的國外應(yīng)用情況

國外已經(jīng)進行了大量有關(guān)CO2施肥的研究，在生產(chǎn)中已取得了顯著的效果[10]。早在1840年，De Saussure就對豌豆進行了高濃度CO2的處理試驗；在1920年德國首先提出“碳酸氣施肥”后，國外在設(shè)施栽培的CO2施肥就在歐美、日本等地開始推廣大規(guī)模的應(yīng)用，挪威有75%、荷蘭有90%以上作物生產(chǎn)均采用在溫室施用CO2[11]，溫室增施CO2氣肥后，設(shè)施番茄的產(chǎn)量由70年代的20 kg/m2增加到現(xiàn)在的50～60 kg/m2[8]。

英國常用的溫室CO2濃度是空氣中的3倍，可使作物產(chǎn)量提高30%左右；美國約有50%以上的溫室作物施用CO2，但主要用于早春作物，其在增產(chǎn)效果、提前上市及改進作物品質(zhì)等方面均有良好的效果[12]。隨著試驗設(shè)備和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，某些發(fā)達國家的設(shè)施農(nóng)業(yè)CO2施肥的試驗研究更為深入。在基礎(chǔ)理論應(yīng)用方面，如不同種類的作物、相同作物不同發(fā)育期對CO2的供求關(guān)系，施用不同CO2濃度對作物的生理過程、生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響都有了不少進展[13]。

國外溫室蔬菜CO2的施用主要是采用規(guī)模化的方式進行，由于荷蘭、加拿大等國家地處高緯度，冬季日照短、溫度低，所以設(shè)施蔬菜多采取越夏長季節(jié)周年栽培模式。在早春和晚秋，由于氣溫較低、光照不足，所以多采用后半夜補光4 h（4：00—8：00）的措施改善光合作用，白天則可采取燃燒天然氣的方法，包括通過特殊的燃燒器直接在溫室燃燒產(chǎn)生CO2的同時對溫室有一定加溫作用或者對水進行加熱后將天然氣燃燒產(chǎn)生的CO2通過管道輸送到溫室植物周圍。在夏季的大部分時間，由于光照時間長，光合作用時間也長，且蔬菜處于采收期，通常使用大型CO2鋼瓶直接對溫室增施CO2。

2.2 國內(nèi)日光溫室蔬菜CO2施肥應(yīng)用情況

日光溫室是我國北方地區(qū)冬春季蔬菜生產(chǎn)的主要設(shè)施形式，雖然溫室蔬菜栽培面積在不斷擴大，蔬菜產(chǎn)量逐年提高，然而我國設(shè)施番茄的單位面積產(chǎn)量僅為10～20 kg/m2左右[14]，故設(shè)施蔬菜產(chǎn)量增加的潛力巨大。早在日光溫室發(fā)展的20世紀90年代，各種形式的CO2施肥方法在北方日光溫室生產(chǎn)中得到了一定的推廣和運用，常用的方法有碳銨硫酸反應(yīng)法、燃煤后廢氣過濾法和鋼瓶直接施用法，研究的主要作物包括黃瓜和番茄，雖然取得了較好的應(yīng)用效果，但由于使用不方便，所以實際使用不多。研究表明日光溫室CO2濃度日變化曲線通常呈不規(guī)則“U”形，即白天CO2濃度低，夜晚CO2濃度高，與植物的光合作用需求正好相反。表現(xiàn)為冬春季早晨日出后CO2濃度由日最高濃度逐漸減小，2 h后達日最低濃度并持續(xù)到下午覆蓋保溫被后。由于植物和土壤的呼吸作用逐漸升高，春季隨日長增加CO2虧缺時間逐漸延長[9]。年變化表現(xiàn)為近地面CO2濃度以4—6月較低，而冬季11月—翌年2月較高[15]。影響日光溫室CO2濃度變化的主要因素是光照和植物的高度與密度，采用通風(fēng)措施不能避免溫室中CO2虧缺和阻止高濃度CO2外逸。幼苗期植株因為葉量少、光合能力弱、土壤呼吸旺盛，溫室CO2濃度較高，CO2虧缺較少發(fā)生。而結(jié)果采收期植株群體光合旺盛、土壤呼吸衰竭，CO2虧缺嚴重[15]。

