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    鄭州農業科技有限公司

    時間:2016-03-28 16:56 來源:未知 作者:admin 點擊:


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        光合作用是綠色植物將光能轉化為化學能並貯存在植物體內的過程,其表達式為:CO2+H2O→(CH2O)+O2。光合作用的原料為二氧化碳和水,二氧化碳供給不足以及缺水將導致植物光合作用速率下降,從而導致產量下降。植物進行光合作用的原料二氧化碳主要是從空氣中得到的。空氣中二氧化碳的濃度隻有萬分之三多一點,而使強光下C3植物的光合速率達到最高值所需要的二氧化碳濃度常常是它的幾倍。所以,空氣中二氧化碳濃度較低,幾乎經常是光合作用的限製因子。C4植物由於具有四碳雙羧酸循環起“二氧化碳泵”的作用,使維管束鞘細胞內的二氧化碳濃度成倍增加,因此在普通空氣條件下二氧化碳濃度就可以使光合作用接近飽和,因此C4植物的產量較高。提高植物二氧化碳供給量,能夠大幅度提高植物的光合產量,這在實驗室以及生產實踐中得到證實。試驗證明,將二氧化碳的濃度提高3倍,大田作物的產量可以提高約50%,蔬菜可以最高增產3倍以上。當對豆科植物供以高含量的二氧化碳時,不但提高了光合產量,而且也極大地提高了固氮作用。二氧化碳濃度提高到3倍,就使每公頃的固氮量從75千克增到425千克,從而使其總固氮量增加50%~400%。二氧化碳施肥已經成為園藝植物設施栽培的重要手段之一。盡管二氧化碳施肥效果顯著,但在大田中,由於無法使二氧化碳保持在植物葉麵上,使氣孔內外形成高濃度梯度,且無法阻止二氧化碳向大氣擴散,因此尚未普遍應用。

        植物在進行光合作用的同時要進行光呼吸。光呼吸是植物吸收氧氣,放出二氧化碳的過程,對有機產物的積累是一個浪費。溫度高時,光呼吸大約要消耗光合產物的三分之一。降低或抑製植物光呼吸的強度,對提高光合產物的積累具有積極作用。植物光呼吸的強度與環境溫度、光照強度、二氧化碳濃度、氧氣濃度等密切相關。降低環境溫度和光照強度可以降低光呼吸的強度,但同時也降低了光合作用的強度,因此這種方法沒有實踐意義。降低氧氣濃度可以降低光呼吸的強度,但是氧氣是植物光合作用的產物,在生產實踐中也無法實施。提高二氧化碳濃度不僅可以提高植物光合作用的速率,使羧化速度加快,而且可以抑製光呼吸的強度,對植物的光合產量具有雙倍效應。

        要從根本上要提高植物的光合產量,還是要解決二氧化碳的供給問題。植物主要通過氣孔來進行氣體交換,從大氣中吸收二氧化碳,並及時排出體內製造的氧氣,以此來提高光合產物的積累。氣體交換過程中,由於邊界層效應的存在,邊界層內的氣體流動擴散極慢,且大氣中二氧化碳的分壓很低,氣孔內外的二氧化碳濃庋梯度差比較小,使得二氧化碳進入氣孔的量受到影響。要提高氣孔對二氧化碳的吸收量,就必須提高氣孔內外的二氧化碳濃度梯度差,二氧化碳施肥的原理即在於此。在二氧化碳供給不足的條件下,單純改善其它條件,而不改善二氧化碳的供給,是無法大幅度提高光合產量的。

    植物吸收二氧化碳的量的多少與氣孔開閉的程度有關。氣孔開放度大,開放時間長,則吸收的二氧化碳量多,但相應的蒸騰強度也大,植物喪失的水分也多,水分利用率降低。特別是在高溫、高光強條件下,如果土壤水分供給不足,則植物會萎蔫,氣孔關閉,從而導致光合作用強度下降。這在幹旱缺水的地區或季節影響尤其明顯。    

    農業生產中的各種有害生物如各種害蟲、病原微生物等是農業生產獲得高產高效的主要障礙之一,為此人類進行了不懈的努力,發明了各種農藥如各種殺蟲劑、殺菌劑、殺蟎劑等,農業生產一度躍上了新台階。農藥的發明在一定程度上解決了人類的溫飽問題,是20世紀的重大發明之一。但農藥的廣泛應用,帶來了意想不到的嚴重後果,不僅是對環境的嚴重汙染,對生態係統的破壞,也對人類自身帶來了嚴重的後果。農藥廣泛且高劑量的使用,不僅帶來了3R問題(即農藥的高殘留、抗藥性、再猖獗),對生物多樣性也帶來了極大的破壞。農藥對害蟲、病菌沒有很好地控製,相反卻大量地殺死了很多無辜的生物,尤其是有害生物的各種天敵,並促使大量的物種快速滅絕。農藥施用後沉降於土壤中,或直接降落於植物體,又被植物富集吸收,通過各種途徑,經由食物鏈進入人體,對人類自身構成威脅。對病蟲害的無公害防治方法日益受到世人的關注。

