有益气体及增施技术

项目7　园艺设施气体环境特点及调控

项目描述　园艺设施内的气体条件不如光照和温度条件那样直观地影响着园艺作物的生育，往往被人们所忽视。但随着设施内光照和温度条件的不断完善，保护设施内气体成分和空气流动状况对园艺作物生育的影响逐渐引起人们的重视。设施内空气流动不但对温、湿度有调节作用，并且能够及时排出有害气体，同时补充CO2对增强园艺作物光合作用，促进生育有重要意义。

学习目标　掌握园艺设施二氧化碳气体施肥技术，怎样防止设施内有害气体的产生。

能力目标　在教师指导下，学生了解并掌握园艺设施当中有益、有害气体的变化规律、学会测定设施内气体观测方法，熟悉二氧化碳气体施肥技术要点，设施内有害气体的预防措施。

项目任务

任务7.1　园艺设施主要气体变化特点

活动情景　园艺设施内的气体环境条件对园艺作物生长发育是有很大影响的，综合化、定量化气体环境控制指标及条件措施，是设施园艺的重要内容，掌握园艺设施气体环境观测与调控的一般方法，熟悉各种气体的测定仪器的使用方法，能够利用设施气体测定仪器来测定设施内的各种有益、有害气体，并且可以绘制设施内气体环境变化规律曲线图，为掌握设施内有益、有害气体的调控打下基础。

工作过程设计

工作任务单

续表

任务相关知识点

因设施是一个密闭或半密闭系统，空气流动性小，棚内的气体均匀性较差，与外界交换很少，往往造成园艺作物生长需要的气体严重缺乏，而对园艺作物生长不利的气体，或有害的气体又排不出去，使设施内的园艺作物受害。因此，了解设施内气体变化规律和对设施内进行合理的气体调节是非常必要的。

设施内主要气体变化特点

1）夜间氧气（O2）不足

对园艺作物生长发育最重要的是氧气，尤其在夜间，光合作用因为黑暗的环境而不再进行，呼吸作用则需要充足的氧气。地上部分的少长需氧来自空气，而地下部分根系的形成，特别是侧根从根毛的形成，需要土壤中有足够的氧气，否则根系会因为缺氧而窒息死亡。

2）二氧化碳（CO2）缺乏

对园艺作物生长发育最重要的是氧气和二氧化碳气体，氧气对植物根系生长发育起作用，二氧化碳是光合作用的原料，在植物生长发育过程中必不可少。出于设施内园艺作物的光合作用需要大量的二氧化碳气体，设施内与外界交换很少，二氧化碳难以及时补充，造成严重亏缺，这是设施气体变化的主要特点。在二氧化碳日变化进程中，夜间、凌晨、傍晚二氧化碳含量浓度较高，而白天较低。在园艺作物冠层内的二氧化碳含量浓度变化规律明显不同，一般园艺作物冠层上部最高，下部次之，而上部分布的主要是功能叶，光合作用最旺盛，二氧化碳浓度最低，因此中午前进行二氧化碳施肥十分必要。

3）有害气体增多

设施是一个相对密闭的环境，在密闭的设施内，一旦有有害气体不易散发出去，设施内常见有害气体有氨（NH3）、二氧化氮（NO2）、乙烯（C2H4）、氟化氢（HF）、臭氧（O3）、氯气（Cl2）等要比露地多。若用煤火补充加温时，还常发生一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）的毒害。当前普遍推广的日光温室一般不进行加温，有害气体主要不是来自煤燃烧，而往往来自有机肥腐熟发酵过程中产生的氨气，或有毒的塑料薄膜、管道挥发出的有害气体，如邻苯二甲酸二异丁酯（DIBP）。在高温下易挥发出乙烯，对作物产生毒害作用。当园艺设施内通风不良，氨气在温室中积聚，浓度超过40μL/L以上大约1h，就会产生危害。若尿素施用过量又未及时盖土，在高温强光下分解时也会有氨气释放出来。若不及时将这些气体排出，就会对园艺作物造成较大的危害。

任务7.2　有害气体及规避技术

活动情景　在设施园艺生产中，大棚或温室内由于化肥、高分子塑料制品、化工产品等使用量大，加上冬季低温时生火加温等原因，散发出许多有害气体。在密闭的设施内，有害气体积累到一定程度时，便会对园艺作物产生危害，在这种情况下，需要我们能够利用相关仪器测定和分析设施内有哪些有害气体，有害气体的浓度多高，在此基础上我们好对设施内有害气体进行相关的调控和排除。

