一、CO2 在植物光合作用的地位与效应 光合作用是绿色植物生命活动的基本特征，是栽培作物生长发育的物质能量基础。作物通过根系吸收 水分和无机盐类，利用空气中 CO2 在日光的照射下进 行光合作用生成有机物质。作物干样质量的 85%是糖 及其他碳水化合物，其中的碳大多数来自于空气中 CO2,所以它是植物光合作用的主要碳源，空气中 CO2 浓度高低直接影响着作物对光合作用的效率。各种作物对 CO2 的吸收存在补偿点和饱和点。在一定条件下，作物对 CO2 的同化量和呼吸消耗量相等 的 CO2 浓度即为 CO2 补偿点；随着 CO2 浓度升高光合 强度也会增加，当 CO2 浓度增加到一定程度，光合强 度不再增加，此时的 CO2 浓度被称为 CO2 饱和点；长 时间的 CO2 饱和浓度可对绿色植物光合系统造成破坏 而降低光合效率。将低于饱和浓度可长时间保持较高 光合效率的 CO2 浓度称为最适 CO2 浓度；它们被统称 为植物的 CO2 三基点。不同作物的 CO2 三基点有所不 同，C4 植物的 CO2 饱和点接近于 0，C3 植物的 CO2 补偿点一般在 30——90ppm；植物的 CO2 饱和点则在 1000——2000ppm。最适 CO2 浓度一般为 600—— 800ppm。空气中 CO2 浓度一般为 300ppm 左右，虽然可基 本满足作物光合作用的需要，但明显低于其作物所需 的最佳浓度，因此，不能充分发挥作物的生产性能， 特别是在设施内相对密闭的特殊条件下，日出后作物 进行旺盛的光合作用，会使 CO2 浓度急剧降低，造成 CO2 亏缺。因而，在设施内增施 CO2，使其保持较高 的浓度，是强化作物光合作用、促进作物生长发育达 到高产优质的有效技术措施。
二、设施环境与 CO2 施肥，自然界中大气 CO2 浓度有一定的日变化和年变化规律，一般为出前高、日中低，日较差在 100ppm 左 右。冬季高、夏季低，年较差在 50ppm 左右。与自然界完全不同，设施内环境是相对密闭的， 可根据作物生育要求对栽培环境进行人工调控，如可 调控设施内的光照、温度、水肥条件等。冬春季节为 防寒保温，通风量很小，设施内 CO2 浓度变化规律一 般为：日出前 CO2 浓度最高，可达 1100——1300ppm； 日出后 2 小时则迅速降至 250ppm 以下，中午放风前 甚至可降至 150ppm，下午放风后基本可维持在 300ppm 左右，晚上在密闭条件下，因呼吸作用及土壤释放等 原因而逐渐增加至日出前的最高值。可见设施内 CO2 浓度日变化幅度明显高于露地。
日出前设施内有较高的 CO2 浓度，但因缺乏光照， 作物不能进行光合作用；日出后作物进行旺盛的光合 作用，生成大量的有机物质，设施内存贮的 CO2 很快 被消耗掉，因其密闭，得不到外界的补充，因而会造 成严重的 CO2 亏缺，使作物光合效率下降，光合产物 减少，当 CO2 浓度为 80ppm 以下时，其光合速率仅为 CO2 浓度 300ppm 时的 25%——35%。所以，CO2 供给不 足会直接影响作物正常的光合作用，而造成减产减 收。设施内特殊的密闭环境条件，一方面可以防止CO2 逸散，使 CO2 浓度有可能高于自然大气，增强光 合作用，提高 CO2 的利用率；另一方面在不通风的条 件下，若无 CO2 补充，因光合作用又易造成 CO2 亏缺， 降低光合作用强度。所以，在设施内温光水肥等条件 优化的基础上，CO2 亏缺已成为制约光合速率的主要 因素，此时增施 CO2 能显著提高光合效率，从而为设 施高产优质创造必要条件
三、设施内 CO2 施肥是实现优质高产的有效措施
