自上个世纪70年代某开始，发达国家就开始应用二氧化碳增施技术，并取得了显著的经济效益，目前二氧化碳技术在欧洲、北美以及日本都得到了大规模的推广应用，在美国有50%~70%的温室作物、荷兰80%以上的温室作采用了二氧化碳增施设备。

1、用CO₂施肥的必要性

1.1光合作用的原理

光合作用是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，利用光合色素，将二氧化碳（或硫化氢）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）的生化过程。植物光合作用的实质是把CO₂和H₂O转变为有机物，把光能转变成ATP中活跃的化学能再转变成有机物中的稳定的化学能。光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段。

光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，首先水在光和叶绿体中的色素的催化下发生光解反应2H₂O→4[H]+O₂，其中的产物氢离子能够在叶绿体的基质上合成还原型辅酶Ⅱ（NADPH），为暗反应提供还原剂，同时NADPH同样可以为暗反应提供能量；然后在光、酶和叶绿体中的色素的催化下，ADP合成 ATP：ADP+Pi→ATP，为暗反应提供能量。所以，光反应为暗反应提供了还原剂和能量。CO₂的浓度对光反应无显著影响。

暗反应发生在叶绿体基质上，不同的植物暗反应的过程不一样，按CO₂的固定这一过程的不同可分为C₃、C₄和CAM三种类型。下面是以最常见的C₃的反应类型来简述的暗反应的过程，首先是CO₂的固定：CO₂通过气孔进入植物细胞内，然后自由扩散到有着五碳化合物（C₅）的叶绿体上，两者发生反应生成三碳化合物（C₃）（其反应式为CO₂+ C₅→2 C₃）；其次是CO₂的还原：在酶和NADPH及ATP供能的条件下，C₃反应生成有机物(CH₂O)，并还原出C₅（其反应式为2 C₃+[H] →(CH₂O)+C₅），被还原出的C₅继续按上述过程参与暗反应卡尔文循环。由此可见，二氧化碳是绿色植物制造有机物的主要原料之一，其浓度的高低直接影响光合速率。

1.2增施CO₂气肥的原因

据测定，绿色植物每合成1克有机物质，需要吸收1.6克CO₂，植物中所积累的干物质有90%来自光合作用的产物。一亩农作物对CO₂的用量相当于8-12万立方米空气中的CO₂，而植物正常进行光合作用时周围环境中CO₂浓度为300毫克／升，显然这远远不能满足作物优质高产的需要。露地增施CO₂气肥又不切实际，棚室封闭的环境使CO₂气体施肥成为可能，同时，这也是保护地高产优质栽培所不可缺少的重要措施之一。

据测定，温室、大棚内空气中的CO₂浓度以日出前为最高，可以达到500～600ppm。虽然夜间植物停止了光合作用对CO₂的消耗，但是呼吸作用仍在进行，而且土层微生物活动以及有机物的分解等，都会放出CO₂致使其不断积累。日出后，CO₂浓度因光合作用的进行而迅速下降，经过个把小时，CO₂的浓度就降低到了和外界空气相等的水平。如果这时开始通风，那么随着内外空气的交换，室内的CO₂浓度就可基本上保持与室外空气CO₂浓度相似的水平。若CO₂的浓度降至100毫克／升以下时，植物光合作用减弱，生长发育则受到严重影响。由于在寒冷季节里无法通风换气，室内CO₂的浓度随着时间的推移将会下降到作物无法正常进行光合作用的水平，出现CO₂ “饥饿症”，从而使产量和品质下降。由此可见，在难以进行通风换气的严寒季节，CO₂施肥尤有必要。

在保护地内增施CO₂，从生理上将，解决了保护地内作物的碳饥饿，提高了光合效率，增加了干物质；从形态上看，增施CO₂可促进营养生长和生殖生长，使茎粗增加，叶片增多，长势旺盛，结果数增多；从抗逆性上看，提高了抗逆性和抗病性。

2、施用方法

调节保护地内CO₂浓度有两类方法。一是开窗通风，利用连通器的原理使封闭的保护地内拥有与正常地面相同浓度水平的CO₂，同时还可排出如氨气、二氧化氮、二氧化硫等有害气体，但冬季易造成低温冷害；二是在保护地内增施CO₂气肥，以下主要谈增施CO₂气肥的方法。

