CО2 в тепличном садоводстве

C02 в тепличном садоводстве

3-е издание

Прикладное Исследование Растения

Прежде известно как Станция Исследования для Цветоводства и тепличных овощей

Aalsmeer/Naaldwijk 1999

 

Предисловие

Важность углекислого газа (CO2) в росте растения общая понятна. Отсутствие углекислого газа в атмосфере вело бы к нулевому росту растения и, следовательно, к отсутствию животной или человеческой жизни на земле. Однако углекислый газ в действительности также имеет и отрицательную сторону. Согласно экспертам, большое увеличение в углекислом газе в атмосфере в течение прошлых 150 лет, от 280 частей на миллион (ppm) до 360 ppm, будет вести к глобальным изменениям климата и значительному повышению морских уровней. Это могло быть связано с различными экологическими бедствиями. Чтобы предотвращать это, политические деятели достигли глобальных соглашений, таких как Киото (1997), для того, чтобы уменьшать эмиссию углекислого газа. Текущая норма увеличения 1.5 ppm в год должна быть уменьшена! Тепличное садоводство разделяет эту ответственность. Сокращению эмиссии углекислого газа через более эффективное использование природного газа, первичный CO2 источник в садоводстве оранжереи, дали максимальный приоритет. Эта брошюра может внести вклад в выше сказанное. Это имеет дело с ботаническими, техническими и организаторскими аспектами CO2, с целью получения понимания того, как использовать CO2 более эффективно и как улучшить производство высококачественного изделия. Если в дальнейшем у вас возникнут вопросы об использовании CO2 после чтения этой брошюры, пожалуйста, зайдите на Интернет сайт PPO: www.ppo.wur.nl.

Доктор Г.А. Ван ден Берг

Глава Отдела Климата теплицы и Технологии, PBG

 

Авторы

Много людей были вовлечены в компонирование этой брошюры. Имена авторов и тех, кто помогал, обеспечивая важную информацию, упомянуты ниже. Соответствующая глава/главы, которым они содействовали, показаны в скобках.

Г.А. Ван ден Берг M.Н. Эсмаер Р. де Грааф E. Недерхоф A.A. Rijsdijk L.H.M. Stapel-Cuypers P.C.M. Vermeulen L. Batta J. van Eijk C. Ван Гаален P.A.M. Latour J. Lelie F. Noordermeer R.A.M. Ogink/L. Blokpoel R. van der Schans H.C.M. Stijger J. Verveer J. Wijlens

PBG (3) PBG (1,2,3,4) PBG (2) прежде PTG теперь работающий в Новой Зеландии (2) PBG (4) PBG (2) PBG (5) Hoogendoorn Automatisering,> s Gravenzande (4) Vito Technieken BV, Pijnacker (3) EPZ (Electriciteits Productiebedrijf Zuid-Nederland, Geertruidenberg (3) EZH (Energiebedrijf Zuid-Голландия), Voorburg (3) DLV-Glastuinbouw Naaldwijk (3) Priva Climo Agri B.V., De Lier (3) GASTEC NV, Apeldoorn (3) Projectbureau Warmte/Kracht (PWK), Driebergen-Rijsenburg, (3) HS Communicatie, Poeldijk (3) Nutsbedrijf Westland NV, Poeldijk (3) AGA Gas BV, Amsterdam (3)

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

	страница
Предисловие
Авторы
1. CO2 В ТЕПЛИЧНОМ САДОВОДСТВЕ
1.1 Введение
1.2 Что Вы можете ожидать от этой брошюры?
1.3 Что такое CO2
1.4 Экологические аспекты CO2
2. БОТАНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ CO2
2.1 Физиология растения
2.2 Использование CO2 в течение дня
2.3 Влияние CO2 на испарение
2.4 Определение эффекта CO2, дозируемого на производстве
2.5 Влияние CO2 на ассимилирующее распределение
2.6 Эффект CO2, дозируемого на садовые культуры
2.7 Повреждающие эффекты дозирования CO2
3. ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДОЗИРОВАНИЯ CO2
3.1 Котлы отопления, такие как источник CO2
3.2 Нагреватели горячего воздуха, как источник CO2
3.3 Дозирование с чистым CO2
3.4 Система нагрева/мощности, как источник CO2
3.5 CO2 с централизованной поставкой тепла
3.6 Аспекты загрязнения воздуха
4. ИЗМЕРЕНИЕ CO2 И КОНТРОЛЬ
4.1 Измерение CO2 и счетчик обслуживания
4.2 Горизонтальное и вертикальное CO2 распределение
4.3 Дозирование CO2 с открытыми вентилями
4.4 Контроль CO2 концентрации
4.5 Дозирование CO2 в отсутствии прямого требования тепла
4.6 Оптимизация CO2
5. АСПЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ
5.1 Буфер Тепла намного лучше, чем дополнительное дозирование
5.2 Насколько большим должен быть буфер тепла?
5.3 Действительно ли выгодно дополнительное дозирование?
5.4 Управление CO2 и тепла
5.5 Сколько должна стоить очистка дымоходного газа с PH?
5.6 Сколько должно стоить хранение CO2 от дымоходных газов?
5.7 Управление местным теплом и CO2
Глоссарий
Литература

