CO2施肥對大白菜生長及光合的影響

高文瑞+李德翠+徐剛+孫艷軍+韓冰+史瓏燕

摘要：以大白菜品種新春1號為試材，采用新型CO2發(fā)生器，研究增施800、1 000、1 200 μL/L CO2氣肥對大白菜生長及光合作用的影響。結(jié)果表明，增施CO2能顯著促進大白菜的生長發(fā)育，表現(xiàn)為植株的株幅、周長、葉數(shù)、單株凈菜質(zhì)量等生長指標顯著增加，且大白菜的結(jié)球率也顯著提高。增施CO2能使大白菜的光合作用、產(chǎn)量和品質(zhì)顯著提高。增施1 000 μL/L CO2的效果優(yōu)于800 μL/L CO2及1 200 μL/L CO2的效果。使用該新型CO2發(fā)生器能顯著起到促進大白菜光合作用、提高產(chǎn)量的效果。

關(guān)鍵詞：CO2施肥；大白菜；生長；光合作用；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號： S634.101；S634.106+.2 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）09-0228-03

大白菜（Brassica pekinensis）屬十字花科蕓薹屬作物，原產(chǎn)中國，栽培歷史悠久，是廣大消費者和生產(chǎn)者歡迎的蔬菜作物。光合作用是大白菜生產(chǎn)力構(gòu)成的重要因素，而CO2是光合作用的主要原料，在影響溫室蔬菜產(chǎn)量的三大要素中，以CO2濃度對產(chǎn)量的貢獻最大。一般來說，植物進行光合作用的CO2最適濃度為1 000 μL/L左右，不僅大氣中的CO2濃度沒有達到這個指標，冬春寒冷季節(jié)，溫室、大棚等設(shè)施因密閉保溫，CO2濃度更低，造成設(shè)施內(nèi)生長的作物常處于CO2饑餓狀態(tài)，抑制了作物正常的光合作用，影響了作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[1]。增施CO2氣肥，適當提高大棚內(nèi)CO2濃度是提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的有效措施[2]。

溫室內(nèi)常用的CO2來源有：碳水化合物燃料、高壓瓶裝CO2、干冰、發(fā)酵、有機物質(zhì)的降解、化學反應(yīng)生成。國外很多專業(yè)種植者都采用燃燒法，通過CO2發(fā)生器來產(chǎn)生CO2。常用的燃料為丙烷、丁烷、乙醇和天然氣。燃料在充分燃燒的情況下產(chǎn)生CO2；當燃燒產(chǎn)生藍色、白色或無色火焰時，生成有用的CO2；如果是紅色、橙色或黃色火焰則燃燒不完全，將產(chǎn)生對植物和人體致命的CO。含硫或硫化物的燃料燃燒時會產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)物SO2，不能使用。燃燒式CO2 發(fā)生器在產(chǎn)生CO2的同時，會產(chǎn)生熱量，這些熱量會使不加溫的大棚內(nèi)溫度有所上升，在秋冬栽培及早春栽培的大棚內(nèi)具有很大的優(yōu)勢。本研究中采用的CO2發(fā)生器采用的是天然氣燃燒法生成CO2，通過特殊的火焰燃燒頭實現(xiàn)了天然氣完全燃燒，同時該儀器有紅外氣體分析技術(shù)及智能控制技術(shù)，準確度高。并配有電子點火模塊，均由自動控制系統(tǒng)完成，無需人工手動控制。該儀器有專利抗水汽技術(shù)，能適應(yīng)高濕度的溫室環(huán)境。配套的“防傾倒”開關(guān)可以即刻關(guān)閉主燃料室的燃料，制止泄露和火災(zāi)的發(fā)生。因此該儀器在同類的CO2發(fā)生器中有很大的優(yōu)勢。

因此，本試驗以塑料大棚內(nèi)的大白菜為研究對象，研究CO2施肥對大白菜生長、光合作用及產(chǎn)量的影響，旨在為優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)的大白菜保護地栽培模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試大白菜品種為新春1號。采用江蘇省如東威力特環(huán)保技術(shù)有限公司生產(chǎn)的溫室栽培智能氣肥增效器（型號：WLT-A-8）增施CO2，該儀器能智能調(diào)控CO2濃度至設(shè)定濃度。