工作过程设计

工作任务单

任务相关知识点

在温室内，因各种原因有时会出现一些有害气体，由于温室内空间相对封闭产生易积累起来，当达到一定浓度时，将对园艺作物产生毒害作用。

7.2.1　设施内几种常见有害气体以及其危害

1）氨气（NH3）和二氧化氮（NO2）的产生和危害

肥料分解过程产生的氨气和亚硝酸气，其危害是由气孔进入体内而产生的碱性损害，特别是过量施用鸡粪、尿素等肥料的情况下易发生。它主要侵害植株的幼芽，使叶片的周围呈水浸状，其后变成黑色而渐渐地枯死。这种危害往往在施肥后10d左右发生。如果碱性土壤或一次施肥过多，使硝酸细菌作用下降，NO2积累下来而后逐渐变为NH3，使土壤变为酸性，当pH值在5以下时则挥发为NO2。

空气内NH3达到5μL/L，NO2气体达到2μL/L时从蔬菜外观上就可看出危害症状。NH3主要危害叶绿体，逐渐变成褐色，以致枯死；NO2主要危害叶肉。先侵入的气孔部分成为漂白斑点状，严重时，除叶脉外叶肉都漂白致死。番茄易受NH3的危害，黄瓜、茄子等易受NO2气体危害。塑料棚或温室内壁附着的水滴pH值在4.5以下时，说明室内产生了对蔬菜作物有毒的亚硝酸气。亚硝酸气一般不侵害作物的新芽。而使中上部叶片背面发生水浸状不规则的白绿色斑点，有时全部叶片发生褐色小粒状斑点，最后逐渐枯死。

2）二氧化硫（SO2）和一氧化碳（CO）

园艺设施内进行煤火加温时，如果煤中含硫化物多时，燃烧后产生SO2气体；未经腐熟的粪便及饼肥等在分解过程中，也释放出多量的SO2，SO2遇水（或空气湿度大）时产生亚硫酸（H2SO3），它能直接破坏作物叶绿体。园艺设施内空气中达到0.2μL/L左右，经3～4d，作物表现出受害症状；含量达到1μL/L，经4～5h敏感的蔬菜作物表现出明显受害症状；达到10～20μL/L并且有足够的湿度时，则大部分蔬菜作物受害，甚至死亡。

SO2经叶片气孔侵入叶肉组织，生理活动旺盛的叶片先受害，如气孔机能失调、叶肉组织细胞失水变形、细胞质壁分离等。植物的新陈代谢受到干扰，光合作用受到抑制，氨基酸总量减少。对SO2敏感的花卉有矮牵牛、波斯菊、百日草、蛇目菊、玫瑰、石竹、唐菖蒲、天竺葵、月季等；抗性中等的有紫茉莉、万寿菊、蜀葵、莺尾、四季秋海棠；抗性强的有美人蕉。

蔬菜受害的叶片先呈现斑点，进而褪色。浓度低时，仅在叶背出现斑点；浓度高时，整个叶片弥漫呈水浸状，逐渐褪绿。褪绿程度因作物种类而异，呈现白色斑点的有白菜、萝卜、葱、菠菜、黄瓜、番茄、辣椒、豌豆等；呈现褐色斑点的有茄子、胡萝卜、南瓜等；呈现烟黑色斑点的有蚕豆、西瓜等。

CO是由于煤炭燃烧不完全和烟道有漏洞缝隙而排出的毒气，对生产管理人员危害最大，浓度高时，可造成死亡。应当注意燃料充分燃烧，经常检查烟道以及强调保护设施的通风换气技术。在设施内燃烧煤、石油、焦炭，产生二氧化碳虽然能起到施肥的作用，但在燃烧的过程中产生的一氧化碳和二氧化硫气体，对人体和蔬菜幼苗等均有危害。

3）乙烯（C2H4）和氯（Cl2）

设施内乙烯气体来源于有毒的塑料薄膜或有毒的塑料管，当有毒塑料薄膜大棚内乙烯为0.05μL/L6h之后，对其反应敏感的黄瓜、番茄和豌豆等开始受害。如果其浓度为0.1μL/L时，两天之后，番茄叶片下垂弯曲，叶片发黄褪色，几天后变白而死。黄瓜受害症状与番茄相似。