 

Ministerie van Landbouw, Natuurbeheer en Visserij Postbus 20401 2500 EK Den Haag The Netherlands

 

CО2 В ТЕПЛИЧНОМ САДОВОДСТВЕ

Введение

Дозирование углекислого газа стало неотъемлемой частью тепличного садоводства. Дополнительный углекислый газ или CO2 продвигают рост урожая, увеличивают производство и/или улучшают качество. В 1995, приблизительно 80 % фирм по тепличному садоводству использовали дозирование CO2.

50 % компаний дозируют, даже если нет требования тепла.

Даже хотя дозирование CO2 использовалось в течение некоторого времени, есть все еще некоторые оставшиеся без ответа вопросы вокруг этой технологии. Некоторые вопросы новы, ответы на другие стали смутными через какое-то время. Есть много чего, что должно быть сказанным о CO2 и дозировании CO2. Со времен нашей предыдущей брошюры в 1988, произошло много новых разработок в области CO2.

Эта брошюра объясняет все последние достижения в знании о CO2 и дозировании CO2.

Авторы из широкого диапазона дисциплин были вовлечены в создание брошюры. Информация, которую она содержит, поможет Вам принимать решения по CO2 и дозированию CO2.

1.2 ЧТО ВЫ МОЖЕТЕ ОЖИДАТЬ ОТ ЭТОЙ БРОШЮРЫ?

Брошюра состоит из пяти глав, которые детализируют ботанический, технический и экономический аспекты и аспект контроля дозирования CO2 в тепличном садоводстве, а так же обеспечивают общую информацию. Экологические и правительственные требования также играют чрезвычайно важную роль. Раздел 1.4 кратко описывает экологические аспекты дозирования CO2. Глава 2 описывает ботанические аспекты CO2. Последний раздел этой главы охватывает возможные неблагоприятные эффекты дозирования CO2, такие как повреждения, вызванные передозировкой и/или загрязнением. Глава 3 описывает технические аспекты дозирования CO2 и различные источники CO2. Глава 4 обсуждает аспекты управления дозированием CO2. Требование CO2 и требование тепла не всегда совпадают. Экономические факторы определят, как достичь равновесия в этой ситуации. Различные варианты и стратегии рассчитаны на основе двух примеров зерновых культур в главе 5.

Большинство разделов в брошюре могут читаться независимо. В результате, повторение некоторой информации неизбежно. Однако это предотвращает читателя от постоянного просматривания документа в поисках информации.

Внешнее значение

Брошюра относится к внешнем значении CO2. Эта концентрация повышается ежегодно на 1 - 1.5 %. Ежегодным национальным средним числом за внешнюю концентрацию в 1996 были 0.036 % или 360 ppm согласно данным от KNMI (Королевский голландский Метеорологический Институт). Внешнее значение CO2 сильно колеблется и в течение дня и в продолжение сезонов. Зимой внешняя концентрация выше, чем 360 ppm, но в течение лета она ниже. Цифра 1 показывает среднее число еженедельного значения в промежутке 1992-1996, измеренное в PBG в Naaldwijk. На внешнюю концентрацию также влияет направление ветра, скорость ветра и выхлопные пары, так что могут быть огромные различия между местными значениями и национальным средним числом. Большинство вычислений, данных как пример, в этой брошюре базируется на внешнем значении в 350 ppm. В терминах заключений, которые могут быть получены, это более или менее несоответствующее, используются ли 340, 350 или 360 ppm как директива. 350 ppm - близко к летнему внешнему значению.