1.2 方法

試驗于2014年9—12月在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院六合試驗基地大棚內(nèi)進行。塑料大棚長58.0 m、寬8.0 m，棚內(nèi)分為4畦，每畦寬度為1.5 m。有機肥在整地同時撒施，每667 m2施入有機肥約800 kg、復(fù)合肥50 kg（氮、磷、鉀含量均為15%）。大白菜于2014年10月4日定植，株行距均為25 cm，定植緩苗后開始增施CO2，到收獲前晴天每日07：30—11：30和14：30—16：30進行CO2施肥（陰天不進行CO2施肥），大棚每天11：30—14：30通風。試驗以不施CO2為對照（CK），CO2施肥濃度設(shè)800 μL/L（T1）、1 000 μL/L（T2）和1 200 μL/L（T3）3個水平。

于大白菜包球初期采用便攜式光合測定系統(tǒng)（Li-6400，美國）在晴天09：00—11：00測定光合參數(shù)。在收獲期，用直尺從地面至植株最高生長點量取株高，并采用皮尺測量植株的周長。收獲后，用游標卡尺測量凈菜最外葉的葉柄厚，用直尺測量植株的凈菜高和凈菜最外葉葉長及葉寬，并采用葉面積=272.76+9.45X+16.29Y（X為最大葉長，Y為最大葉寬，單位均為cm）計算葉面積[3]。統(tǒng)計凈菜葉數(shù)及包球率，并從凈菜最外葉葉柄處取汁液，使用日本京都電子KEM數(shù)顯手持便攜式糖度計（RA-250HE）測定可溶性固形物含量。每個處理測定10株，取平均值。最后測定不同處理產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel及DPS 7.05軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 CO2施肥對大白菜生長的影響

由表1可以看出，增施CO2可以促進大白菜的生長，且隨著CO2濃度的升高增加幅度有所加大。增施CO2雖然使大白菜的株幅、周長、葉數(shù)、葉面積、最外葉葉柄厚及可溶性固形物含量有所增加，但增施CO2的3個處理間及增施CO2的處理與對照之間的差異均不顯著。當CO2濃度在一定范圍內(nèi)時，凈菜高隨著CO2濃度的不斷增大而增加，當增施CO2濃度達到1 000μL/L時，凈菜高度最高，顯著高于對照10.74%。凈菜周長隨著CO2濃度的不斷增大而增加，增施CO2的處理間差異不顯著，但是增施CO2的處理除T1外均顯著高于CK，T3凈菜周長顯著高于對照11.42%。當CO2濃度在一定范圍內(nèi)時，單株凈菜質(zhì)量隨著CO2濃度的增加不斷增加，增施CO2的處理均顯著高于CK，T2與T3之間差異不顯著，同時顯著高于T1，T2的單株凈菜質(zhì)量最高，顯著高于對照38.95%。

2.2 CO2施肥對大白菜光合作用的影響

由表2可以看出，當CO2濃度在一定范圍內(nèi)時，隨著CO2濃度的增大大白菜的光合速率及胞間CO2不斷增加，當CO2濃度為1 000 μL/L時，大白菜的光合速率和胞間CO2濃度達到最高，分別較對照增加18.16%和21.18%。除T1外，增施CO2處理的光合速率均顯著高于CK，但T2與T3間的光合速率差異不顯著。處理T2和T3的胞間CO2濃度顯著高于CK，但CK與T1的差異不顯著。與不增施CO2的對照相比，CO2施肥能顯著降低氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，當CO2濃度為1 000 μL/L 時降至最低，氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率分別比對照降低22.41%和23.48%。各處理間的氣孔導(dǎo)度差異顯著，T1處理與CK的蒸騰速率差異不顯著，T2處理顯著低于CK及T1處理的蒸騰速率。

2.3 CO2施肥對大白菜產(chǎn)量和結(jié)球率的影響

由圖1可以看出，CO2施肥能顯著提高大白菜的產(chǎn)量，且隨著CO2濃度的升高，產(chǎn)量不斷增加，T2與T3顯著高于T1，當CO2濃度為1 000 μL/L時產(chǎn)量最高，比對照增產(chǎn)20.10%。

