温室大棚CO2施肥技术

狄洁增　李怀平　李海涛

CO2是植物光合作用的原料。通常大气中CO2浓度约为340 μmol/mol，仅相当于植物光合作用最适CO2浓度的1/3～1/4。温室大棚的密闭性阻滞了设施内外气体交换，造成设施内部CO2浓度大幅度波动，夜间由于土壤微生物分解有机物和作物呼吸，CO2不断积累，日出前达到最高值，日出后随着植物光合作用的不断增强，CO2浓度很快低于外部大气CO2浓度水平呈现亏缺。叶面积系数大、光合旺盛的大棚黄瓜群体，通常日出2～3 h后CO2浓度会降至100 μmol/mol以下，通风虽可缓解但不能避免亏缺[1]。Slack等 [2]

在研究中也发现，夏季晴天通风口开放的情况下，温室黄瓜群体CO2浓度仍比外界低10%以上，若此时通风口完全关闭，CO2浓度会降至50～100 μmol/mol，黄瓜光合作用停止。设施内CO2亏缺持续时间的长短取决于设施内有机肥施用量、栽培方式、栽培季节、天气条件和作物生育状况等。

CO2不足限制了蔬菜光合作用，浪费光热资源，成为设施蔬菜栽培提高产量和品质的关键制约因素。据Schapendonk等[3]测算，叶面积系数为3的黄瓜群体早春CO2亏缺使净同化量损失15%，长期亏缺造成黄瓜减产11%。刘保才等[4]用通径分析法证明，影响日光温室蔬菜产量的三大要素（光照、有效积温、CO2浓度）中，CO2浓度对产量形成的贡献最大。因此，为了避免CO2亏缺，进行CO2施肥是实现设施蔬菜栽培高产优质的有效途径。

CO2被叶片吸收后在叶绿体内，由于光合作用形成碳水化合物（淀粉），但是淀粉不能直接运送到果实、茎尖、根尖中，只有通过呼吸作用分解成单糖或双糖等才能运转，而呼吸作用与温度有很大关系。温度越高，呼吸作用越强，分解淀粉的速度也越快；如果温度低，分解得慢或是不分解，淀粉在叶片中积累过多会抑制光合作用的进行，更严重时会对叶片产生毒害，使叶绿体降解，发生叶片黄化现象。因此，高效的光合作用不仅需要较强光照，还需要较高的温度和充足的水肥供应。

CO2施肥中存在的问题

CO2作为光合作用的主要原料对植物的增产和提高品质起着重要作用，但仍有一些问题影响CO2施肥的推广应用。

短期施用效果好

春秋季节，在棚内进行CO2施肥后的前1～2 个月，作物生长的效果非常显著，但到后期的效果越来越不明显。近几年，我们以嫁接黄瓜为试验材料，待嫁接苗长到三叶一心时定植于日光温室中，缓苗后进行试验处理。设置4个处理：A.高温（40～45 ℃，3～4 h/天+CO2（1000～1500 μmol/mol）处理；B.高温（40～45 ℃，3～4 h/天）处理；C.常温（25～35 ℃）+CO2

（1000～1500 μmol/mol）处理；CK.常温（25～

35 ℃）+CO2（320～420 μmol/mol），对温室黄瓜CO2施肥进行了研究。经研究发现，光合作用越旺盛，光合产物积累反而易造成反馈抑制，降低光合速率。从图1可以看出，处理后的前一个月淀粉含量呈下降趋势，处理一个月后的淀粉含量普遍升高，特别是常温+CO2处理（C）从第22天开始升高，而高温+CO2处理（A）的淀粉含量处在较低水平，处理36天后升涨幅度不大。单纯高温处理（B）的淀粉含量始终处在最低水平。CK为常规生产，不同处理下净光合速率发生变化。从图2中可以看出，高温+CO2处理（A）的净光合速率在处理前36天都维持较高水平，而常温+CO2处理（C）从第29天开始下降，单纯高温处理（B）从第22天开始下降，且在整个处理期间都是最低水平。从图中可以看出，CO2施肥前一个月左右，淀粉含量较低，净光合速率水平较高，一个月以后淀粉含量增加，净光合速率下降，说明淀粉含量过高会抑制光合作用，这也是CO2施肥短期效果好，长时间效果不好的原因之一。此外，从图中还可以看出，高温处理可以有效地降低淀粉含量，延长净光合速率维持较高水平的时间[5]。

冬季施用效果不佳，且叶片黄化问题严重

在以往的生产中，人们发现CO2施肥后期叶片黄化，特别是在冬季尤为突出，以往人们都认为是缺铁、缺镁、缺硼等微量元素，经过补充各种肥料试验后，都没有控制和缓解叶片黄化现象。在增施CO2试验中发现，叶片黄化是因为叶片中淀粉积累产生毒害，使叶绿体解体造成的叶片黄化。在冬季的CO2施肥试验中，高温处理可以避免叶片黄化，特别是夜间前半夜，适当的高温可以有效地降低叶片淀粉含量。

成本和危险性等问题

施用CO2需要一定的材料、设备和人工的投入，成本的增加也是CO2施肥技术得不到广泛应用的原因之一。实际上，从试验中测算得出，材料投入的产出比是1：3～8，远高施用化肥的产出比。在施用CO2后，产品的质量提高了，销售价格也就提高了。目前获取CO2多使用的方法是酸和碳酸盐反应产生CO2；成本较低的方法是用硫酸和碳铵进行反应；还有就是直接加热碳铵分解放出CO2。但在使用中会出现硫酸伤人、烧衣服和氨气泄漏的危害现象，这就需要有一个严格的管理制度来预防意外发生。目前急需有专业生产CO2的企业为设施农业生产CO2气肥。

