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.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物和作物呼吸,CO2不斷積累,日出前達到.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(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.大。因此,為了避免CO2虧缺,進行CO2施肥是實現(xiàn)設(shè)施蔬菜栽培高產(chǎn)**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(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,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(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(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.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.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)過補充各種肥料試驗后,都沒有控制和緩解葉片黃化現(xiàn)象。在增施CO2試驗中發(fā)現(xiàn),葉片黃化是因為葉片中淀粉積累產(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。實際上,從試驗中測算得出,材料投入的產(chǎn)出比是1:3~8,遠高施用化肥的產(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這方面的技術(shù)培訓(xùn)。
施用方法
大量施用有機肥
目前,設(shè)施中CO2的來源主要是有由土壤微生物分解有機質(zhì)放出CO2、水和熱量,因此,大量施用有機肥可以持續(xù)不斷地為設(shè)施內(nèi)釋放CO2。此外,大量施用有機肥還可疏松土壤,改善土壤結(jié)構(gòu)、提高地溫和補充一些N、P、K等養(yǎng)分,是提高產(chǎn)量和品質(zhì)的.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(jīng)使用的秸稈反應(yīng)堆技術(shù)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(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(chǎn)食用菌,利用食用菌呼吸放出的CO2來補充設(shè)施內(nèi)的CO2。生物法經(jīng)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(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)試驗的結(jié)果認(rèn)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(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(fēng),大量施用有機肥的,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施肥效果受光照強度的制約,光照強度在一定范圍內(nèi)施用CO2,可提高蔬菜的光合強度。冬季溫室生產(chǎn)在**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(jié)束語
目前,我國設(shè)施園藝的生產(chǎn)正在向**、高效方向發(fā)展,CO2施肥是設(shè)施**、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,大力推進才能完成。