一、二氧化碳的概念

二氧化碳是空氣中常見的一種碳氧化合物，其分子式為CO2，由兩個氧原子與一個碳原子通過共價鍵連接而成，常溫下是一種無色無味氣體，密度比空氣略大，能溶于水，與水反應生成碳酸。

液态二氧化碳指的是高壓低溫下将二氧化碳氣體液化為液體形态。液态的二氧化碳是一種制冷劑，可以用來保藏食品，也可用于人工降雨。液體二氧化碳，密度1.101g/cm3，溫度在-37℃；二氧化碳溶于水後，水中PH值會降低，會對水中生物産生危害；液态二氧化碳蒸發時會吸收大量的熱，當它放出大量的熱時則會凝成固體二氧化碳，俗稱幹冰。

二氧化碳不能燃燒，也不助燃，所以常用于滅火器中滅火。二氧化碳與水反應可以生成碳酸，生産汽水、碳酸飲料等就是利用了這一性質。二氧化碳與堿溶液反應能生成碳酸鹽，實驗室裡常用堿性溶液澄清石灰水是否變渾濁來檢驗二氧化碳的存在。

二、大氣中的二氧化碳

（一）碳循環

碳是構成生物的基本元素之一，自然界中的碳可以是單質或化合物的形式存在，在大氣中二氧化碳占空氣總體積的0.03%，碳在自然界中的循環是通過二氧化碳來完成的。

（1）自然界中碳的循環

（2）碳循環途徑

◆ CO2→光合作用→有機物→植物呼吸作用→CO2；

◆ CO2→光合作用→有機物→動物吸收→體内氧化→CO2；

◆ CO2→光合作用→有機物→動植物屍體→ 微生物分解→CO2；

◆ CO2→光合作用→有機物→動植物殘體→地下漫長反應→煤、石油、天然氣→燃燒→CO2；

（3）大氣中二氧化碳的消耗

大氣中二氧化碳通過植物光合作用被消耗，又随動植物的呼吸作用、有機物的燃燒以及腐爛分解等過程，源源不斷地重新釋放出來，結果使大氣中的二氧化碳的數量與重新釋放出的數量大至相等。

（二）碳循環的破壞

溫室效應：二氧化碳等溫室氣體過度排放，大量吸收地面長波輻射，緻使氣候變暖的效應，造成溫室效應的氣體稱為“溫室氣體”。碳循環的破壞，全球氣候變化的原因分為自然原因和人為原因兩大類（1）自然原因：自然界的碳循環。（2）人為原因：大量使用煤、石油等燃料；大量砍伐森林。

2021年，全球大氣層中二氧化碳濃度再創曆史新高——根據美國夏威夷莫納羅亞天文台（MLO）最新的測量結果顯示，2月和3月初數據地球大氣層中的二氧化碳濃度超過了417ppm，而工業化前的水平約為278ppm。據IPCC第四次評估報告發布的結論，從20世紀中期至今，我們觀測到的地球增溫現象，有90％的可能性與人類活動相關。

三、二氧化碳的日變化及年變化

（一）二氧化碳的日變化

（1）大氣中二氧化碳日變化

變化規律：白天低、晚上高。日出前，二氧化碳濃度為370 mg/kg，日出後，明顯下降，平均每小時降低8 mg/kg；自上午9：00到下午17：00，二氧化碳濃度維持330 mg/kg左右；而後又繼續增加，直到日出前達到最大值。

（2）農田中二氧化碳的日變化

◆ 作物收獲後，積雪覆蓋時，二氧化碳濃度始終維持在320 mg/kg；

◆ 有作物覆蓋的地面上，情況較複雜，如在北京的農田中，作物生長旺盛時，自上午10：00到下午16：00，二氧化碳濃度均較低，常接200 mg/kg；夜間二氧化碳濃度最高值可達329 mg/kg；白天二氧化碳不足，主要依靠與上層大氣之間亂流交換與土壤呼吸釋放的二氧化碳進行補充。