2.1固体二氧化碳施肥法

固体二氧化碳施肥法也叫干冰气化法，它是利用固体二氧化碳即干冰在常温下吸热后升华为气体进行施肥。固体二氧化碳气肥为褐色扁形颗粒或圆片状，具有良好的物理性状、稳定的化学性质、使用方法安全、肥效长等特点。具体施肥方法是：在作物生长旺盛期到来之前，在行间开沟撒施，每隔30厘米放一片干冰片剂，然后覆2～3厘米厚的土，使土壤保持疏松状态，这样有利于CO₂气体的释放。一般每亩施30～40公斤，可使棚内CO₂浓度达到800～900ppm，有效期长达60～80天，高效期在一个月左右，施肥后通风时以中上部放风为宜。该方法使用简单，便于控制用量，但冬季施用因二氧化碳气化时吸收热量，会降低棚内温度。而且干冰贮藏、运输条件严格。

2.2化学反应法

化学反应法主要是利用强酸与碳酸盐进行化学反应产生碳酸，而碳酸化学性质不稳定，在低温条件下也能分解为CO₂和水。目前推广的主要是用稀硫酸和碳酸氢铵反应产生CO₂，反应式为：2NH4HCO3+H2SO4(稀)=(NH4)2SO4+2CO2↑+2H2O。反应产生的CO₂可作气肥利用，硫酸铵可作土壤肥料。此法中稀硫酸可以用工业硫酸配制，碳酸氢铵是化肥，所以原料来源广，成本低廉，操作方法简单，应用效果好，无污染。

实际操作方法如下：将浓硫酸与水按1：3比例稀释，待稀释溶液冷却后将其倒入反应容器中。反应容器为小塑料桶、玻璃缸或玻璃瓶。将称好的碳酸氢铵用纸或塑料袋包好，在袋上扎几个孔，一同投入反应容器中即可。施用一段时间后，桶内再加入碳铵，若无气泡放出，则说明碳酸氢铵和硫酸的反应已完全，需再更换稀硫酸。废液是硫酸铵水溶液(含硫酸铵25%-31%)可稀释后作追肥用。在反应容器内产生CO₂气体是通过管道施放于密闭设施内的。每亩标准大棚（容积约1300立方米）使用2.5公斤碳酸氢铵可使CO₂浓度达到900毫克／升左右。此法可以通过控制碳酸氢铵的硫酸的供给量来控制二氧化碳气体浓度。

另外，生产中还有用硫酸与小苏打反应法、盐酸石灰石法、硝酸石灰石法。

2.3有机物燃烧法

有机物燃烧法是用专制二氧化碳发生器在大棚内燃烧甲烷、丙烷、白煤油、天然气、液化石油气等，生成CO₂。二氧化碳发生器最显著的特点是：体积小、重量轻、使用方便、操作灵活、产生的CO₂气体纯度高、增产、增收幅度大，投入产出比一般在1：9以上，棚室蔬菜瓜果使用后一般增产40%-100%以上。当前欧美国家的设施栽培以采用燃烧天然气增施CO₂较普遍；而日本较多地采用燃烧白煤油增施CO₂，一般１公斤白煤油完全燃烧可产生2.5公斤CO₂。采用燃烧法容易控制CO₂施用浓度及时间，但燃料价格较贵，投资大、成本高，对燃烧要求严格，燃烧时如果氧气不足，则会生成CO，污染室内，毒害蔬菜和人体。燃烧用的空气应由棚外引进，且燃料内不应含有硫化物（含硫量低于0.05％），否则，燃烧时产生亚硫酸，亦可造成危害。有机物燃烧法包括液体燃料燃烧法、固体燃料燃烧法、气体燃烧法。

2.31液体燃料燃烧法

液体燃料燃烧法是利用液态石化产品的燃烧产生二氧化碳。以白煤油为燃料，在专门的燃烧器内燃烧，但成本较高。其反应式为：2C10H22+31O2 →20CO2↑+22H2O。

2.32固体燃料燃烧法

固体燃料燃烧法是利用含碳量较高的物质，如木材、煤、焦炭等在空气中燃烧放出CO₂。目前已有专门用于产生CO₂设备，如“气肥机”的装置，高级二氧化碳气肥棒。

气肥机由燃烧炉、气体过滤装置和气体输送设备组成，燃烧后产生的诸如SO2、CO、NO2、H2S以及烟雾能被很好地除去。气肥机最突出的特点是它的使用成本很低，它生产1公斤CO₂的成本大约是0.6元左右，比用其它的方法成本低50%-80%。如果温室大棚中原来就有的加温煤炉，那么成本就更低。但气肥机必须使用220伏的交流电源，所以在没有电的温室大棚里无法使用。

