CO2施肥對大白菜生長及光合的影響

高文瑞+李德翠+徐剛+孫艷軍+韓冰+史瓏燕

摘要：以大白菜品種新春1號為試材，采用新型CO2發生器，研究增施800、1 000、1 200 μL/L CO2氣肥對大白菜生長及光合作用的影響。結果表明，增施CO2能顯著促進大白菜的生長發育，表現為植株的株幅、周長、葉數、單株凈菜質量等生長指標顯著增加，且大白菜的結球率也顯著提高。增施CO2能使大白菜的光合作用、產量和品質顯著提高。增施1 000 μL/L CO2的效果優于800 μL/L CO2及1 200 μL/L CO2的效果。使用該新型CO2發生器能顯著起到促進大白菜光合作用、提高產量的效果。

關鍵詞：CO2施肥；大白菜；生長；光合作用；產量；品質

中圖分類號： S634.101；S634.106+.2 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）09-0228-03

大白菜（Brassica pekinensis）屬十字花科蕓薹屬作物，原產中國，栽培歷史悠久，是廣大消費者和生產者歡迎的蔬菜作物。光合作用是大白菜生產力構成的重要因素，而CO2是光合作用的主要原料，在影響溫室蔬菜產量的三大要素中，以CO2濃度對產量的貢獻最大。一般來說，植物進行光合作用的CO2最適濃度為1 000 μL/L左右，不僅大氣中的CO2濃度沒有達到這個指標，冬春寒冷季節，溫室、大棚等設施因密閉保溫，CO2濃度更低，造成設施內生長的作物常處于CO2饑餓狀態，抑制了作物正常的光合作用，影響了作物的產量和品質[1]。增施CO2氣肥，適當提高大棚內CO2濃度是提高作物產量和品質的有效措施[2]。

溫室內常用的CO2來源有：碳水化合物燃料、高壓瓶裝CO2、干冰、發酵、有機物質的降解、化學反應生成。國外很多專業種植者都采用燃燒法，通過CO2發生器來產生CO2。常用的燃料為丙烷、丁烷、乙醇和天然氣。燃料在充分燃燒的情況下產生CO2；當燃燒產生藍色、白色或無色火焰時，生成有用的CO2；如果是紅色、橙色或黃色火焰則燃燒不完全，將產生對植物和人體致命的CO。含硫或硫化物的燃料燃燒時會產生有毒的副產物SO2，不能使用。燃燒式CO2 發生器在產生CO2的同時，會產生熱量，這些熱量會使不加溫的大棚內溫度有所上升，在秋冬栽培及早春栽培的大棚內具有很大的優勢。本研究中采用的CO2發生器采用的是天然氣燃燒法生成CO2，通過特殊的火焰燃燒頭實現了天然氣完全燃燒，同時該儀器有紅外氣體分析技術及智能控制技術，準確度高。并配有電子點火模塊，均由自動控制系統完成，無需人工手動控制。該儀器有專利抗水汽技術，能適應高濕度的溫室環境。配套的“防傾倒”開關可以即刻關閉主燃料室的燃料，制止泄露和火災的發生。因此該儀器在同類的CO2發生器中有很大的優勢。

因此，本試驗以塑料大棚內的大白菜為研究對象，研究CO2施肥對大白菜生長、光合作用及產量的影響，旨在為優質、高效、高產的大白菜保護地栽培模式提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試大白菜品種為新春1號。采用江蘇省如東威力特環保技術有限公司生產的溫室栽培智能氣肥增效器（型號：WLT-A-8）增施CO2，該儀器能智能調控CO2濃度至設定濃度。

1.2 方法

試驗于2014年9—12月在江蘇省農業科學院六合試驗基地大棚內進行。塑料大棚長58.0 m、寬8.0 m，棚內分為4畦，每畦寬度為1.5 m。有機肥在整地同時撒施，每667 m2施入有機肥約800 kg、復合肥50 kg（氮、磷、鉀含量均為15%）。大白菜于2014年10月4日定植，株行距均為25 cm，定植緩苗后開始增施CO2，到收獲前晴天每日07：30—11：30和14：30—16：30進行CO2施肥（陰天不進行CO2施肥），大棚每天11：30—14：30通風。試驗以不施CO2為對照（CK），CO2施肥濃度設800 μL/L（T1）、1 000 μL/L（T2）和1 200 μL/L（T3）3個水平。

于大白菜包球初期采用便攜式光合測定系統（Li-6400，美國）在晴天09：00—11：00測定光合參數。在收獲期，用直尺從地面至植株最高生長點量取株高，并采用皮尺測量植株的周長。收獲后，用游標卡尺測量凈菜最外葉的葉柄厚，用直尺測量植株的凈菜高和凈菜最外葉葉長及葉寬，并采用葉面積=272.76+9.45X+16.29Y（X為最大葉長，Y為最大葉寬，單位均為cm）計算葉面積[3]。統計凈菜葉數及包球率，并從凈菜最外葉葉柄處取汁液，使用日本京都電子KEM數顯手持便攜式糖度計（RA-250HE）測定可溶性固形物含量。每個處理測定10株，取平均值。最后測定不同處理產量。

1.3 數據分析

利用Excel及DPS 7.05軟件對數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 CO2施肥對大白菜生長的影響

