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温室大棚CO2施肥技术

作者:陕西温室大棚 发布日期: 2019-01-25 二维码分享

CO2是植物光合作用的原料。通常大气中CO2浓度约为340 μmol/mol,仅相当于植物光合作用.适CO2浓度的1/3~1/4。温室大棚的密闭性阻滞了设施内外气体交换,造成设施内部CO2浓度大幅度波动,夜间由于土壤微生物分解有机物和作物呼吸,CO2不断积累,日出前达到.高值,日出后随着植物光合作用的不断增强,CO2浓度很快低于外部大气CO2浓度水平呈现亏缺。叶面积系数大、光合旺盛的大棚黄瓜群体,通常日出2~3 h后CO2浓度会降至100 μmol/mol以下,通风虽可缓解但不能避免亏缺[1]。Slack等 [2]

在研究中也发现,夏季晴天通风口开放的情况下,温室黄瓜群体CO2浓度仍比外界低10%以上,若此时通风口完全关闭,CO2浓度会降至50~100 μmol/mol,黄瓜光合作用停止。设施内CO2亏缺持续时间的长短取决于设施内有机肥施用量、栽培方式、栽培季节、天气条件和作物生育状况等。

CO2不足限制了蔬菜光合作用,浪费光热资源,成为设施蔬菜栽培提高产量和品质的关键制约因素。据Schapendonk等[3]测算,叶面积系数为3的黄瓜群体早春CO2亏缺使净同化量损失15%,长期亏缺造成黄瓜减产11%。刘保才等[4]用通径分析法证明,影响日光温室蔬菜产量的三大要素(光照、有效积温、CO2浓度)中,CO2浓度对产量形成的贡献.大。因此,为了避免CO2亏缺,进行CO2施肥是实现设施蔬菜栽培高产优质的有效途径。

CO2被叶片吸收后在叶绿体内,由于光合作用形成碳水化合物(淀粉),但是淀粉不能直接运送到果实、茎尖、根尖中,只有通过呼吸作用分解成单糖或双糖等才能运转,而呼吸作用与温度有很大关系。温度越高,呼吸作用越强,分解淀粉的速度也越快;如果温度低,分解得慢或是不分解,淀粉在叶片中积累过多会抑制光合作用的进行,更严重时会对叶片产生毒害,使叶绿体降解,发生叶片黄化现象。因此,高效的光合作用不仅需要较强光照,还需要较高的温度和充足的水肥供应。

CO2施肥中存在的问题

CO2作为光合作用的主要原料对植物的增产和提高品质起着重要作用,但仍有一些问题影响CO2施肥的推广应用。

短期施用效果好

春秋季节,在棚内进行CO2施肥后的前1~2 个月,作物生长的效果非常显著,但到后期的效果越来越不明显。近几年,我们以嫁接黄瓜为试验材料,待嫁接苗长到三叶一心时定植于日光温室中,缓苗后进行试验处理。设置4个处理:A.高温(40~45 ℃,3~4 h/天+CO2(1000~1500 μmol/mol)处理;B.高温(40~45 ℃,3~4 h/天)处理;C.常温(25~35 ℃)+CO2(1000~1500 μmol/mol)处理;CK.常温(25~35 ℃)+CO2(320~420 μmol/mol),对温室黄瓜CO2施肥进行了研究。经研究发现,光合作用越旺盛,光合产物积累反而易造成反馈抑制,降低光合速率。从图1可以看出,处理后的前一个月淀粉含量呈下降趋势,处理一个月后的淀粉含量普遍升高,特别是常温+CO2处理(C)从第22天开始升高,而高温+CO2处理(A)的淀粉含量处在较低水平,处理36天后升涨幅度不大。单纯高温处理(B)的淀粉含量始终处在.低水平。CK为常规生产,不同处理下净光合速率发生变化。从图2中可以看出,高温+CO2处理(A)的净光合速率在处理前36天都维持较高水平,而常温+CO2处理(C)从第29天开始下降,单纯高温处理(B)从第22天开始下降,且在整个处理期间都是.低水平。从图中可以看出,CO2施肥前一个月左右,淀粉含量较低,净光合速率水平较高,一个月以后淀粉含量增加,净光合速率下降,说明淀粉含量过高会抑制光合作用,这也是CO2施肥短期效果好,长时间效果不好的原因之一。此外,从图中还可以看出,高温处理可以有效地降低淀粉含量,延长净光合速率维持较高水平的时间[5]。

冬季施用效果不佳,且叶片黄化问题严重

在以往的生产中,人们发现CO2施肥后期叶片黄化,特别是在冬季尤为突出,以往人们都认为是缺铁、缺镁、缺硼等微量元素,经过补充各种肥料试验后,都没有控制和缓解叶片黄化现象。在增施CO2试验中发现,叶片黄化是因为叶片中淀粉积累产生毒害,使叶绿体解体造成的叶片黄化。在冬季的CO2施肥试验中,高温处理可以避免叶片黄化,特别是夜间前半夜,适当的高温可以有效地降低叶片淀粉含量。