 

Цифра 1 Диаграмма, показывающая среднее внешнее значение концентрации CO2 в неделю в промежутке между 1992 и 1996, измеренная в PBG в Naaldwijk.

 

 

1.3 ЧТО ТАКОЕ CO2?

CO2 или углекислый газ – это бесцветный, неогнеопасный, неядовитый газ с пощипывающим вкусом и запахом, он используется в газированных безалкогольных напитках и в других применениях. Он встречается естественно в воздухе в концентрациях 350-360 ppm (частиц на миллион или ppm). Эта концентрация увеличивается на 1-1.5 % каждый год, в особенности в результате высокой CO2 эмиссии от мира, который становится все больше и больше индустриализированным! Говоря химическими терминами, CO2 – состав, состоящий из 1 углеродного атома и 2 атомов кислорода. В газовой форме CО2 легко растворим в воде (сверкающая вода). Жидкий CO2 сохраняется в стальных резервуарах. Когда жидкость испаряется, при контакте с воздухом, внезапное увеличение в объеме вызывает эффект охлаждения, который производит белые хлопья. Это называют снегом углекислого газа или сухим льдом. Определенная тяжесть CO2 в 0 °C и 1013 kPa (1 атмосфера) – 1,97 кг/м3. Его точка кипения (в 1013 kPa) - 78.5 °C.

CO2 - приблизительно 1.5 раза веса воздуха. Это – не проблема, поскольку газ стремится достичь сбалансированного распределения на месте. CO2 не падает на землю. Один m3 внешнего воздуха содержит приблизительно 0.7 г CO2.

 

Расчет CO2

 

В 20 °C и 1013 kPa применяется следующее:

СО2 в воздухе

1 ppm = 1 vpm = 1.53 мг CO2/kg воздуха = 1.83 мг CO2/m3 воздуха

= 41.6 uniol/m3 = 0.101 Pa

1 vpm (часть объема на миллион) = 0.0001 % объема = 1ml/m3 = 1uJ/l 1 ppm (часть на миллион) = 1mmol/kmol 1 мг/кг (миллиграмм на килограмм) = 0.0001 % веса

Поглощение СО2 растением

Полностью выращенные активные культуры поглощают до 5-8 г CO2 на m2 в час.

1 г / (m2.h) «6.3 u,mol/(m2.s)

 

 

Дозирование СО2

1 литр CO2 весит 1.78 г в 20 °C

1 кг CO2 эквивалентен 555 литрам в 20 °C

1 м3 природного газа производит 1.78 кг C02, округленного к 1.8 кг (основанный на голландском Slochteren природном газе)

1 кг CО2 происходит из 0.56 м3 газа

Теплица со средней высотой 5 м имеет объем 50 000 м3

и, при такой же концентрации CO2, как у обычного внешнего воздуха, содержит приблизительно 35 кг

CO2. Это то же самое, поскольку количество CO2 в 20 м3 воспламеняло природный газ.

Стандарты дозирования для весны/лета

Тепличные овощи: 40 – 80 м3 на га в час; с буфером 80 - 120 м3

Срезанные цветы:

40 – 60 м3 на га в час; с буфером 40 - 90 м3

Горшечные растения:

так же, как срезанные цветы

Потребление газа 60 м3/(га/час) равняется 100 кг CO2/(га/час)

Низкое положение горелки; 25 м3 газа/(га/час) = 45 кг/(га/час) = 4.5 г/(м2/час) обычно достаточно для поддержки 350 ppm.

Приблизительно 32.3 кг/м2 дозируется ежегодно.