由于有毒塑料薄膜的原料不纯，含有少量氯气，比SO2毒性大2～4倍。如果Cl2浓度在0.1μL/L，2h后即可危害十字花科蔬菜作物。Cl2也能分解叶绿素，使叶子变黄，危害症状与乙烯危害相似。因此，农用塑料制品一定要采用安全无毒的原料。

对氯敏感的花卉有珠兰、茉莉；抗性中等的有米兰、醉蝶花、夜来香；抗性强的有杜鹃花、一串红、唐菖蒲、丝兰、桂花、白兰花。

4）氟化氢（HF）和臭氧（O3）

近年来，随着城市工业化的发展，大气的污染日趋严重，也同样对园艺设施内的气体环境有不良影响。氟化氢，主要从叶面气孔侵入，经过韧皮细胞间隙而到达导管，使蒸腾、同化、呼吸等代谢机能受到影响。转化成有机氟化物影响酶的合成，导致叶组织发生水渍斑，后变枯呈棕色。氟化物对植物的危害首先表现在叶尖和叶缘，呈环带状，然后逐渐向内发展，严重时引起全叶枯黄脱落。一般在设施栽培中，特别是地热温室，由于水质原因受氟化氢的危害还是比较严重的。不同蔬菜其抗性不同，例如，受害的临界浓度大豆约为50mg/kg，萝卜为10～25mg/kg等。对氟特别敏感的花卉有唐菖蒲、郁金香、玉簪、杜鹃、梅花等；抗性中等的有桂花、水仙、杂种香水月季、天竺葵、山茶花、醉蝶花等；抗性强的有金银花、紫茉莉、玫瑰、洋丁香、广玉兰、丝兰等。

臭氧所造成的受害症状随植物种类和所处条件而不同。一般受害叶面变灰色，出现白色的荞麦皮状的小斑点或暗褐色的点状斑，或不规则的大范围坏死。其受害的临界值大致为0.05mg/kg，1～2h就可受害。臭氧可影响碳水化合物的代谢和细胞的透过率，氧化剂可影响酶的活性和细胞的结构，过氧硝酸乙酰还可以影响光合反应。当臭氧与二氧化碳共同存在时，会增大损害的严重程度。这种增大的作用在两种气体浓度较低时更为明显，当臭氧的浓度很高时，则表现出臭氧型损害症状。臭氧危害植物栅栏组织的细胞壁和表皮细胞，在叶片表面形成红棕色或白色斑点，最终可导致花卉等作物的枯死。

7.2.2　有害气体的规避

关于有害气体对设施作物的危害，应采取一些防预措施，目前尚无充分地、有效的研究结果。一般只是局部的针对具体问题予以注意，改进栽培和施肥方法，使用抗性强的品种，提高作物的耐受能力。

1）防止农药的残毒污染

限制使用某些残留期较长的农药品种，例如1605、多菌灵、杀螟粉等，这些农药的残留期为15～30d。改进施药方法，如发展低容量和超低容量喷雾法，应用颗粒剂及缓解剂等，既可提高药效，又能减少用药量，缓解剂还可以使某些高毒农药低毒化。

2）防止有机肥产生有害气体

在设施当中施入基肥时，一点要施入腐熟的有机肥料，如施入未腐熟的有机肥，这些有机肥在发酵腐熟过程中容易产生大量的氨气（NH3）和二氧化氮（NO2）污染设施内空气。

3）防止农药对植物的药害

在高温下喷药，以免引起药害；注意不能将一种农药与另一种农药任意混用，不要切实按面积使用药量，浓度切勿过高，药量过大。

4）防止大气污染

①园艺设施应远离有污染源的地方　如工厂、矿山及化工厂等地，避免受排放的工业废气的污染

②农用塑料化工厂要严格禁止使用某些原料　如正丁酯（C4H9）、邻苯二甲酸二异丁酯（DIBP）、己二酸二辛酯[C8H17OOC（CH2）4COOC8H17]等原料，以免产生有害气体污染设施内的空气。

③采用指示植物检测、防止气体污染　如荷兰检测二氧化硫用菊、莴苣、苜蓿、三叶草、荞麦等。检测HF用唐菖蒲、洋水仙。日本检测二氧化硫用苜蓿、大麦、棉、胡椒；检测HF用唐菖蒲、杏树、李树、玉米；检测氯气用水稻；检测甲烷用兰草；检测臭氧用葡萄、烟草、柠檬、矮牵牛。