高级二氧化碳气肥棒是选用高温干馏木炭为碳源（含碳量在95%以上，S、N等有害元素已在干馏时排走。），与催化剂和活化剂充分混合压制成型，再经烘干活化而做成的外直径为50mm内直径为15mm长为50mm净含量为100g的空心圆柱体。使用时直接用火点燃后置于棚内即可，木炭在空气中燃烧时发生的反应为C+O₂ →CO₂ 、C+O₂ →CO 、C+CO₂ →CO 、CO+ O₂ →CO₂。通过掺和约40%的含Mn、Ca、Fe（相对比例约为6:2:1）的天然矿物复合添加剂，并采用物理、化学复合活化技术，达到抑制副产物CO和NOX的生成量和改善产品点燃性的目的。

2.32气体燃烧法

气体燃烧法是利用液化石油气、天然气、沼气等燃料燃烧产生CO₂。一般将罐装的液化气接入燃烧装置，在棚内点燃后产生CO₂，同时还可提供光照和热量。其反应式为：C3H8+5O2 →3CO2↑+4H2O。

2.4吊袋二氧化碳施肥法。

袋装二氧化碳肥产品由粉末状的发生剂和促进剂组成，发生剂每袋110克，促进剂每袋5克。将二者混合搅拌均匀，在袋上扎几个小孔，吊袋内由促进剂使发生剂产生CO₂，然后不断从小孔中释放出来，供植物吸收利用。白天在阳光照射下可自动产生CO₂气体，晚间无太阳光时则少产生或不产生,这完全符合植物生长的自然条件要求。

吊袋式二氧化碳发生剂操作简单，使用方便。只须将发生剂和促进剂混合均匀，每袋最好烫4个双面气体释放孔，然后吊挂在植物的上端50-170厘米处。这是因为CO₂气体比空气重,这样便于植物的叶面呼吸,使用效果明显。一般令这些吊袋在大棚里排列成"之"字型。对于叶菜类品种一般在定植缓苗后即可吊挂使用,瓜果类品种在开花前吊挂效果更佳,其他品种在植苗2-3周后适时吊挂使用。使用吊袋式二氧化碳发生剂最好采用上通风,如果使用下口通风易使CO₂气体外漏,影响气肥使用效果。二氧化碳气肥使用有效期30天左右，CO₂释放量随着光照和温度的升高释放量加大，温度过低时二氧化碳释放较少。

使用吊袋式二氧化碳发生剂，能显著地提高叶绿素含量，使叶片浓绿，生长健壮，果型均匀一致，色泽鲜艳，减少畸型果，增加座果率，大幅增加产量，经济效益显著。合理使用吊袋式二氧化碳发生剂可以促进植物生长，减少病虫害，提高产品质量，达到增产增收的目的，减少使用农药的次数。吊袋式二氧化碳发生剂操作简单、使用安全方便、无污染，不需要任何水、电等外界条件，凡是在日光温室大棚中种植的蔬菜、水果、花卉等作物均适用吊袋式二氧化碳发生剂。

2.5施用颗粒有机生物气肥法

施用颗粒有机生物气肥法是将颗粒有机生物气肥按一定间距均匀施入植株行间，施入深度为3厘米，保持穴位土壤有一定水分，使其相对湿度在80%左右，利用土壤微生物发酵来产生CO₂。此法使用方便、安全，但对贮藏条件要求极其严格，释放CO₂的速度受温度、湿度的影响，难以人为控制。

2.6土壤化学法
    土壤化学法是将由CaCO3粉为基料，并与其他添加剂、载体、粘结剂一起经高温处理形成的固体颗粒，撒在地表或埋入1-2cm的表土层内，当温度和湿度适宜时，经土壤微生物的生化和物化作用便缓慢放出CO₂。使用时将颗粒气肥均匀埋于行间，一般在667平方米土地上一次性投入40-50kg，CO₂释放的有效期约60天。施后40天，棚内上午CO₂浓度可达1000ml／立方米，最高浓度可达2000ml／立方米。其缺点是浓度和量不易为人控制。