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ CO2

В 1993, было установлено долгосрочное энергетическое соглашение (MJA-E) между правительством и промышленностью садоводства. Цель энергетического соглашения состояла в том, чтобы улучшить эффективность энергии на 50 % к 2000 году с 1980 как основным уровнем. Эффективность энергии была определена как первичное потребление топлива на единицу изделия. Цель энергетического соглашения базировалась на национальной цели CO2 в национальном Экологическом Плане Политики голландского правительства Плюс (NMP +). Правительство хотело, чтобы абсолютная CO2 эмиссия в 2000 была на 3 % ниже, чем в 1990. Цель на 2010 – 10%-ое сокращение по сравнению с уровнями 1990. Если попытки, сделанные сектором, не достаточны, чтобы оправдать надежды, есть реальный шанс того, что правительство наложит обязательные требования. Для того чтобы оправдать цели и избежать наложения принудительных требований, необходимо, чтобы CO2 и энергия использовались бережно. К концу 1997, результатом энергетического соглашения были 42 %. Это означало, что были другие 8 %, которых нужно было достичь к 2000. В результате, эффективность CO2 (то есть эмиссия CO2 на единицу изделия) также улучшается и поэтому способствует национальной цели CO2. Таблица 1 показывает различные источники эмиссии углекислого газа с их ежегодной выработкой CO2. Тем временем, долгосрочные соглашения были установлены с множеством этих производителей для того, чтобы ограничить эмиссию CO2.

Садоводческая промышленность была ответственна за испускание 8.0 миллионов тонн CO2 в 1996. Это на 12 % больше, чем в 89/90! (источник: LEI-DLO).

 

 

Таблица 1 Ежегодная эмиссия CO2 из различных источников в миллионах кг (1000 тонн) источник: CBS 1995

 

 

Источник CО2 эмиссия CO2 (106 кг) Транспортные источники 32,838 из которых: - дорожное движение „-,,_c Zl,oOO - сельскохозяйственное оборудование Печи (общее) 123 274 из которых: - сельское хозяйство (включая садоводство) n лпс y,uyt> - промышленность 42,354 – энергетические компании ^2 43-1 - внутренний 21230 Общая ежегодная эмиссия „ _-. „ „ 1ob,1 iZ из которых: - сельское хозяйство, в общем – процент (%) 6 5

 

 

Зачем ограничивать эмиссию CO2?

Оценено, что CO2 ответственен за 55 % парникового эффекта. Это происходит, когда вещества в атмосфере сохраняют тепло, излучаемое землей, результатом чего является увеличение температуры и возможные изменения в климате. Подсчеты показали, что увеличение CO2 во внешнем воздухе приблизительно к 600 ppm имеет результатом повышением температуры от 1.5 к 4.5 °C. В 1987, среднее ежегодное увеличение концентрации CO2 в воздухе было 1.5 ppm, которое основывалось на глобальном потреблении энергии в то время.

CО2 также действует как слабая кислота. Она растворяет известь, что приводит к эрозии памятников и зданий. Другие элементы в эмиссии дымоходного газа такие, как CO, NO и NO2, также имеют отрицательное воздействие на окружающую среду. Окиси азота повреждают растения и содействуют кислотному дождю. Этиленовые и взаимодействующие вещества способствуют формированию смога. Смог может причинить проблемы с дыханием у людей.

CO2 всегда выпускается в сгорании углеродистых составов, таких, как газ, для того, чтобы генерировать электричество и/или тепло. Лучший способ ограничивать эмиссию CO2 состоит в том, чтобы использовать энергию настолько эффективно насколько это возможно и ограничивать использование энергии в максимально возможной степени.

Важная разработка в этой области – использование Связей-энергии-тепла (H/PL или H/P) с очисткой дымоходного газа. Они позволяют электричеству, теплу и CO2 быть полученными из природного газа и затем использоваться, приводя к уменьшению загрязнения воздуха. Необходимо, чтобы H/PL и сочетание буфера тепла, и успешные соглашения с поставщиками электричества было способным использовать эти продукты (тепло, электричество и CO2) для максимального эффекта. Использование чистых методов сгорания, таких, как горелки Низкого-NOx, является также существенным.

 

Дозирование CO2

Использование дозирования CO2 может быть разделено на две общих ситуации. В первой ситуации, используется CO2, выпущенный от топлива, сжигаемого, чтобы нагревать теплицу. Во второй ситуации, нет потребности в тепле, но все еще есть потребность в CO2.