朱世東等[16]對春季大棚櫻桃番茄增施CO2發(fā)現(xiàn)CO2適宜施用濃度為1 000 μL/L左右。陳雙臣等[17]研究增施CO2對番茄生長發(fā)育的影響，結(jié)果表明，光照強度是影響溫室內(nèi)CO2濃度和利用效率的主要因素。與對照相比，增施CO2使番茄株高增高18.29%，光合速率提高48.92%，葉綠素含量增加33.00%，產(chǎn)量增加18.69%，果實VC增加33.27%。

由此可見，CO2施肥對提高設(shè)施蔬菜的產(chǎn)量、品質(zhì)的作用十分明顯，研發(fā)適合我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀的CO2氣肥技術(shù)具有積極的意義。因此，必須通過科學(xué)手段挖掘我國設(shè)施農(nóng)業(yè)潛力，在減肥減藥的同時增施CO2氣肥是推動我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑。

3 設(shè)施增施CO2氣肥對蔬菜生長的影響

研究增施CO2對蔬菜生長發(fā)育的影響主要包括生長方面，如植株株高、干鮮質(zhì)量；生理生化方面，如光合作用、呼吸作用、蒸騰作用等；產(chǎn)量方面，包括生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量。通過各方面的研究，全面揭示CO2施肥對作物生長發(fā)育的影響機理，以便進行生長管理調(diào)控，施肥配方精細量化，達到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)水節(jié)肥和高產(chǎn)高效的目的。

3.1 設(shè)施CO2施肥對蔬菜生長發(fā)育的影響

許多研究表明，CO2施肥可使黃瓜、番茄、西葫蘆等蔬菜作物的株高、莖粗、節(jié)數(shù)、植株干鮮質(zhì)量、葉面積及厚度、單果質(zhì)量、比葉質(zhì)量、葉綠素含量、根系活性、壯苗指數(shù)等生長指標(biāo)顯著增加[18-19]。

王書潔等[20]的試驗結(jié)果表明，溫室黃瓜增施CO2后，株高、莖粗增加，葉片數(shù)增多，結(jié)瓜數(shù)增加。魏珉等[19]對溫室黃瓜、番茄苗期施用（700±100）μL/L和（1 100±100）μL/L CO2處理后，也有同樣效果。Li等[21]研究表明，當(dāng)CO2濃度從360 μL/L增加到720 μL/L時，番茄幼苗的株高、莖粗、干鮮質(zhì)量（根、莖、葉）、G值（干質(zhì)量/苗齡）及幼苗的活力指數(shù)等都升高。

3.2 設(shè)施CO2施肥對蔬菜光合速率及呼吸作用的影響

光合作用的總過程的反應(yīng)表達式概括為：CO2+H2O=（光照、葉綠素）C6H12O6+O2，由此看出CO2是光合作用的重要原料，它的供應(yīng)量直接影響著光合產(chǎn)物的生成量。光合作用研究表明：在光合碳循環(huán)中，RuBp（1,5-二磷酸核酮糖）接受CO2后形成兩個分子的PGA（3-磷酸甘油酸），PGA再利用光合電子傳遞鏈中形成的同化力，在光和各種酶的作用下經(jīng)過復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，將CO2同化為有機物，進而生成了新的RuBP，完成光合碳循環(huán)。RuBP具有雙重催化作用，既起羧化酶的作用，又起加氧酶的作用，高濃度的CO2和低濃度的O2有利于羧化反應(yīng)，從而加速光合作用。CO2作為植物生長的碳源，是影響植物生長發(fā)育和功能的重要因子，它既是光合作用的底物，又是初級代謝過程、光合同化物分配和生長的調(diào)節(jié)者，參與一系列生化反應(yīng)，對作物的生長產(chǎn)生直接影響?？諝庵蠧O2濃度高，可使蔬菜光合速率明顯上升，且在補償點和500 μmol/mol之間少量增加對光合速率就有較大影響。高CO2濃度下光合速率上升的原因在于增加Rubisco羧化酶活性、降低加氧酶活性，加速碳同化過程。CO2濃度的提高降低了光補償點，增加光合量子產(chǎn)額，提高了蔬菜利用弱光的能力[22]。不同CO2濃度對光合速率的影響不同，當(dāng)CO2濃度從200 μL/L增加到350 μL/L時，光合速率增加幅度最大，當(dāng)超過500 μL/L后，光合速率增長幅度逐漸變小[23]。國外學(xué)者研究也表明，當(dāng)CO2濃度從300 μL/L增加到900 μL/L時，黃瓜葉片的光合速率呈直線上升。于國華等[24]的試驗結(jié)果表明，黃瓜在增施CO2后其光合速率可提高50%。植物進行光合作用的能量來源主要是光合色素捕獲的光能，所以葉綠素的高低與光合功能關(guān)系密切[25]。郭衛(wèi)華等[26]報道CO2施肥提高了番茄的葉綠素含量。隨著CO2濃度的升高，C3植物的凈光合生產(chǎn)力提高，其對CO2濃度升高的反應(yīng)比C4植物敏感[27]。

