第五节  作物与空气的关系

作物与空气的关系，实际上主要是作物与二氧化碳的关系，因CO₂是光合作用的原料；对于豆科作物来说，与空气中的氮气关系也很密切。

一、CO₂与作物

    （一）CO₂浓度的变化规律

    绿色植物和某些微生物通过光合作用固定空气中的0₂，同时又通过呼吸作用和分解作用向空中释放CO₂。

1.周年变化规律

一年之内，在田间有作物生长的季节，由于光合作用固定C0₂数量增加，空气中的CO2浓度较低，而非生长季节，CO₂浓度较高。（冬高夏低）

2.周日变化规律

在一天之内，作物群体内C0₂浓度有明显的规律性变化。午夜和凌晨，群体内C0₂浓度很高，这是由于在此期间CO₂有补充而无消耗的缘故。清晨日出之后，光合作用逐渐加强，浓度逐渐下降；接近中午，光合作用旺盛，C0₂浓度降至最低值；傍晚日落后，光合作用停止，C0₂浓度又复上升。

3.田间群体内的CO₂浓度变化及运动方向

作物进行光合作用所需要的CO₂不但来自群体以上空间，而且也来自群体下部，其中包括土壤表面枯枝落叶分解、土壤中活着的根和微生物呼吸、已死的根系和有机质腐烂等释放出来的CO₂。据估计、群体下部供应的CO₂约占供应总量的20%。例如，晴天玉米田间群体内在迅速进行光合时，作物株间C0₂浓度可降至0.02%，可见在光照和肥水充足、温度适宜而光合旺盛期间，C0₂亏缺常是光合的主要限制因子。

4.C0₂浓度的垂直分布

在作物群体内部，接近地面的C0₂浓度经常是比较高的。在一天之中，午夜和凌晨，越接近地表面，CO₂浓度越高。白天，由于光合作用消耗，群体上部和中部的CO₂浓度较小，下部稍大一些。作物群体上层光照充足，但CO₂浓度相对较低，下层的C0₂浓度较大，光照却又较弱，各自都成了增加光合成的限制因子。这便是在作物生产上要十分重视通风透光的原因所在。

5.“通风”的含义

“通风透光”，中的“通风”主要指C0₂的流动和补充。作物在生产的过程中，需要吸收消耗群体内部和群体周围的CO₂，而补充CO₂则主要依靠空气湍流和气体扩散。2000多年前“正其行，通其风”(《吕氏春秋》辨土篇)，即现今常说的“通风透光”。

（二）CO₂浓度与作物产量  

有试验表明，在塑料温室条件下，C0₂浓度由300ppm提高到1200ppm，IR8号水稻品种的产量由10.0吨/公顷增加到14.5吨/公顷。还有试验证实，不同作物对高浓度的C0₂的反应是不同的。比如C3作物(大豆)对高浓度C0₂的反应比C4作物(玉米)要好一些。C3比C4作物对C0₂浓度增加的反应更为敏感。对棉花试验结果表明，随C0₂浓度的增加，棉花生育进程提前，植株高度增加；C0₂浓度增加可使棉花有效铃数和株铃数增加。但是，空气中的CO2浓度并非越高越好。当C0₂浓度增高到一定的限度时(譬如，对小麦来说，C0₂浓度达到0.12%时)，光合速率即开始下降，此时的C0₂浓度称为C0₂饱和点。

（三）C0₂施肥的问题

由于提高C0₂浓度可以促使某些作物增加产量，于是也就出现了C0₂施肥的问题。迄今为止，C0₂施肥多半还是在温室中或在塑料薄膜保护下进行的。目前推广C0₂施肥还有很大的难处。首先，每生产1kg干物质大约要消耗1.5kg C0₂，用量大，体积更大，特别是C0₂以气体状态存在，流动性也大，应用起来比较困难。其次，不论利用干冰或液化石油燃烧来发生C0₂，价格都很昂贵，成本过高，难以推广。比较现实的提高C0₂浓度的措施是增施有机肥。有机肥施入土壤后，能增加土壤中好气性细菌的数量，增强其活力，释放出更多的C0₂。   

据报道，到21世纪下半叶，大气中C0₂浓度还将增加1倍。有的专家估计，空气中C0₂含量的富集将促进作物增产，从而缓和世界上粮食短缺的状况；但是，也有专家认为事情并不那么乐观。

二、关于共生固氮

1. 什么叫共生固氮

豆科作物通过与它们共生的根瘤菌能够固定并利用空气中的氮素。关于豆类作物在一生中固氮数量的报道很多。

2. 共生固氮的数量

据资料，每年大豆固氮量为47～97kg/hm²，三叶草104～160kg/hm²，苜蓿128～600kg/hm²，羽扇豆150～196kg/hm²。吉林省农业科学院土壤肥料研究所测定，每公顷大豆的年固氮量为90～142.5kg。同一种豆类作物固氮数量相差如此悬殊的原因主要在于：第一，共生固氮菌株不同，固氮活动各异；第二，栽培条件特别是肥水供应不一；第三，豆类作物自身长势强弱不同。

3. 共生固氮对作物需氮的满足程度

需要说明的是，根瘤菌所固定的氮大约只占豆类作物需氮总量的l/4～1/2，并不能完全满足要求。在轮作中安排豆类作物对于缓和土壤肥力的减退有一定的好处；但是，除了绿肥能够增强肥力而外，其他豆类作物并没有“养地”作用。以收籽粒为收获器官的豆类作物从土壤中带走的氮素远比它们遗留给土壤的要多。

生物固氮是一个耗能过程。根瘤菌在固氮过程中，每活化1mol氮，直至合成为氨，大约需消耗615kJ能量。这些能量来源于豆类作物的光合产物—碳水化合物。有人对大豆作过估计，根瘤菌所消耗的能量大致相当于大豆光合产物的12%～14%。

4.栽培措施对共生固氮的影响

在栽培措施中，加强光照、稀植、单作、施有机肥，都有助于根瘤茵固氮；相反，遮荫、与高秆作物间作、密植、施无机肥，都抑制根瘤菌固氮。