Dwutlenek węgla w uprawach pod osłonami

Reakcja roślin

Podniesienie poziomu CO₂ do 700–1000 ppm w okresie wzrostu roślin powoduje zwiększenie produktywności większości gatunków o 20–30%. Reakcje poszczególnych roślin są jednak różne.

Dokarmianie rozsady
Podniesienie poziomu CO₂ w czasie produkcji rozsady powoduje zwiększone pobieranie tego gazu przez rośliny, a co za tym idzie, rośnie wydajność fotosyntezy. Rośliny mają w tych warunkach do dyspozycji więcej cukrów, rosną intensywniej i szybciej, liście są większe i grubsze. Większe rośliny mogą zaabsorbować więcej światła, co powoduje dalszy wzrost intensywności fotosyntezy. W wyniku tego efekt dokarmiania rozsady dwutlenkiem węgla jest bardzo duży, szczególnie gdy połączone jest ono z dostarczaniem odpowiedniej ilości światła. Rośliny dobrze odżywione dwutlenkiem węgla po posadzeniu na miejsce stałe szybciej rozpoczynają intensywny wzrost i są bardziej odporne na choroby oraz szkodniki. Producenci rozsad utrzymują przez cały okres produkcji stężenie CO₂ na poziomie 600–900 ppm.

Sałata
Dokarmianie tego warzywa dwutlenkiem węgla, według doświadczeń angielskich, powoduje (przy 1000 ppm) przyrost plonu o 25–40% i skraca o 10–12 dni okres osiągnięcia przez główki średniej masy 140 g. Ta bardzo duża efektywność dokarmiania sałaty CO₂ wynika z faktu, że gaz ten wpływa intensywnie na wzrost liści, a one są częścią użytkową warzywa.

Ogórek
Optymalna dla tego gatunku koncentracja dwutlenku węgla w powietrzu zależna jest od terminu sadzenia. Mała ilość światła przy zimowych nasadzeniach to powód słabej intensywności transpiracji, co skutkuje mniejszą wytrzymałością komórek blaszek liściowych. W tym okresie przy zbyt wysokiej ilości podawanego CO₂ blaszki liściowe ulegają uszkodzeniom (więdną i wysychają). W takich sytuacjach dodatkowym, negatywnym skutkiem jest słaby rozwój systemu korzeniowego. Z tego względu, dla nasadzeń zimowych zalecane są niższe poziomy CO₂ w powietrzu i zwiększona ostrożność przy jego podawaniu. W cyklu uprawowym ogórków (a także pomidorów — czyt. poniżej) można wyróżnić trzy etapy:

Od siewu do sadzenia
Zaleca się wówczas utrzymywanie stężenia CO₂ na poziomie 400–500 ppm. Najważniejsze, aby na tym etapie wzrostu nie dopuścić do jakichkolwiek uszkodzeń roślin i aby nastąpiło prawidłowe wykształcenie zdrowego systemu korzeniowego.

Od sadzenia do wytworzenia pierwszego wyrośniętego owocu na pędzie głównym
Na tym etapie zalecana koncentracja CO₂ w powietrzu wynosi 500–600 ppm.

Plonowanie
Na tym etapie uprawy rośliny są już w pełni wykształcone i wymagają regularnego nawożenia mineralnego. W czasie owocowania możemy rozpocząć intensywniejsze dokarmianie dwutlenkiem węgla i utrzymywać jego stężenie na poziomie 700–1000 ppm. Ważne, aby przed rozpoczęciem podawania CO₂ rośliny aktywnie transpirowały — tylko wtedy możemy mieć pewność, że pobierana woda i składniki mineralne zostaną wbudowane w jej masę. Należy pamiętać, że intensywność transpiracji rośnie wraz ze zwiększaniem się ilości światła docierającego do roślin. Rozpoczęcie dokarmiania dwutlenkiem węgla jest uzasadnione dopiero przy natężeniu światła 50–80 W/m².

