会议论文.doc

影响日光温室CO2浓度变化的因素与增施效果研究马 俊1 贺超兴1* 闫妍1张志斌1尹宏峰2（1中国农业科学院蔬菜花卉研究所北京100081；2中国人民解放军总参通信部阳坊生活供应服务中心，北京102205）摘要：研究了不同日光温室中CO2的变化规律和增施效果，结果表明天气状况，蔬菜大小、生育期和栽培方式均可对日光温室中CO2浓度的日变化规律产生影响。表现为阴天植物光合强度较弱，CO2下降缓慢；一天中温室中CO2浓度变化均表现为昼间下降夜间升高的变化趋势，在下午13:30左右降至最低值；番茄苗期温室在一天内的大部分时间都处于CO2亏缺状态，而温室番茄在开花期和结果期其CO2浓度均表现为上午较大幅度下降和晚上缓慢上升的变化趋势。晴天上午施用CO2气肥可明显增加温室CO2浓度，从而使植物光合作用处于最佳CO2浓度，相应地增施CO2增加了温室黄瓜植株的叶绿素含量，根系活力，并对促进果实产量增加和果实品质改善都有明显作用。关键词：日光温室；二氧化碳变化规律；影响因子；CO2亏缺；增施CO2；增施效果CO2是光合作用的主要原料，是影响日光温室蔬菜产量的重要因素，由于温室的相对密闭性，一方面造成温室CO2亏缺，另一方面也为CO2施肥提供了可能1。国外从20世纪2 0年代就开始了有关CO2施肥的研究,并在生产中取得了显著的效果，其中日本、荷兰等国的发展较快2.国外对温室作物全天增施CO2的研究表明延长增施CO2时间可明显提高黄瓜、番茄产量。通过对CO2施肥的机理、效果、技术、温室CO2浓度分布的时空规律的研究70年代以来，国外在设施栽培的CO2施肥方面达到研究和应用高潮，挪威有75%、荷兰有65%的温室施用CO2，其它如丹麦、日本、英国、美国等在温室中施用CO2也相当普遍。我国从2 0世纪8 0年代开始进行CO2施肥的试验，在北方日光温室对蔬菜包括黄瓜、番茄等进行了推广应用，研究明确了日光温室内CO2的变化规律，取得了很好的经济效益3。在日光温室中施用CO2的方法上也开发出了诸如钢瓶法，酸反应法及燃烧过滤施用法、增施有机肥法和生物生态法等多种对日光温室蔬菜增施CO2的技术4.5。但由于成本较高或施用不方便，因此在我国大部分日光温室栽培中，对CO2施肥重要性的认识还不足，很多人认为增施有机肥就能提高温室CO2浓度满足蔬菜生长需要。为了更好地明确日光温室的CO2变化规律和不同因子的影响，本文研究分析了不同日光温室的CO2浓度变化规律，并且对黄瓜施用CO2的效果进行了分析研究，以期明确日光温室施用CO2的必要性，对温室风口管理和增施提供科学依据。1 材料与方法 试验于2010年秋冬季在北京中国农业科学院蔬菜花卉研究所试验农场的日光温室进行。供试日光温室10个，分别种植不同的作物，采用加温或非加温方法进行生产，在研究温室CO2浓度变化规律的基础上，对日光温室黄瓜（Cucumissativus L.）座果期增施CO2处理，比较其在与不施用CO2相比研究了增施CO2对黄瓜生理指标、产量及品质的影响。黄瓜品种为中国农业科学院蔬菜花卉研究所的中农27，于8月27日播种，9月22日定植，11月15日始收。将日光温室用玻璃隔分为东中西3段，黄瓜在东段与中段种植，CO2处理（东段）和对照（中格）分别种植6畦，双行种植，每行14株，行株距为60cm30cm。土壤理化性质状况为，pH：6.29；容重：0.56g/cm2；土壤孔隙度：76.8%；有机质含量：1.51%；速效氮：0.33 mg/g；速效磷：0.34mg/g； 速效钾：0.37 mg/g。施用CO2时间为果实膨大期的11月9日，在晴天上午9：00左右施用，每周3-4次。作者简介:马俊(1986-),女,硕士研究生,主要从事设施蔬菜栽培生理研究。E-mail:*通讯作者:贺超兴,博士,研究员,主要从事设施园艺有机栽培和蔬菜栽培生理等研究。E-mail: Tel金项目：国家科技支撑计划项目（2011BAD12B03）(2009BADA4B04)增施CO2试验采用CO2钢瓶进行；用美国产ZT-7000型手持便携式CO2测定仪对温室CO2进行监测，日光温室CO2浓度动态变化和温湿度环境数据观测用旗硕“农用通”农业环境远程无线监控管理平台测定；植株光合速率采用LI-6400光合测定仪测定。试验调查研究在温室中按时间进行，测定CO2浓度的部位为植物冠层，即种植带中部，距温室墙体45m，同时测定温度和湿度。不同日光温室的CO2调查试验选用ZT-7000型手持便携式CO2测定仪在晴天（阴天）早上揭被后8:30到放被16:00之间每隔1h 测定1次，以比较CO2随时间变化测定环境CO2浓度。测定处理前后叶片的叶绿素含量（丙酮法），根系活力（TTC法）等指标，用美国LI6400型光合仪测量净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度等。