CO2施肥对大白菜生长及光合的影响

高文瑞+李德翠+徐刚+孙艳军+韩冰+史珑燕

摘要：以大白菜品种新春1号为试材，采用新型CO2发生器，研究增施800、1 000、1 200 μL/L CO2气肥对大白菜生长及光合作用的影响。结果表明，增施CO2能显著促进大白菜的生长发育，表现为植株的株幅、周长、叶数、单株净菜质量等生长指标显著增加，且大白菜的结球率也显著提高。增施CO2能使大白菜的光合作用、产量和品质显著提高。增施1 000 μL/L CO2的效果优于800 μL/L CO2及1 200 μL/L CO2的效果。使用该新型CO2发生器能显著起到促进大白菜光合作用、提高产量的效果。

关键词：CO2施肥；大白菜；生长；光合作用；产量；品质

中图分类号： S634.101；S634.106+.2 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）09-0228-03

大白菜（Brassica pekinensis）属十字花科芸薹属作物，原产中国，栽培历史悠久，是广大消费者和生产者欢迎的蔬菜作物。光合作用是大白菜生产力构成的重要因素，而CO2是光合作用的主要原料，在影响温室蔬菜产量的三大要素中，以CO2浓度对产量的贡献最大。一般来说，植物进行光合作用的CO2最适浓度为1 000 μL/L左右，不仅大气中的CO2浓度没有达到这个指标，冬春寒冷季节，温室、大棚等设施因密闭保温，CO2浓度更低，造成设施内生长的作物常处于CO2饥饿状态，抑制了作物正常的光合作用，影响了作物的产量和品质[1]。增施CO2气肥，适当提高大棚内CO2浓度是提高作物产量和品质的有效措施[2]。

温室内常用的CO2来源有：碳水化合物燃料、高压瓶装CO2、干冰、发酵、有机物质的降解、化学反应生成。国外很多专业种植者都采用燃烧法，通过CO2发生器来产生CO2。常用的燃料为丙烷、丁烷、乙醇和天然气。燃料在充分燃烧的情况下产生CO2；当燃烧产生蓝色、白色或无色火焰时，生成有用的CO2；如果是红色、橙色或黄色火焰则燃烧不完全，将产生对植物和人体致命的CO。含硫或硫化物的燃料燃烧时会产生有毒的副产物SO2，不能使用。燃烧式CO2 发生器在产生CO2的同时，会产生热量，这些热量会使不加温的大棚内温度有所上升，在秋冬栽培及早春栽培的大棚内具有很大的优势。本研究中采用的CO2发生器采用的是天然气燃烧法生成CO2，通过特殊的火焰燃烧头实现了天然气完全燃烧，同时该仪器有红外气体分析技术及智能控制技术，准确度高。并配有电子点火模块，均由自动控制系统完成，无需人工手动控制。该仪器有专利抗水汽技术，能适应高湿度的温室环境。配套的“防倾倒”开关可以即刻关闭主燃料室的燃料，制止泄露和火灾的发生。因此该仪器在同类的CO2发生器中有很大的优势。

因此，本试验以塑料大棚内的大白菜为研究对象，研究CO2施肥对大白菜生长、光合作用及产量的影响，旨在为优质、高效、高产的大白菜保护地栽培模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试大白菜品种为新春1号。采用江苏省如东威力特环保技术有限公司生产的温室栽培智能气肥增效器（型号：WLT-A-8）增施CO2，该仪器能智能调控CO2浓度至设定浓度。

1.2 方法

试验于2014年9—12月在江苏省农业科学院六合试验基地大棚内进行。塑料大棚长58.0 m、宽8.0 m，棚内分为4畦，每畦宽度为1.5 m。有机肥在整地同时撒施，每667 m2施入有机肥约800 kg、复合肥50 kg（氮、磷、钾含量均为15%）。大白菜于2014年10月4日定植，株行距均为25 cm，定植缓苗后开始增施CO2，到收获前晴天每日07：30—11：30和14：30—16：30进行CO2施肥（阴天不进行CO2施肥），大棚每天11：30—14：30通风。试验以不施CO2为对照（CK），CO2施肥浓度设800 μL/L（T1）、1 000 μL/L（T2）和1 200 μL/L（T3）3个水平。

于大白菜包球初期采用便携式光合测定系统（Li-6400，美国）在晴天09：00—11：00测定光合参数。在收获期，用直尺从地面至植株最高生长点量取株高，并采用皮尺测量植株的周长。收获后，用游标卡尺测量净菜最外叶的叶柄厚，用直尺测量植株的净菜高和净菜最外叶叶长及叶宽，并采用叶面积=272.76+9.45X+16.29Y（X为最大叶长，Y为最大叶宽，单位均为cm）计算叶面积[3]。统计净菜叶数及包球率，并从净菜最外叶叶柄处取汁液，使用日本京都电子KEM数显手持便携式糖度计（RA-250HE）测定可溶性固形物含量。每个处理测定10株，取平均值。最后测定不同处理产量。

1.3 数据分析

利用Excel及DPS 7.05软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 CO2施肥对大白菜生长的影响