由表1可以看出，增施CO2可以促進大白菜的生長，且隨著CO2濃度的升高增加幅度有所加大。增施CO2雖然使大白菜的株幅、周長、葉數、葉面積、最外葉葉柄厚及可溶性固形物含量有所增加，但增施CO2的3個處理間及增施CO2的處理與對照之間的差異均不顯著。當CO2濃度在一定范圍內時，凈菜高隨著CO2濃度的不斷增大而增加，當增施CO2濃度達到1 000μL/L時，凈菜高度最高，顯著高于對照10.74%。凈菜周長隨著CO2濃度的不斷增大而增加，增施CO2的處理間差異不顯著，但是增施CO2的處理除T1外均顯著高于CK，T3凈菜周長顯著高于對照11.42%。當CO2濃度在一定范圍內時，單株凈菜質量隨著CO2濃度的增加不斷增加，增施CO2的處理均顯著高于CK，T2與T3之間差異不顯著，同時顯著高于T1，T2的單株凈菜質量最高，顯著高于對照38.95%。

2.2 CO2施肥對大白菜光合作用的影響

由表2可以看出，當CO2濃度在一定范圍內時，隨著CO2濃度的增大大白菜的光合速率及胞間CO2不斷增加，當CO2濃度為1 000 μL/L時，大白菜的光合速率和胞間CO2濃度達到最高，分別較對照增加18.16%和21.18%。除T1外，增施CO2處理的光合速率均顯著高于CK，但T2與T3間的光合速率差異不顯著。處理T2和T3的胞間CO2濃度顯著高于CK，但CK與T1的差異不顯著。與不增施CO2的對照相比，CO2施肥能顯著降低氣孔導度和蒸騰速率，當CO2濃度為1 000 μL/L 時降至最低，氣孔導度和蒸騰速率分別比對照降低22.41%和23.48%。各處理間的氣孔導度差異顯著，T1處理與CK的蒸騰速率差異不顯著，T2處理顯著低于CK及T1處理的蒸騰速率。

2.3 CO2施肥對大白菜產量和結球率的影響

由圖1可以看出，CO2施肥能顯著提高大白菜的產量，且隨著CO2濃度的升高，產量不斷增加，T2與T3顯著高于T1，當CO2濃度為1 000 μL/L時產量最高，比對照增產20.10%。

由圖2可以看出，增施CO2能顯著增加大白菜的結球率，T1、T2及T3均顯著高于CK，但T3與T2的差異不顯著，當CO2濃度為1 000 μL/L時結球率最高，與對照相比結球率增加5.86%。

3 討論與結論

3.1 CO2施肥對生長發育和產量的促進作用

植物生長發育主要受光照、溫度、水分、肥料和CO2濃度等因子的影響。正常大氣中CO2 濃度很低，約為350 μL/L，但植物光合作用最適的CO2 濃度是大氣中的3～4倍。CO2是植物光合作用的主要底物，CO2是決定大白菜生長發育的關鍵因素之一。CO2 施肥能使黃瓜、番茄、西葫蘆等蔬菜作物植株的株高、莖粗、節數、植株干質量、鮮質量、葉面積及厚度、單果質量、比葉質量、葉片葉綠素含量、氣孔密度、根系活性、壯苗指數等生長指標顯著增加[4-10]。與這些研究結果類似，本研究結果表明，增施CO2能提高大白菜的株幅、周長、葉數、單株凈菜質量、葉面積、最外葉葉柄厚、凈菜高、凈菜周長、可溶性固形物含量、產量。這可能與增施CO2能促進光合作用，促進植株對礦質營養的吸收，從而促進營養生長有關。對大白菜而言，收獲的商品就是植株營養生長的葉片，因此CO2施肥促進營養生長的同時增加了產量[11]。

3.2 CO2施肥對光合作用的促進作用

CO2濃度直接影響著光合產物的生成。在一定范圍內提高環境中CO2濃度，增大CO2與O2的比值，可以增加RuBpcase 羧化活性，降低RuBpcase加氧活性，從而提高羧化酶與加氧酶活性之比，抑制了光呼吸，最終提高了凈光合速率[12]。本研究表明，在一定范圍內，隨著CO2濃度的增大，光合速率也不斷提高，當濃度達到1 000 μL/L時，凈光合速率與對照相比能增加18.16%，這與前人的研究結果[13-14]類似。蒸騰速率反映了作物水分蒸發的快慢，CO2 加富能顯著影響大白菜的蒸騰作用。隨著CO2 濃度的上升，氣孔阻力不斷增大，蒸騰相應減弱，葉溫隨之上升。CO2 濃度的升高有利于光合作用，使得干物質積累更多，蒸騰速率減小[15]。本研究結果也表明，增施CO2能使蒸騰速率有所降低，且在一定范圍內，隨著CO2濃度的增大而不斷降低，這與前人的研究結果[16]相似。

氣孔導度的下降是植物對高CO2濃度的一種適應，胞間CO2 濃度可以反映葉肉細胞光合作用能力的大小，受光合作用和呼吸作用共同影響[17-19]。由于CO2濃度的升高，導致胞間CO2濃度增大，為保持細胞間CO2分壓始終低于大氣CO2分壓20%～30%，植物通過調節氣孔開閉程度來降低胞間CO2濃度，氣孔對胞間CO2濃度很敏感，胞間CO2濃度的增大常伴隨著氣孔的關閉和氣孔導度的降低[13]。本研究也表明，經CO2 加富后的大白菜，其胞間CO2 濃度有所提高，而氣孔導度則有所下降，這與前人的研究結果[20]一致。

本研究結果表明，增施CO2能顯著促進大白菜的生長發育，表現為植株的株幅、周長、葉數、單株凈菜質量等生長指標顯著增加，且大白菜的包球率也顯著提高。同時增施CO2能使大白菜的光合作用、產量和品質顯著提高。增施1 000 μL/L CO2的效果優于800 μL/L CO2及1 200 μL/L CO2的效果。使用該新型CO2發生器能顯著起到促進大白菜光合作用、提高產量的效果。

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