（二）二氧化碳濃度的年變化

◆ 1750年以來CO2變化曲線

一般來說，大氣中的二氧化碳含量是随季節略有變化的。這主要是由于植物生長的季節性變化而導緻的。當春夏季來臨時，植物由于光合作用進行的更多，消耗的二氧化碳增多，其含量随之減少；反之，當秋冬季來臨時，植物光合作用進行的少，消耗的二氧化碳減少，其含量随之上升。

四、光合速率和細胞呼吸速率

（一）光合速率

二氧化碳是光合作用的原料對光合速率影響很大。植物吸收利用CO2的狀況，與周圍空氣的CO2濃度有關，即濃度越大，CO2向葉内擴散量就越大。但植物的光合速率與CO2濃度并非簡單的直線關系。

（1）光照強度與光合作用強度關系曲線的分析

（2）CO2飽和點：在輻射能充分滿足的條件下，植物光合速率不再随CO2濃度增加而增大時的CO2濃度稱為CO2飽和點。

（3）CO2補償點：植物光合作用所同化的CO2與呼吸作用釋放的 CO2達到平衡時，環境中的CO2濃度稱為CO2補償點。

（二）光合作用與呼吸作用變化曲線的分析

（1）夏季的一天中CO2吸收和釋放變化曲線圖

a點∶淩晨3~4時，溫度降低，呼吸酶酶活性低，呼吸作用減弱，CO2釋放減少；

b點∶上午6時左右，太陽出來，開始進行光合作用消耗CO2；

bc段∶光合作用小于呼吸作用，空氣中CO2仍在增加；

c點∶上午7時左右，光合作用等于呼吸作用，空氣中CO2含量不變；

ce段∶光合作用大于呼吸作用，空氣中CO2含量下降；

d點∶溫度過高，部分氣孔關閉，出現“午休”現象；

e點∶下午6時左右，光合作用等于呼吸作用；

ef段;光合作用小于呼吸作用；

fg段∶太陽落山，停止光合作用，隻進行呼吸作用；

（2）在相對密閉的環境中，一晝夜CO2含量的變化曲線圖

c點：CO2含量最高點，光合速率等于呼吸速率。

e點：CO2含量最低點，光合速率等于呼吸速率。若N點低于M點，有機物積累；若N點高于M點，有機物減少；若N點等于M點，有機物不變。

五、各種單位之間的換算

（一）濃度單位ppm與mg/m3的換算

（1）氣體濃度：對大氣中的污染物，常見體積濃度和質量—體積濃度來表示其在大氣中的含量。1ppm=1mg/L；1ppm=1000ppb；1ppb =1000ppt；ppm即：mg/L（毫克/升）；ppb 即：ug/L（微克/升）；ppt 即：ng/L（納克/升）。

◆ 體積濃度表示法：一百萬體積的空氣中所含污染物的體積數，即ppm。

常用的表示方法是ppm，即1ppm等于1立方厘米/立方米等于10-6。除ppm外，還有ppb和ppt， 他們之間的關系是：1ppm=10-6（一百萬分之一），1ppb=10-9（十億分之一），1ppt=10-12（萬億分之一），1ppm=103ppb=106ppt。

◆ 質量濃度表示法：每立方米空氣中所含污染物的質量數，即mg/m3。它與ppm的換算關系是：X=M.C/22.4；C=22.4X/M；

式中：X—污染物以每标立方米的毫克數表示的濃度值；C—污染物以ppm表示的濃度值；M—污染物的分之子量。

由上式可得：1ppm=M/22.4(mg/m3）=1000.m/22.4ug/m3

（2）PPM與百分比換算

百分百換算：1ppm=0.0001%；10ppm=0.001%；100ppm=0.01%；1000ppm就是0.1%。

六、二氧化碳的适宜值範圍參照

大量的 CO2供作物吸收大大促進了作物的光合作用。幾種大棚作物不同生育期對CO2濃度的需求詳見下表：

在大氣中二氧化碳CO2含量不足330ppm，要滿足上表各種作物不同生育期對二氧化碳CO2的需求量還相差數倍。因此加強系統管理使其産生更多的二氧化碳CO2是作物高産、優質的關鍵。

