二氧化碳施肥效应

　　所谓二氧化碳施肥效应是指二氧化碳浓度增加对植物生长的助长作用，二氧化碳浓度上升对粮食作物产量产生的影响将直接关系到气候变化背景下的全球粮食供应安全及人类适应对策。1

　　简介

　　由于大气中的二氧化碳浓度升高，植物的光合作用将会增强，植物的生产率也将会有一定的提高，这就叫二氧化碳的施肥效应。这一效应对小麦、水稻、大豆等农作物尤为明显。二氧化碳浓度增加对小麦和水稻的施肥效应可以达到25%，而对大豆可以达到40%。1

　　CO2施肥效应培育壮苗

　　日光温室增施CO2可增强作物的光合作用，促进幼苗干物质的积累，能明显促进营养器官的生长，如使根系发达，茎秆粗壮，花芽分化节位降低，有利于壮苗形成。

　　促进作物生长发育，增加产量

　　日光温室增施CO2，可以使植株叶片数目、大小、厚度和比叶重增加，叶片扩展速率提高，分蘖、茎数、茎节数和茎高增加。

　　在适宜的条件下，温室内CO2浓度增加可使蔬菜产量提高20%~40%，尤其对前期产量提高效果明显。温室内CO2增加使油桃日平均光合速率提高25.9%，光能利用率也显著增加，在一定程度上弥补了光照不足对果实生长发育的影响。葡萄施用CO2后，产量增加14.7%，含糖量增加0.4%。

　　改善产品品质，提高商品率

　　增施CO2后，番茄、莴苣、黄瓜、辣椒、西葫芦、韭菜、大葱、油菜除产量有不同程度的增加外，品质也有一定的改善。可以使黄瓜坐瓜多、瓜条好、色浓、果肉脆嫩；番茄果实中葡萄糖含量提高12%，维生素C含量提高17%，糖酸比达18%。球茎甘蓝幼苗和成株的叶柄中硝酸盐含量在高CO2低氧条件下减少。对增施CO2的番茄果实品质测定表明，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%，维生素C增加2.9%~10.5%。

　　提高作物抗病能力

　　对大棚黄瓜增施CO2后，霜霉病发病率降低30%，病叶发病率降低10%，同样使辣椒花叶病发病率降低61%，病情指数下降92%。因此，增施CO2后增进碳同化，使植物体内糖分积累，在一定程度上提高了作物抗病能力。1

　　CO2增施技术CO2施肥方法

　　CO2气肥的来源有液态CO2施放法、化学反应法、增施有机肥法、施干冰法、有机燃料法等。目前，我国北方设施蔬菜栽培主要采用化学反应法．即碳酸氢钠与硫酸在简易的气体发生装置内产生CO2气体，通过管道将其施放于设施内，该法成本较低，且CO2浓度容易控制。

　　增施CO2时期

　　选择适宜的CO2施肥时期，是节约气肥、减少投资、增加产量的关键因素。大棚蔬菜增施CO2的适宜时期，依蔬菜种类、栽培方式和土壤肥力条件而定。在土壤肥力偏低的条件下，一般在育苗前半期（如黄瓜第三叶展开，其他蔬菜幼苗株高达20~40cm）当蔬菜具有一定的叶面积时开始施用，有些叶菜、根菜类在前期施用较好;对于果菜类，如蕃茄、辣椒等，可在雌花着花、开花或结果初期开始施用，而在开花坐果前不宜施用,以免营养生长过旺造成落花落果，并且要连续施用效果才显著。

　　各种作物在不同的生长发育阶段，CO2需要量是不同的，一般苗期施用对培育壮苗作用明显，应早施。产品器官形成初期是CO2施肥的最佳时期，如番茄在始花期10~20d，黄瓜7~15d，甜瓜10~20d，西芹是5~7片新叶时，甜椒开花前25d左右。设施果树CO2施肥的关键时期是新梢速长期、果实膨大期、果实着色期和果实成熟期。

　　从季节看，CO2施肥以冬季较春季好。春季由于温室通风换气强度增大，温室施用CO2使蔬菜植株容易长势过旺，增产效果不明显，冬季由于气温低，土壤微生物分解有机质放出的CO2较少，CO2浓度不足是作物生长的限制因素，此时施用CO2效果非常明显。

　　一天中CO2的适宜施肥时间，国内外研究认为，施用时间一般为睛天日出后0.5~1h，停用时间为放风前半小时。每天有2~3h的施用时间，就不会使植株出现CO2饥饿状态。阴天、雨雪天或者气温较低时不需要施用。

　　增施CO2浓度

　　CO2浓度太高或太低均不利于光合作用的进行，并且植物长期处于高浓度CO2环境下反而会抑制植物生长发育，降低产量。CO2浓度过高会引起多种蔬菜生长异常，表现为叶片失绿黄化、卷曲畸形和坏死等症状，关于CO2伤害机理有多种假说，综合分析，高浓度CO2造成气孔正常调节功能的紊乱可能是伤害的重要原因。

　　目前，多数学者认为，温室蔬菜生长和产量形成的CO2适宜浓度为600~1500μL·L-1。从生产实践角度出发，要达到增产、降低成本，并且防止过高浓度CO2对作物的毒害，人工增施CO2的浓度上限应在作物CO2饱和点之下，一般以1000μL·L-1左右为宜。CO2最适宜浓度与作物种类、品种和光照强度有关，也因天气、季节、作物生育时期不同而异。一般而言，接近饱和点的浓度是最适合的CO2施肥浓度，但CO2饱和点容易受作物品种、栽培方式以及环境条件的影响，很难掌握。在弱光下CO2饱和点下降，在强光下CO2饱和点提高。经过很多人的研究，目前掌握了一些蔬菜、花卉和果树的最佳施肥浓度：黄瓜、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，西葫芦在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之间。1

　　研究现状

　　利用夏威夷Mauna Loa观测站提供的1958~2002年逐月CO2浓度数据以及世界粮农组织（FAO）统计的北半球20个主要粮食生产国1961~2002年水稻、小麦和玉米产量数据，美国加州Lawrence Livermore国家实验室能源与环境研究专家们分析了不同国家不同种类粮食产量对CO2浓度变化的响应。

　　以CO2浓度净增量为自变量，以粮食产量变化百分比为因变量，通过回归分析发现：1、对于不同国家和不同的粮食作物，CO2施肥效应是不同的。例如，CO2浓度增加会提高泰国玉米的产量（即CO2施肥效应为正），但会降低美国和尼日利亚的水稻和中国的小麦产量（即CO2施肥效应为负）。2、就某一个国家而言，不同粮食作物对CO2施肥效应的响应各不相同。例如，中国的小麦产量受CO2施肥负效应影响，但玉米会受其正效应影响而增产不少。3、就20个主要粮食生产国的总体状况而言，CO2施肥对水稻产量具有负效应，而对小麦和玉米产量具有正效应。该项研究结果与其它CO2施肥效应实验结果较为一致，可以将该研究的经验模型推广到其他粮食作物上从而对CO2施肥效应做出评估。

　　本词条内容贡献者为:

　　刘勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院