W nasadzeniach letnich bądź wiosennych panują dużo lepsze warunki świetlne. W tych terminach uprawy ogórki charakteryzują się mocniejszą strukturą blaszek liściowych i od początku intensywniej niż u roślin z nasadzeń zimowych zachodzi u nich transpiracja i fotosynteza (tabela). W tych przypadkach na początku wzrostu również nie należy jednak podawać zbyt wysokich dawek CO₂, a koncentrację dwutlenku węgla zwiększa się wraz ze wzrostem roślin. Wiosną i latem ryzyko uszkodzenia liści przez dwutlenek węgla jest mniejsze. Tylko w pochmurnych dniach nie należy dopuszczać do zbyt wysokiego poziomu tego gazu.
W przypadku wystąpienia jakichkolwiek uszkodzeń spowodowanych dwutlenkiem węgla ważne jest, aby natychmiast obniżyć jego poziom z mniej więcej 800 ppm do 400–500 ppm.

Pobieranie CO₂ przez rośliny ogórka, w zależności od ilości docierającego do nich światła

Pomidor
Ten gatunek nie jest aż tak wrażliwy na wysoką koncentrację CO₂, jak ogórek. Cykl uprawowy pomidora można podzielić na takie same etapy, jak uprawę ogórka:

Na pierwszym etapie wzrostu zalecany poziom CO₂ to 600–700 ppm.

Na drugim etapie ilość podawanego dwutlenku węgla można zwiększyć do 900 ppm.

W okresie plonowania koncentrację można podnieść do 1200 ppm.

Ilość podawanego CO₂ najlepiej modyfikować w zależności od terminu uprawy.

Jeśli uprawa pomidora prowadzona jest w dwóch cyklach, to w miesiącach letnich, w celu zwiększenia plonu, można pozwolić sobie na utrzymywanie większych ilości CO₂ w powietrzu, nawet pomimo tego, że równocześnie następuje zwiększenie temperatury w szklarni (przy ograniczonej wentylacji). W większości przypadków pomidory uprawiane są w cyklu całorocznym i przegrzanie roślin groziłoby osłabieniem ich wigoru, skróceniem okresu produkcji i pogorszeniem jakości plonu. W takich przypadkach najlepiej zwrócić większą uwagę na kontrolę temperatury, a ilość dwutlenku węgla w gorących miesiącach potraktować jako parametr drugorzędny.

W sezonie wiosennym i letnim dokarmianie dwutlenkiem węgla (zarówno pomidorów, jak i ogórków) należy rozpoczynać w godzinach porannych, dy panuje stosunkowo niska temperatura i nie jest konieczne intensywne wietrzenie.

Ryzyko wykorzystywania niektórych źródeł CO₂

Dwutlenek węgla wykorzystywany do dokarmiania roślin najczęściej dostarczany jest do gospodarstw jako czysty gaz lub może pochodzić ze spalania gazu ziemnego czy oleju opałowego. Korzystając z gazu ze spalania musimy mieć pewność, że efektywność tego procesu zawsze wynosi 100%, a wykorzystywane paliwa (gaz, olej) zawierają możliwie najmniej zanieczyszczeń. Zmniejsza to ryzyko tworzenia się podczas spalania niebezpiecznych gazów. Jednym z takich szkodliwych gazów jest etylen (C₂H₂), powodujący starzenie się i ostatecznie usychanie roślin (bardzo wrażliwym gatunkiem jest pomidor, uszkodzenie objawia się więdnięciem liści i zrzucaniem kwiatów). Nie można dopuścić, by koncentracja etylenu w powietrzu była wyższa niż 0,05%. Kolejnym gazem pochodzącym z niepełnego spalania jest CO — tlenek węgla (czad). Jego obecność w powietrzu, choć w niskich stężeniach obojętna dla roślin, stanowi duże zagrożenie dla życia ludzi. Konieczne jest zatem monitorowanie stężenia CO za pomocą mechanicznego miernika. Produkowane podczas spalania tlenki azotu NO i NO₂ (oznaczane jako NOx) mogą również okazać się niebezpieczne, gdyż nie zawsze powodują widoczne uszkodzenia roślin, ale mogą przyczyniać się do obniżenia plonowania. Tlenki te mają szczególnie negatywny wpływ na rośliny w okresach o małym natężeniu światła, gdy aparaty szparkowe są częściowo zamknięte i następuje obniżenie intensywności transpiracji. Przy podawaniu dużych ilości CO₂ i braku wentylacji, koncentracja NOx może okazać się niebezpiecznie wysoka, zwłaszcza w nowych, szczelnych szklarniach. Nie powinna ona wzrastać powyżej 0,03%. Również z tego względu ważne jest więc kontrolowanie ilości dwutlenku węgla, zwłaszcza przy niskiej intensywności światła.