【提示：CO2适宜值範圍參照600~1000ppm；看天調整使用濃度，晴天設定濃度高些，果菜類為1 000~1500 ppm; 陰天設定濃度低些，果菜類為500~1000 ppm。】

七、耕作指導

（一）提高作物産量的途徑

（二）二氧化碳氣體充足與缺乏的症狀

二氧化碳是植物進行光合作用所需要的主要原料之一，在自然界大氣中的二氧化碳可以滿足植物正常生長的需要，但在封閉的溫室大棚中，二氧化碳的濃度較低，滿足不了植物光合作用所需量，同時由于缺少二氧化碳使得植物的光合作用進行緩慢，因而造成植物抗病蟲害能力低、産量減少、品質下降、生産周期延長等情況。

（1）二氧化碳濃度充足的情況

◆ CO2充足的植株生長健壯，葉綠素含量高，葉色深綠有光澤；

◆ CO2充足的開花早，雌花多，落花落果少；

◆ CO2充足的蔬菜，幼嫩多枝，枝葉上沖有力；

◆ CO2充足的蔬菜果品端正，上市早産量高；

（2）二氧化碳濃度缺乏的情況

◆ 缺乏CO2葉色暗無光澤，植株長勢差；

◆ 缺乏CO2的植株開花晚，雌花少，花果脫落多；

◆ 缺乏CO2的蔬菜葉低平，與主枝垂直或下垂，葉面凸凹不平；

◆ 缺乏CO2的蔬菜，異型果多，上市晚2～3天，産量低優質果品少；

（3）二氧化碳濃度過高的症狀

◆ CO2濃度過高的蔬菜常引起蔬菜作物葉片卷曲，葉片細胞内的葉綠粒由于澱粉積累過多而嚴重變形，影響光合作用的正常進行；

◆ 嚴重時出現凋萎同時葉片中灰分、鉀、鈣、鎂和磷等營養元素的含量降低，可能誘發相應的營養元素缺乏症；

◆ CO2濃度過高的蔬菜會影響作物對氧氣的吸收，不能進行正常的呼吸代謝作用而影響正常的生長發育，促進衰老過程；

◆ 棚室内空氣中CO2濃度過高，如不及時換氣則使棚内溫度迅速升高，引起蔬菜作物的高溫危害。

八、耕作改善

（一）我國現有的二氧化碳産生技術

（1）高壓液體二氧化碳氣肥：即是将CO2壓縮在高壓鋼瓶裡控制使用，缺點是運輸不便。

（2）固體幹冰：将二氧化碳低溫高壓加工成幹冰，幹冰成本高不宜普遍推廣。

（3）固體顆粒氣肥：是一種顆粒型或圓柱型顆粒，使用時按要求将顆粒均勻 埋于作物行間，表面覆土2厘米，缺點是二氧化碳比重大于空氣，不利于植物的光合作用。

（4）燃燒法：在溫室大棚内點燃木炭燃燒，産生二氧化碳的同時還産生大量的一氧化碳，所以須安裝氣體淨化裝置。

（5）碳酸氫铵深施法：施用碳铵深施5～8厘米，使用時要注意揮發的氨氣會危害棚室作物。

（6）化學反應法：即用碳酸氫铵與硫酸發生反應産生二氧化碳，使用時操作繁瑣，要十分注意避免硫酸燒傷使用者或燒壞衣服物品等。

（7）氣肥棒：一種混合物加工成可燃棒式的一種産品，每天在溫室棚中點燃釋放出二氧化碳，缺點是大棚中濕度較大不易點燃燒盡。

（8）二氧化碳氣肥機：在大棚中安裝二氧化碳氣體發生器，發生器靠電解方式制備二氧化碳氣體，使用中必須用電和水，并随時添加化工原料，使用繁瑣不便。

（9）吊袋式二氧化碳氣肥施肥法：吊袋式二氧化碳氣肥形态為末狀固體，由發生劑和促進劑組成，發生劑每袋110g，促進劑每袋10g，将二者混合攪拌均勻，在袋上紮幾個小孔，吊袋内的CO2不斷從小孔中釋放出來，供植物吸收利用。