2.7微生物分解法

微生物分解法顾名思义就是利用微生物的分解作用来产生CO₂。具体的操作方法包括：在棚室内栽培食用菌和增施有机肥产生CO₂。施用颗粒有机生物气肥法最终是靠土壤微生物发酵来产生CO₂，所以也可以属于微生物分解法的范畴。

在大棚内将作物和食用菌间套作，菌料发酵、食用菌呼吸过程中释放出CO₂，在一定程度上补给了棚室内CO₂浓度。同时间套作提高了光能的利用率，充分利用水分养分，减轻病虫害及其他自然灾害，提高产量与品质，从而提高了经济效益，同时也保护了资源环境。

在大棚里多施有机肥，当土壤温度、湿度、透气性都适合于微生物活动的时，有机质便可分解而产生大量的CO₂。据测定，在施有大量稻草堆肥的苗床里，由于稻草分解所放出的CO₂，可使床内空气中CO₂浓度高达500ppm，40天后，床内CO₂浓度仍在2000ppm。可见，多施有机肥在一定时期内对提高大棚内CO₂浓度作用是十分明显的。但是在作物生长繁茂，叶面积指数较大的大棚，光合作用对CO₂消耗量大，加之大棚处于密闭状态，空气中CO₂含量常来不及依靠土壤释放的CO₂进行补充。所以，多施有机肥代替人工补施CO₂有一定的局限性。

另外，利用秸秆还田的方法在土壤水、肥、气、热等条件适宜的情况下，秸秆迅速被微生物分解，不仅可以产生CO₂气肥，还可以增加土壤有机质含量，补充了一定的钾、硅等营养元素，有效的节约了肥料的使用量，同时改良土壤理化性状，增强土壤中有益微生物活性，活化土壤潜在养分，提高土壤肥力。

2.8有机物发酵法

有机物发酵法就是利用人或畜粪便、作物秸秆、杂草茎叶等进行发酵时产生CO₂气体。此法简单易行，成本低，同时也增加了土壤中的持效肥分，但CO₂释放量不易调节控制，难以达到应有的浓度要求。

 2.9动物呼吸法

动物呼吸法是在养殖—种植一体化生产中，将棚室与养殖区直接相连，利用养殖对象呼出的CO₂直接进入棚室，从而提高棚室CO₂浓度。如温室­­—养牛场(养猪场、养羊场等)。同时，养殖区里动物排出的粪便腐熟后又可作为有机肥，供给种植区。在养殖—种植一体化生产中，提高了碳在生态系统中循环的利用率，这不仅改善了养殖区的空气质量，同时还令种植区的作物得到有机肥的补给，增加了废物的循环利用率，改善了生态系统。

2.10液态二氧化碳

液态二氧化碳来源主要有酿造工业、化工工业副产品、空气分离、地下贮藏等，将其装在高压瓶内，施肥时打开阀门，用一条带有出气小孔的长塑料软管把汽化的CO₂均匀释放进棚室内，用量可根据二氧化碳钢瓶的流量表和大棚体积进行计算。此法清洁卫生，便于控制用量，且液态二氧化碳气源较纯净，不含有害物质，施用方便，使用安全可靠，但成本较高。

综上所述，二氧化碳的施用方法可以大致划分为三类，物理、化学、生物。固体二氧化碳施肥法利用的是干冰气化来释放的CO₂，属于物理变化。化学反应法、有机物燃烧法、吊袋二氧化碳施肥法都涉及物质的转变，属于化学变化。施用颗粒有机生物气肥法、土壤化学法、微生物分解法、有机物发酵法都需要用到微生物的分解作用，属于生物范畴。

二氧化碳施肥技术不是一种单一孤立的技术手段，它与各个领域是相互交错的。它不仅涉及到作物的肥料学还涉及到作物的种植制度以及生态系统中碳元素的循环理论等等。利用二氧化碳施肥达到的效果也不是单一的，如稀硫酸与碳铵的化学反应法中既产生CO₂气肥，又产生无机肥；利用到微生物分解作用的几种方法也是既补充了CO₂气肥又产生有机肥，既能使作物拥有足够的光合作用的原料，又扩大了农田生态系统中能量转化和物质循环，增加了土壤的有效养分，改善了土壤的物理性状，同时也起到一定的环保作用。

由于各种施用方法在不同领域的优劣势不同，所以实际操作时要根据现有的经济水平及保护地内的作物情况来采取合理的施用方法，以达到品质最优化，效益最大化。