二氧化碳施肥效應

所謂二氧化碳施肥效應是指二氧化碳濃度增加對植物生長的助長作用，二氧化碳濃度上升對糧食作物產量產生的影響將直接關係到氣候變化背景下的全球糧食供應安全及人類適應對策。

基本介紹

• 中文名：二氧化碳施肥效應
• 外文名：Carbon dioxide fertilization
• 定義：CO2濃度增加助長植物生長
• 對象：小麥、水稻、大豆
• 作用：培育壯苗、增加產量
• 學科：作物學

簡介

由於大氣中的二氧化碳濃度升高，植物的光合作用將會增強，植物的生產率也將會有一定的提高，這就叫二氧化碳的施肥效應。這一效應對小麥、水稻、大豆等農作物尤為明顯。二氧化碳濃度增加對小麥和水稻的施肥效應可以達到25%，而對大豆可以達到40%。

CO2施肥效應

培育壯苗

日光溫室增施CO₂可增強作物的光合作用，促進幼苗乾物質的積累，能明顯促進營養器官的生長，如使根系發達，莖稈粗壯，花芽分化節位降低，有利於壯苗形成。

促進作物生長發育，增加產量

日光溫室增施CO₂，可以使植株葉片數目、大小、厚度和比葉重增加，葉片擴展速率提高，分櫱、莖數、莖節數和莖高增加。

在適宜的條件下，溫室內CO₂濃度增加可使蔬菜產量提高20%~40%，尤其對前期產量提高效果明顯。溫室內CO₂增加使油桃日平均光合速率提高25.9%，光能利用率也顯著增加，在一定程度上彌補了光照不足對果實生長發育的影響。葡萄施用CO₂後，產量增加14.7%，含糖量增加0.4%。

改善產品品質，提高商品率

增施CO₂後，番茄、萵苣、黃瓜、辣椒、西葫蘆、韭菜、大蔥、油菜除產量有不同程度的增加外，品質也有一定的改善。可以使黃瓜坐瓜多、瓜條好、色濃、果肉脆嫩；番茄果實中葡萄糖含量提高12%，維生素C含量提高17%，糖酸比達18%。球莖甘藍幼苗和成株的葉柄中硝酸鹽含量在高CO₂低氧條件下減少。對增施CO₂的番茄果實品質測定表明，葡萄糖含量增加7.4%~19%，果糖增加6.3%~14.4%，可滴定酸降低2.6%~5.5%，糖酸比提高13.8%~24.1%，維生素C增加2.9%~10.5%。

提高作物抗病能力

對大棚黃瓜增施CO₂後，霜霉病發病率降低30%，病葉發病率降低10%，同樣使辣椒花葉病發病率降低61%，病情指數下降92%。因此，增施CO₂後增進碳同化，使植物體內糖分積累，在一定程度上提高了作物抗病能力。

CO2增施技術

CO2施肥方法

CO₂氣肥的來源有液態CO₂施放法、化學反應法、增施有機肥法、施乾冰法、有機燃料法等。目前，我國北方設施蔬菜栽培主要採用化學反應法．即碳酸氫鈉與硫酸在簡易的氣體發生裝置內產生CO₂氣體，通過管道將其施放於設施內，該法成本較低，且CO₂濃度容易控制。

增施CO2時期

選擇適宜的CO₂施肥時期，是節約氣肥、減少投資、增加產量的關鍵因素。大棚蔬菜增施CO₂的適宜時期，依蔬菜種類、栽培方式和土壤肥力條件而定。在土壤肥力偏低的條件下，一般在育苗前半期（如黃瓜第三葉展開，其他蔬菜幼苗株高達20~40cm）當蔬菜具有一定的葉面積時開始施用，有些葉菜、根菜類在前期施用較好;對於果菜類，如蕃茄、辣椒等，可在雌花著花、開花或結果初期開始施用，而在開花坐果前不宜施用,以免營養生長過旺造成落花落果，並且要連續施用效果才顯著。