（二）土壤CO2釋放的調節

土壤空氣中CO2濃度遠高于大氣，因此土氣間的濃度差導緻了土壤C02的釋放因土壤溫度、含水量及有機質含量不同而有很大差異。因此，可以采取措施改變土壤物理性質和環境條件等以達到調節CO2釋放量的目的。

◆ 松土：增加土壤孔隙度，提高地溫。

◆ 增濕：增強土壤微生物的活動。

◆ 增施有機肥。增施農家肥，增加土壤腐殖質量，釋放CO2。土壤中大量施用有機肥料不僅可以為植物提供必要的營養物質，滿足生長需要，改善土壤的物理性狀，而且有機物的分解釋放出大量二氧化碳，有利于植物的光合作用。

（三）田間CO2濃度調節

◆ 合理密植，改善田間的通風條件;整枝打葉，使土壤中釋放的CO2盡量被光合機能強的綠色葉片吸收利用。

◆ 種植行向要與當地盛行風向一緻，改善田間通風條件，以有利于CO2随風進入農田。

◆ 栽培時要寬行窄株距，改善群體内通風條件，亦可起到提高農田中CO2濃度的作用。

（四）合理施用二氧化碳肥料必須注意的問題

溫室種植時，在夜間因作物呼吸作用能放出二氧化碳，濃度高于外界，但日出後由于植物光合作用吸收很快，二氧化碳濃度會由450ppm降到85ppm左右，而大部分蔬菜作物生長和産量形成經濟有效的二氧化碳濃度是600~1000ppm，濃度不足對植物光合作用不利，适當通風可增加棚内二氧化碳濃度，但仍滿足不了需要，所以要進行氣肥的增施，但在增施二氧化碳氣肥時施用濃度與作物種類、品種以及光線強弱、溫度高低，甚至肥水都有很大關系，要注意以下幾點問題：

（1）在肥力較高的土壤上栽種瓜果類蔬菜作物時，多在定植緩苗後或開花時開始施用，一直到瓜果摘收終止前幾天停止，不可半途終止使用氣肥。

（2）苗期是氣肥施用效果較佳的時期，利于培育壯苗，縮短苗齡，加速苗期發育，提早果菜類蔬菜花芽分化，對提高早期産量十分明顯。

（3）葉菜類需求的二氧化碳濃度要大于果菜類，葉菜類一般在定植出苗時開始施用二氧化碳，要連續使用，通常連續使用氣肥7~10天，就可以看出增施氣肥的效果。

（4）對于果菜類蔬菜如番茄、黃瓜、長瓜等瓜果作物從定植到開花期間可少施氣肥，适當控制營養生長，加強整枝打葉、點花保果，在開花期至果實膨大期使用二氧化碳氣肥效果最佳，可加速果實膨大和成熟過程，減少畸形果的發生，提高早期産量和蔬菜的商品性，一般使用10~20天後效果明顯。

（5）設施内施用二氧化碳，要求設施結構具有良好的密閉性能，如果溫室大棚裡的地溫或者氣溫過低，增施氣肥的作用就不大了，這時候可以暫停使用。

（6）增施氣肥基本上不改變原來的田間管理方法，但是由于增施氣肥後作物生長旺盛，水、肥量還應适當增加，但應避免水、肥過多而造成徒長，宜增施磷、鉀肥，适當控制氮肥。

（7）二氧化碳适宜濃度經過研究認為，為達到增産、又可降低成本、同時還可防止二氧化碳濃度過高對作物的危害，其濃度應控制在作物飽和點以下，一般不超過1000PPM為好。

（8）每天的二氧化碳施放量應靈活掌握，晴天充足施放，多雲的天氣施放量可減少20~30％；而在陰天，一般可比晴天減少50％；雨雪天就可不放。

（9）連續施用比間歇或時用、時停增産效果要好，深冬期間棚室不放風，追施二氧化碳的時間不應間斷，故除雨雪天氣外，應連續使用不可突然終止使用氣肥。

（10）使用有機物質發酵法時可釋放出部分有害氣體，應适當防止有害氣體過多形成氣害中毒，要注意栽培管理措施的配套。

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農卷風編輯：林偉濤

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