节能日光温室内二氧化碳廓线分布

陈宝东,杨振超

摘要：对日光温室内二氧化碳浓度进行了水平和垂直方向变化研究，结果显示：水平方向上，日出后二氧化碳浓度迅速降低，12点左右降到最低，随后逐渐升高，呈现为U字型；垂直方向上，接近地面的二氧化碳浓度高，随着高度增加浓度降低，在株高一半时浓度降到最低，之后逐渐回升，呈现勾状。

关键词：二氧化碳；分布；水平；垂直

中图分类号：S26+1文献标识码：ADOI编码：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

二氧化碳是绿色植物光合作用的主要原料之一，其浓度高低直接影响光合速率大小，最终影响到作物的光合产量。测量节能日光温室内二氧化碳的浓度以及掌握温室内二氧化碳的廓线分布情况，能够很好地进行通风换气和二氧化碳施肥，从而提高作物的产量和质量。

1材料和方法

1.1试验材料

试验于2006年1月—2007年5月在日光温室内进行，温室东西走向，长51 m，跨度8 m，脊高3.6 m，山墙厚60 cm，后墙厚50 cm，后墙布置15个通风口，面积为30 cm×30 cm，离地面的高度为110 cm。日光温室骨架为镀锌钢拱架，覆盖无滴聚乙烯薄膜，冬天外覆盖复合保温被，保温被每天8：00揭开，下午6：00盖严，后墙内夹保温层。温室内种植番茄，株高135 cm。

1.2试验方法

1.2.1观测点设置在温室内设置5个观测点，室外设置距离温室5 m的地方2个点。每一个观测点距离地面20，40，60，80，100，120，140，160，

180，200 cm处用二氧化碳测定仪（红外二氧化碳测定仪）测量二氧化碳浓度，用便携式温湿度自记钟记录温度和湿度，及测量光照度。在8：00—18：00测量室内外的二氧化碳浓度，每2 h记录1次数据，最后对数据进行分析。

1.2.2日光温室内二氧化碳浓度日变化规律的研究对不同时刻、不同水平高度室内所有测量点的二氧化碳数据求平均值，即可得到不同时刻、不同水平高度的室内二氧化碳浓度；将每个测量时刻室内外20，40，60，80，100，120，140，160，180，

200 cm的所有二氧化碳浓度值求平均值，即室内外二氧化碳浓度，最后分别分析二氧化碳浓度的日变化情况。

1.2.3日光温室内二氧化碳浓度的水平和竖直分布规律观测点1号为东测点， 2～4号为中测点，5号为西测点；2号为北观测点，4号为南测点，1、3、5号位于温室的中轴线上。对1、5点观测值分别求平均值，统计分析后得温室内二氧化碳浓度的东西分布情况；将2号和4号点观测值求平均值，统计分析后得温室室内二氧化碳浓度的南北分布情况。

将设置点的同一高度上的数值求取平均值，得到了竖直方向上的二氧化碳浓度的分布情况。分别分析日光温室内二氧化碳浓度的水平方向和竖直方向上的廓线分布情况，同时测量室外设置点的二氧化碳浓度。

2结果与分析

2.1冬季二氧化碳变化情况

2.1.1冬季二氧化碳日变化由图1可知道，室内：当揭开日光温室的保温被后，植物接受光照开始光合作用，消耗大量的二氧化碳，所以从8：00由最大值1 056 μL·L-1开始二氧化碳浓度迅速下降，到10：00后二氧化碳的浓度继续下降，但是下降的速率降低，12点左右的时候，浓度降到最低，最低值为535 μL·L-1，这样一天室内的最大值和最小值的差值为521 μL·L-1，这时候开始通风换气，外界的二氧化碳补充进来，室内的浓度有所回升，到14：00以后温度下降，停止通风换气，并且光照强度变弱，作物的光合作用减慢，消耗的二氧化碳减少，所以二氧化碳浓度一直处于回升状态。室外：室外二氧化碳浓度的变化趋势和室内的变化大致相同，只是变化幅度没有室内的大，一天中的最大值为早8：00 的679 μL·L-1，最小值出现在12点左右，为569 μL·L-1，最大值和最小值差为110 μL·L-1。

2.1.2冬季前、中、后排二氧化碳浓度日变化由图2可知，在揭开保温被前，前排的二氧化碳浓度略高于后排，中排最低，因为前排的测量点离保温被近，温度比较低，空气密度大，二氧化碳浓度大，最大值为1 023 μL·L-1。在揭开保温被后，作物光合作用消耗二氧化碳，其浓度下降，前排光照条件好，作物光合作用速率高，前排的二氧化碳浓度下降的速率比后两排的高，到12∶00的时候二氧化碳浓度值达最低值为516 μL·L-1；温室中部的温度比后排高，并且中间的光照条件比后排好（由于脊顶保温被和保温板遮挡），所以中间的二氧化碳浓度比后排低，比前排的略高，12∶00达最低值558 μL·L-1；由于光照弱和温度比较低，所以后排的二氧化碳浓度相对前两排的浓度高。

2.1.3冬季东、中、西二氧化碳浓度日变化图3中，温室内东边测量点的二氧化碳浓度相对高，这是因为早上揭开保温被后，东边的墙体遮挡，光照较弱，作物光合作用消耗的二氧化碳相对较少，同时东边有门，时常有空气补充进来，一天中东边的二氧化碳浓度都较高；温室中部的温度高，在作物的适宜生长温度范围内，所以中部的作物消耗的二氧化碳的量多；西边测量点二氧化碳的浓度在揭被后比东边的低，但是比中间的高，到大约12∶00过后，西边墙体遮挡，西边作物的光合作用减慢，所以西边的二氧化碳浓度升高的速率快，到16∶00后光照减弱，温室内部的气体逐渐稳定，所以16∶00后东边、中间、西边的二氧化碳浓度的回升变化接近相同。