由表1可以看出，增施CO2可以促进大白菜的生长，且随着CO2浓度的升高增加幅度有所加大。增施CO2虽然使大白菜的株幅、周长、叶数、叶面积、最外叶叶柄厚及可溶性固形物含量有所增加，但增施CO2的3个处理间及增施CO2的处理与对照之间的差异均不显著。当CO2浓度在一定范围内时，净菜高随着CO2浓度的不断增大而增加，当增施CO2浓度达到1 000μL/L时，净菜高度最高，显著高于对照10.74%。净菜周长随着CO2浓度的不断增大而增加，增施CO2的处理间差异不显著，但是增施CO2的处理除T1外均显著高于CK，T3净菜周长显著高于对照11.42%。当CO2浓度在一定范围内时，单株净菜质量随着CO2浓度的增加不断增加，增施CO2的处理均显著高于CK，T2与T3之间差异不显著，同时显著高于T1，T2的单株净菜质量最高，显著高于对照38.95%。

2.2 CO2施肥对大白菜光合作用的影响

由表2可以看出，当CO2浓度在一定范围内时，随着CO2浓度的增大大白菜的光合速率及胞间CO2不断增加，当CO2浓度为1 000 μL/L时，大白菜的光合速率和胞间CO2浓度达到最高，分别较对照增加18.16%和21.18%。除T1外，增施CO2处理的光合速率均显著高于CK，但T2与T3间的光合速率差异不显著。处理T2和T3的胞间CO2浓度显著高于CK，但CK与T1的差异不显著。与不增施CO2的对照相比，CO2施肥能显著降低气孔导度和蒸腾速率，当CO2浓度为1 000 μL/L 时降至最低，气孔导度和蒸腾速率分别比对照降低22.41%和23.48%。各处理间的气孔导度差异显著，T1处理与CK的蒸腾速率差异不显著，T2处理显著低于CK及T1处理的蒸腾速率。

2.3 CO2施肥对大白菜产量和结球率的影响

由图1可以看出，CO2施肥能显著提高大白菜的产量，且随着CO2浓度的升高，产量不断增加，T2与T3显著高于T1，当CO2浓度为1 000 μL/L时产量最高，比对照增产20.10%。

由图2可以看出，增施CO2能显著增加大白菜的结球率，T1、T2及T3均显著高于CK，但T3与T2的差异不显著，当CO2浓度为1 000 μL/L时结球率最高，与对照相比结球率增加5.86%。

3 讨论与结论

3.1 CO2施肥对生长发育和产量的促进作用

植物生长发育主要受光照、温度、水分、肥料和CO2浓度等因子的影响。正常大气中CO2 浓度很低，约为350 μL/L，但植物光合作用最适的CO2 浓度是大气中的3～4倍。CO2是植物光合作用的主要底物，CO2是决定大白菜生长发育的关键因素之一。CO2 施肥能使黄瓜、番茄、西葫芦等蔬菜作物植株的株高、茎粗、节数、植株干质量、鲜质量、叶面积及厚度、单果质量、比叶质量、叶片叶绿素含量、气孔密度、根系活性、壮苗指数等生长指标显著增加[4-10]。与这些研究结果类似，本研究结果表明，增施CO2能提高大白菜的株幅、周长、叶数、单株净菜质量、叶面积、最外叶叶柄厚、净菜高、净菜周长、可溶性固形物含量、产量。这可能与增施CO2能促进光合作用，促进植株对矿质营养的吸收，从而促进营养生长有关。对大白菜而言，收获的商品就是植株营养生长的叶片，因此CO2施肥促进营养生长的同时增加了产量[11]。

3.2 CO2施肥对光合作用的促进作用

CO2浓度直接影响着光合产物的生成。在一定范围内提高环境中CO2浓度，增大CO2与O2的比值，可以增加RuBpcase 羧化活性，降低RuBpcase加氧活性，从而提高羧化酶与加氧酶活性之比，抑制了光呼吸，最终提高了净光合速率[12]。本研究表明，在一定范围内，随着CO2浓度的增大，光合速率也不断提高，当浓度达到1 000 μL/L时，净光合速率与对照相比能增加18.16%，这与前人的研究结果[13-14]类似。蒸腾速率反映了作物水分蒸发的快慢，CO2 加富能显著影响大白菜的蒸腾作用。随着CO2 浓度的上升，气孔阻力不断增大，蒸腾相应减弱，叶温随之上升。CO2 浓度的升高有利于光合作用，使得干物质积累更多，蒸腾速率减小[15]。本研究结果也表明，增施CO2能使蒸腾速率有所降低，且在一定范围内，随着CO2浓度的增大而不断降低，这与前人的研究结果[16]相似。

气孔导度的下降是植物对高CO2浓度的一种适应，胞间CO2 浓度可以反映叶肉细胞光合作用能力的大小，受光合作用和呼吸作用共同影响[17-19]。由于CO2浓度的升高，导致胞间CO2浓度增大，为保持细胞间CO2分压始终低于大气CO2分压20%～30%，植物通过调节气孔开闭程度来降低胞间CO2浓度，气孔对胞间CO2浓度很敏感，胞间CO2浓度的增大常伴随着气孔的关闭和气孔导度的降低[13]。本研究也表明，经CO2 加富后的大白菜，其胞间CO2 浓度有所提高，而气孔导度则有所下降，这与前人的研究结果[20]一致。

本研究结果表明，增施CO2能显著促进大白菜的生长发育，表现为植株的株幅、周长、叶数、单株净菜质量等生长指标显著增加，且大白菜的包球率也显著提高。同时增施CO2能使大白菜的光合作用、产量和品质显著提高。增施1 000 μL/L CO2的效果优于800 μL/L CO2及1 200 μL/L CO2的效果。使用该新型CO2发生器能显著起到促进大白菜光合作用、提高产量的效果。

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