دی اکسید کربن در گلخانه

سه عامل عمده در رشد و نمو گیاهان عبارتند از : فتوسنتز، تنفس و تعرق

فتوسنتز :
یکی از اختلافات عمده بین گیاهان و حیوانات در کره زمین، توانایی گیاهان برای ساخت داخلی غذای خودشان می باشد. یک گیاه برای تولید غذای مورد نیاز خود به انرژی حاصل از تابش آفتاب، دی اکسید کربن موجود در هوا و آب موجود در خاک نیازمند است. اگر هر یک از این اجزاء دچار کمبود شود، فتوسنتز یا همان تولید غذا متوقف خواهد شد. در واقع اگر هر یک از این عوامل برای مدت زیادی قطع شود، گیاه از بین خواهد رفت.

هر گونه بافت گیاه سبز، توانایی انجام فرآیند فتوسنتز را داراست. کلروپلاست ه در سلولهای گیاه سبز، حاوی رنگدانه های سبزی هستند که کلروفیل نامیده می شوند و انرژی نور را به تله می اندازند. با این وجود برگها (با توجه به ساختار بخصوصشان) عمده ترین قسمت برای تولید غذا می باشند. بافتهای داخلی حاوی سلولهایی با مقادیر فراوان کلروپلاست می باشند؛ که در یک نظم و ترتیب خاص، به راحتی به آب و هوا اجازه جابجایی می دهند. لایه های اپیدرمی محافظ بالایی و پایینی برگها، حاوی تعداد زیادی دهانه می باشند که؛ از دو سلول نگهبان بخصوص در هر سمت تشکیل شده اند. سلولهای نگهبان، جابجایی (ورود دی اکسیدکربن و خروج اکسیژن و بخار آب از برگها) گازهای درگیر در فتوسنتز را کنترل می کنند. اپیدرمی های پایینی برگها به طور طبیعی، حاوی بیشترین تعداد دهانه می باشند.

تنفس :
کربوهیدرات های ساخته شده در طول فرآیند فتوسنتز، تنها وقتی برای گیاه با ارزش هستند؛ که به انرژی تبدیل شده باشند. این انرژی در فرآیند ساخت بافتهای جدید مورد استفاده قرار می گیرد. فرآیند شیمیایی که طی آن قند و نشاستة تولید شده در فرآیند فتوسنتز، به انرژی تبدیل می شود؛ تنفس نامیده می شود. این فرآیند مشابه سوزاندن چوب یا زغال سنگ برای تولید حرارت یا انرژی می باشد.
اگر اکسیژن محدود شود یا در دسترس گیاه قرار نگیرد، تنفس یا متابولیسم ناهوازی رخ خواهد داد. تولیدات حاصل از این واکنش، اتیل الکل یا اسید لاتیک و دی اکسید کربن می باشد. این فرآیند به عنوان فرآیند تخمیر یا اثر پاستور شناخته می شود*. این فرآیند در صنایع لبنیات کاربرد فراوان دارد. هم اکنون باید واضح باشد که تنفس عکس فرآیند فتوسنتز می باشد. بر خلاف فتوسنتز، فرآیند تنفس در طول شب نیز به خوبی روز صورت می گیرد. تنفس در کلیة اشکال زندگی و در همة سلولها صورت می گیرد. آزاد شدن دی اکسید کربن اندوخته شده و گرفتن اکسیژن همواره در سطح سلول اتفاق می افتد. در ادامه مقایسه ای بین فتوسنتز و تنفس آمده است.

فتوسنتز:
تولید غذا می نماید
انرژی را ذخیره می کند
در سلول هایی که حاوی کلروپلاست هستند رخ می دهد
اکسیژن آزاد می کند
آب مصرف می نماید
دی اکسید کربن مصرف می نماید
در روشنایی صورت می پذیرد

تنفس :
غذا رابرای تولید انرژی گیاه به مصرف می رساند
انرژی آزاد می کند
در همة سلولها صورت می گیرد
اکسیژن را مورد استفاده قرار می دهد
آب تولید می نماید
دی اکسید کربن تولید می نماید
در تاریکی هم به خوبی صورت می پذیرد

تعرق:
تعرق فرآیندی است که در طی آن گیاه آب از دست می دهد. عمدتاً این کار از طریق دهانة برگها صورت می گیرد. تعرق فرآیندی ضروری است که حدود 90% از آب وارد شده به گیاه از طریق ریشه ها را مورد استفاده قرار می دهد.10% باقیماندة آب در واکنشهای شیمیایی و در بافتهای مختلف گیاه به مصرف می رسد. فرآیند تعرق برای حمل مواد معدنی ازخاک به گیاه، خنک نمودن گیاه در فرآیند تبخیر و نیز برای جابجایی قند و مواد شیمیایی گیاه کاملاً ضروری است. مقدار آب ازدست رفتة گیاه به چندین فاکتور محیطی از جمله دما، رطوبت، وزش باد یا جابجایی هوا وابسته است. با افزایش دما و یا جابجایی هوا، رطوبت نسبی کاهش یافته و این باعث می شود که سلولهای نگهبان در برگها، دریچه های استومتا را باز کنند؛ به این ترتیب نرخ تعرق افزایش می یابد.