環(huán)境中CO2濃度升高會導(dǎo)致植物氣孔的關(guān)閉，從而導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度降低。其機理可能是氣孔對胞間CO2濃度變化非常敏感，隨著環(huán)境中CO2含量升高胞間CO2含量增大，為了保持胞間CO2分壓高于大氣CO2分壓，植物需要通過增大氣孔阻力來調(diào)節(jié)。當(dāng)CO2濃度升高時，氣孔會部分關(guān)閉，氣孔阻力增加至一定值時，蒸騰速率將會降低[28]。王修蘭等[29]通過對大量C3、C4植物的研究顯示，680 μL/L CO2濃度比340 μL/LCO2濃度的氣孔導(dǎo)度減少33%，蒸騰降低23%。研究表明，CO2濃度在300～1 200 μmol/mol 范圍，每增加100 μmol/mol，茄子葉片氣孔導(dǎo)度減少10.2%，但其蒸騰僅降低了4%[30]。CO2施肥提高了作物光合水分利用率（光合CO2吸收與蒸騰水分散失的比），減小了因水分脅迫對作物產(chǎn)量的影響。Wittwer[31]研究表明：高濃度CO2下水分脅迫的作物產(chǎn)量與正常濃度CO2下非水分脅迫的產(chǎn)量無明顯差異。

作物的光呼吸始于RuBP的加氧反應(yīng)，其活性的大小與葉綠體中CO2/O2值有關(guān)[32]。增施CO2使進入單位葉面積的CO2增多，CO2/O2增大，提高了光合作用的光能吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化效率，從而減少了光呼吸消耗，抑制了不必要的能量損耗[9]。資料表明[33]，高濃度CO2下生長的植物其補償點和光呼吸速率降低；當(dāng)高濃度CO2下生長的植株放到對照條件下時，其氧吸收速率與對照的一樣。研究表明，隨著CO2的增加，與光合速率的增加相比，呼吸速率消耗量比光合積累量要小[34]。

3.3 設(shè)施CO2施肥對蔬菜礦質(zhì)營養(yǎng)吸收和分配的影響

CO2施肥使作物體內(nèi)的礦質(zhì)元素含量呈降低趨勢，體內(nèi)N、P、K、Ca、Mg含量降低，N、Ca表現(xiàn)顯著。升高CO2濃度降低了氣孔開度和蒸騰速率，減少了礦質(zhì)吸收[35]。王忠等[36]分析了1 000 μL/L CO2使黃瓜葉片全氮含量較對照下降了10.7%，其原因可能是碳代謝增強促進了碳水化合物的合成，加快了作物的生長，進而相應(yīng)增加了氮素的需求。在1 000 μL/L CO2下生長的黃瓜，葉片中Ca、N的含量都比在350 μL/L下的低，開花期最明顯[37]?？赡苁翘妓衔锓e累和植株快速生長對營養(yǎng)元素的稀釋作用造成的。魏珉等[38]研究表明，每天上午以1 000 μL/L CO2施肥3 h使得黃瓜植株各部位的大多數(shù)礦質(zhì)元素含量降低顯著，施肥時間越長，其降幅越大。增施CO2提高了作物對礦質(zhì)元素的吸收能力，明顯增加了單株吸收總量。因此，在CO2施肥時注重增加礦質(zhì)肥料的施用是很有必要的。

