一、二氧化碳的概念
二氧化碳是空气中常见的一种碳氧化合物，其分子式为CO2，由两个氧原子与一个碳原子通过共价键连接而成，常温下是一种无色无味气体，密度比空气略大，能溶于水，与水反应生成碳酸。
液态二氧化碳指的是高压低温下将二氧化碳气体液化为液体形态。液态的二氧化碳是一种制冷剂，可以用来保藏食品，也可用于人工降雨。液体二氧化碳，密度1.101g/cm3，温度在-37℃；二氧化碳溶于水后，水中PH值会降低，会对水中生物产生危害；液态二氧化碳蒸发时会吸收大量的热，当它放出大量的热时则会凝成固体二氧化碳，俗称干冰。
二氧化碳不能燃烧，也不助燃，所以常用于灭火器中灭火。二氧化碳与水反应可以生成碳酸，生产汽水、碳酸饮料等就是利用了这一性质。二氧化碳与碱溶液反应能生成碳酸盐，实验室里常用碱性溶液澄清石灰水是否变浑浊来检验二氧化碳的存在。
二、大气中的二氧化碳
（一）碳循环
碳是构成生物的基本元素之一，自然界中的碳可以是单质或化合物的形式存在，在大气中二氧化碳占空气总体积的0.03%，碳在自然界中的循环是通过二氧化碳来完成的。
（1）自然界中碳的循环
（2）碳循环途径
◆ CO2→光合作用→有机物→植物呼吸作用→CO2；
◆ CO2→光合作用→有机物→动物吸收→体内氧化→CO2；
◆ CO2→光合作用→有机物→动植物尸体→ 微生物分解→CO2；
◆ CO2→光合作用→有机物→动植物残体→地下漫长反应→煤、石油、天然气→燃烧→CO2；
（3）大气中二氧化碳的消耗
大气中二氧化碳通过植物光合作用被消耗，又随动植物的呼吸作用、有机物的燃烧以及腐烂分解等过程，源源不断地重新释放出来，结果使大气中的二氧化碳的数量与重新释放出的数量大至相等。
（二）碳循环的破坏
温室效应：二氧化碳等温室气体过度排放，大量吸收地面长波辐射，致使气候变暖的效应，造成温室效应的气体称为“温室气体”。碳循环的破坏，全球气候变化的原因分为自然原因和人为原因两大类（1）自然原因：自然界的碳循环。（2）人为原因：大量使用煤、石油等燃料；大量砍伐森林。
2021年，全球大气层中二氧化碳浓度再创历史新高——根据美国夏威夷莫纳罗亚天文台（MLO）最新的测量结果显示，2月和3月初数据地球大气层中的二氧化碳浓度超过了417ppm，而工业化前的水平约为278ppm。据IPCC第四次评估报告发布的结论，从20世纪中期至今，我们观测到的地球增温现象，有90％的可能性与人类活动相关。
三、二氧化碳的日变化及年变化
（一）二氧化碳的日变化
（1）大气中二氧化碳日变化
变化规律：白天低、晚上高。日出前，二氧化碳浓度为370 mg/kg，日出后，明显下降，平均每小时降低8 mg/kg；自上午9：00到下午17：00，二氧化碳浓度维持330 mg/kg左右；而后又继续增加，直到日出前达到最大值。
（2）农田中二氧化碳的日变化
◆ 作物收获后，积雪覆盖时，二氧化碳浓度始终维持在320 mg/kg；
◆ 有作物覆盖的地面上，情况较复杂，如在北京的农田中，作物生长旺盛时，自上午10：00到下午16：00，二氧化碳浓度均较低，常接200 mg/kg；夜间二氧化碳浓度最高值可达329 mg/kg；白天二氧化碳不足，主要依靠与上层大气之间乱流交换与土壤呼吸释放的二氧化碳进行补充。
（二）二氧化碳浓度的年变化
◆ 1750年以来CO2变化曲线
一般来说，大气中的二氧化碳含量是随季节略有变化的。这主要是由于植物生长的季节性变化而导致的。当春夏季来临时，植物由于光合作用进行的更多，消耗的二氧化碳增多，其含量随之减少；反之，当秋冬季来临时，植物光合作用进行的少，消耗的二氧化碳减少，其含量随之上升。