Это часто имеет место в первой ситуации, что выпускается слишком много CO2: например, интенсивность света

может быть низкой, или урожай не может использовать весь доступный CO2. Идеальное решение было бы хранить этот излишек CO2 для более солнечных периодов. К сожалению, этот тип Хранения - Все еще слишком дорогой, в этой ситуации, единственный способ ограничить эмиссию CO2 – это экономить энергию. Есть множество способов эффективного использования энергии, включая:

- использование остаточного тепла от третьих лиц;

- использование или улучшенное использование экранов энергии;

- достижение хорошего распределения климата в теплице;

- использование самого подходящего операционного оборудования. Во второй ситуации, где требования энергии не достаточно для того, чтобы обеспечить требование CO2, казалось бы, единственным способом ограничивать эмиссию CO2 было бы уменьшение или прекращение дозирования. Однако, это не всегда желательно. Эта ситуация происходит при условиях, где есть очень высокая интенсивность света. Дозируя при этих условиях, производство на единицу используемой энергии увеличивается и, в результате, повышается эффективность энергии. CO2 производится дополнительным сжиганием топлива или снабжением чистого CO2, а не очищением дымоходных газов откуда-нибудь еще. В течение сжигания топлива, тепло выпускается, что может не всегда использоваться. В этом случае, улучшение эффективности энергии расходится с экономией энергии и ограничением эмиссии CO2. К счастью, есть различные варианты для того, чтобы решить эту дилемму.

 

 

Бак тепло хранения или буфер тепла

Защита окружающей среды

Использование тепло хранения представляет самое простое решение. Газ сжигается в течение дня. Дымоходные газы используются для дозирования CO2, и тепло сохраняется в буферном баке. Это тепло используется ночью для отопления теплицы. Использование буфера имеет много преимуществ и с экономической и с экологической точки зрения, если для дозирования CO2 используется минимальная температура воды. В последнем случае, тепло, которое является бесполезным, в той специфической точке вовремя выпускается. Однако, несколько садоводческих предприятий имеют буфера тепла с достаточной вместимостью. Исследование, выполненное Институтом Сельскохозяйственной Экономики (ИСЭ) показало, что в 1995 только 14 % предприятий по садоводческим теплицам имели буфер, главным образом используемый производителями овощей. Четверть производителей овощей имела буфер, но три четверти буферов были слишком маленькие для самого эффективного использования. Это означает, что есть дальнейшие возможности для сектора, чтобы делать сбережения, если больше компаний купят буфер или установят буфер с адекватной вместимостью. Пока, только тепло хранение в период 24 часов экономически выгодно. Это не вопрос во время хранения летнего тепла для использования в течение зимы, но мы работаем над этим.

Вторая опция – использование очищенных дымоходных газов от системы H/P. H/P система производит меньше тепла на единицу CO2 по сравнению со стандартным котлом. Это означает, что излишек тепла происходит менее часто. Этот метод работает только, если электричество, которое вырабатывается в то же самое время, также используется, или в самом рассаднике, или обеспечивая третьи лица. Очистка дымоходных газов H/P также вносит вклад в сокращение эмиссии NO_X. В будущем, инструкции, касающиеся поставок электричества, будут расширены, так, чтобы внутреннее управление станции H/P в соединении с коллегами или даже в садоводческой области стало более привлекательным предложением.

В ситуациях, где нет буфера и/или нет очистки дымоходного газа на H/P, вентиляция может быть ограничена, если есть много света. Это уменьшает потерю вентиляции и увеличивает концентрацию CO2 в воздухе теплицы. В результате немного поднимается температура, но это может часто быть компенсированным путем поддерживания немного более низкой температуры ночью. Тогда незначительно меньше топлива должно быть сожжено ночью, чтобы достигнуть требуемой температуры за период 24 часов. Это называется как температурная интеграция. И снова это вносит вклад в снижения в потреблении энергии и эмиссии. Исследование показало, что для большинства культур средняя 24-часовая температура более важна для роста и развития растения, чем точный день и ночные температуры.

Четвертая опция – использование чистого CO2. Одно из главных преимуществ этого метода – то, что риск повреждения урожая (например, от NO_X и этилена) минимизирован. Чистый CO2 – все еще дорогой, но предпринимаются основные шаги для того, чтобы получать и/или распределять более дешевый CO2. Большие отрасли промышленности в 'Rijnmondgebied' (область дельты Рейна) интересуются поставкой их излишка CO2 в Уэстленд. Они вкладывают капитал в исследование новых методов получения чистого CO2 от промышленных дымоходных газов (например, мембранная технология) и в новые распределительные методы, такие как трубопровод ниже 'Nieuwe Waterweg¹.