测定的品质指标为：可溶性蛋白（考马斯亮蓝G-250染色法）；Vc（钼蓝比色法）；可溶性固形物（手持测糖仪）；硝酸盐（水杨酸法）；可溶性性糖含量（蒽酮乙酸乙酯比色法）。2 结果与分析2.1 影响日光温室CO2浓度变化的主要因子2.1.1 光照强度对日光温室CO2浓度变化的影响 通过对黄瓜栽培的日光温室CO2浓度日变化分析可以看出，黄瓜温室其CO2浓度明显在晚上呈升高趋势，究其原因与植物和土壤的呼吸作用有关，而白天由于光照引起的光合作用影响，温室CO2迅速下降，晴天光合起点早于阴天，CO2下降速度也快，表明强光下植物的光合能力很强，另一方面，在阴天由于光合作用减弱，CO2浓度下降较晚，且CO2浓度较高。图1 日光温室结果期黄瓜晴阴天CO2浓度日变化曲线从图1可以看出，日光温室CO2浓度日变化曲线呈不规则“u”形，在下午13：30左右达最小值，有时呈不规则“w”形。晴天中温室中CO2浓度变化幅度明显高于对照（阴天），并且晴天CO2浓度最高值明显低于对照（阴天）。2.1.2 日光温室不同蔬菜采收期的CO2浓度日变化番茄、甜椒、黄瓜等蔬菜在座果期的CO2日变化规律如图（图2）所示，从中可见不同蔬菜的光合特性有所差别，其中黄瓜、甜椒的初始光合速率较快，而CO2吸收以甜椒最多，表明甜椒的CO2补偿点较低。光合同化强度以番茄最快，与其叶片多，叶面积较大和CO2光合速率较高有关，甜椒的CO2利用率最高。从图中还可看出揭帘被后，温室中CO2浓度迅速下降，10点半后的温室CO2明显低于室外对照且相对走平线，在中午很长时间内处于CO2亏缺状态，说明温室的CO2饥饿引起了光合停滞，因此在日光温室适当增施CO2对于提高设施蔬菜的产量品质具有很好应用前景。图2 果菜类不同作物日光温室CO2浓度日变化曲线对叶菜类蔬菜的日CO2浓度变化曲线结果见图（图3），可见叶菜类属冷凉蔬菜，为降低温室风口大开，造成室内外CO2趋同，而成熟期的羽衣甘蓝光合吸收要强于大白菜。白菜，成熟期，2010年11月22日，晴；羽衣甘蓝，成熟期，2010年11月23日，晴图3 叶菜类不同作物日光温室CO2浓度日变化曲线2.1.3 日光温室番茄不同发育期的CO2浓度变化图4 番茄不同生育期对日光温室CO2浓度日变化曲线，结果期：2010年11月24日，晴；开花期：2010年12月16日，晴；苗期：2010年11月10日，晴.温室中番茄在开花结果期时，对温室内CO2消耗量较大，在揭开帘被后CO2浓度迅速降低，而苗期对温室CO2浓度也有影响，但是比开花结果期弱。2.1.4 基质不同对日光温室CO2浓度的影响图7不同基质的日光温室CO2浓度日变化曲线普通土，黄瓜，结果期，2010年11月21日，晴；有机土，黄瓜，结果期，2010年11月23日从图7中可以看出在揭开帘被之前与之后，温室中CO2都明显高于普通土温室CO2浓度2.2施用CO2对日光温室的CO2浓度的影响图8 施用CO2与未施用日光温室CO2浓度日变化曲线2010年11月17日施用CO2，2010年11月23日未施用CO2图 8选择晴天上午对栽种黄瓜的温室进行施肥，施肥时间点选在温室CO2浓度日变化曲线中突然下降的位置（上午9:00左右）。用CO2钢瓶施肥，施用3分钟，温室中CO2浓度从1000ppm上升到1300ppm，过一段时间CO2下降后再施用1分钟，使温室CO2浓度在14:00之前保持在800ppm以上。2.3施用CO2对日光温室黄瓜的影响2.3.1施用CO2对日光温室黄瓜叶绿素和根活的影响表一 2010年11月25日中农27叶绿素和根活处理与对照比较叶绿素Chla（mg/g）叶绿素Chlb（mg/g）Chla/ Chlb叶绿素Chla+b（mg/g）根活（mg/g.h-1）CO2处理20.498.312.470.500.52对照18.087.102.550.250.48表一呈现出CO2处理的黄瓜 叶片叶绿素a ，叶绿素b，叶绿素a+b都明显高于对照，并且植株根活也高于对照,处理的较对ChlaChlb值降低。2.3.2施用CO2对日光温室黄瓜光合作用的影响图9 CO2处理对黄瓜光合作用的影响净光合作用 单位：mol. m-2.s-1气孔导度 单位：mol H2O m-2.s-1 胞间CO2浓度 单位：mol CO2 。mol-1 蒸腾速率 单位：mmol H2O m-1. s-1CO2处理的黄瓜光合作用明显高于对照，并且气孔导度也明显高于对照，但胞间CO2浓度和蒸腾速率会明显低于对照2.3.3施用CO2对日光温室黄瓜产量的影响图10 2010年冬 CO2处理与对照对黄瓜平均单果重的影响经过CO2处理的前期采收黄瓜平均单果重会明显高于对照。