四、光合速率和细胞呼吸速率
（一）光合速率
二氧化碳是光合作用的原料对光合速率影响很大。植物吸收利用CO2的状况，与周围空气的CO2浓度有关，即浓度越大，CO2向叶内扩散量就越大。但植物的光合速率与CO2浓度并非简单的直线关系。
（1）光照强度与光合作用强度关系曲线的分析
（2）CO2饱和点：在辐射能充分满足的条件下，植物光合速率不再随CO2浓度增加而增大时的CO2浓度称为CO2饱和点。
（3）CO2补偿点：植物光合作用所同化的CO2与呼吸作用释放的 CO2达到平衡时，环境中的CO2浓度称为CO2补偿点。
（二）光合作用与呼吸作用变化曲线的分析
（1）夏季的一天中CO2吸收和释放变化曲线图
a点∶凌晨3~4时，温度降低，呼吸酶酶活性低，呼吸作用减弱，CO2释放减少；
b点∶上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用消耗CO2；
bc段∶光合作用小于呼吸作用，空气中CO2仍在增加；
c点∶上午7时左右，光合作用等于呼吸作用，空气中CO2含量不变；
ce段∶光合作用大于呼吸作用，空气中CO2含量下降；
d点∶温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象；
e点∶下午6时左右，光合作用等于呼吸作用；
ef段;光合作用小于呼吸作用；
fg段∶太阳落山，停止光合作用，只进行呼吸作用；
（2）在相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线图
c点：CO2含量最高点，光合速率等于呼吸速率。
e点：CO2含量最低点，光合速率等于呼吸速率。若N点低于M点，有机物积累；若N点高于M点，有机物减少；若N点等于M点，有机物不变。
五、各种单位之间的换算
（一）浓度单位ppm与mg/m3的换算
（1）气体浓度：对大气中的污染物，常见体积浓度和质量—体积浓度来表示其在大气中的含量。1ppm=1mg/L；1ppm=1000ppb；1ppb =1000ppt；ppm即：mg/L（毫克/升）；ppb 即：ug/L（微克/升）；ppt 即：ng/L（纳克/升）。
◆ 体积浓度表示法：一百万体积的空气中所含污染物的体积数，即ppm。
常用的表示方法是ppm，即1ppm等于1立方厘米/立方米等于10-6。除ppm外，还有ppb和ppt， 他们之间的关系是：1ppm=10-6（一百万分之一），1ppb=10-9（十亿分之一），1ppt=10-12（万亿分之一），1ppm=103ppb=106ppt。
◆ 质量浓度表示法：每立方米空气中所含污染物的质量数，即mg/m3。它与ppm的换算关系是：X=M.C/22.4；C=22.4X/M；
式中：X—污染物以每标立方米的毫克数表示的浓度值；C—污染物以ppm表示的浓度值；M—污染物的分之子量。
由上式可得：1ppm=M/22.4(mg/m3）=1000.m/22.4ug/m3
（2）PPM与百分比换算
百分百换算：1ppm=0.0001%；10ppm=0.001%；100ppm=0.01%；1000ppm就是0.1%。
六、二氧化碳的适宜值范围参照
大量的 CO2供作物吸收大大促进了作物的光合作用。几种大棚作物不同生育期对CO2浓度的需求详见下表：