5）防止地热水的污染

地热水的水质随地区不同而有差异，如有的水质中含有氟化氢、硫化氢等气体常引起设施和器材的腐蚀、磨损和积水垢等，因此.在利用地热水取暖时尽量不用金属管道，采用塑料管道。千万不能用地热水作为灌溉水，以免造成土壤污染。

任务7.3　有益气体及增施技术

活动情景　设施内的有益气体对设施内所栽种的园艺作物会产生很大的影响，尤其是设施内二氧化碳和氧气，设施内二氧化碳气体的调控是设施气体调控的重要内容，通过此任务的学习，使学生能够熟悉便携式二氧化碳测定仪的使用方法，利用携式二氧化碳测定仪测定设施内二氧化碳浓度在一天当中的周期性变化，并绘制出折线图，为设施内何时增施二氧化碳气肥、何时减少二氧化碳气体打下基础。

工作过程设计

续表

工作任务单

任务相关知识点

在设施这个密闭或半密闭系统中，有益气体氧气（O2）和二氧化碳（CO2）的变化要不露地剧烈得多，在一天当中其浓度的变化很显著。

7.3.1　设施内常见有益处气体及其作用

1）氧气（O2）

园艺作物生命活动需要氧气，尤其在夜间，光合作用因为黑暗的环境而不再进行，呼吸作用则需要充足的氧气。地上部分的生长需氧来自空气，而地下部分根系的形成，特别是侧根及根毛的形成，需要土壤中有足够的氧气，否则根系会因为缺氧而窒息死亡。在花卉栽培中常因灌水太多或土壤板结，造成土壤中缺氧，引起根部危害。此外，在种子萌发过程中必须要有足够的O2，否则会因酒精发酵毒害种子使其丧失发芽力。

2）二氧化碳（CO2）

绿色植物进行光合作用的公式为：

可见CO2是园艺作物生命活动必不可少的，是光合作用的原料。大气中的CO2含量约为0.03%，这个浓度远远不能满足园艺作物进行光合作用的需要，若能增加空气当中的CO2浓度，将会大大促进光合作用，从而大幅度提高产量，称为“气体施肥”。增施CO2，对花卉生育具有促进作用，露地栽培难以进行气体施肥，而设施栽培因为空间有限，可以形成封闭状态，进行气体施肥并不困难。各种作物对二氧化碳的吸收存在补偿点和饱和点。

7.3.2　CO2浓度的调节与控制

1）设施内CO2浓度的特点

（1）设施内CO2浓度变化

设施中CO2来源除了空气固有的CO2之外，还有作物呼吸作用、土壤微生物活动以及有机物分解发酵、煤炭柴草燃烧等放出CO2。，所以夜间保护设施内CO2浓度比外界高。但从清晨天亮之后，作物立即开始旺盛地进行光合作用，吸收大量的CO2，造成白天设施内CO2浓度比外界的还低。由于园艺设施的类型、面积、空间大小、通风换气窗开关状况以及所栽培的作物种类、生育阶段和栽培床等条件不同，使保护地内CO2浓度日变化有很大差异。如图7.1和图7.2所示。

（2）CO2浓度的分布

设施内各部位的CO2浓度分布不均匀。以温室为例，晴天当室内天窗和一侧侧窗打开，作物生育层内部CO2浓度降低到135～150μL/L，比生育层的上层低50～65μL/L，仅为大气CO2标准浓度的50%左右。但在傍晚、阴雨天则相反，生育层内CO2浓度高，上层浓度低。设施内CO2浓度分布不均匀，使作物植株各部位的产量和质量也不一致塑料大棚横断面的中部与边区的CO2浓度分布也不均匀，使大棚中部黄瓜光合强度与边区的差异大，造成大棚中部为高产区、边区为低产区。

图7.1　设施内CO2浓度的变化曲线

图7.2　日光温室CO2浓度日变化

2）空间CO2浓度的调节与控制

（1）CO2的浓度和用量

经济又有明显效果的二氧化碳浓度，对于一般蔬菜而言，约为大气（大气中CO2的含量为0.03%）含量的5倍，二氧化碳施肥最适宜浓度与作物自身和其他环境因子有关，一般应随光照强度的增加而逐步提高CO2的用量。

