節(jié)能日光溫室內(nèi)二氧化碳廓線分布

陳寶東,楊振超

摘要：對(duì)日光溫室內(nèi)二氧化碳濃度進(jìn)行了水平和垂直方向變化研究，結(jié)果顯示：水平方向上，日出后二氧化碳濃度迅速降低，12點(diǎn)左右降到最低，隨后逐漸升高，呈現(xiàn)為U字型；垂直方向上，接近地面的二氧化碳濃度高，隨著高度增加濃度降低，在株高一半時(shí)濃度降到最低，之后逐漸回升，呈現(xiàn)勾狀。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；分布；水平；垂直

中圖分類號(hào)：S26+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.02.032

Distribution of Carbon Dioxide in the Sunlight Greenhouse

CHEN Bao-dong1, YANG Zhen-chao2

（1.Jixian Green Food Development Center，Jixian，Tianjin 301914，China；2.College of Horticulture, Northwest Agriculture and Forestry University，Yangling, Shaanxi 712100，China）

Ａｂｓｔｒａｃｔ: The change of carbon dioxide density in horizontal and vertical direction in greenhouse were studied. The resultshowed that horizontal side upward, the density of carbon dioxide rapidly reduced after the sunrise, about 12 o'clock it falled to the lowest, afterwards the density gradually elevated, it presented U shape; In the vertical direction, the density of carbon dioxide approaching the ground was high, along with height increasing, the density was reducing, it reduced to the lowest at half height of plants, it gradually rised again afterwards, presented cancelsthe shape.

Key words: carbon dioxide；distribution；horizontal；vertical

二氧化碳是綠色植物光合作用的主要原料之一，其濃度高低直接影響光合速率大小，最終影響到作物的光合產(chǎn)量。測(cè)量節(jié)能日光溫室內(nèi)二氧化碳的濃度以及掌握溫室內(nèi)二氧化碳的廓線分布情況，能夠很好地進(jìn)行通風(fēng)換氣和二氧化碳施肥，從而提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

1材料和方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2006年1月—2007年5月在日光溫室內(nèi)進(jìn)行，溫室東西走向，長(zhǎng)51 m，跨度8 m，脊高3.6 m，山墻厚60 cm，后墻厚50 cm，后墻布置15個(gè)通風(fēng)口，面積為30 cm×30 cm，離地面的高度為110 cm。日光溫室骨架為鍍鋅鋼拱架，覆蓋無(wú)滴聚乙烯薄膜，冬天外覆蓋復(fù)合保溫被，保溫被每天8：00揭開，下午6：00蓋嚴(yán)，后墻內(nèi)夾保溫層。溫室內(nèi)種植番茄，株高135 cm。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在溫室內(nèi)設(shè)置5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，室外設(shè)置距離溫室5 m的地方2個(gè)點(diǎn)。每一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)距離地面20，40，60，80，100，120，140，160，

180，200 cm處用二氧化碳測(cè)定儀（紅外二氧化碳測(cè)定儀）測(cè)量二氧化碳濃度，用便攜式溫濕度自記鐘記錄溫度和濕度，及測(cè)量光照度。在8：00—18：00測(cè)量室內(nèi)外的二氧化碳濃度，每2 h記錄1次數(shù)據(jù)，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2.2日光溫室內(nèi)二氧化碳濃度日變化規(guī)律的研究對(duì)不同時(shí)刻、不同水平高度室內(nèi)所有測(cè)量點(diǎn)的二氧化碳數(shù)據(jù)求平均值，即可得到不同時(shí)刻、不同水平高度的室內(nèi)二氧化碳濃度；將每個(gè)測(cè)量時(shí)刻室內(nèi)外20，40，60，80，100，120，140，160，180，