3.4 設(shè)施CO2施肥對蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

日光溫室中，秋冬季節(jié)和春季的CO2濃度會因植物的吸收而降到較低水平，致使蔬菜生長緩慢并嚴重減產(chǎn)。Klaring等[37]人通過模型精確控制溫室內(nèi)的CO2濃度，使其與外界CO2濃度接近，結(jié)果黃瓜產(chǎn)量增加了35%。當(dāng)CO2濃度為1 000 μL/L時可促進黃瓜的雌花分化，增加坐果數(shù)，增產(chǎn)可達35.56%。當(dāng)溫室內(nèi)的CO2濃度達到700～1 000 μL/L，黃瓜產(chǎn)量平均增產(chǎn)30%以上，番茄增產(chǎn)30%～50%[38]。孫治強等[39]研究表明，CO2施肥后能顯著提高西葫蘆的單株產(chǎn)量。

增施CO2會使光合產(chǎn)物增多，從而對蔬菜品質(zhì)有明顯的改善。陳雙臣等[17]研究表明，溫室內(nèi)增施CO2可使番茄果實VC增加33.27%，番茄紅素增加30.98%，與對照相比差異顯著。Madsen[40]對增施CO2的番茄果實品質(zhì)測定表明，葡萄糖含量增加7.4%～19%，果糖增加6.3%～14.4%，滴定酸降低2.6%～5.5%，糖酸比提高13.8%～24.1%，VC含量增加2.9%～10.5%。朱世東等[16]研究表明，施用1 000 μL/L CO2可使大棚櫻桃番茄果實中的固形物含量提高4.53%～8.89%，抗壞血酸含量增加12.84%～26.67%。楊文斌等[41]研究顯示，增施CO2（800～l 000 μL/L）后，黃瓜葉片的可溶性糖、全N、全P分別比對照增加了54.60%、47.70%、34.92% 。

3.5 設(shè)施CO2施肥對蔬菜抗性的影響

CO2施肥對設(shè)施蔬菜影響還表現(xiàn)在增施CO2有助于增強植物的抗逆能力。當(dāng)蔬菜增施CO2后，其植株健壯，葉片肥厚，抗病力大大增強，從而降低了溫室病害的發(fā)生率及其危害程度。如番茄的蕨葉型病毒病發(fā)病率降低32%，病情指數(shù)降低50%[42]。趙文華等[43]試驗結(jié)果表明，1 500～2 000 μL/L CO2使黃瓜霜霉病發(fā)病率降低30%，病情指數(shù)下降20%。魏珉等[44]研究CO2施肥對黃瓜苗期的影響，結(jié)果表明，CO2施肥有利于提高黃瓜幼苗的抗寒力。

4 設(shè)施CO2施肥方法及其優(yōu)缺點比較

有關(guān)CO2濃度變化對植物的影響的研究已有近百年的歷史，80年代前主要是通過提高溫室、培養(yǎng)箱或開頂式氣箱中CO2濃度來觀察植物的一系列變化。為了模擬自然條件下CO2濃度升高對植物的影響，80年代末美國發(fā)展了自由空氣條件下使CO2濃度升高技術(shù)。

較高濃度的CO2是蔬菜正常生長的因素之一。大量試驗表明，大多數(shù)蔬菜作物的CO2補償點為30～90 μL/L，飽和點為1 000～2 000 μL/L[15]。當(dāng)CO2濃度在補償點與飽和點之間，作物才能進行有效的光合作用。在有效的CO2濃度范圍內(nèi)，作物光合強度隨CO2濃度的升高而增大，增產(chǎn)幅度也隨之變大。當(dāng)CO2濃度不足時，作物的光合作用減弱，光合產(chǎn)物變少，使得植株供應(yīng)養(yǎng)分不足導(dǎo)致生長緩慢，進而出現(xiàn)了產(chǎn)量低、品質(zhì)差、畸形果多、落花落果嚴重等問題。一般當(dāng)溫室內(nèi)的CO2濃度低于大氣CO2濃度360 μL/L左右時，就需要及時地補充CO2。

目前，設(shè)施農(nóng)業(yè)增施CO2的方法主要是CO2鋼瓶法、有機堆肥法、有機物燃燒法、化學(xué)反應(yīng)法、氣肥吊袋法等。發(fā)達國家多采用鋼瓶法直接增施CO2，具有安全、潔凈、濃度可控的特點，如荷蘭、日本等國20世紀已普遍使用[45]。

