文/刘文科，刘喜明，杨其长

——设施园艺固碳

     工业革命以来，随着全球工业化的蓬勃发展和化石燃料的大量消耗，造成了以CO2为主体的温室气体（甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、臭氧等）大量排放。CO2的全球排放在1751年仅为300万t，经过近200年的缓慢增长后，自20世纪40年代开始迅速攀升，到2008年，全球的CO2排放已经达到299亿t，增速为3%，略低于世界实际GDP增速3.78%。CO2累积在空气中，其吸热和隔热的功能使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，并逐年增强，从而引发全球气候变暖等一系列严重问题。

     规模化的工业生产是产排CO2的主要来源，同时也是减排CO2的重要领域。开发低成本、绿色环保、经济效益较高的工业CO2固碳减排技术十分迫切，而设施园艺固碳减排则是一种值得推荐的技术。

1   设施园艺系统内固碳减排的原理

     植物是生物固碳的主体，通过叶片的光合作用固定大气中的CO2，形成光合产物、生物量和农产品，符合生态学和生物学规律，绿色环保。但受低温制约，北方露地植物冬春季节无法进行光合固碳，使植物固碳效能受到限制。设施园艺是在温室等设施内进行园艺作物生产的现代农业方式，可周年生产，复种指数高，冬春季节仍具有较高固碳效能，周年固碳潜力大。目前，设施园艺已成为反季节蔬菜和花卉栽培与供应的主体，发挥着不可或缺的作用。在中国三西北地区，设施园艺发展迅速，已具规模。设施园艺作物在冬春季节旺盛的固碳作用可弥补露地植物固碳活力的空白期，成为北方冬春季节的潜在碳汇。

     受日照条件和农艺措施的控制，设施园艺系统内CO2浓度表现出明显的日变化特征，即上午持续降低，下午缓慢上升，晚上快速上升的变化趋势。从植物生理角度而言，设施园艺处于碳饥饿状态，需要人工补充CO2气肥。众所周知，补充CO2气肥是设施园艺作物优质高产的必须的农艺措施，人工施用CO2气肥十分必要。但因净化罐装CO2气体成本高等问题，园艺农户很难支付费用，因此，将工业CO2提纯净化后直接用作设施园艺生产气肥，既能提高设施园艺作物的产量，又为工业CO2资源化利用、固碳减排提供了新方法，具有双重效益。

2   设施园艺固碳的潜力与优势

     设施园艺固碳的潜力首先在于：我国设施园艺规模大，居世界首位，具有大规模利用固碳减排工业源CO2的潜力。截止到2012年底，我国设施园艺面积已达350万hm2以上，日光温室面积达125万hm2，玻璃温室面积在10~20万hm2，设施蔬菜产量位列世界第一。按每公顷固碳5t计算，固碳量相当可观。其次，设施园艺可周年生产，复种指数高，单位面积固碳能力强。在应用实践中，可将设施内的CO2浓度从100mg/L甚至更低提升到800~1000mg/L，提升幅度大，固碳潜力大。设施园艺具有规模化固碳减排工业源CO2的优势，体现在① 设施园艺固碳减排工业源CO2可产生双重效益。工业源CO2用作设施园艺气肥，既可固碳减排工业源CO2，也可增加设施园艺产量和品质。② 设施园艺具有规模化固碳减排工业源CO2可工程化实施，可行性高。设施园艺具有集中特点，可采用工程手段实现工业源CO2的输送释放与运用，连接工业CO2气源和温室群，可行性高。

3   需要解决的技术问题

     利用设施园艺具有规模化固碳减排工业源CO2需要解决几个技术问题。首先，确定设施园艺作物杂质气体含量基准，改进工业废气中CO2的净化提纯技术，将工业源CO2气体转变为符合植物光合要求的CO2气肥，不对设施园艺作物造成生理伤害。其次，研发工程技术实现工业源CO2管道运输到规模化温室群，建立气肥供给网络。再次，需要开发适合各种类型温室设施CO2智能化释放技术，实现温室中CO2浓度的智能控制，最大程度地提高CO2气肥的利用效率，保证固碳效果。最后，筛选高效固碳植物品种和高产栽培技术提高CO2气肥的利用效率，保证固碳效果。园艺作物响应CO2气肥的增产效果和品质效应不清等，也是有待解决的一个技术问题。

     目前，较为成熟的工业废气CO2净化提纯技术为通过设施园艺固碳减排工业源CO2提供了技术支撑。此外，完善的设施园艺环境控制技术和高效高产立体周年栽培技术发展成熟，也为设施园艺固碳减排工业源CO2提供了技术支撑。有关设施园艺的CO2浓度控制技术已经十分完善，基于PLC的PWM控制可实现CO2浓度渐进式控制，在密闭空间内控制精度可达到100mg/L以下，完全能够满足设施园艺CO2施肥的需求。近10年，基于无土栽培的设施园艺高产立体栽培技术发展迅速，设施蔬菜生物学产量得以大幅度提升，在某种意义上提高了设施园艺系统的固碳减排能力。设施蔬菜高产立体栽培技术是利用人工墙体、立柱、栽培床等装置和工程工艺，采用果叶菜可调控栽培方法，并通过营养液进行养分的供给，环境因子控制创造十分有利于园艺作物生长的环境条件，充分利用蔬菜无限生长的生物学特性，形成超常规栽培冠幅和寿命，实现超常规产量和固碳效果。目前，多种高效立体栽培技术已广泛应用于设施园艺生产、观光休闲农业中。其中，蔬菜树式栽培技术大规模应用。设施蔬菜立体栽培是利用营养液槽等装置和工程技术，采用果菜无土栽培技术，利用果菜（辣椒、茄子和番茄）无限生长的生物学特性，运用设施环境可控的优势，充分延长辣椒、茄子和番茄等的生育期，形成高大的树形体态，具有观赏点。总之，设施园艺固碳减排大有可为，具有广阔的应用前景。

（责任编辑   王芷）