 

Новые садоводческие области имеют существенные возможности экономии энергии и уменьшения эмиссии CO2, путем использования остаточного тепла и очищенных дымоходных газов от электростанций или других промышленных производителей. Фактически, должны быть наложены ограничения, чтобы предотвратить проекты по остаточному теплу от запуска, если не было найдено решение об обеспечении CO2. Объединенный проект остаточного тепла (тепло и CO2) превращает рыночного садовода в потребителя, который тратит энергию впустую, вместо производителя, тратящего энергию впустую. Использование первичной энергии в садоводстве уменьшается, поэтому;

улучшается эффективность энергии и сокращается эмиссия CO2. Это – очень привлекательная опция с экологической, финансовой и социальной точек зрения.

В 1996 доля тепла от третьих лиц была 8 %, так что была хорошая экономия 5 % на первичном использовании сектором (Источник: LEI-DLO).

Пункт часто сделан так, что садоводческая промышленность, по сравнению с другими 'энергетическими горелками', имеет возможность использовать немного из выпущенного CO2. В самых благоприятных обстоятельствах, это только приблизительно 10 % CO2, произведенного садоводством через год, остальное вытекает через оконные вентили или дымоходы. CO2 сохраняется растениями и не выпускается в атмосферу непосредственно. Однако, это не может рассматриваться как сокращение эмиссии. Когда разрушается урожай (например, на куче компоста, в сгорании отбросов или в животе), CO2 все еще выпускаются. В терминах парникового эффекта не имеет значения, выпущен ли CO2 непосредственно в течение сгорания или позже, когда материал растения распадается. Питание растений с CO2 не ограничивает эмиссию, а просто откладывает её.

 

 

БОТАНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ CO2

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЯ

Фотосинтез и ассимиляция

Углекислый газ (CO2) и вода (H2O) – основание всех органических составов. Растения поглощают CO2 через устьица в листьях. Тогда вода и углекислый газ превращаются в сахар (C6H12O6) в зеленых листьях. Этот процесс производит кислород (O2). Этот конверсионный процесс происходит с помощью от энергии, обеспеченной (солнечным) светом. Полный процесс преобразования световой энергии в химическую энергию (сахар) называется фотосинтезом. Формула ниже показывает этот процесс очень упрощенным способом (слева направо):

Производство энергетически богатого сахара часто называется ассимиляцией. Сахар используется, чтобы произвести новый материал растений и как источник энергии. Химическая энергия сохраняется в сахаре. Эта энергия выпускается, когда сахар сломан. Это часто неправильно называют 'сгоранием'. Эта энергия необходима для производства других веществ, таких как белки и жиры. Люди и животные не могут производить химическую энергию самостоятельно, так как это делают растения. Они нуждаются в растениях для обеспечения энергетически богатого питания.

Следующие условия являются существенными для фотосинтеза:

1 Должны быть доступны вода и углекислый газ.

2 Растение должно иметь зеленые части.

3 Зеленые части растения должны поглощать свет.

Вода и CO2 – формирующие блоки для фотосинтеза и свет обеспечивает необходимой энергией. Фотосинтез улучшается при увеличении интенсивности света и, с доступным светом, также улучшается как концентрация CO2 вокруг увеличения листьев, как показано в фигурах 2 и 3. В этом случае, производится больше сахара. Больше сахара означает больше роста. Вещество, которое дает листьям их зеленый цвет, называется хлорофилл. Хлорофилл происходит в хлоропластах. Это части клетки растения, в которой происходит фотосинтез. Присутствие хлоропластов, и следовательно, хлорофилла, заметно из-за зеленого цвета той части растения. Не зеленые части растения не содержат хлорофилл и не вносят вклад в фотосинтез.

На фотосинтез может влиять климат теплицы. Этот раздел включает краткое описание влияния света, CO2 и температуры. Отношения между водой, фотосинтезом и поглощением CO2 описаны в разделе 2.3.

 

 

Респирация

Дыхание включает поглощение кислорода и выпуск углекислого газа. Химически, этот процесс является противоположным фотосинтезу, то есть происходит с права на лево в формуле 1.

 

Цифра 2 Фотосинтез увеличивается по мере того, как увеличивается интенсивность света. С высокой концентрацией CO2 фотосинтез увеличивается больше, чем с низкими уровнями CO2.