鋼瓶法便于控制用量，但冬季使用因CO2氣化時吸收熱量易降低溫室內(nèi)的溫度，特別是鋼瓶很笨重，不便搬運且來源有限，不適合中國國情。有機堆肥法和氣肥吊袋法，成本低廉，但對CO2濃度、施放時間高度不可控，應(yīng)用效果有限。有機物燃燒法屬于燃燒化石能源放出CO2，煙氣成分復(fù)雜，易產(chǎn)生有毒氣體，存在安全隱患，與國家節(jié)能減排戰(zhàn)略不符，無法滿足當(dāng)前設(shè)施農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展需求。

CO2氣體化學(xué)反應(yīng)法目前應(yīng)用的方法有：鹽酸—石灰石法（CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O）、硝酸—石灰石（2HNO3+CaCO3=Ca(NO3)2+CO2↑+H2O）和碳酸氫銨—硫酸法（2NH4HCO3+H2SO4=(NH4)2SO4+2H2O+2CO2↑），其中碳酸氫銨—硫酸法取材容易、成本低、操作簡單，在產(chǎn)生CO2的同時，由于碳酸氫銨不宜在溫室內(nèi)直接施用，此法將其轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的且可直接用作追肥的硫酸銨，所以應(yīng)用比較廣[15]。

設(shè)施施用CO2的具體施用濃度依蔬菜種類、生育時期、光照及溫度等條件而定。如葉菜類蔬菜以600～1 000 μL/L為宜，果菜類蔬菜以1 000～1 500 μL/L為宜。果菜結(jié)果期以前CO2濃度以1 000 μL/L左右為宜，旺盛生長期以1 200～1 500 μL/L為宜。冬季低溫弱光或陰天CO2施用濃度要低，以800～1 000 μL/L為宜，春秋季光照強時以1 000～1 500 μL/L為宜。設(shè)施施用CO2時間一般在春、秋、冬三季，葉菜類整個生長期均可施用，果菜類在結(jié)果期施用。當(dāng)溫度低于15 ℃不宜施用，CO2施用時間一般選擇晴天太陽出來后或揭開草苫2 h后或下午通風(fēng)后，隨著植株光合作用的加強，生長加快，消耗了室內(nèi)大量的CO2，此時需要補充CO2，之后還應(yīng)加大肥水供應(yīng)[46]。多云天可推遲半小時施用，陰天和雪天等弱光下不施用CO2，以防止發(fā)生CO2氣體中毒。開風(fēng)口前半小時停止施用，否則會造成原料浪費且影響效果。

5 設(shè)施CO2施肥新技術(shù)及未來應(yīng)用前景

基于我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀，在化學(xué)法增施CO2基礎(chǔ)上開發(fā)出的溫室蔬菜肥水氣一體化施用技術(shù)可以對坐果采收期的蔬菜通過碳銨與磷酸化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的CO2對蔬菜增施氣肥，然后將反應(yīng)液配施鉀肥后通過肥水一體化裝置對根系補充肥水，實現(xiàn)了資源高效利用。

具體做法是在533～667 m2的日光溫室下午收風(fēng)后2點左右施用CO2。首先在電熱反應(yīng)器的進料口中加入碳酸氫銨3 kg，在出氣口的過濾器（即貯酸桶）中先加入3.6 L水，然后加入1.8 L 87%的工業(yè)磷酸，稀釋混勻后備用。通電加熱后碳酸氫銨分解產(chǎn)生的CO2和氨氣經(jīng)管道通路輸送到盛有由工業(yè)磷酸3倍稀釋的稀磷酸的貯酸桶中，氨氣被磷酸吸收反應(yīng)生成磷酸二銨，釋放的CO2經(jīng)軟管輸送到黃瓜冠層供其光合生長。次日上午當(dāng)作物需要灌溉施肥時，可將生成的磷酸銨液肥倒在施肥桶中，按照n（N）︰n（K）=1︰2加入58%的速溶硫酸鉀5 kg，加水稀釋至完全溶解后，將此肥液通過文丘里吸肥器吸入滴灌系統(tǒng)，就可在灌水的同時向植物提供N、P、K肥等速效養(yǎng)分，滿足瓜條迅速生長需要。