200 cm的所有二氧化碳濃度值求平均值，即室內(nèi)外二氧化碳濃度，最后分別分析二氧化碳濃度的日變化情況。

1.2.3日光溫室內(nèi)二氧化碳濃度的水平和豎直分布規(guī)律觀測(cè)點(diǎn)1號(hào)為東測(cè)點(diǎn)， 2～4號(hào)為中測(cè)點(diǎn)，5號(hào)為西測(cè)點(diǎn)；2號(hào)為北觀測(cè)點(diǎn)，4號(hào)為南測(cè)點(diǎn)，1、3、5號(hào)位于溫室的中軸線上。對(duì)1、5點(diǎn)觀測(cè)值分別求平均值，統(tǒng)計(jì)分析后得溫室內(nèi)二氧化碳濃度的東西分布情況；將2號(hào)和4號(hào)點(diǎn)觀測(cè)值求平均值，統(tǒng)計(jì)分析后得溫室室內(nèi)二氧化碳濃度的南北分布情況。

將設(shè)置點(diǎn)的同一高度上的數(shù)值求取平均值，得到了豎直方向上的二氧化碳濃度的分布情況。分別分析日光溫室內(nèi)二氧化碳濃度的水平方向和豎直方向上的廓線分布情況，同時(shí)測(cè)量室外設(shè)置點(diǎn)的二氧化碳濃度。

2結(jié)果與分析

2.1冬季二氧化碳變化情況

2.1.1冬季二氧化碳日變化由圖1可知道，室內(nèi)：當(dāng)揭開日光溫室的保溫被后，植物接受光照開始光合作用，消耗大量的二氧化碳，所以從8：00由最大值1 056 μL·L-1開始二氧化碳濃度迅速下降，到10：00后二氧化碳的濃度繼續(xù)下降，但是下降的速率降低，12點(diǎn)左右的時(shí)候，濃度降到最低，最低值為535 μL·L-1，這樣一天室內(nèi)的最大值和最小值的差值為521 μL·L-1，這時(shí)候開始通風(fēng)換氣，外界的二氧化碳補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，室內(nèi)的濃度有所回升，到14：00以后溫度下降，停止通風(fēng)換氣，并且光照強(qiáng)度變?nèi)酰魑锏墓夂献饔脺p慢，消耗的二氧化碳減少，所以二氧化碳濃度一直處于回升狀態(tài)。室外：室外二氧化碳濃度的變化趨勢(shì)和室內(nèi)的變化大致相同，只是變化幅度沒(méi)有室內(nèi)的大，一天中的最大值為早8：00 的679 μL·L-1，最小值出現(xiàn)在12點(diǎn)左右，為569 μL·L-1，最大值和最小值差為110 μL·L-1。

2.1.2冬季前、中、后排二氧化碳濃度日變化由圖2可知，在揭開保溫被前，前排的二氧化碳濃度略高于后排，中排最低，因?yàn)榍芭诺臏y(cè)量點(diǎn)離保溫被近，溫度比較低，空氣密度大，二氧化碳濃度大，最大值為1 023 μL·L-1。在揭開保溫被后，作物光合作用消耗二氧化碳，其濃度下降，前排光照條件好，作物光合作用速率高，前排的二氧化碳濃度下降的速率比后兩排的高，到12∶00的時(shí)候二氧化碳濃度值達(dá)最低值為516 μL·L-1；溫室中部的溫度比后排高，并且中間的光照條件比后排好（由于脊頂保溫被和保溫板遮擋），所以中間的二氧化碳濃度比后排低，比前排的略高，12∶00達(dá)最低值558 μL·L-1；由于光照弱和溫度比較低，所以后排的二氧化碳濃度相對(duì)前兩排的濃度高。