在大气中二氧化碳CO2含量不足330ppm，要满足上表各种作物不同生育期对二氧化碳CO2的需求量还相差数倍。因此加强系统管理使其产生更多的二氧化碳CO2是作物高产、优质的关键。
【提示：CO2适宜值范围参照600~1000ppm；看天调整使用浓度，晴天设定浓度高些，果菜类为1 000~1500 ppm; 阴天设定浓度低些，果菜类为500~1000 ppm。】
七、耕作指导
（一）提高作物产量的途径
（二）二氧化碳气体充足与缺乏的症状
二氧化碳是植物进行光合作用所需要的主要原料之一，在自然界大气中的二氧化碳可以满足植物正常生长的需要，但在封闭的温室大棚中，二氧化碳的浓度较低，满足不了植物光合作用所需量，同时由于缺少二氧化碳使得植物的光合作用进行缓慢，因而造成植物抗病虫害能力低、产量减少、品质下降、生产周期延长等情况。
（1）二氧化碳浓度充足的情况
◆ CO2充足的植株生长健壮，叶绿素含量高，叶色深绿有光泽；
◆ CO2充足的开花早，雌花多，落花落果少；
◆ CO2充足的蔬菜，幼嫩多枝，枝叶上冲有力；
◆ CO2充足的蔬菜果品端正，上市早产量高；
（2）二氧化碳浓度缺乏的情况
◆ 缺乏CO2叶色暗无光泽，植株长势差；
◆ 缺乏CO2的植株开花晚，雌花少，花果脱落多；
◆ 缺乏CO2的蔬菜叶低平，与主枝垂直或下垂，叶面凸凹不平；
◆ 缺乏CO2的蔬菜，异型果多，上市晚2～3天，产量低优质果品少；
（3）二氧化碳浓度过高的症状
◆ CO2浓度过高的蔬菜常引起蔬菜作物叶片卷曲，叶片细胞内的叶绿粒由于淀粉积累过多而严重变形，影响光合作用的正常进行；
◆ 严重时出现凋萎同时叶片中灰分、钾、钙、镁和磷等营养元素的含量降低，可能诱发相应的营养元素缺乏症；
◆ CO2浓度过高的蔬菜会影响作物对氧气的吸收，不能进行正常的呼吸代谢作用而影响正常的生长发育，促进衰老过程；
◆ 棚室内空气中CO2浓度过高，如不及时换气则使棚内温度迅速升高，引起蔬菜作物的高温危害。
八、耕作改善
（一）我国现有的二氧化碳产生技术
（1）高压液体二氧化碳气肥：即是将CO2压缩在高压钢瓶里控制使用，缺点是运输不便。
（2）固体干冰：将二氧化碳低温高压加工成干冰，干冰成本高不宜普遍推广。
（3）固体颗粒气肥：是一种颗粒型或圆柱型颗粒，使用时按要求将颗粒均匀 埋于作物行间，表面覆土2厘米，缺点是二氧化碳比重大于空气，不利于植物的光合作用。
（4）燃烧法：在温室大棚内点燃木炭燃烧，产生二氧化碳的同时还产生大量的一氧化碳，所以须安装气体净化装置。
（5）碳酸氢铵深施法：施用碳铵深施5～8厘米，使用时要注意挥发的氨气会危害棚室作物。
（6）化学反应法：即用碳酸氢铵与硫酸发生反应产生二氧化碳，使用时操作繁琐，要十分注意避免硫酸烧伤使用者或烧坏衣服物品等。
（7）气肥棒：一种混合物加工成可燃棒式的一种产品，每天在温室棚中点燃释放出二氧化碳，缺点是大棚中湿度较大不易点燃烧尽。
（8）二氧化碳气肥机：在大棚中安装二氧化碳气体发生器，发生器靠电解方式制备二氧化碳气体，使用中必须用电和水，并随时添加化工原料，使用繁琐不便。
（9）吊袋式二氧化碳气肥施肥法：吊袋式二氧化碳气肥形态为末状固体，由发生剂和促进剂组成，发生剂每袋110g，促进剂每袋10g，将二者混合搅拌均匀，在袋上扎几个小孔，吊袋内的CO2不断从小孔中释放出来，供植物吸收利用。
（二）土壤CO2释放的调节