2.1.4冬季东边、中间、西边二氧化碳垂直分布由图4可知，从曲线变化规律来看，3条曲线的变化趋势大致相同，接近地面的测量点处的二氧化碳浓度高，随着高度的增加，二氧化碳浓度逐渐降低，到达作物株高一半的高度时，二氧化碳浓度降到最低，这是因为在作物株高一半的高度处，作物的叶片浓密而且叶片面积相对较大，其光合作用消耗的二氧化碳多，同时作物浓密的叶片阻碍了通风换气；当高度逐渐增加，作物的叶片少，二氧化碳浓度逐渐回升，到达株高以后基本没有变化。在70 cm左右高度以下，东边二氧化碳浓度比中间、西边的浓度都高35 μL·L-1，高于80 cm的高度后，西边的二氧化碳浓度曲线在东、中部的曲线之上，中间部分的二氧化碳浓度一直都较低，主要是因为中间的温度比周围的高，而且中部的光照条件比较好，所以中间部分作物的光合作用在一天中都比东边西边的强，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从图5的曲线变化规律来看，3条曲线的变化规律大致相同，且与图4的变化规律类似。在70 cm高度以下，在中午的时候扒缝通风，前排二氧化碳浓度比中排、后排的浓度都高，高于80 cm的高度后，后排的二氧化碳浓度曲线在前排、中排的曲线之上，中排的二氧化碳浓度一直较低，主要是中间部分作物的光合作用在一天中都比前后排的强。

2.2 春季二氧化碳变化情况

2.2.1 春季室内外二氧化碳日变化 由图6可以知道，春季室内外的二氧化碳浓度相差很小，当温室内的作物开始光合作用，消耗大量的二氧化碳，二氧化碳浓度迅速下降，浓度比室外的还低；10：00后，二氧化碳浓度继续下降，但是作物的光合作用速率稳定，二氧化碳消耗的速率降低，所以10∶00后曲线的倾斜度减小；12：00后，由于春季的中午温度高，作物在12∶00—14∶00这个时间段中出现午休现象，消耗的二氧化碳减少，同时室内温度比外面的高，室外的空气通过前面的拔缝和后墙上的通风口补充进来，所以二氧化碳浓度回升，随后由于光照减弱，光合作用速率降低，二氧化碳浓度一直处于回升状态，室内的二氧化碳比室外的浓度高，但是，日光温室前的薄膜大约在1 m的高度扒开，在后墙上开有通风窗，所以16：00后室内外的浓度区别不是很大。从图6来看，春季1 d中二氧化碳浓度的最高值大约在350 μL·L-1，最低值在260 μL·L-1，而作物二氧化碳的饱和点在1 000~1 500 μL·L-1，在饱和点下，随二氧化碳浓度升高光合速率近直线上升，在早上9∶00后，补充温室内的二氧化碳，能有效的提高作物的光合速率，从而提高作物有机物的积累。

2.2.2 春季前、中、后排二氧化碳日变化 如图7，前排的二氧化碳浓度略高于中排和后排，这是因为前面开缝通风，室外的空气补充进来；由于光照弱和升温比较慢，所以在13∶00前，后排的二氧化碳浓度相对中排的浓度高，当13∶00时，室内的温度超过30℃，中排的温度比周围的高，所以，从曲线来看中排的午休现象比前排、后排早；15∶00后由于光照和通风，后排的二氧化碳浓度升高比较快。

2.2.3 春季东边、中间、西边二氧化碳浓度日变化 如图8示，温室内东边测量点的二氧化碳浓度一天中一直都较高，西边测量点的二氧化碳浓度比东边的低，但是比中间的高，到大约14∶00过后，西边的二氧化碳浓度升高的速率快，到16∶00后光照减弱，东边、中间、西边的二氧化碳浓度回升，并且回升浓度接近相同。

2.2.4 春季东边、中间、西边二氧化碳浓度垂直变化 从图9中看，3条曲线的变化趋势大致相同。在70 cm高度以下，东边二氧化碳浓度比中间、西边的浓度都高，高于80 cm的高度后，西边的二氧化碳浓度曲线在东、中部的曲线之间，中间一天中消耗的二氧化碳最多。

2.2.5春季前排、中排、后排二氧化碳浓度垂直变化从图10的曲线变化规律来看，3条曲线的变化大致相同。在70 cm高度以下，中午的时候扒缝通风，后排二氧化碳浓度比中排、前排的浓度都高。

3 讨论与结论

本项研究表明，日光温室中冬、春季的二氧化碳浓度的日变化规律为：8:00日出后，植物进行光合作用消耗二氧化碳，二氧化碳浓度迅速下降，到11:00左右曲线到达最低点，13:00左右作物出现午休现象（春季比冬季明显），加上通风换气，二氧化碳浓度回升；冬、春季的二氧化碳浓度的垂直变化：接近地面的二氧化碳浓度高，随着高度的增加，二氧化碳浓度下降，到株高一半的高度，二氧化碳浓度到达最低值。

日光温室中二氧化碳浓度的变化受到室外大气中二氧化碳浓度、室内外的温度以及通风时间、通风面积、土壤施肥情况、土壤性质的影响。二氧化碳浓度降低势必影响作物群体光合生产潜力的发挥，尤其是密植作物，当前设施栽培中，许多农业增产措施中都有提高作物群体内通风和二氧化碳输送能力，减少其浓度降低的作用，如间套复种立体种植等。秸秆覆盖与合理施用有机肥可以增加土壤二氧化碳释放量，提高冠层内的浓度。关于其作用机理及开发利用途径，尚待进一步深入研究。

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