各種作物在不同的生長發育階段，CO₂需要量是不同的，一般苗期施用對培育壯苗作用明顯，應早施。產品器官形成初期是CO₂施肥的最佳時期，如番茄在始花期10~20d，黃瓜7~15d，甜瓜10~20d，西芹是5~7片新葉時，甜椒開花前25d左右。設施果樹CO₂施肥的關鍵時期是新梢速長期、果實膨大期、果實著色期和果實成熟期。

從季節看，CO₂施肥以冬季較春季好。春季由於溫室通風換氣強度增大，溫室施用CO2使蔬菜植株容易長勢過旺，增產效果不明顯，冬季由於氣溫低，土壤微生物分解有機質放出的CO₂較少，CO₂濃度不足是作物生長的限制因素，此時施用CO₂效果非常明顯。

一天中CO₂的適宜施肥時間，國內外研究認為，施用時間一般為睛天日出後0.5~1h，停用時間為放風前半小時。每天有2~3h的施用時間，就不會使植株出現CO₂飢餓狀態。陰天、雨雪天或者氣溫較低時不需要施用。

增施CO2濃度

CO₂濃度太高或太低均不利於光合作用的進行，並且植物長期處於高濃度CO₂環境下反而會抑制植物生長發育，降低產量。CO₂濃度過高會引起多種蔬菜生長異常，表現為葉片失綠黃化、捲曲畸形和壞死等症狀，關於CO₂傷害機理有多種假說，綜合分析，高濃度CO₂造成氣孔正常調節功能的紊亂可能是傷害的重要原因。

目前，多數學者認為，溫室蔬菜生長和產量形成的CO₂適宜濃度為600~1500μL·L^-1。從生產實踐角度出發，要達到增產、降低成本，並且防止過高濃度CO₂對作物的毒害，人工增施CO₂的濃度上限應在作物CO₂飽和點之下，一般以1000μL·L^-1左右為宜。CO₂最適宜濃度與作物種類、品種和光照強度有關，也因天氣、季節、作物生育時期不同而異。一般而言，接近飽和點的濃度是最適合的CO₂施肥濃度，但CO₂飽和點容易受作物品種、栽培方式以及環境條件的影響，很難掌握。在弱光下CO₂飽和點下降，在強光下CO₂飽和點提高。經過很多人的研究，目前掌握了一些蔬菜、花卉和果樹的最佳施肥濃度：黃瓜、茄子、青椒採用800~1000μL·L^-1，番茄、甜瓜在500~1000μL·L^-1，大白菜在1500μL·L^-1，西葫蘆在700~1000μL·L^-1，油菜在600~1000μL·L^-1，韭菜在700~1000μL·L^-1，油桃在950μL·L^-1，葡萄在980~1515μL·L^-1，杏在1000~1600μL·L^-1之間。

研究現狀

利用夏威夷Mauna Loa觀測站提供的1958~2002年逐月CO2濃度數據以及世界糧農組織（FAO）統計的北半球20個主要糧食生產國1961~2002年水稻、小麥和玉米產量數據，美國加州Lawrence Livermore國家實驗室能源與環境研究專家們分析了不同國家不同種類糧食產量對CO₂濃度變化的回響。

以CO₂濃度淨增量為自變數，以糧食產量變化百分比為因變數，通過回歸分析發現：1、對於不同國家和不同的糧食作物，CO₂施肥效應是不同的。例如，CO₂濃度增加會提高泰國玉米的產量（即CO₂施肥效應為正），但會降低美國和奈及利亞的水稻和中國的小麥產量（即CO₂施肥效應為負）。2、就某一個國家而言，不同糧食作物對CO2施肥效應的回響各不相同。例如，中國的小麥產量受CO₂施肥負效應影響，但玉米會受其正效應影響而增產不少。3、就20個主要糧食生產國的總體狀況而言，CO₂施肥對水稻產量具有負效應，而對小麥和玉米產量具有正效應。該項研究結果與其它CO₂施肥效應實驗結果較為一致，可以將該研究的經驗模型推廣到其他糧食作物上從而對CO₂施肥效應做出評估。