設(shè)施蔬菜肥水氣一體化施用技術(shù)不僅解決了日光溫室低成本供氣問題，還將化學(xué)法產(chǎn)生的廢液直接配制成速溶液肥隨水灌溉，解決了復(fù)合液肥的來源問題，降低了生產(chǎn)成本，不但提高了肥效而且還減少了資源的浪費，也改善了作物根際環(huán)境。該裝置具有節(jié)水、節(jié)肥、省工省力和促進增產(chǎn)及改善作物品質(zhì)等特點，一般每周施用1次，連續(xù)施用10～15周可使設(shè)施蔬菜增產(chǎn)30%以上，667 m2增加純收入3 000元以上。

6 結(jié)語

從溫室蔬菜增施CO2的化學(xué)反應(yīng)法發(fā)展而來的設(shè)施蔬菜肥水一體化技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)施光溫水氣肥資源的高效利用，將環(huán)境測量與智能控制相結(jié)合，有助于在日光溫室內(nèi)更好地創(chuàng)造出適宜蔬菜生長的環(huán)境，適合中國日光溫室的國情，不僅可以提高肥水利用率，減少化肥農(nóng)藥使用，還可以促進作物增產(chǎn)增效，提高經(jīng)濟效益，在未來日光溫室增施CO2技術(shù)中必將有廣泛的應(yīng)用前景。

[1] 頡建明.幾種蔬菜肥水一體化膜下滴灌技術(shù)[J].甘肅農(nóng)業(yè),2007(10):35-37.

[2] CHU S. Carbon capture and sequestration [J]. Science,2009, 325(5948):1599.

[3] HASZELDINE R S. Carbon capture and storage:how green can black be? [J]. Science, 2009, 325(5948):1647-1652.

[4] GREEN T G A, SNELGAR W P. Carbon dioxide exchange in lichens–relationship between net photosynthetic rate and CO2concentration [J]. Plant Physiol, 1981,68(1):199-201.

[5] BERKEL N V. CO2enrichment in the Netherlands [J].Acta Horticulturae, 1984, 162:197-206.

[6] 鄭帷婕,包維楷,辜彬,等.陸生高等植物碳含量及其特點[J].生態(tài)學(xué)雜志,2007,26(3):307-313.

[7] DEMIRBAS A. Relationships between lignin contents and fi xed carbon contents of biomass samples [J]. Energy Conversion and Management, 2003, 44(9):1481-1486.

[8] 陳潔,趙桂芳,方秀敏.雙微CO2氣施肥技術(shù)在溫室生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].蔬菜,2000(12):22.

[9] 魏珉,邢禹賢,王秀峰,等.日光溫室CO2濃度變化規(guī)律研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2003,14(3):354-358.

[10] SLACK G, HAND D W. The effect of winter and summer CO2enrichment on the growth and fruit yield of glasshouse cucumber [J]. Horticulture Science, 1985,60(4):507-516.

[11] 張明賢,高志奎.蔬菜CO2施肥效果及生理研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1993,16(2):87-92.

[12] 高素華,郭建平.施用二氧化碳的現(xiàn)狀及前景[J].氣象科技,1995(1):59-65.

[13] POORTER H. Interspecific variation in the growth response of plants to an elevated ambient CO2concentration [J]. Vegetation, 1993,104(1):77-97.

[14] 黃廣杰,毛傳生,李華鳳.日光溫室蔬菜周年高產(chǎn)高效栽培模式[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2008(7):58-59.

[15] 李曉東,于燕.CO2肥料在蔬菜保護地中應(yīng)用研究[J].北方園藝,1997(4):1-6.

[16] 朱世東,徐文娟.大棚櫻桃番茄CO2加富的生理效應(yīng)[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2002,29(2):127-131.

[17] 陳雙臣,鄒志榮,賀超興,等.溫室有機土栽培CO2濃度變化規(guī)律及增施CO2對番茄生長發(fā)育的影響[J].西北植物學(xué)報,2004,24(9):1624-1629.

[18] 崔慶法,王靜.補施CO2對日光溫室黃瓜生長的影響[J].西北植物學(xué)報,2003,23(1):39-43.

[19] 魏珉,邢禹賢,馬紅,等.果菜苗期CO2施肥壯苗效果研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2000,31(2):196-200.

[20] 王書潔,趙生.保護地蔬菜生產(chǎn)中液態(tài)CO2施放效果[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1997,28(2):167-168.

[21] LI J, ZHOU J M, DUAN Z Q, et a1. Effect of CO2enrichment on the growth and nutrient uptake of tomato seedlings [J]. Pedosphere, 2007, 17(3):343-351.