2.1.3冬季東、中、西二氧化碳濃度日變化圖3中，溫室內(nèi)東邊測(cè)量點(diǎn)的二氧化碳濃度相對(duì)高，這是因?yàn)樵缟辖议_保溫被后，東邊的墻體遮擋，光照較弱，作物光合作用消耗的二氧化碳相對(duì)較少，同時(shí)東邊有門，時(shí)常有空氣補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，一天中東邊的二氧化碳濃度都較高；溫室中部的溫度高，在作物的適宜生長(zhǎng)溫度范圍內(nèi)，所以中部的作物消耗的二氧化碳的量多；西邊測(cè)量點(diǎn)二氧化碳的濃度在揭被后比東邊的低，但是比中間的高，到大約12∶00過(guò)后，西邊墻體遮擋，西邊作物的光合作用減慢，所以西邊的二氧化碳濃度升高的速率快，到16∶00后光照減弱，溫室內(nèi)部的氣體逐漸穩(wěn)定，所以16∶00后東邊、中間、西邊的二氧化碳濃度的回升變化接近相同。

2.1.4冬季東邊、中間、西邊二氧化碳垂直分布由圖4可知，從曲線變化規(guī)律來(lái)看，3條曲線的變化趨勢(shì)大致相同，接近地面的測(cè)量點(diǎn)處的二氧化碳濃度高，隨著高度的增加，二氧化碳濃度逐漸降低，到達(dá)作物株高一半的高度時(shí)，二氧化碳濃度降到最低，這是因?yàn)樵谧魑镏旮咭话氲母叨忍帲魑锏娜~片濃密而且葉片面積相對(duì)較大，其光合作用消耗的二氧化碳多，同時(shí)作物濃密的葉片阻礙了通風(fēng)換氣；當(dāng)高度逐漸增加，作物的葉片少，二氧化碳濃度逐漸回升，到達(dá)株高以后基本沒(méi)有變化。在70 cm左右高度以下，東邊二氧化碳濃度比中間、西邊的濃度都高35 μL·L-1，高于80 cm的高度后，西邊的二氧化碳濃度曲線在東、中部的曲線之上，中間部分的二氧化碳濃度一直都較低，主要是因?yàn)橹虚g的溫度比周圍的高，而且中部的光照條件比較好，所以中間部分作物的光合作用在一天中都比東邊西邊的強(qiáng)，消耗的二氧化碳多。

2.1.5冬季前排、中排、后排二氧化碳垂直分布從圖5的曲線變化規(guī)律來(lái)看，3條曲線的變化規(guī)律大致相同，且與圖4的變化規(guī)律類似。在70 cm高度以下，在中午的時(shí)候扒縫通風(fēng)，前排二氧化碳濃度比中排、后排的濃度都高，高于80 cm的高度后，后排的二氧化碳濃度曲線在前排、中排的曲線之上，中排的二氧化碳濃度一直較低，主要是中間部分作物的光合作用在一天中都比前后排的強(qiáng)。

2.2 春季二氧化碳變化情況

2.2.1 春季室內(nèi)外二氧化碳日變化 由圖6可以知道，春季室內(nèi)外的二氧化碳濃度相差很小，當(dāng)溫室內(nèi)的作物開始光合作用，消耗大量的二氧化碳，二氧化碳濃度迅速下降，濃度比室外的還低；10：00后，二氧化碳濃度繼續(xù)下降，但是作物的光合作用速率穩(wěn)定，二氧化碳消耗的速率降低，所以10∶00后曲線的傾斜度減小；12：00后，由于春季的中午溫度高，作物在12∶00—14∶00這個(gè)時(shí)間段中出現(xiàn)午休現(xiàn)象，消耗的二氧化碳減少，同時(shí)室內(nèi)溫度比外面的高，室外的空氣通過(guò)前面的拔縫和后墻上的通風(fēng)口補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，所以二氧化碳濃度回升，隨后由于光照減弱，光合作用速率降低，二氧化碳濃度一直處于回升狀態(tài)，室內(nèi)的二氧化碳比室外的濃度高，但是，日光溫室前的薄膜大約在1 m的高度扒開，在后墻上開有通風(fēng)窗，所以16：00后室內(nèi)外的濃度區(qū)別不是很大。從圖6來(lái)看，春季1 d中二氧化碳濃度的最高值大約在350 μL·L-1，最低值在260 μL·L-1，而作物二氧化碳的飽和點(diǎn)在1 000~1 500 μL·L-1，在飽和點(diǎn)下，隨二氧化碳濃度升高光合速率近直線上升，在早上9∶00后，補(bǔ)充溫室內(nèi)的二氧化碳，能有效的提高作物的光合速率，從而提高作物有機(jī)物的積累。