2.3.4施用CO2对日光温室黄瓜品质的影响表二 使用CO2对日光温室黄瓜品质的影响Vcmg/100g总糖%粗蛋白 mg/kg可溶性固形物%CO2处理11.601.361.093.80对照8.861.360.903.60从表二中可以看出，经过CO2处理黄瓜VC，粗蛋白和可溶性固形物的含量均大于对照，其中，总糖含量处理和对照没有差别。，3 结论与讨论阴天中温室中CO2浓度明显高于晴天，而且高于对照，说明，植株对日光温室CO2浓度是有影响的，而且晴天光合作用旺盛，植株对日光温室中CO2的消耗量较阴天大。果菜类蔬菜需要大量CO2以备光合作用需要，相比较，叶菜类蔬菜对温室CO2浓度的影响较小，这是因为叶菜类比果菜类植株高大，根茎叶对环境CO2都有影响，而叶菜类相对体积较小，所以对环境CO2浓度影响较小。幼苗期群体光合较弱、土壤呼吸旺盛，温室CO2浓度较高；结果期群体光合旺盛、土壤呼吸衰竭，CO2亏缺严重5。所以温室中番茄在开花结果期时，对温室内CO2消耗量较大，在揭开帘被后CO2浓度迅速降低，而苗期对温室CO2浓度也有影响，但是较开花结果期很弱。有机土中富含微生物群落，在不断的进行呼吸作用，所以有机土对温室CO2有一种CO2补充的作用，在揭开帘被之前与之后，温室中CO2都明显高于普通土温室CO2浓度。有机土对温室CO2有一种CO2补充的作用， 植物进行光合作用的能量来源主要是光合色素捕获的光能，所以叶绿素的高低与光合功能关系密切。CO2施肥能增加叶绿素总含量，降低叶绿素a叶绿素b值，更好地利用散射光6。而且可以进一步提高一光能利用率以提高光合作用。在一定范围内，CO2的浓度越高，植物的光合作用也越强，这样便导致地下根部要吸收营养以供地上部分生长，所以CO2处理的黄瓜植株根系活力较强。初瓜期至盛瓜初期是营养生长与生殖生长并进阶段，两者的积累量都较大，光合能力增强后，经过CO2处理的植株在结果期自然会较对照单果重大7。光合作用的提高有利于营养物质的积累，所以处理后黄瓜的品质比对照的稍好些。日光温室中CO2亏缺是不可避免的，即使使用的有机土，也只能起到微小的作用，传统的栽种模式是不能起到很好的作用的，放风等操作虽然能降低温室湿度，但同时也放走了光合作用的原料-CO2。所以迫切的需要CO2施肥等一系列技术来增加温室中CO2浓度，以提高作物产量及品质。参考文献1贺超兴，张志斌，王怀松，王耀林.蔬菜设施栽培CO2施肥技术，中国蔬菜.2000（4）：51-522高素华，郭建平. 施用CO2的现状及前景J. 气象科技. 1995(1): 59-64. 3 魏珉，邢禹贤，王秀峰，马红. 日光温室CO2浓度变化规律研究J. 应用生态学报. 2003, 14(3): 354-358.3贺超兴，张志斌，王怀松，王耀林.蔬菜设施栽培CO2施肥技术，中国蔬菜，2000（5）：51-534 魏珉，王秀峰，邢禹贤，张衍鹏，王纪银. 几种主要CO2施肥肥源性能的比较与评价J. 农业工程学报. 2001, 17(3):10-14 4 高阳俊，张乃明，张玉娟. 设施栽培增施CO2对西芹影响研究J. 农业现代化研究. 2004, 25(4): 317-320.5 邱莉萍，刘军，王益权，等. 土壤酶活性与土壤肥力的关系研究J. 植物营养与肥料学报. 2004, 10(3): 277-280.6 王修兰，徐师华，梁红. CO2浓度增加对C3、C4作物生育和产量影响的实验研究J. 中国农业科学. 1998, 31(1): 0.7 卢育华，申玉梅. 冬季日光温室黄瓜光合作用J. 山东农业大学学报：自然科学版. 1996, 27(1): 39-43陈双臣，邹志荣，贺超兴，张志斌. 温室有机土栽培CO2浓度变化规律及增施CO2对番茄生长发育的影响. 西北植物学报，2004，24(9)：1624-1629The influence factors to CO2 concentration and increased CO2 application study in Chinese solar greenhouseMa Jun，He Chaoxing*(Institute of Vegetables and Flowers, Chinese Academy of Agriculture sciences, Beijing 100081)Abstract: The CO2 concentration changing regularity and increased application effect were studied. The results showed that the weather, the varieties of vegetable ,the development stage of vegetable and cultivated substrate has different effects to CO2 concentration in Chinese solar greenhouse.