1、有利于培育壮苗。增施 CO2 可增强作物的 光合作用，促进幼苗叶片叶绿素含量的提高，使叶片 增厚浓绿。如黄瓜增施 CO2 后其叶片叶绿素含量由 0.93mg.g-1 增加到 1.1mg.g-1，提高 18.75%，叶片干 样量增加 23.73%。增施 CO2 还明显促进营养器官的生长，如使根系发达，茎粗增大，花芽分化节位降低， 有利于壮苗的形成。例如：大棚内育苗 CO2 浓度达到 900ppm，可使番茄株高增加 22%，茎粗增加 8——11%， 植株各部分干样质量增加 50%左右，缩短育期提 高秧苗素质。因此设施内增施 CO2 是培育壮苗的有效 途径之一。
2、加速作物生长发育。增施 CO2 之所以有效， 除了因为补充的 CO2 有助于提高叶片细胞 CO2 浓度， 直接提高了光合速率外，还可以消除黄瓜等作物"光合午休现象"，延长了有效光合作用时间，从而使大 量的光合产物向果实和根部输送，促进根系发达，提 高吸水吸肥力，植株长势健壮，从而促进了果菜前期 产量的增加。如有试验表明，辣椒前期产量增加 20%——24%，番茄增加 64%，黄瓜增加 15%——42%。
3、增加产量改善品质。在适宜的重要依据下，增加温室 CO2 浓度可显著提高作物的经济产量并改良 蔬菜的营养品质，提高商品率。试验表明，温室生产 黄瓜、番茄、辣椒、莴苣等蔬菜或甜瓜、草莓和西瓜 等瓜果时，当 CO2 浓度倍增时，其产量平均提高 20%——40%。在番茄上表现为促进番茄单果质量的提高 和收获果数的增加。增施 CO2 后，由于光合产物增多，对蔬菜品质有 明显改善。如施用 600ppmCO2 可使番茄果实中全糖与 可溶性固形物含量提高 21.8%和 14.8%，番茄单果质 量亦明显增大；使黄瓜、番茄产品 VC 含量增加，可 使甜瓜单瓜质量增加 15.5%。含糖量亦有增加等，对 其外观质量与内在品质均有明显改善。
4、提高作物抗病能力。蔬菜增施 CO2 后，其植 株健壮，叶片肥厚，抗病力大为增强，从而相应降低 了温室病害的发生率和危害程度。例如番茄的蕨叶型 病毒病发病率降低 32%，病情指数降低 50%，对黄瓜霜霉病防效提高 20%。
四、设施内 CO2 施肥方法和实用技术
1、设施内施放 CO2 方法
（1）通风换气法。采用强制通风或自然通风。 在设施内 CO2 浓度低于大气中 CO2 浓度时，通风法可 迅速补充 CO2 亏缺，使设施内 CO2 浓度增加至与大气 CO2 浓度相同，约 300ppm，具有成本低、易操作的特 点，目前生产中应用最广。但由于该法只能使 CO2 浓 度增加到 300ppm，达不到作物光合作用最适浓度，且 易受外界气温限制，冬季使用有一定困难。
（2）土壤施肥法。通过向土壤施用可产生 CO2 的各种肥料，利用其分解缓释出的 CO2 持续不断地补 充于设施内，供给植物生长发育的需要。但 CO2 浓度 不易调控，当晴天上午需要高浓度 CO2 时，往往增加 量不大而无法满足作物生长的需要。
（3）生物生态法。通过实行蔬菜与食用菌培养 间作，菌料发酵中可产生 CO2 或发展种养一体的棚室 蔬菜生产，利用动物产生的 CO2 供给蔬菜生长，是一 种很好的生物 CO2 供给法。有些地区发展"种、养、 沼"三位一体生物生态法，向作物提供 CO2 是简易且 经济有效的 CO2 施肥法，应大力倡导积极推广。
（4）化学反应法。