        富集植物光合二氧化碳不僅可以提高植物產量,而且可以解決大氣環境問題。現在日益嚴重的大氣溫室效應主要就是由於向大氣排放出大量的二氧化碳溫室氣體,導致全球氣候變暖。二氧化碳增加引起的溫室效應將極大地弱化植物的整體生存環境,例如加劇幹旱等,這些都在相當大的程度上削弱植物的生長和繁殖。溫室效應所帶來的一係列環境問題將直接影響國家的發展和人民的生活。

        提高植物的二氧化碳固定量,可以使農民在同樣的土地麵積上,采用同樣的農業措施,獲得更多的收成,不僅可以解決吃飯問題,而且可以減少全球二氧化碳溫室氣體的量,改善人類的生存環境。

      生態光碳是一種利用物理的方法來提高植物光合產量、增強植物抗旱能力同時又能夠防治病蟲害的沒有殘留,改善環境,對人體健康沒有危害的製劑。

        將生態光碳噴灑或噴霧到植物上,粘附在植物表麵,利用其對二氧化碳的高效選擇性吸附作用,產生一個充滿高濃度二氧化碳的氣體層,尤其提高了植物氣孔附近的二氧化碳濃度,提高了氣孔內外的二氧化碳濃度梯度差,促進了二氧化碳分子進入氣孔的速度,從而提高了光合作用的速率,同時,氣孔內二氧化碳濃度的提高降低了光呼吸的速率,因此提高了光合產物的積累;氣孔內二氧化碳濃度的提高,會部分關閉氣孔或減少氣孔的開張度,從而降低了植物的蒸騰強度,提高了植物的抗旱能力和水分利用率。另一方麵,生態光碳也會粘附在有害生物的體表,尤其是昆蟲等有害動物的氣門附近以及病原體的表麵,妨礙其進行有氧呼吸,影響其正常的生長發育,從而達到防治或減輕病蟲危害的目的,並因此提高植物的產量。生態光碳選擇性地從周圍大氣中吸附二氧化碳,在植物氣孔周圍形成高濃度的二氧化碳氣體分子,提高了氣孔內外的二氧化碳濃度梯度差。因生態光碳對二氧化碳的吸附為物理吸附,無論是定點吸附,還是非定點吸附,二氧化碳分子都會在生態光碳表麵形成一層或多層分子,可以在生態光碳表麵自由移動。由於生態光碳與氣孔或氣孔附近的表皮組織直接接觸,沒有邊界層障礙,生態光碳表麵的高濃度的二氧化碳分子可以直接“流”到氣孔內或者因為氣孔內外的二氧化碳濃度梯度差極高而擴大了擴散速度。氣孔將生態光碳內的部分二氧化碳分子吸收以後,由於濃度的降低,遠離氣孔部位的二氧化碳分子會迅速補充,生態光碳對二氧化碳分子的吸附平衡被打破並迅速從周圍大氣中再次吸附二氧化碳以達成平衡。如果光合作用不斷進行,氣孔不停地從生態光碳抽取二氧化碳分子,則生態光碳會不停地從周圍大氣吸附二氧化碳進行補充,從而起到了一個“二氧化碳泵”的作用,類似於C4植物的二氧化碳泵。夜間光合作用停止,氣孔對二氧化碳的吸收也暫停,生態光碳對二氧化碳的吸附達到動態平衡,直到光合作用重新開始,生態光碳對二氧化碳的吸附平衡再次被打破,重新開始啟動二氧化碳泵。由於生態光碳具有一定的強度,在自然環境中一般不會破壞,因此,在植物葉片的壽命內,隻要生態光碳不從植物表麵脫落,就會一直發揮二氧化碳泵的作用,因此具有一次施用,長期有效的效果,且這種作用是一種物理作用,對植物本身和周圍的環境以及人類和其它高等動物是無害的。由於生態光碳具有龐大的表麵積,和周圍大氣的氣體交換速度極快,從而極大地提高了氣孔對二氧化碳的吸收,提高了植物的光合作用速率。二氧化碳氣體分子在植物體表麵的積累,由於溫室效應的結果還能夠提高葉麵溫度,從而提高光合速率。

        生態光碳對氧氣不吸附或吸附量很小,因此並不影響光合作用產生的氧氣通過氣孔向外擴散,氣孔內不會產生氯氣的積累,從而不會增強對光呼吸強度的影響。相反,氣孔內二氧化碳濃度的提高可以抑製光呼吸的強度,從而提高光合作用產物的積累。這種光呼吸的抑製作用並不幹擾植物的正常代謝,因此不會對植物產生不利影響,且這種抑製作用具有長久性。不像化學抑製劑,會被植物代謝掉或因水解而失效,必須經常施用才能發揮長久的抑製作用,且這種外加的光呼吸抑製劑會影響植物的正常的代謝途徑,對植物產生不利影響,對其它動物和環境也會產生不利影響,更不用說被人食用後對人體產生不利影響了。