Wykorzystanie płynnego gazu

W Polsce, poza nielicznymi gospodarstwami, w których używa się CO₂ ze spalania gazu ziemnego, do dokarmiania roślin wykorzystywany jest dwutlenek węgla z butli (fot. 1). Gaz ten dostarczany jest przez specjalistyczne firmy w zbiornikach, w których pod ciśnieniem umieszczone jest od 20 kg do 30 ton skroplonego gazu. Jest on odparowywany w tzw. parownicy i następnie rozprowadzany w szklarni. W niektórych przypadkach do tego celu wykorzystywano wentylatory mieszające powietrze w szklarni (fot. 2). Sprawdza się to zimą przy zamkniętych wietrznikach. Przy otwartych oknach straty CO₂ przy takim sposobie podawania są jednak bardzo duże i dlatego nie polecam tego sposobu dokarmiania roślin tym gazem. Zalecanym i najpowszechniejszym sposobem dozowania CO₂ jest rozprowadzanie go za pomocą plastikowych rurek (fot. 3) umieszczonych na ziemi lub na rynnach wiszących czy pomiędzy roślinami — w każdej nawie lub co drugi rząd roślin.

Fot. 1. W polskich gospodarstwach najczęściej wykorzystywany jest dwutlenek węgla
ze zbiorników, w których znajduje się skroplony gaz pod ciśnieniem

Fot. 2. Przy rozprowadzaniu CO₂ za pomocą wentylatorów duże są straty

Fot. 3. Instalacja do rozprowadzania CO₂

Ilość podawanego dwutlenku węgla zależy od ilości pobieranej przez rośliny w danej fazie wzrostu, uwzględnić trzeba także straty przez wietrzniki. Straty te są większe przy wysokich stężeniach CO₂ i niskie przy zbliżonych do tła (koncentracji w powietrzu atmosferycznym). Na przykład przy 700 ppm, gdy wietrzniki są zamknięte, straty w szczelnych szklarniach wynoszą 2–4 g CO₂/m³/godz.
Gdy otworzymy wietrzniki na 20%, a prędkość wiatru wynosić będzie 4 m/s, straty osiągną 15 g CO₂/m³/godz.

Dawki

Gdy utrzymujemy stężenie 340 ppm CO₂, rośliny zużywają do fotosyntezy od 1 g CO₂/m³/godz. — w bardzo ciemnym dniu — do 5 g CO₂/m³/godz. — przy wysokiej intensywności światła. Przy utrzymywaniu takiego poziomu praktycznie nie występują straty spowodowane wietrzeniem, wystarczy więc na pokrycie potrzeb fotosyntezy podawać 5 g CO₂/m³/godz. Gdy utrzymujemy poziom 700 ppm CO₂, do fotosyntezy zużywane jest od 3 g CO₂/m³/godz. — w ciemnym dniu — do 6–7 g CO₂/m³/godz. — przy dużej intensywności światła. Straty wynoszą, odpowiednio, od 2–4 g CO₂/m³/godz. przy zamkniętych wietrznikach do 15 g CO₂/m³/godz. (a nawet więcej) przy wietrzeniu szklarni. Dawki tego gazu powinny więc wynosić od 5 g CO₂/m³/godz. w dniach, gdy nie wietrzymy, do 20 g CO₂/m³/godz. (a nawet więcej) w słonecznych dniach przy otwartych wietrznikach.

W opisanej powyżej strategii zużywa się co najmniej około 3 kg CO₂/m³ na rok lub — przy nieco intensywniejszym dokarmianiu — mniej więcej 10 kg CO₂/m³ na rok. Powinno to spowodować wzrost produkcji, odpowiednio, od 2 do 8%. Podnosząc stężenie dwutlenku węgla przy dużej intensywności światła i ograniczonym wietrzeniu do wyższych poziomów łatwo jest uzyskać od 10% do 20% przyrost produkcji.

W każdym przypadku należy pamiętać o podawaniu zalecanego stężenia CO2. Podnoszenie koncentracji dwutlenku węgla do wartości nieprzynoszących korzyści dla roślin czy plonu jest bezcelowe. Nie można jednoznacznie określić maksymalnego poziomu CO2, powyżej którego natężenie fotosyntezy nie wzrasta. Dowiedziono jednak, że waha się on pomiędzy 1000 a 1500 ppm. Przekroczenie tego progu jest szkodliwe dla roślin.