配套管理问题

CO2施肥后需要在温度、湿度、光照和水肥管理上的配套才能充分发挥CO2施肥的作用，这方面往往被人们忽视。因此在推广中必须加强这方面的技术培训。

施用方法

大量施用有机肥

目前，设施中CO2的来源主要是有由土壤微生物分解有机质放出CO2、水和热量，因此，大量施用有机肥可以持续不断地为设施内释放CO2。此外，大量施用有机肥还可疏松土壤，改善土壤结构、提高地温和补充一些N、P、K等养分，是提高产量和品质的最有效的措施。除畜禽粪便外，秸秆等也可作为有机肥施用，如目前已经使用的秸秆反应堆技术等。大量施用有机肥的方法成本低、多效、原料来源广、易获得、使用方便、农民容易接受。

化学法

利用酸和碳酸盐反应产生CO2，酸可以选择硫酸，还可以用磷酸，碳酸盐普遍选用碳铵，原料易购买且便宜。但使用硫酸时存在一定的危险性，使用磷酸成本高一些。此外，用碳铵加热分解也可获得CO2，但在使用中要加大吸收氨气的水量，避免溶于水的氨气又与CO2形成碳铵溶液。此方法的原料来源广、成本低、但管理不当时，易产生氨气中毒的危害。

燃烧法（天然气、白煤油、沼气）

通过燃烧天然气、白煤油或沼气为设施内提供CO2和热量，在冬春季较为实用。此种燃烧法不但补充了CO2也起到了增温的作用，但成本增加。

生物法

在高架作物下面放置菌袋生产食用菌，利用食用菌呼吸放出的CO2来补充设施内的CO2。生物法经济、方便、实用又可充分利用温室空间，因食用菌要求较高湿度，所以在选择作物时，要选择喜较高湿度的作物。

直接法

利用化工、食品发酵等企业排放的CO2，通过收集、分离净化后可直接用于设施生产。直接法使用方便、卫生、容易控制浓度，但目前不易获得，成本高。

施用时间与浓度

根据试验的结果认为，在太阳出来后（或温室起帘后）2 h左右进行CO2施肥较好。使用浓度在600～1500 μmol/mol之间，夏季时果菜类结果期使用浓度高些（800～1500 μmol/mol），

冬季时果菜类苗期、叶菜的施用浓度低些（600～1000 μmol/mol）。一般情况下，晴天施用，阴雨（雪）天不进行施用。

施用后的管理

合理的通风换气

当温室内CO2浓度低于外界时，放风也是补充CO2的一种方法，采取人工补充CO2措施，要在施用后2 h放风，大量施用有机肥的，要比平常适当晚1～2 h放风。

温度

温室内的温度管理无论冬夏，施用CO2以后，白天要比通常的温度高5～10 ℃，夜间前半夜要比通常的温度高5～7 ℃。

光照

CO2施肥效果受光照强度的制约，光照强度在一定范围内施用CO2，可提高蔬菜的光合强度。冬季温室生产在保证作物不受冻的情况下，尽可能上午早揭保温帘，下午适当晚放保温帘，延长温室内的光照时间。越冬生产要使用透光好的膜（PO膜等），保持棚膜的清洁，增加温室的进光量。

湿度

夏季中午气温很高时，可以喷水适当降温和提高湿度。冬季通过覆盖地膜、控制灌水量和适当提高前半夜温度的管理，可以降低夜间的空气相对湿度。

水肥

根据季节、作物生长的不同阶段和土壤养分含量，及时灌水和追肥，必要时进行叶面施肥。施用CO2后，根系一般都明显增大，吸收功能增强。

结束语

目前，我国设施园艺的生产正在向优质、高效方向发展，CO2施肥是设施优质、高产的主要措施之一，也是农业增效、农民增收、解决“三农”问题的重要手段之一。实现设施内CO2施肥的普遍应用还需工业化生产CO2的支持，现在我国的化工、食品加工等生产企业排放很多的CO2，如果能收集用于设施农业，对改善地球大气环境也有重要意义。实现这一目标需要政府、科研、农业技术推广等部门与生产企业共同合作，大力推进才能完成。

参考文献

[1] 王忠，蔡恒，高煌珠，等. CO2加富对黄瓜的增产效应及原因

分析[J].江苏农学院学报，1993，14（2）：37-44.

[2] Slack G，Hand DW. Cucumber crop responses to CO2

enrichment[J].Act Hort，1984（156）：177-185.

[3] Schapendonk AHCM，Tilburg W V.The CO2 factor

in modelling photosynthesis and growth of greenhouse

crops[J].ACT Hort，1994（162）： 83-91.

[4] 刘保才，赛富昌，李英敏.影响日光温室蔬菜产量的三大要素

分析[J].河南农业科学，1995（11）：34-35.

[5] 张丽红，宋阳，张之为，等.长期增施CO2条件下黄瓜叶片淀

粉积累对光合作用的影响[J].园艺学报，2015，42（7）：1321–

1328.

通信作者：崔世茂（1961-），教授，博士生导师，主要研究方向为园艺作物抗逆生理和园艺设施及环境调控。