①利用酸与碳酸盐反应生成CO2 的方法，是目前设施内增施 CO2 的主要方式。原 料来源广泛，成本低廉，方法简便。所用原料为硫酸 和碳酸氢铵化肥，反应后可生成 CO2 和硫酸铵肥料， 不产生对作物有害物质。一般每 667m2 的温室大棚， 每天用碳酸氢铵 3——4kg，加入硫酸 2.0——2.5kg。 这样可使设施内 CO2 浓度达约 1000ppm，其计算公式 为：每日用碳酸氢铵量（g）＝设施内体积(m3)×所 需 CO2 浓度×0.0036 每日用硫酸量=每日需要碳酸氢 铵量×0.62
②CO2 施放点分布。由于 CO2 比空气重，扩散缓 慢，应多设施放点才能使 CO2 浓度分布均匀，每个施 放点控制面积以 20m2 左右为宜，每 667m2 设置 30——40 个点，施放点可挖 0.3m×0.3m×0.3m 的小坑， 为使 CO2 分布均匀，也可用塑料桶挂至距地面 0.5m 的高度，内加硫酸和碳酸氢铵作为施放点，有利于 CO2 扩散均匀和被植物吸收利用。
③施用方法。在桶内或地面的小坑内，可一次加 入稀释后硫酸 3 日量 0.7——1.0kg 每天于揭苫后将 碳酸氢铵日用量分别加入到 30——40 个坑（桶）内， 每个坑（桶）内加入 100g 左右，使酸和碳酸氢铵反 应生成 CO2。
为了简化 CO2 施肥方法，目前生产上应用了简易 塑料桶 CO2 发生装置，其主要结构有贮酸罐、CO2 净 化吸收桶与输气导管部分组成，通过控制硫酸供给量 可有效控制 CO2 生成量。
(5)燃烧法。通过燃烧煤或其它碳氢化合物等燃 料产生 CO2。例如：解放军二炮科技开发公司研制开 发的"CO2 气肥发生器"，是将煤燃烧产生的气体，经 过滤除去 SO2 等有害气体，获得较纯净的 CO2，通过 管道输入到设施内。燃烧 1kg 煤炭或液化石油气，可 产生 3kgCO2，具有应用时间、浓度易调控，方法简便 等优点，但成本较高。此外还可以沼气、丙烷、酒精 等为燃料，燃烧产生 CO2，进行设施内 CO2 施肥。
(6)液态(钢瓶)CO2 法。液态 CO2 是一些化工厂、 酿造厂的副产品，纯度很高，一般一个 40L 的钢瓶内 可装放 25kg 纯净的 CO2，不含有害气体。使用时开启 减压阀门，通过出口压力和开启时间控制 CO2 施用量， 与有孔的塑料管连接可将 CO2 气均匀地分布到设施内 的各个角落，使用时间、数量、浓度可自由调控，安 全方便，但成本较高，适用于大型连栋温室或高产值 作物应用。
2、设施内 CO2 施肥技术
(1)CO2 施用时期。在蔬菜生育初期即可施用，如果菜类育苗阶段增施 CO2，对缩短苗龄、促进花芽分 化、培育壮苗作用明显；果菜类坐果及果实膨大期是 增施 CO2 的最佳时期；一般番茄、甜瓜开花后 10—— 15 天，黄瓜开花后增施 CO2 可强化光合作用，制造更 多的营养物质，充分满足作物生育对养分的需求，对 连续开花坐果的黄瓜、番茄、茄子等效果更为明显。 每天施放的时间，应根据设施内 CO2 浓度日变化 规律，早晨揭苫后半小时开始施放 CO2，晴天持续施 放 2 小时以上并维持较高浓度，至通风前 1 小时停止，阴雨天无日光天气应停止施放。
(2)CO2 施用浓度。施用 CO2 的最适浓度与作物种 类、生育阶段、天气状况等密切相关，在温、光、水、 肥等较为适宜的条件下，一般蔬菜 作物在 600—— 1500ppmCO2 浓度下，光合速率最快，其中，果菜类以1000——1500ppm、叶菜类以 1000ppm 的浓度为宜。 欧美及日本等许多国家以 1000ppmCO2 浓度为标准， 芹菜用 1000——2000ppm，黄瓜、茄子、青椒用 800——1500ppm，番茄、甜瓜用 500——1000ppm，若连 续长期应用，选择适宜浓度的低限较为经济且效果稳 定。
3、增施 CO2 应注意的问题