（2）施用时间及作物的发育阶段

二氧化碳施肥时间，必须在一定的光强和温度下进行。即在其他条件适宜，而只因二氧化碳不足影响光合作用时施用，才能发挥其良好的作用。一般温室在上午随着光照的加强，二氧化碳浓度因作物的吸收而迅速下降，这时应及时进行二氧化碳施肥。冬季（11月份至翌年2月份）二氧化碳施肥时间约为上午9时，东北地区可适当延后，可根据室内见光后1h左右进行，春秋两季可适当提前。中午设施内温度过高，需要进行通风，可在通风前0.5h停止，下午一般不施用。

至于生育期中以哪个时期施肥最好，

具体而言如下：

二氧化碳施肥时间，从理论上讲，二氧化碳施肥应在作物生长周期中光合作用最旺盛的时期和一日中光照条件最好的时间进行。

一天中，二氧化碳施肥时间应从日出或日出后0.5～1h开始，通风换气之前结束。严寒季节或阴天不通风时，可到中午停止施肥。

苗期施肥应及早进行。

定植后的二氧化碳施肥时间取决于作物种类、栽培季节、设施状况和肥源类型。

果菜类定植后到开花前一般不施肥，待开花坐果后开始施肥，主要是防止营养生长过旺和植株徒长；叶菜类则在定植后立即施肥。

随作物种类而不同，在果实或根膨大速度快的时期，施用效果较显著。例如，黄瓜采收初期开始施用比较合理，施用过早容易徒长。

3）CO2来源及其使用

二氧化碳肥源及其生产成本，是决定在设施生产中能否推广及应用的关键问题。CO2来源有以下几种途径：

（1）有机肥发酵

肥源丰富，成本低，简单易行，但二氧化碳发生量集中，也不易掌握。提供作物生长必需的营养物质，改善土壤理化性状，释放大量二氧化碳；释放二氧化碳的持续时间短，产气速度受外界环境和微生物活动影响较大，不易调控；未腐熟厩肥在分解过程中还可能产生氨气、二氧化硫、二氧化氮等有害气体。

（2）燃烧煤油

每升完全燃烧可产生2.5kg（1.27m3）的二氧化碳，但成本高，目前我国难以在生产中推广。

（3）燃烧天然气（包括煤油、丙烷、液化石油气）

燃烧后产生的二氧化碳气体，通过管道输入到设施内，但成本也较高。（在释放二氧化碳的同时可产生一定热量，利于提高设施内温度。缺点是气热分布不均匀有时因不完全燃烧产生有害气体）。

（4）液态二氧化碳

为酿造工业酒精工业的副产品，经压缩装在钢瓶内，可直接在设施，容易控制用量，肥源较多。

（5）固态二氧化碳（干冰）

放在容器内，任其自身的扩散，可起到施肥的效果，但成本较高，适合于小面积试验用。

（6）燃烧煤和焦炭

图7.3　采用普通燃煤的温室CO2施肥设备

1—普通煤炉；2—烟筒；3—过滤器；4—气泵；5—药液；6—曝气管；7—反应室

燃料来源容易，一般1kg煤燃烧后产生2～4kg的CO2，因此费用低廉；但燃烧中常产生SO2及CO等有害气体，不能直接作为气肥使用。图7.3为国内厂家开发的采用普通炉具的CO2发生设备埋在使用中是将普通的煤炉燃烧的烟气巾帼过滤器除掉粉尘和煤焦油等成分，再用气泵送入反应室，烟气通入特别配置的药液中，通过方向反应，有害气体被吸收后，输入洁净的CO2。

（7）化学反应法

在我国温室生产中也广泛采用碳酸氢铵与硫酸反应产生CO2，反应式如下：

2NH4HCO3+H2SO4===（NH4）2SO4+2H2O+2CO2↑

实际使用中采用工业硫酸（浓度92%），与碳酸氢铵的重量比例为1∶1.5，现在国内已经研制有专用的发生器，也有直接在塑料桶或是瓷器等简易容器中反应的，该方法设备构造简单、操作简便、费用低，期反应副产品硫酸铵可作为化肥施用。

此外，在生产中也采用碳酸盐（石灰石）和盐酸反应产生二氧化碳，反应式如下：

CaCO3十===2HClCaCl2+H2O+CO2↑

（8）二氧化碳颗粒气肥

以碳酸钙为基料、有机酸作调理剂、无机酸作载体，在高温高压下挤压而成，施入土壤后在理化、生化等综合作用下可缓慢释放二氧化碳。使用方便、安全，但对贮藏条件要求极其严格，释放二氧化碳的速度受温度、水分的影响，难以人为控制。