土壤空气中CO2浓度远高于大气，因此土气间的浓度差导致了土壤C02的释放因土壤温度、含水量及有机质含量不同而有很大差异。因此，可以采取措施改变土壤物理性质和环境条件等以达到调节CO2释放量的目的。
◆ 松土：增加土壤孔隙度，提高地温。
◆ 增湿：增强土壤微生物的活动。
◆ 增施有机肥。增施农家肥，增加土壤腐殖质量，释放CO2。土壤中大量施用有机肥料不仅可以为植物提供必要的营养物质，满足生长需要，改善土壤的物理性状，而且有机物的分解释放出大量二氧化碳，有利于植物的光合作用。
（三）田间CO2浓度调节
◆ 合理密植，改善田间的通风条件;整枝打叶，使土壤中释放的CO2尽量被光合机能强的绿色叶片吸收利用。
◆ 种植行向要与当地盛行风向一致，改善田间通风条件，以有利于CO2随风进入农田。
◆ 栽培时要宽行窄株距，改善群体内通风条件，亦可起到提高农田中CO2浓度的作用。
（四）合理施用二氧化碳肥料必须注意的问题
温室种植时，在夜间因作物呼吸作用能放出二氧化碳，浓度高于外界，但日出后由于植物光合作用吸收很快，二氧化碳浓度会由450ppm降到85ppm左右，而大部分蔬菜作物生长和产量形成经济有效的二氧化碳浓度是600~1000ppm，浓度不足对植物光合作用不利，适当通风可增加棚内二氧化碳浓度，但仍满足不了需要，所以要进行气肥的增施，但在增施二氧化碳气肥时施用浓度与作物种类、品种以及光线强弱、温度高低，甚至肥水都有很大关系，要注意以下几点问题：
（1）在肥力较高的土壤上栽种瓜果类蔬菜作物时，多在定植缓苗后或开花时开始施用，一直到瓜果摘收终止前几天停止，不可半途终止使用气肥。
（2）苗期是气肥施用效果较佳的时期，利于培育壮苗，缩短苗龄，加速苗期发育，提早果菜类蔬菜花芽分化，对提高早期产量十分明显。
（3）叶菜类需求的二氧化碳浓度要大于果菜类，叶菜类一般在定植出苗时开始施用二氧化碳，要连续使用，通常连续使用气肥7~10天，就可以看出增施气肥的效果。
（4）对于果菜类蔬菜如番茄、黄瓜、长瓜等瓜果作物从定植到开花期间可少施气肥，适当控制营养生长，加强整枝打叶、点花保果，在开花期至果实膨大期使用二氧化碳气肥效果最佳，可加速果实膨大和成熟过程，减少畸形果的发生，提高早期产量和蔬菜的商品性，一般使用10~20天后效果明显。
（5）设施内施用二氧化碳，要求设施结构具有良好的密闭性能，如果温室大棚里的地温或者气温过低，增施气肥的作用就不大了，这时候可以暂停使用。
（6）增施气肥基本上不改变原来的田间管理方法，但是由于增施气肥后作物生长旺盛，水、肥量还应适当增加，但应避免水、肥过多而造成徒长，宜增施磷、钾肥，适当控制氮肥。
（7）二氧化碳适宜浓度经过研究认为，为达到增产、又可降低成本、同时还可防止二氧化碳浓度过高对作物的危害，其浓度应控制在作物饱和点以下，一般不超过1000PPM为好。
（8）每天的二氧化碳施放量应灵活掌握，晴天充足施放，多云的天气施放量可减少20~30％；而在阴天，一般可比晴天减少50％；雨雪天就可不放。
（9）连续施用比间歇或时用、时停增产效果要好，深冬期间棚室不放风，追施二氧化碳的时间不应间断，故除雨雪天气外，应连续使用不可突然终止使用气肥。
（10）使用有机物质发酵法时可释放出部分有害气体，应适当防止有害气体过多形成气害中毒，要注意栽培管理措施的配套。
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农卷风编辑：林伟涛
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