溫室大棚CO2施肥技術

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施內外氣體交換，造成設施內部CO2濃度大幅度波動，夜間由于土壤微生物分解有機物和作物呼吸，CO2不斷積累，日出前達到最高值，日出后隨著植物光合作用的不斷增強，CO2濃度很快低于外部大氣CO2濃度水平呈現虧缺。葉面積系數大、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，通風雖可緩解但不能避免虧缺[1]。Slack等 [2]

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

CO2不足限制了蔬菜光合作用，浪費光熱資源，成為設施蔬菜栽培提高產量和品質的關鍵制約因素。據Schapendonk等[3]測算，葉面積系數為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11%。劉保才等[4]用通徑分析法證明，影響日光溫室蔬菜產量的三大要素（光照、有效積溫、CO2濃度）中，CO2濃度對產量形成的貢獻最大。因此，為了避免CO2虧缺，進行CO2施肥是實現設施蔬菜栽培高產優質的有效途徑。

CO2被葉片吸收后在葉綠體內，由于光合作用形成碳水化合物（淀粉），但是淀粉不能直接運送到果實、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轉，而呼吸作用與溫度有很大關系。溫度越高，呼吸作用越強，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行，更嚴重時會對葉片產生毒害，使葉綠體降解，發生葉片黃化現象。因此，高效的光合作用不僅需要較強光照，還需要較高的溫度和充足的水肥供應。

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和提高品質起著重要作用，但仍有一些問題影響CO2施肥的推廣應用。

短期施用效果好

春秋季節，在棚內進行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，緩苗后進行試驗處理。設置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施肥進行了研究。經研究發現，光合作用越旺盛，光合產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為常規生產，不同處理下凈光合速率發生變化。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，且葉片黃化問題嚴重

在以往的生產中，人們發現CO2施肥后期葉片黃化，特別是在冬季尤為突出，以往人們都認為是缺鐵、缺鎂、缺硼等微量元素，經過補充各種肥料試驗后，都沒有控制和緩解葉片黃化現象。在增施CO2試驗中發現，葉片黃化是因為葉片中淀粉積累產生毒害，使葉綠體解體造成的葉片黃化。在冬季的CO2施肥試驗中，高溫處理可以避免葉片黃化，特別是夜間前半夜，適當的高溫可以有效地降低葉片淀粉含量。

成本和危險性等問題

施用CO2需要一定的材料、設備和人工的投入，成本的增加也是CO2施肥技術得不到廣泛應用的原因之一。實際上，從試驗中測算得出，材料投入的產出比是1：3～8，遠高施用化肥的產出比。在施用CO2后，產品的質量提高了，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產生CO2；成本較低的方法是用硫酸和碳銨進行反應；還有就是直接加熱碳銨分解放出CO2。但在使用中會出現硫酸傷人、燒衣服和氨氣泄漏的危害現象，這就需要有一個嚴格的管理制度來預防意外發生。目前急需有專業生產CO2的企業為設施農業生產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這方面的技術培訓。

施用方法

大量施用有機肥

目前，設施中CO2的來源主要是有由土壤微生物分解有機質放出CO2、水和熱量，因此，大量施用有機肥可以持續不斷地為設施內釋放CO2。此外，大量施用有機肥還可疏松土壤，改善土壤結構、提高地溫和補充一些N、P、K等養分，是提高產量和品質的最有效的措施。除畜禽糞便外，秸稈等也可作為有機肥施用，如目前已經使用的秸稈反應堆技術等。大量施用有機肥的方法成本低、多效、原料來源廣、易獲得、使用方便、農民容易接受。

化學法

利用酸和碳酸鹽反應產生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、但管理不當時，易產生氨氣中毒的危害。

燃燒法（天然氣、白煤油、沼氣）

通過燃燒天然氣、白煤油或沼氣為設施內提供CO2和熱量，在冬春季較為實用。此種燃燒法不但補充了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食用菌，利用食用菌呼吸放出的CO2來補充設施內的CO2。生物法經濟、方便、實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、食品發酵等企業排放的CO2，通過收集、分離凈化后可直接用于設施生產。直接法使用方便、衛生、容易控制濃度，但目前不易獲得，成本高。

施用時間與濃度

根據試驗的結果認為，在太陽出來后（或溫室起簾后）2 h左右進行CO2施肥較好。使用濃度在600～1500 μmol/mol之間，夏季時果菜類結果期使用濃度高些（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）天不進行施用。

施用后的管理

合理的通風換氣

當溫室內CO2濃度低于外界時，放風也是補充CO2的一種方法，采取人工補充CO2措施，要在施用后2 h放風，大量施用有機肥的，要比平常適當晚1～2 h放風。

溫度

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

濕度

夏季中午氣溫很高時，可以噴水適當降溫和提高濕度。冬季通過覆蓋地膜、控制灌水量和適當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

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

結束語

目前，我國設施園藝的生產正在向優質、高效方向發展，CO2施肥是設施優質、高產的主要措施之一，也是農業增效、農民增收、解決“三農”問題的重要手段之一。實現設施內CO2施肥的普遍應用還需工業化生產CO2的支持，現在我國的化工、食品加工等生產企業排放很多的CO2，如果能收集用于設施農業，對改善地球大氣環境也有重要意義。實現這一目標需要政府、科研、農業技術推廣等部門與生產企業共同合作，大力推進才能完成。

參考文獻

[1] 王忠，蔡恒，高煌珠，等. CO2加富對黃瓜的增產效應及原因

分析[J].江蘇農學院學報，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] 劉保才，賽富昌，李英敏.影響日光溫室蔬菜產量的三大要素

分析[J].河南農業科學，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].園藝學報，2015，42（7）：1321–

1328.

通信作者：崔世茂（1961-），教授，博士生導師，主要研究方向為園藝作物抗逆生理和園藝設施及環境調控。