2.2.2 春季前、中、后排二氧化碳日變化 如圖7，前排的二氧化碳濃度略高于中排和后排，這是因?yàn)榍懊骈_縫通風(fēng)，室外的空氣補(bǔ)充進(jìn)來(lái)；由于光照弱和升溫比較慢，所以在13∶00前，后排的二氧化碳濃度相對(duì)中排的濃度高，當(dāng)13∶00時(shí)，室內(nèi)的溫度超過(guò)30℃，中排的溫度比周圍的高，所以，從曲線來(lái)看中排的午休現(xiàn)象比前排、后排早；15∶00后由于光照和通風(fēng)，后排的二氧化碳濃度升高比較快。

2.2.3 春季東邊、中間、西邊二氧化碳濃度日變化 如圖8示，溫室內(nèi)東邊測(cè)量點(diǎn)的二氧化碳濃度一天中一直都較高，西邊測(cè)量點(diǎn)的二氧化碳濃度比東邊的低，但是比中間的高，到大約14∶00過(guò)后，西邊的二氧化碳濃度升高的速率快，到16∶00后光照減弱，東邊、中間、西邊的二氧化碳濃度回升，并且回升濃度接近相同。

2.2.4 春季東邊、中間、西邊二氧化碳濃度垂直變化 從圖9中看，3條曲線的變化趨勢(shì)大致相同。在70 cm高度以下，東邊二氧化碳濃度比中間、西邊的濃度都高，高于80 cm的高度后，西邊的二氧化碳濃度曲線在東、中部的曲線之間，中間一天中消耗的二氧化碳最多。

2.2.5春季前排、中排、后排二氧化碳濃度垂直變化從圖10的曲線變化規(guī)律來(lái)看，3條曲線的變化大致相同。在70 cm高度以下，中午的時(shí)候扒縫通風(fēng)，后排二氧化碳濃度比中排、前排的濃度都高。

3 討論與結(jié)論

本項(xiàng)研究表明，日光溫室中冬、春季的二氧化碳濃度的日變化規(guī)律為：8:00日出后，植物進(jìn)行光合作用消耗二氧化碳，二氧化碳濃度迅速下降，到11:00左右曲線到達(dá)最低點(diǎn)，13:00左右作物出現(xiàn)午休現(xiàn)象（春季比冬季明顯），加上通風(fēng)換氣，二氧化碳濃度回升；冬、春季的二氧化碳濃度的垂直變化：接近地面的二氧化碳濃度高，隨著高度的增加，二氧化碳濃度下降，到株高一半的高度，二氧化碳濃度到達(dá)最低值。

日光溫室中二氧化碳濃度的變化受到室外大氣中二氧化碳濃度、室內(nèi)外的溫度以及通風(fēng)時(shí)間、通風(fēng)面積、土壤施肥情況、土壤性質(zhì)的影響。二氧化碳濃度降低勢(shì)必影響作物群體光合生產(chǎn)潛力的發(fā)揮，尤其是密植作物，當(dāng)前設(shè)施栽培中，許多農(nóng)業(yè)增產(chǎn)措施中都有提高作物群體內(nèi)通風(fēng)和二氧化碳輸送能力，減少其濃度降低的作用，如間套復(fù)種立體種植等。秸稈覆蓋與合理施用有機(jī)肥可以增加土壤二氧化碳釋放量，提高冠層內(nèi)的濃度。關(guān)于其作用機(jī)理及開發(fā)利用途徑，尚待進(jìn)一步深入研究。

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