（9）通风换气

强制或自然通风可迅速补充设施二氧化碳，此法简单易行，但二氧化碳浓度的升高程度有限，作物旺盛生长期仅靠自然通风不能解决二氧化碳的亏缺问题且寒冷季节通风较少。因此本法难以应用。

（10）生物生态法

将作物和食用菌间套作，在菌料发酵、食用菌呼吸过程中释放出二氧化碳大棚、温室内发展种养一体，利用畜禽新陈代谢产生的二氧化碳。

7.3.3　通风换气

1）自然通风

我国园艺设施目前多以单栋小型为主，所以主要靠自然通风，它是利用设施内外气温差产生的重力达到换气目的，效果明显。

（1）底窗通风型

从门和边窗进入的气流沿着地面流动，大量冷空气随之进入室内，形成室内不稳定气层，把室内原有的热空气顶向设施的上部，在顶部就形成了一个高温区。而在棚四周或温室底部和门口附近，常有1/5～1/4的面积受“扫地风”危害，造成秧苗生长缓慢。因此，初春时，应避免底窗、门通风。必须通风时，在门下部50cm高处用塑料膜挡住，日光温室与塑料大棚目前底窗与侧窗通风时，多用扒缝方式，通风口不开到底，多在肩部开缝，以避免冷空气直入危害。

（2）天窗通风型

开窗通风包括开天窗和顶部扒缝，天窗面积是固定的，通风效果有限不如扒缝的好。天窗的开闭与当时的风向有关，顺风开启时排气效果好，逆风开启时增加进风量，排气的效果就差。天窗的主要作用是排气，所以最好采用双向启闭的风窗，尽量保持顺风开窗的位置，才有利于排气。扒缝通风的面积可随室温和湿度高低调节，调节控制效果好。

（3）底窗（侧窗）、天窗通风型

天窗主要起排气作用，底窗或扒底缝主要是进气，从侧面进风，冷气流进入室内，将热空气向上顶，一般进入设施内的风速，迅速衰减一半，并且继续削弱，所以排气效果特别明显。

2）强制通风

大型连栋温室，需进行强制通风。在通风的出口和入口处增设动力扇，吸气口对面装排风扇，或排气口对面装送风扇，使室内、外产生压力差，形成冷热空气的对流，从而达到通风换气目的。强制通风一般有温度自控调节器，它与继电器相配合，排风扇可以根据室内温度变化情况自动开关。通过温度自动控制器，当温室超过设定温度时即进行通风。

（1）强制通风方式

强制通风大致分为以下几种方式：

①低吸高排型　即吸气口在温室的下部，排风扇在上部。这种通风方式风速较大、通风快，但是温度分布不均匀，在顶部及边角常出现高温区，如图7.4（a）所示。

②高吸高排型　即吸气口和排风扇都在温室上部，这种配置方式往往使下部热空气不易排出，常在下部存在一个高温区域，对作物生长不利，如图7.4（b）所示。

③高吸低排型　吸气口在上部，排风扇位置在下部。室内温度分布较均匀，只有顶部有小范围的高温区，如图7.4（c）所示。

图7.4　强制通风方式示意图

（2）强制通风的效果

强制通风的目的是要使设施内温度、湿度和气体环境得到迅速的改善，使不利的条件在较短的时间内变为有利的条件，比自然通风效果明显。由控温仪根据作物生长需要的温度，和实际室内温度高低发出信号，排风扇自动开关，高温、高湿及有害气体随时排除，所以其产量比自然通风的高。

7.3.4　设施土壤气体环境及调控

1）土壤气体环境

在根圈环境中，要求土壤有良好的通气性，土壤气体中CO2浓度不可过高，应当强调土壤气体环境是作物生育的重要条件。土壤气体中O2的减少和CO2的增多，能影响蔬菜种子的发芽，根的生长和根对养分的吸收。一般蔬菜种子的发芽需要土壤中有10%～50%的O2。黄瓜和蒜苗较耐低O2浓度，在浓度1%时发芽率是20%，2%时发芽率增到50%；芹菜和萝卜等浓度在5%以下几乎不能发芽。

