高级设施环境工程学
园艺学院 设施农业科学与工程系
第五章
设施气体环境研究现状与进展
设施气体环境研究现状与进展
第一节 概述
气体条件是设施内重要的环境要素之一，尽管它不如光照和温 度那样更直观地影响作物生长发育，但随着设施光温条件的改善， 气体组成及其影响越来越引起人们关注。
设施气体分类
有益气体 有害气体
设施气体环境研究现状与进展
1.2 CO2施肥的作用与效果
CO2浓度升高，气孔阻力增大，单位叶面积蒸腾速率降低，水分利用 效率提高。Mortensen（1987）综合前人的研究认为，提高CO2浓度可降低 作物蒸腾20%～40%，提高水分利用率30%。但与此同时，CO2施肥作物的 光合作用增强，叶面积增加，可补偿由气孔导度降低产生的节水效应，从而 导致以单株或单位土地面积计算时的耗水量没有显著差异。
开顶式气室：空间小，扩散少，易控制，投资少 ，但不易重复 开放式CO2富集系统 ：自然状态 、浓度稳定、用于个体或群体 微型系统：Mini FACE与FACE的功能和原理相同
其中，开放式CO2富集系统 优点最多，性能最好。
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1.2 CO2施肥的作用与效果
CO2浓度升高对作物光合作用、蒸腾作用、生长与发育、产量与品质 等均有一定影响。
界。 夜间CO2不断积累——日出时浓最度 高会 再—度—降而低后，降出低现—一 —日 中通第风二后个升低高谷 。
但不能避免亏缺。以黄瓜为例：
设施内发生CO2亏缺的时间长短取决于结构类型、栽培季节、天气条件、 管理措施以及作物生育状况等多种因素。对于无土栽培温室，土壤释放CO2 少，特别是在通风少的严寒冬季，CO2匮缺更为严重。
CO2施肥一般使花卉作物花数增加10～30%，开花期提前1～10天，并 可增加侧枝数和茎粗，提高切花质量。果树上的试验表明，CO2施肥促进葡 萄、梨等新梢伸长和树干肥大，维持生长势，促进果实成熟，增加果数、单 果重和果实糖度，增产幅度大约10%。
Frydrych（1984）试验发现，CO2浓度1500μl.l-1、不授粉番茄的产 量与300μl.l-1、授粉番茄产量相当，说明CO2施肥可提高不授粉番茄的座 果率，具有与人工授粉相同的效果。但试验发现，CO2加富大豆的叶片同 化物分配受N素供应状况制约，低N下加富叶片碳输出率增加，高N下减 少。
高浓度CO2容 易引起作物生长 异常，表现为叶 片失绿黄化、卷 曲畸形、坏死等 症状。原因：
（1）气孔关闭，蒸腾降低，叶温过高加速了叶绿素分 解破坏；
（2）强光下光合作用旺盛，淀粉含量增加，淀粉大量 积累造成叶绿体损伤；
（3）蒸腾速率降低影响矿质营养的吸收，造成缺素
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1.2 CO2施肥的作用与效果
设施内不同部位的CO2分布并不均匀。在甜瓜栽培温室内，当天窗、侧 窗和入口全部开放时，夜间由于植物和土壤呼吸作用，近地层CO2浓度较高， 生育层内部CO2浓度也较高，但上层浓度较低；日出后，室内CO2浓度开始 下降，中午50～180cm高度的平均CO2浓度仅为200μl.L-1，即使在通风条 件下，群体内最低浓度也只有135μl.L-1（图1，a）；对于全天不换气、几 乎处于完全封闭状态的砾培番茄温室，正午前后生育层CO2浓度低至75μl.L1，近地面CO2浓度也较低（图1，b）。
提高空气中CO2浓度，作物光合速率明显上升。对大多数作物而言，CO2 浓度在补偿点和500μmol.mol-1之间的少量增加即对光合速率有较大影响。原 因：1、其作为底物激活酶；2、其升高导致光补偿点降低。
相同CO2浓度下，长期生长于高CO2环境中的植株光合速率低于低CO2环 境下长成的植株，称为光合驯化或光合适应现象。
光合驯化原因
（1）碳水化合物积累以及光合电子传递链中氧化 还原信号对光合作用发生反馈抑制；
（2）核酮糖1,5-二磷酸羧化酶（Rubisco）活性 下降，表现为酶蛋白数量减少或者活化百分率降 低；
（3）气孔状态以及叶绿体超微结构的变化；（4） 糖信号、C/N以及生长调节物质对光合基因表达水 平的调控等
氧气、二氧化碳
NH3、NOX、 CO、SO2 等
由于设施内一般不会发生O2亏缺，因此关于有益气体的研究更多 针对CO2环境。
设施气体环境研究现状与进展 第二节 设施内CO2环境及其调控
1、设施内CO2环境及其调控 2、设施内的有害气体及其控制 3、设施内的气体流动Βιβλιοθήκη 设施气体环境研究现状与进展
1、设施内CO2环境及其调控
多数试验结果表明，CO2施肥条件下，蔬菜株高、茎粗、叶片数、叶面 积、分枝数、开花数、座果率增加，生长发育速度加快。CO2施肥促进侧枝 发育可能与对顶端优势的抑制有关，而对开花数的影响一方面是由于施肥对 花芽诱导和分化、发育和败育的直接效应，另一方面是由于分枝数的增加和 茎部伸长增加了单株花数。另外，Tripp等（1992）试验发现，生长于 1000μl.l-1 CO2浓度下的温室番茄白粉虱发生数量明显减少。
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1.2 CO2施肥的作用与效果
研究CO2施肥效应的方法：一是围绕大气CO2浓度升高问题，研 究CO2加富对作物及其生态系统的影响；二是针对设施CO2亏缺现象 研究CO2施肥的增产效果与机理。
研究CO2 浓度增高 对作物影 响的方法
密闭气室 ：多用于植株个体或幼苗的试验
半开放梯度系统：可控制CO2浓度以及温度等因子 、精度低
在夏季晴天通风口全部开放的情况下，温室黄瓜群
体内CO2浓度仍比外界低10%以上；若此时通风口完全
1.1设施内CO2环境状况
关闭，CO2浓度会降至50～100μl.l-1，黄瓜光合作用停 止（Slack 和Hand，1984）。傍晚，随光强和温度下降，
设施环境处于相对封闭状态，光口内合过作早部用关C减闭O弱，2，由浓于CO作度2物浓变仍度具化开有始幅较回度强升光。远合若远作在用晴高，天于室下内午外C通O风2
CO2施肥效果受作物种类、环境条件和施肥方法影响较大。在土壤呼 吸少、温室封闭时间长、冷凉寡日照地区，CO2施肥的效果更加显著。
综合多数试验结果，CO2施肥可提高蔬菜产量20%～30%，部分蔬菜甚 至高达40%～50%，尤其对提高前期产量的效果明显。苗期CO2施肥对定植 后的前期产量和总产量具有积极作用。叶菜类以叶片为产品器官，CO2施肥 促进光合作用直接形成产量，叶片数增加，单叶重上升，增产幅度更大。