由圖2可以看出，增施CO2能顯著增加大白菜的結(jié)球率，T1、T2及T3均顯著高于CK，但T3與T2的差異不顯著，當CO2濃度為1 000 μL/L時結(jié)球率最高，與對照相比結(jié)球率增加5.86%。

3 討論與結(jié)論

3.1 CO2施肥對生長發(fā)育和產(chǎn)量的促進作用

植物生長發(fā)育主要受光照、溫度、水分、肥料和CO2濃度等因子的影響。正常大氣中CO2 濃度很低，約為350 μL/L，但植物光合作用最適的CO2 濃度是大氣中的3～4倍。CO2是植物光合作用的主要底物，CO2是決定大白菜生長發(fā)育的關(guān)鍵因素之一。CO2 施肥能使黃瓜、番茄、西葫蘆等蔬菜作物植株的株高、莖粗、節(jié)數(shù)、植株干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、葉面積及厚度、單果質(zhì)量、比葉質(zhì)量、葉片葉綠素含量、氣孔密度、根系活性、壯苗指數(shù)等生長指標顯著增加[4-10]。與這些研究結(jié)果類似，本研究結(jié)果表明，增施CO2能提高大白菜的株幅、周長、葉數(shù)、單株凈菜質(zhì)量、葉面積、最外葉葉柄厚、凈菜高、凈菜周長、可溶性固形物含量、產(chǎn)量。這可能與增施CO2能促進光合作用，促進植株對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收，從而促進營養(yǎng)生長有關(guān)。對大白菜而言，收獲的商品就是植株營養(yǎng)生長的葉片，因此CO2施肥促進營養(yǎng)生長的同時增加了產(chǎn)量[11]。

3.2 CO2施肥對光合作用的促進作用

CO2濃度直接影響著光合產(chǎn)物的生成。在一定范圍內(nèi)提高環(huán)境中CO2濃度，增大CO2與O2的比值，可以增加RuBpcase 羧化活性，降低RuBpcase加氧活性，從而提高羧化酶與加氧酶活性之比，抑制了光呼吸，最終提高了凈光合速率[12]。本研究表明，在一定范圍內(nèi)，隨著CO2濃度的增大，光合速率也不斷提高，當濃度達到1 000 μL/L時，凈光合速率與對照相比能增加18.16%，這與前人的研究結(jié)果[13-14]類似。蒸騰速率反映了作物水分蒸發(fā)的快慢，CO2 加富能顯著影響大白菜的蒸騰作用。隨著CO2 濃度的上升，氣孔阻力不斷增大，蒸騰相應(yīng)減弱，葉溫隨之上升。CO2 濃度的升高有利于光合作用，使得干物質(zhì)積累更多，蒸騰速率減小[15]。本研究結(jié)果也表明，增施CO2能使蒸騰速率有所降低，且在一定范圍內(nèi)，隨著CO2濃度的增大而不斷降低，這與前人的研究結(jié)果[16]相似。

氣孔導(dǎo)度的下降是植物對高CO2濃度的一種適應(yīng)，胞間CO2 濃度可以反映葉肉細胞光合作用能力的大小，受光合作用和呼吸作用共同影響[17-19]。由于CO2濃度的升高，導(dǎo)致胞間CO2濃度增大，為保持細胞間CO2分壓始終低于大氣CO2分壓20%～30%，植物通過調(diào)節(jié)氣孔開閉程度來降低胞間CO2濃度，氣孔對胞間CO2濃度很敏感，胞間CO2濃度的增大常伴隨著氣孔的關(guān)閉和氣孔導(dǎo)度的降低[13]。本研究也表明，經(jīng)CO2 加富后的大白菜，其胞間CO2 濃度有所提高，而氣孔導(dǎo)度則有所下降，這與前人的研究結(jié)果[20]一致。

本研究結(jié)果表明，增施CO2能顯著促進大白菜的生長發(fā)育，表現(xiàn)為植株的株幅、周長、葉數(shù)、單株凈菜質(zhì)量等生長指標顯著增加，且大白菜的包球率也顯著提高。同時增施CO2能使大白菜的光合作用、產(chǎn)量和品質(zhì)顯著提高。增施1 000 μL/L CO2的效果優(yōu)于800 μL/L CO2及1 200 μL/L CO2的效果。使用該新型CO2發(fā)生器能顯著起到促進大白菜光合作用、提高產(chǎn)量的效果。

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