成本和危险性等问题

施用CO2需要一定的材料、设备和人工的投入,成本的增加也是CO2施肥技术得不到广泛应用的原因之一。实际上,从试验中测算得出,材料投入的产出比是1:3~8,远高施用化肥的产出比。在施用CO2后,产品的质量提高了,销售价格也就提高了。目前获取CO2多使用的方法是酸和碳酸盐反应产生CO2;成本较低的方法是用硫酸和碳铵进行反应;还有就是直接加热碳铵分解放出CO2。但在使用中会出现硫酸伤人、烧衣服和氨气泄漏的危害现象,这就需要有一个严格的管理制度来预防意外发生。目前急需有专业生产CO2的企业为设施农业生产CO2气肥。

配套管理问题

CO2施肥后需要在温度、湿度、光照和水肥管理上的配套才能充分发挥CO2施肥的作用,这方面往往被人们忽视。因此在推广中必须加强这方面的技术培训。

施用方法

大量施用有机肥

目前,设施中CO2的来源主要是有由土壤微生物分解有机质放出CO2、水和热量,因此,大量施用有机肥可以持续不断地为设施内释放CO2。此外,大量施用有机肥还可疏松土壤,改善土壤结构、提高地温和补充一些N、P、K等养分,是提高产量和品质的.有效的措施。除畜禽粪便外,秸秆等也可作为有机肥施用,如目前已经使用的秸秆反应堆技术等。大量施用有机肥的方法成本低、多效、原料来源广、易获得、使用方便、农民容易接受。   化学法

利用酸和碳酸盐反应产生CO2,酸可以选择硫酸,还可以用磷酸,碳酸盐普遍选用碳铵,原料易购买且便宜。但使用硫酸时存在一定的危险性,使用磷酸成本高一些。此外,用碳铵加热分解也可获得CO2,但在使用中要加大吸收氨气的水量,避免溶于水的氨气又与CO2形成碳铵溶液。此方法的原料来源广、成本低、但管理不当时,易产生氨气中毒的危害。

燃烧法(天然气、白煤油、沼气)

通过燃烧天然气、白煤油或沼气为设施内提供CO2和热量,在冬春季较为实用。此种燃烧法不但补充了CO2也起到了增温的作用,但成本增加。

生物法

在高架作物下面放置菌袋生产食用菌,利用食用菌呼吸放出的CO2来补充设施内的CO2。生物法经济、方便、实用又可充分利用温室空间,因食用菌要求较高湿度,所以在选择作物时,要选择喜较高湿度的作物。

直接法

利用化工、食品发酵等企业排放的CO2,通过收集、分离净化后可直接用于设施生产。直接法使用方便、卫生、容易控制浓度,但目前不易获得,成本高。

施用时间与浓度

根据试验的结果认为,在太阳出来后(或温室起帘后)2 h左右进行CO2施肥较好。使用浓度在600~1500 μmol/mol之间,夏季时果菜类结果期使用浓度高些(800~1500 μmol/mol),

冬季时果菜类苗期、叶菜的施用浓度低些(600~1000 μmol/mol)。一般情况下,晴天施用,阴雨(雪)天不进行施用。

施用后的管理

合理的通风换气

当温室内CO2浓度低于外界时,放风也是补充CO2的一种方法,采取人工补充CO2措施,要在施用后2 h放风,大量施用有机肥的,要比平常适当晚1~2 h放风。

温度

温室内的温度管理无论冬夏,施用CO2以后,白天要比通常的温度高5~10 ℃,夜间前半夜要比通常的温度高5~7 ℃。

光照

CO2施肥效果受光照强度的制约,光照强度在一定范围内施用CO2,可提高蔬菜的光合强度。冬季温室生产在保证作物不受冻的情况下,尽可能上午早揭保温帘,下午适当晚放保温帘,延长温室内的光照时间。越冬生产要使用透光好的膜(PO膜等),保持棚膜的清洁,增加温室的进光量。

湿度

夏季中午气温很高时,可以喷水适当降温和提高湿度。冬季通过覆盖地膜、控制灌水量和适当提高前半夜温度的管理,可以降低夜间的空气相对湿度。

水肥

根据季节、作物生长的不同阶段和土壤养分含量,及时灌水和追肥,必要时进行叶面施肥。施用CO2后,根系一般都明显增大,吸收功能增强。

结束语

目前,我国设施园艺的生产正在向优质、高效方向发展,CO2施肥是设施优质、高产的主要措施之一,也是农业增效、农民增收、解决“三农”问题的重要手段之一。实现设施内CO2施肥的普遍应用还需工业化生产CO2的支持,现在我国的化工、食品加工等生产企业排放很多的CO2,如果能收集用于设施农业,对改善地球大气环境也有重要意义。实现这一目标需要政府、科研、农业技术推广等部门与生产企业共同合作,大力推进才能完成。

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