Цифра 3 Фотосинтез увеличивается по мере того, как повышается концентрация CO2. При высокой интенсивности света фотосинтез увеличивается больше, чем при низкой интенсивности света.

 

Это называется диссимиляцией. Сахар, который сформировался, окислен ('сожжен') используя кислород для того, чтобы создать воду и углекислый газ. Процесс не требует энергии, как с фотосинтезом, вместо этого он выпускает энергию, которая является легкой энергией, сохраненной в сахаре во время фотосинтеза. Энергия используется в различных процессах энерго-требуемого роста и обслуживания. Часть этой энергии выпускается, как тепло. Углекислый газ, произведенный во время этого процесса, выпускается в воздух теплицы. Респирация продолжает день и ночь. Вот почему увеличивается концентрация CO2 в теплице, когда темно, если нет дозирования. Респирация увеличивается по мере того, как повышается температура. В дополнение к процессам респирации, которые происходят при светлых и темных условиях, другой специфический процесс респирации происходит только при светлых условиях. Это называется фотореспирацией (фотографии = свет и респирация = респирация). Во время этого процесса растение также поглощает кислород и выпускает углекислый газ, но это – не то же самое, что нормальная респирация. Фактически это - 'дефицит' в фотосинтезе. Фермент Rubisco, который обычно задерживает CO2 из воздуха, 'по ошибке' берет из воздухакислород вместо CO2. Как

результат, фотореспирация уменьшает эффективность фотосинтеза. Фотореспирация увеличивается с высокой интенсивностью света, высокими температурами или низкой концентрацией CO2.

Типы фотосинтеза

 

Процесс фотосинтеза общий для всех зеленых растений. Есть три различных типа фотосинтеза. Маршрут от CO2 и H2O к сахару – через диапазон промежуточных продуктов. Для первого промежуточного произведенного продукта было сделано разграничение между фотосинтезом C3 и C4.

Тип 1

Сяфотосинтез, также называется как цикл Бенсона-Кальвина, имеет 3-фосфоглицероловую кислоту как первичный промежуточный продукт. Эта кислота содержит три C-атома. Цикл Бенсона-Кальвина назван в честь исследователей, которые определили этот процесс. Уникальный аспект этого процесса - тот, что, в конечном счете, он снова формирует его собственное стартовое вещество, но в больших количествах. Тогда в благоприятных условиях растение может увеличить его емкость фотосинтеза.

Тип 2

Сл фотосинтез имеет C4-дикарбоновую кислоту (обычно яблочная кислота), как первый продукт с четырьмя C-атомами. Следовательно, имя C3 и C4 фотосинтез. Кроме этого, фотосинтез растений C4 идентичен тому, который у растений C3.

Есть множество существенных различий между растениями C3 и C4, которые имеют отношение в особенности к использованию CO2. Растения C4 очень эффективно используют CO2. Устьица обычно меньше, это позволяет растениям C4 значительно уменьшать испарение. Точка компенсации CO2 обычно также ниже. Точка компенсации объясняется при фотосинтезе и углекислом газе. C4 растения или вообще не имеют фотореспирацию или имеют бедную фотореспирацию. C4 растения часто растут в сушилке, более горячих территориях, где эти характеристики очень полезны.

ТуреЗ

Crassulacean кислотный метаболизм, сокращенный к CAM. Этот тип происходит в зеленых частях мясистых растений, таких как Каланхое, других мясистых растениях и различных орхидеях. Мясистые растения с CAM можно найти в горячих, сухих областях. Их типичная характеристика - то, что устьица закрывается в течение дня и открывается в течение ночи. Растение поглощает CO2, когда темно и привязывает его к malate, также называемой яблочной кислотой. В течение дня CO2 снова выпускается в растение и ассимилируется под влиянием света через цикл Бэнсона-Кальвина.

C4 и CAM фотосинтез используют больше энергии, и растения CAM также нуждаются в большем количестве биохимических 'аппаратных средств'. Именно поэтому большинство растений, включая почти все тепличные культуры, использует фотосинтез C3.