O2浓度的降低还能影响根对各种养分的吸收，如N、P、K、Ca、B的含量变少，Mg、Na等含量变多，所以在设施内要注意使用发酵好的有机肥，改进土壤的物理性质。

2）土壤气体的调节

一般是施用腐熟的有机肥或用作物秸秆改进土壤的透气性，由于透气性变好，其他物理性状如保温性、保水性和透水性都变好。施有机物时，能提高土壤的保肥性和减少肥料对pH的影响。孔隙多、透气性好的土壤O2含量高，有充分的氧进行呼吸作用，使根系发育好，也促进了地上部的发育。除此之外，土壤中气体的调节方法还有以下几种：

（1）地面覆盖

利用地膜、无纺布、砂石、秸秆、落叶等进行土壤表面覆盖，不仅可以防寒，防止土壤水分蒸发散失，而且还能保持土壤良好的物理性质，使土壤疏松通气。

（2）勤锄地，深中耕

锄地可以疏松地表土，以增加土壤的容气量；中耕，特别是深中耕，可以大大提高土壤的通透性，以改善土壤的水、气条件。

（3）采取垄作

垄作不仅便于中耕，而且可以增加土壤与空气的接触面积，以提高土壤中气体的含量。

（4）采取滴灌或膜下滴灌

可以防止土壤表面板结，以提高土壤的通气性。

（5）播种水或定植水采取暗水

即先浇透底水后再播种、覆土；或随水栽苗，待水渗下后再覆土。采取这种方法，地表土疏松通气，不仅保墒，有利于提高地温，还保证了种子萌发和幼苗根系活动对氧气的需要。

7.3.5　园艺设施内空气的流动

设施内空气流动状况不仅影响气温的分布，而且影响叶面的光合强度、蒸腾等生理过程。在某一气流速度范围内，可以增加作物的叶面积和干物重，超过此范围，反而产生抑制作用，该风速限范围大约为0.5m/s。空气通过气流到达作物叶面时，叶面与空气摩擦产生黏性，从而在叶面附近，形成一个风速较低的气层称为叶面边界层（境界层）。空气中CO2通过叶面边界层到达叶面，再从叶面上的气孔经过叶肉到达叶绿体内进行光合作用。设施内有0.5～1.0m/s的微风，可减小叶层边界层的阻力，有利CO2进入叶片气孔内。如果风速过大，为防止叶面蒸腾量过大，叶面气孔张开度变小，导致光合作用强度逐渐减少。但这时如能增加空气相对湿度到80%，光合强度还能随着风速增加一些。对作物群体而言，增加单位面积株数，其干物重也随着增加，但增加到一定密度时，其干物重再也不能增加了，这是群体内的CO2扩散量达到一定程度的结果。因此，设施内有适宜风速的空气流动，能提高光合强度而增产。

为保证设施内有一定量的空气流动，除了熟悉气流循环规律、注意选择通风没备和通风方法外，还要注意通风量和分布状况。在决定通风时不仅要考虑降温、降湿效果，还要考虑风速。为使植株群体内部有微风，最好有0.5m/s左右的通风量。

实训13：二氧化碳施肥技术

1）实训目的

设施栽培增施CO2技术是实现高产、优质的重要措施之一。增施CO2有利于培育壮苗，促进植物生长发育，增加产量改善品质，还可提高作物抗病能力。

各种作物对CO2的吸收有不同的补偿点、饱和点和最适浓度。C4植物的CO2补偿点接近0，C3植物的CO2补偿点为30～90μL/L，多数蔬菜的饱和点为1000～2000μL/L，最适合的CO2浓度一般为600～800μL/L而空气中CO2浓度一般为300μL/L左右，明显低于作物所需最佳浓度，特别在设施内相对密闭的特殊环境内，CO2浓度更低。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。因此，设施内增施CO2，以保持适宜浓度，尤为重要。

增加设施内CO2浓度的方法很多，有通风换气法、土壤增施有机肥法、深施碳酸氢氨（或施固体CO2颗粒肥）、生物生态法、燃烧碳氢燃料法、液态（钢瓶装）CO2法、化学反应法等。其中化学反应法是目前设施内增加CO2浓度的主要方式，下面将予以介绍。

2）实训原理

利用酸与碳酸盐反应生成碳酸，碳酸不稳定，可分解为水和CO2的原理，增加设施内CO2浓度。反应式为：

2NH4HCO3+H2SO4===（NH4）2SO4+2H2O+2CO2↑

环境中CO2浓度采用便携式红外CO2分析仪测定，其原理为：凡由不同原子组成的气体分子都有吸收红外线辐射能的作用。不同气体有不同的吸收波长。吸收强度与气体的浓度有关，即：红外线通过这些气体后，其辐射能就会损失一些，在一定范围内，能量损失的多少与气体的浓度有关。这种由被测气体引起的能量变化可由探测器定量测定，然后经电路系统放大，由仪表显示出来。

