[科普中國]-二氧化碳施肥效應(yīng)

所謂二氧化碳施肥效應(yīng)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(chǎn)量產(chǎn)生的影響將直接關(guān)系到氣候變化背景下的全球糧食供應(yīng)安全及人類適應(yīng)對策。1

簡介由于大氣中的二氧化碳濃度升高，植物的光合作用將會增強(qiáng)，植物的生產(chǎn)率也將會有一定的提高，這就叫二氧化碳的施肥效應(yīng)。這一效應(yīng)對小麥、水稻、大豆等農(nóng)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(yīng)可以達(dá)到25%，而對大豆可以達(dá)到40%。1

CO2施肥效應(yīng)培育壯苗日光溫室增施CO2可增強(qiáng)作物的光合作用，促進(jìn)幼苗干物質(zhì)的積累，能明顯促進(jìn)營養(yǎng)器官的生長，如使根系發(fā)達(dá)，莖稈粗壯，花芽分化節(jié)位降低，有利于壯苗形成。

促進(jìn)作物生長發(fā)育，增加產(chǎn)量日光溫室增施CO2，可以使植株葉片數(shù)目、大小、厚度和比葉重增加，葉片擴(kuò)展速率提高，分蘗、莖數(shù)、莖節(jié)數(shù)和莖高增加。

在適宜的條件下，溫室內(nèi)CO2濃度增加可使蔬菜產(chǎn)量提高20%~40%，尤其對前期產(chǎn)量提高效果明顯。溫室內(nèi)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(bǔ)了光照不足對果實生長發(fā)育的影響。葡萄施用CO2后，產(chǎn)量增加14.7%，含糖量增加0.4%。

改善產(chǎn)品品質(zhì)，提高商品率增施CO2后，番茄、萵苣、黃瓜、辣椒、西葫蘆、韭菜、大蔥、油菜除產(chǎn)量有不同程度的增加外，品質(zhì)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(dá)18%。球莖甘藍(lán)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(zhì)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后，霜霉病發(fā)病率降低30%，病葉發(fā)病率降低10%，同樣使辣椒花葉病發(fā)病率降低61%，病情指數(shù)下降92%。因此，增施CO2后增進(jìn)碳同化，使植物體內(nèi)糖分積累，在一定程度上提高了作物抗病能力。1

CO2增施技術(shù)CO2施肥方法CO2氣肥的來源有液態(tài)CO2施放法、化學(xué)反應(yīng)法、增施有機(jī)肥法、施干冰法、有機(jī)燃料法等。目前，我國北方設(shè)施蔬菜栽培主要采用化學(xué)反應(yīng)法．即碳酸氫鈉與硫酸在簡易的氣體發(fā)生裝置內(nèi)產(chǎn)生CO2氣體，通過管道將其施放于設(shè)施內(nèi)，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(jié)約氣肥、減少投資、增加產(chǎn)量的關(guān)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(dá)20~40cm）當(dāng)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;對于果菜類，如蕃茄、辣椒等，可在雌花著花、開花或結(jié)果初期開始施用，而在開花坐果前不宜施用,以免營養(yǎng)生長過旺造成落花落果，并且要連續(xù)施用效果才顯著。

各種作物在不同的生長發(fā)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(yīng)早施。產(chǎn)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(shè)施果樹CO2施肥的關(guān)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(jié)看，CO2施肥以冬季較春季好。春季由于溫室通風(fēng)換氣強(qiáng)度增大，溫室施用CO2使蔬菜植株容易長勢過旺，增產(chǎn)效果不明顯，冬季由于氣溫低，土壤微生物分解有機(jī)質(zhì)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(nèi)外研究認(rèn)為，施用時間一般為睛天日出后0.5~1h，停用時間為放風(fēng)前半小時。每天有2~3h的施用時間，就不會使植株出現(xiàn)CO2饑餓狀態(tài)。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于光合作用的進(jìn)行，并且植物長期處于高濃度CO2環(huán)境下反而會抑制植物生長發(fā)育，降低產(chǎn)量。CO2濃度過高會引起多種蔬菜生長異常，表現(xiàn)為葉片失綠黃化、卷曲畸形和壞死等癥狀，關(guān)于CO2傷害機(jī)理有多種假說，綜合分析，高濃度CO2造成氣孔正常調(diào)節(jié)功能的紊亂可能是傷害的重要原因。

目前，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，溫室蔬菜生長和產(chǎn)量形成的CO2適宜濃度為600~1500μL·L-1。從生產(chǎn)實踐角度出發(fā)，要達(dá)到增產(chǎn)、降低成本，并且防止過高濃度CO2對作物的毒害，人工增施CO2的濃度上限應(yīng)在作物CO2飽和點(diǎn)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(qiáng)度有關(guān)，也因天氣、季節(jié)、作物生育時期不同而異。一般而言，接近飽和點(diǎn)的濃度是最適合的CO2施肥濃度，但CO2飽和點(diǎn)容易受作物品種、栽培方式以及環(huán)境條件的影響，很難掌握。在弱光下CO2飽和點(diǎn)下降，在強(qiáng)光下CO2飽和點(diǎn)提高。經(jīng)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、青椒采用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。1

研究現(xiàn)狀利用夏威夷Mauna Loa觀測站提供的1958~2002年逐月CO2濃度數(shù)據(jù)以及世界糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計的北半球20個主要糧食生產(chǎn)國1961~2002年水稻、小麥和玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)，美國加州Lawrence Livermore國家實驗室能源與環(huán)境研究專家們分析了不同國家不同種類糧食產(chǎn)量對CO2濃度變化的響應(yīng)。

以CO2濃度凈增量為自變量，以糧食產(chǎn)量變化百分比為因變量，通過回歸分析發(fā)現(xiàn)：1、對于不同國家和不同的糧食作物，CO2施肥效應(yīng)是不同的。例如，CO2濃度增加會提高泰國玉米的產(chǎn)量（即CO2施肥效應(yīng)為正），但會降低美國和尼日利亞的水稻和中國的小麥產(chǎn)量（即CO2施肥效應(yīng)為負(fù)）。2、就某一個國家而言，不同糧食作物對CO2施肥效應(yīng)的響應(yīng)各不相同。例如，中國的小麥產(chǎn)量受CO2施肥負(fù)效應(yīng)影響，但玉米會受其正效應(yīng)影響而增產(chǎn)不少。3、就20個主要糧食生產(chǎn)國的總體狀況而言，CO2施肥對水稻產(chǎn)量具有負(fù)效應(yīng)，而對小麥和玉米產(chǎn)量具有正效應(yīng)。該項研究結(jié)果與其它CO2施肥效應(yīng)實驗結(jié)果較為一致，可以將該研究的經(jīng)驗?zāi)Ｐ屯茝V到其他糧食作物上從而對CO2施肥效應(yīng)做出評估。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

劉勇 - 副教授 - 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院