二氧化碳与农作物

第四节　二氧化碳与农作物

一、CO₂在产量形成中的作用

自然界中的CO₂是植物进行光合作用制造有机物质不可缺少的原料。光合作用过程必须有CO₂参加，在叶绿素和光能的作用下，CO₂被还原成碳水化合物，在农作物干重中，有90%～95%是光合作用产物——碳水化合物。可见，供给农作物以足够的碳素营养而使产量提高的潜力是很大的。但是，大气中的CO₂平均浓度仅约为320ppm，这一浓度远远不能满足作物光合作用的需要。据研究，作物生长所要求的最适CO₂浓度为1000～1500ppm，几乎是大气中平均浓度的3～5倍。在大面积农田上，若采用空气中CO₂施肥法以增加CO₂浓度，达到增产的目的是肯定的，但在现有科学技术水平下，要维持农田上较高的CO₂浓度尚有一定困难。目前。除了在温室中采用CO₂施肥法外，对大田作物的CO₂施肥问题亦进行了研究。

增加CO₂。浓度，还可使作物的根冠伸长；提高作物的生长速度和产品的品质。

二、农田中CO₂的变化

1.农田上CO₂的日变化

在有作物覆盖的农田中，二氧化碳浓度变化的总趋势是：白天二氧化碳浓度低，夜间二氧化碳浓度相对增高。据报道，小麦抽穗期，群体内部，白天二氧化碳浓度最低值为229ppm，夜间最高值可达329ppm。在甜菜地上，距地面20厘米高处，白天二氧化碳浓度为280ppm，夜间可高达350～360ppm，在作物生长季节，二氧化碳浓度平均日变化量为70～80ppm，比五米高处大气中二氧化碳浓度日变化高出近1倍。

影响农田中二氧化碳浓度日变化的因子，主要依作物群体结构和光合作用强度而异。太阳辐射强度、风、湿度等影响植物光合作用与呼吸作用强度的因子，也间接影响着二氧化碳浓度的日变化。

农田中二氧化碳浓度在一天中的变化规律是，日出后，植物叶片由漫长黑夜中的“饥饿”状态，转入光明，光合作用强度迅速增强，则二氧化碳浓度急剧下降，9时左右下降到最低值。中午前后，二氧化碳浓度变化比较平稳，午后由于太阳辐射强度开始减弱，温度开始下降，叶片气孔又逐渐张开，出现光合强度次高峰，这时二氧化碳浓度再次达到最低值，日落之后，二氧化碳浓度开始累积，并在稳步上升中维持到第三天日出。可见，一天中二氧化碳浓度随着光合作用强度的强而减少。

表2—9　植物光合作用强度和CO₂。浓度的关系

太阳辐射强度对农田中二氧化碳浓度的影响是立杆见影响的。如晴朗白天，突然浓云蔽日，光合作用立即减弱，二氧化碳浓度随之上升；相反，浓云密布的白天，太阳从云中露出时，光合作用强度增强，二氧化碳浓度则立即下降。

此外，有风时，农田中二氧化碳浓度日变化小；无风时，二氧化碳浓度日变化大。

在作物生长季节，农田中二氧化碳浓度的年变化规律硼高一低一高的变化。植物开始生长，但尚未覆盖地面，光创作用固定的二氧化碳不多；随着植物积极生长，叶面积越来越大，农田中二氧化碳浓度急剧下降；当叶面积系数——单位面积上的叶面积数达最大时，二氧化碳浓度下降到最低植；之后逐渐趋于恒定。

2.农田上CO₂的垂直变化

近地面气层中，CO₂浓度随高度的分布主要决定于CO₂被固定和释放的情况，其中影响最大的因素是绿色植物光合作用固定CO₂和植物、土壤微生物呼吸以及燃烧释放CO₂。

当农田上覆盖有植物，且光合作用旺盛时（夏季或白天），因植被层CO₂大量被固定，因此CO₂浓度垂直分布特点是近地面低而上层高，即CO₂浓度随高度的升高而增大，这种分布型称为光合型。在光合作用微弱，甚至停止时（冬季或夜间），近地面上没有CO₂的固定，只有动植物呼吸、土壤微生物呼吸、矿物质燃烧等释放CO₂的过程，这时越近地面，CO₂浓度越高，即CO₂浓度随高度的升高而逐渐减小，这种分布型称为呼吸型。

一年中，CO₂的浓度垂直变化是随季节的不同而不同的。入秋后作物成熟、树木落叶，光合作用减弱，CO₂固定逐渐停止，直到第二年四月份以前，农田上CO₂浓度的垂直分布均为呼吸型；年内的其余时间为光合型。在一天中，白天离地面越高的高度，CO₂浓度越大，呈光合型；夜间离地面越高的高度，CO₂浓度越小，呈呼吸型；清晨由呼吸型非常急剧甚至突然地向光合型转变；傍晚则由光合型逐渐、缓慢地向呼吸型转变。

三、增加农田中CO₂的途径

作物合理密植，高低杆作物、疏密叶作物间套复种，都可以有效地增加空气乱流扩散强度，加速二氧化碳的交换与运转。

农田增施有机肥料，改变土壤的物理性质，使其通气状况良好，促进土壤有机物质分解，可以增加土壤释放二氧化碳的数量并提高土壤呼吸强度。另外，为农田土壤创造适宜的温度、湿度条件，根据作物需要，使土壤的化学性质变为中性到微酸性，可使土壤中二氧化碳含量升高到按容积计算的0.5%～1.5%，这样就可以增强植物根系的呼吸强度，使二氧化碳释放量增多。

土壤疏松、孔隙度大且含水量少时，土壤呼吸强度增强，逸散到近地气层中的二氧化碳增多，反之，则少。肥沃土壤比贫脊土壤释放二氧化碳多。加强中耕除草，可以促进土壤疏松，增加孔隙度，是提高土壤呼吸强度的有力措施。

二氧化碳根外施肥，可以有效地提高农田二氧化碳浓度，能取得明显的增产效果。温室和大棚增施二氧化碳比风障保护地增产效果更显著，大多数蔬菜作物可增产20%或更多。其他如花卉、果树及大田作物等，均有不同程度的增产。