红外光源发出的红外线分别均匀地通过测定室和参比室进入探测器，给参比室通氮气，使该室保持无CO2环境；当待测气体流经测定室时，通过测定室的红外线被待测气体中吸收一部分，致使到达探测器的红外线较参比室弱。探测器测到这一差异后，经处理即由仪表显示出来（参照仪器使用说明书）。

3）材料与用具

①材料　黄瓜、茄子、番茄等果菜类生产温室或塑料大棚一栋。

②用具　红外CO2分析仪（一台）或光合测定系统、塑料桶（34个）或广口玻璃罐头瓶。

③药品　NH4HCO3，H2SO4。

4）实训内容与步骤

①稀释浓H2SO4按要求（表7.1）取适量H2SO4，按硫酸∶水=1∶4的比例进行稀释，稀释时一定要将H2SO4慢慢倒入水中，且边倒边搅拌。

表7.1　667m2标准棚室

②分装稀释后的硫酸于34个塑料桶中，或广口玻璃罐头瓶中。

③将盛有稀硫酸的容器吊挂在离地面1.2m的高度，每20m2设一施放点。

④预先将每日所用碳酸氢氨等分34份，揭草苫后2h分别加入到盛稀硫酸的容器中，使H2SO4和NH4HCO3发生反应生成CO2。

⑤CO2浓度监测　施放前测定一次原始浓度，以后每0.5h用红外线CO2分析仪测定环境中CO2浓度及光合速率。

⑥施肥方法　注意：

a.为减少工作量，可一次加入3～5d的稀硫酸的量。

b.除上述方法外，还可用小苏打加H2SO4。反应原理是：

2NaHCO3+H2SO4===Na2SO4+2CO2↑+2H2O

或用石灰石（CaCO3）加盐酸

CaCO3+===2HClCaCl2+CO2↑+H2O

使用盐酸时按1∶1对水稀释，随用随配，以免挥发，并将石灰石砸成碎块，故入盛有盐酸的容器中，反应剩余物要倒在棚室外部。

c.实训应于晴天进行。就一天来讲，施用时间要根据光合作用的进行而定。在设施内一般光照强度达到1500lx时，作物开始光合活动，达到5000lx时，光合强度增加，室内CO2浓度下降，这时即为开始施用CO2的时间。晴天一般在日出后30min，如果施入有机肥较多，可在日出后1h施用CO2。停止施用CO2的时间依温度管理而定，一般应在换气前30min停止施用。上午同化CO2能力强，可多施或浓度大一些；下午同化能力弱，可少施或不施。

d.施放次数受棚温的影响，超过32℃停止施放，停放0.5h后进行放风。

e.蔬菜作物整个生育期尤以初期施用CO2效果较好。苗期占地面积小，育苗集中，施用CO2设施简单，施用后对培育壮苗、缩短苗龄等都有良好效果。可在定植1周后，植株已经缓苗时施用。对于黄瓜、番茄、茄子等果菜类蔬菜于雌花着生期、开花期、结果初期施用，可促进果实肥大；若在开花结果前过多、过早施用CO2，只能促使茎叶繁殖，对果实经济产量并无显著提高。

5）作业

①增加设施内二氧化碳浓度的方法和途径有哪些？以哪种方法最具推广应用前景？

②如何提高设施内二氧化碳的施肥效果？

③分析CO2化学反应能在设施蔬菜生产中的关键技术环节。

④按表7.2逐项记载综合分析施用CO2对果菜类生长发育的影响。

表7.2　施用CO2对蔬菜生长发育的影响

项目小结

设施是一个密闭或半密闭系统，空气流动性小，棚内的气体均匀性较差，与外界交换很少，往往造成园艺作物生长需要的气体严重缺乏，而对园艺作物生长不利的有害气体增多，或有害的气体又排不出去，生长需要的气体外界不好进入设施内，使设施内的园艺作物因有益气体缺乏生长受阻或是有害气体多是园艺作物受害。因此，对设施内进行合理的气体调控是非常必要的，利用各种方法使设施内有益气体在园艺作物需要时施入，及时排出设施内有害气体。

思考练习

1.设施内常见的有害气体有哪些？

2.常用制取CO2气体的方法有哪些？