 

 

Закрывающийся СО2 в течение дня производит более полные растения с большим количеством цветов в Каланхое 'Сингапур'

Измерение фотосинтеза

Поглощение CO2 - самый простой элемент для измерения в полном процессе фотосинтеза. Оно показывает чистый фотосинтез, то есть фотосинтез минус респирация. Оно часто измеряется на одном листе. Это – не хороший индикатор для поглощения CO2 и потребления полного урожая. Фактическое потребление CO2 урожая всегда ниже, чем может быть рассчитано на основе количества индивидуальных листьев. Это – вследствие того, что растение имеет большое количество частей, которые дышат, но не могут сгущать CO2. Тени, брошенные листьями выше или на соседних растениях, также имеют эффект уменьшения фотосинтеза, в то время как лист, который находится в тени, продолжает дышать. Вообще, чем больше масса растения, то есть старший • урожай, тем больше воздействие от респирации. Эффективность урожая снижается, по мере того, как он становится старше.

Количество сгущенного CO2 или сухого материала на растении может только увеличиться, если фотосинтез сгущает больше CO2, чем растение вдыхает в период 24 часов. Это также относится к росту растения и, следовательно, к урожаю. С низкой световой интенсивностью, урожай с большим количеством листьев растет меньше, чем молодой урожай с несколькими листьями.

 

Фотосинтез и свет

Фотосинтез не происходит в темноте. Фотосинтез начинается, как только становится светло (цифра 2). Фотосинтез увеличивается по мере того, как повышается интенсивность света. Даже при высшей интенсивности света, норма выравнивается по мере того, как был достигнут уровень насыщенности. Другие факторы (углекислый газ, вода), размер фотохимических аппаратных средств ('завод'), или выпуск и обработка произведенного сахара производят ограничивающий эффект.

При определенной интенсивности света, количество CO2, поглощенное для ассимиляции, равно количеству CO2, выпущенного во время респирации. Это называется точкой компенсации света. Точка компенсации света является отличной для каждого типа растения. Выше этой интенсивности света, поглощается больше CO2 чем, выпускается.

Растения, которые любят тень – это растения, которые естественно развиваются в условиях тени. Они имеют более низкую точку компенсации света чем, растения, любящие свет. Уровень насыщенности обычно ниже для растения, любящих тень, чем растений, любящих свет.

Состав света и спектра также влияют на фотосинтез, но здесь это не будет обсуждаться.

Фотосинтез и углекислый газ

CO2 также имеет точку компенсации. Эта точка компенсации CO2 – это концентрация CO2, при которой поглощенное количество CO2 равняется выпущенному количеству. Фактически количество CO2 на растении не изменяется. Это значит, что не добавляются ассимиляции, и растение не может расти. Если концентрация CO2 вне растения увеличивается (например, из-за дозирования), растение может поглотить больше CO2 и, следовательно, произвести больше сахара (см. цифру 3). Точка компенсации CO2 повышается, если температура воздуха поднимается и падает при более высокой интенсивности света. Плоды на растении также увеличивают точку компенсации CO2. Точка компенсации – это индикатор для эффективности поглощения CO2. Чем ниже точка компенсации, тем больше эффективность. Эффективность указывает процент от поглощенного CO2, который остается в растении.

Фотосинтез увеличивается с повышением концентрация CO2, пока не будет достигнут уровень насыщенности. Это случается раньше при низкой интенсивности света, чем при высокой интенсивности света, как показано в цифре 3.

Фотосинтез и температура

Фотосинтез медленен в низких температурах. Фотосинтез увеличивается по мере того, как повышается температура, пока не будет достигнуто оптимального уровня, выше которого уменьшается чистый фотосинтез. Это – также результат увеличивающейся респирации, что уменьшает эффективность фотосинтеза. Оптимальная температура изменяется в соответствии с интенсивностью света. Она выше при высокой интенсивности света, чем при низкой интенсивности света. Температура имеет исключительно несущественный эффект на фотосинтез, так как в теплице нет никаких чрезвычайных температур.

Резюме

Производство сахара через фотосинтез - уникальный процесс, который происходит только в растениях.

Фотосинтез требует зеленых частей растения, воды, углекислого газа и света. - При условиях в Нидерландах, большее количество света и углекислого газа увеличивает фотосинтез и обычно улучшает производство.

 

Цифра 4 Излучение и поглощение CO2 в светлый день

Цифра 5 Излучение и поглощение CO2 в пасмурный день