        植物主要是通過氣孔向周圍大氣散發水分的。氣孔內二氧化碳濃度的提高,   可以減小氣孔的開張度或使氣孔部分關閉,氣孔內水分的散失減弱,從而減少了蒸騰作用,減少了對土壤水分的消耗,提高了水分的利用率。對於幹旱缺水的地區或幹旱季節的栽培植物來說,具有特別重要的意義。大氣中二氧化碳等溫室氣體的增加,不僅造成了全球性的氣候變暖,而且造成了全球性的淡水資源危機。大麵積的幹旱和荒漠化的日益嚴重,農業缺水成為限製農業生產的瓶頸之一。開發節水農業成為全球農業專家的項目之一。生態光碳不僅提高了植物的光合作用的產量,減少了大氣中的二氧化碳溫室氣體的量,而且減少了植韌對水分的消耗,提高了水分利用率,具有多方麵的效益。

        危害植物的有害動物,特別是昆蟲,多數是生活或棲居在植物體上的。向植物體噴灑生態光碳,也會降落在這些有害動物的身體上,尤其粘附在昆蟲的氣門附近,從而在這些部位也形成二氧化碳泵,對其呼吸產生阻礙作用。由於生態光碳隻對二氧化碳產生選擇性吸附作用,對氧氣無或很少吸附,使得氣門附近的氧氣的分壓很小,而通過氣門呼出的二氧化碳氣體卻無法排除體外,高二氧化碳分壓、低氧氣分壓使得有害動物因窒息而死亡,從而達到防治的目的,減少對光合產物的消耗。因這種防治純粹是物理防治,對環境沒有任何殘留,也不會通過食物鏈對其它動物產生有害影響,是一種高效安全的防治方法。

        植物真菌、細菌等病害的侵染途徑多是通過植物表皮,尤其是葉部病害,多通過葉片的表皮組織或氣孔侵入。植物噴灑生態光碳以後,在植物體表麵尤其在葉片的表麵形成一個高濃度的二氧化碳氣體層。因病原菌的萌發與侵入需要消耗很多的能量,必須在高氧條件下才能完成對植物的侵染。生態光碳所形成的高濃度的二氧化碳氣體層不僅對病原菌的萌發和侵染不利,而且對於已經萌發或侵染的病原組織,也有抑製作用。這些病原組織通過其表畫進行呼吸,高濃度的二氧化碳氣體層的產生,使其正常的有氧呼吸不能順利進行,導致生長不良,侵染力減弱,植物的抗病能力卻因為光合作用的加強而增強,從而可以減輕病原菌對植物的危害。因生態光碳對二氧化碳的選擇性吸附作用是持久性的,因此這種抑製作用也具有持久作用,且病原菌並不會產生抗性。

         生態光碳的施用方法可以采用農業生產中廣泛采用的各種方法,如可以在地麵采用人工或者機械進行噴霧、噴粉,也可以采用飛機噴灑。因生態光碳的作用部位主要是植物的氣孔、昆蟲等動物的氣門以及真菌、細菌等病原微生物的細胞壁等進行氣體交換的部位,所以施用時要盡可能地均勻周到,以期在其表麵形成均勻的生態光碳層,發最大的效果。

        施用粉狀劑型時,由於顆粒易於在空氣中漂浮,因此要在無風或早晨空氣或植物表麵潮濕時施用,或者先在植物表麵進行噴霧處理,然後再進行噴粉。也可以采用特殊機械,將噴霧與噴粉同時進行。

    生態光碳除可以以粉狀固體劑型進行施用外,還可以用水及其它低沸點的液體或者是水與低沸點液體的混合物作為載體進行釋放。用這些低沸點的液體或者其與水的混合物作為載體將生態光碳施用到植物上以後,可以迅速揮發,而將生態光碳顆粒沉澱並粘著在植物體以及生活於植物體表麵上的其它生物體的表麵,尤其是植物的氣孔、動物的氣門以及病原菌的細胞壁等表麵,並從周圍大氣中迅速吸附二氧化碳分子,形成高濃度的二氧化碳氣體層,從而快速發揮作用。   

    環境條件對施用生態光碳有重要的影響,尤其是風和降雨等會減少生態光碳在植物葉麵的粘附量,會降低效果,因此在植物的生長季節中可以一次或多次施用,以保持效果。

        生態光碳適用於一年生和多年生的農作物、水果、蔬菜、花卉、森林植物、藥材、牧草等所有可進行光合作用的生物體,無論其二氧化碳的固定途徑是C3途徑、C4途徑或者是景天酸代謝途徑等都有效果:所述的病蟲害包括節肢動物門、線性動物門等有害動物以及真菌、細茵等需要氧氣進行代謝活動的生物。
     


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