(1)在水肥充足、气温较高、光照较好的条件下，设施密闭环境中增施 CO2 对促进作物生长发育获得高 产优质效果明显。施放时间在上午放风前进行，通风 后或全天通风后以及阴雨天无光照的条件下不宜进 行 CO2 施肥。
(2)大温差管理可提高 CO2 施肥效果。白天上午 在较高温度和强光下增施 CO2，利于光合作用制造有 机物质；而下午加大通风，夜间有较低的温度，增加 温差有利于光合产物的运转，从而加速作物生长发育 与光合有机物的积累。
(3)由于 CO2 比空气重，为使增施的 CO2 能均匀 施放到作物功能叶周围，应将 CO2 发生装置或输气管 道置于植株群体冠层高度位置，并采取多点施放或增 加施放管上的孔数以保障其均匀性，使增施 CO2 得到 充分而有效的利用。
(4)化学反应法使用的硫酸腐蚀性强，因此要注 意使用的安全性，包括稀释硫酸时应将硫酸沿器壁倒 入水中，加强搅拌；容器不能用金属材料；操作时应 尽量戴防护手套、眼镜，以防操作人员皮肤、衣服被 烧破；待其反应完全终止，残液在充分稀释后再利用， 以防余酸对作物产生危害。
(5)燃烧法由于燃料不同及燃烧程度差异，可能 在所产生的气体中混有 CO2 或 SO2 等有害气体，因此一定要采取措施加以滤除，防止其对作物产生不利影 响。
(6)长时间高浓度地施用 CO2 会对作物产生有害 影响，如使植株老化、叶片反卷、叶绿素下降等，因 此，使用浓度应略低于最适浓度，适当减少施用次数， 同时加强水肥管理。
(7)施用 CO2 期间，应使棚室保持相对密闭状态， 防止 CO2 气体逸散至棚外，以提高 CO2 利用率，降低 生产成本。
(8)设施栽培作物种类不同，发育期不同，其植 株群体高度也有差异，叶面系数均有不同，应根据作 物生育期和株体高度调节 CO2 补给量。
五、设施内 CO2 浓度检测
1、红外线 CO2 测定法。采集棚室设施内气体， 通过仪器准确地测试 CO2 浓度。该仪器性能稳定，数 据可可靠，但造价较高，多用于科研或精密测试。
2、化学反应法。取被测气体通过检测剂观察其 着色层的长度变化，查表进行温度订正后求得 CO2 浓 度，或用比色法，由被测气体接触过的指示剂颜色与 标准色比较得出，测时需 5——10 分。
3、光折射法。利用气体种类、浓度不同，读取 空气与被测气体光折射率的差值，得出 CO2 浓度，测时仅几秒钟，但如混有其它气体，测定精度降低。 4、电导率法。利用氢氧化钠与 CO2 反应时，电导率会发生变化，用电极测量并将信号放大记录，以 1/100 规定度的溶液可测范围为 50——2000ppm。
从生产实际应用效果分析，设施内增施 CO2 能使 多种果菜、叶菜增产 20%——40%，抗病性增强，品质 改善，效益明显提高。据中国农科院蔬菜花卉研究所 试验，在连栋温室和日光温室中进行长季节高产栽 培，施放 CO2 的结果表明，平均每 667m2 成本为 300 元，增产 30%以上，优等果率增加 10%，667m2 可增值 4000 元。因施放 CO2 植株生长健壮、叶片深绿肥厚， 提高了抗病性，减少了打药防病次数，所以 CO2 施肥 综合效益十分显著。
随着我国设施栽培面积的急剧扩大，栽培技术水 平不断提高，高新技术被应用，科技创新将推动设施 园艺技术的不断进步，作为一项可以使设施栽培获得 高产、高效的有效措施 CO2 施肥技术，也必将会迅速 发展而得到普及。随着施用碳源及相关设备的系列化 和普及化，CO2 施肥技术在实践中将逐步完善提高， CO2 施肥技术必将成为设施优质、抗病、高产、高效 栽培中不可缺少的技术环节，为我国设施园艺的发展 做出新贡献。