[22] CAPORN S M, HAND D W. Mansfield, Canopy photosynthesis of CO2enriched lettuce. Respond to shorterm change in CO2, temperature and NO2[J]. New Philologist, 1994, 128(1):45-52.

[23] 于國華,宮本堂.大棚黃瓜增施CO2對光合速率的影響[J].萊陽農(nóng)學(xué)院學(xué)報,1996,13(1):5-10.

[24] 于國華,尚輝民,張國樹,等.CO2濃度對黃瓜葉片光合速率、Rubisco活性及呼吸速率的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報,1997,12(4):101-106.

[25] 劉金泉,崔世茂.CO2施肥對黃瓜光合作用及相關(guān)生理過程的影響研究進展[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007,28(3):322-326.

[26] 郭衛(wèi)華,李天來.有機質(zhì)配施對日光溫室CO2濃度及番茄生理的影響[J].園藝學(xué)報,2003,30(5):592-594.

[27] BOWES G. Facing the inevitable: plants and increasing atmospheric CO2[J]. Annual Review of Plant Biology,1993, 44(1):309-332.

[28] 歐志英,彭長連.高濃度CO2對植物影響的研究進展[J].熱帶亞熱帶植物學(xué)報,2003,11(2):190-196.

[29] 王修蘭,徐師華.CO2濃度倍增對大豆各生育期階段的光合作用及干物質(zhì)積累的影響[J].作物學(xué)報,1994,20(5):520-527.

[30] NEDERHOLF E M. Effects of CO2on greenhouse grown eggplant (Solanum melongenaL.) I. Leaf conductance[J]. Journal of Horticultural Science, 1992, 67(6):795-803.

[31] WITTWER S H. Rising atmospheric CO2and crop productivity [J]. Horti-science, 1983, l8:667-673.

[32] 王忠.植物生理學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000:122-157.

[33] 馬德華,龐金安,霍振榮,等.春大棚黃瓜夜間呼吸特性研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1997,20(4):2l-24.

[34] VU J C V, ALLEN L H, BOWES G. Leaf ultrastructure,carbohydrates and protein of soybeans grown under CO2enrichment [J]. Environmental and Experimental Botany,1989, 29(2):141-147.

[35] 魏珉,邢禹賢.蔬菜CO2施肥效應(yīng)與機理研究進展[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2001(4):51-53.

[36] 王忠,蔡恒,高煜珠,等.CO2加富對黃瓜的增產(chǎn)效應(yīng)及其原因分析[J].江蘇農(nóng)學(xué)院學(xué)報,1993(2):37-44.

[37] KLAING H P, HAUSCHILD C, HEIBER A, et a1. Modelbased control of CO2concentration in greenhouses at ambient levels increases cucumber yield [J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2007, 143(3):208-216.

[38] 魏珉,尹燕東,王秀峰,等.CO2施肥對黃瓜幼苗礦質(zhì)營養(yǎng)吸收與分配的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2005,21(增刊):99-102.

[39] 孫治強,白玉玲,張惠梅,等.CO2施肥對日光溫室西葫蘆光合特性的影響[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1997,31(4):375-378．

[40] MADSEN E. Effect of CO2concentration on growth and fruit production of tomato plants [J]. Acta Agriculture Scandinavica, 1974, 24(3):242-246.

[41] 楊文斌,賈阿璞,李萍,等.日光溫室增施CO2對黃瓜生長發(fā)育的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),1998,26(2):51-53.

[42] 賀超興,張志斌,王懷松,等.蔬菜設(shè)施栽培CO2施肥技術(shù)（一）[J].中國蔬菜,2000(4):54-55.

[43] 趙文華,郭秀嬡,曹景陽.增施CO2對塑料大棚黃瓜霜霉病的影響[J].中國蔬菜,1998(2):37-39.

[44] 魏珉,邢禹賢,于賢昌,等.CO2施肥對黃瓜幼苗抗冷性及后期生育的作用[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2001,32(2):157-161.

[45] ROGERS H H, DOHLMAN R C. Crop responses to CO2enrichment [J]. Vegetation, 1993, 104(1):117-131.

[46] 白義奎,王鐵良,李波.遼沈Ⅰ型日光溫室配套設(shè)施(3)——二氧化碳施肥裝置[J].農(nóng)村實用工程技術(shù),2002(3):8.