دی اکسید کربن در گلخانه
سالهای زیادی است که به منافع غنی سازی دی اکسید کربن در گلخانه ها، برای افزایش رشد و تولید گیاهان پی برده شده است. دی اکسید کربن یکی از ضروری ترین اجزاء فتوسنتز می باشد. همانطور که در بخش قبل اشاره شد، فتوسنتز یک فرآیند شیمیایی است که انرژی نور خورشید را برای تبدیل دی اکسید کربن و آب به مواد قندی در گیاهان سبز مورد استفاده قرار می دهد؛ سپس این مواد قندی در خلال تنفس گیاه برای رشد آن مورد استفاده قرار می گیرند. اختلاف بین نرخ فتوسنتز و تنفس، مبنایی برای میزان انباشتگی ماده خشک در گیاهان می باشد. در تولید گلخانه ای، هدف همة پرورش دهندگان، افزایش ماده خشک و بهینه سازی اقتصادی محصولات می باشد. دی اکسید کربن با توجه به بهبود رشد گیاهان، باروری محصولات راافزایش می دهد. بعضی از مواردی که باروری محصولات به وسیلة غنی سازی دی اکسید کربن افزایش داده می شود عبارتند از :
گلدهی قبل از موعد
بازده میوه دهی بالاتر
کاهش جوانه های ناقص در گلها
بهبود استحکام ساقة گیاه و اندازة گل

بنابراین پرورش دهندگان گل و گیاه باید دی اکسید کربن را به عنوان یک مادة مغذی در نظر بگیرند.
برای اکثر محصولات گلخانه ای، میزان خالص فتوسنتز به واسطة بالا بردن میزان دی اکسید کربن از ppm 340 تا ppm1000 افزایش می یابد. آزمایش های صورت گرفته بر روی بیشتر گیاهان نشان داده است که با افزایش میزان دی اکسید کربن تا ppm1000 فتوسنتز به اندازة 50% افزایش خواهد یافت. البته برای بعضی از گیاهان اضافه کردن دی اکسید کربن تا ppm 1000 در نورکم، از لحاظ اقتصادی، توصیه نمی شود. برای بعضی دیگر از گیاهان مانند گل لاله ، هیچ پاسخی نسبت به اضافه کردن دی اکسید کربن مشاهده نشده است. دی اکسیدکربن در خلال باز شدن دهانه ای، توسط فرآیند پخش به گیاه وارد می شود. استومتاها سلولهای اختصاصی هستند که به طور عمده در قسمت زیرین برگها و در لایة بیرونی قرار گرفته اند. باز و بسته شدن این سلولها اجازه می دهد که معاوضة گازها صورت گیرد. تغلیظ 2CO دراطراف برگها، بالا گیری دی اکسید کربن در گیاهان را قویاً تحت تأثیر قرار می دهد. تغلیظ بیشتر 2CO، منجر به بالا گیری بیشتر 2CO در گیاهان می شود. سطح نور، دمای برگها و دمای هوای محیط، رطوبت نسبی، تنش آبی، غنی سازی دی اکسید کربن و میزان اکسیژن موجود در هوا و برگها از جمله فاکتورهای محیطی هستند که باز و بسته شدن استومتا را کنترل می نمایند.
غلظت دی اکسید کربن موجود در هوای محیط چیزی در حدود ppm340 (از لحاظ حجمی) می باشد. همة گیاهان در این شرایط به خوبی رشد می نمایند؛ اما بواسطة بالا رفتن غلظت 2CO تا1000 ppm، نرخ فتوسنتز نیز افزایش خواهد یافت؛ که در نهایت منجر به افزایش مواد قندی و کربو هیدراتهای قابل دسترس برای رشد گیاهان می شود. هر گونه گیاه سبز در حال رشد در یک گلخانه کاملاً بسته (که اصلاً تهویه نمی شود و یا اینکه تهویة کمی دارد) غلظت دی اکسید کربن را در طول روز به کمتر از ppm200 کاهش می دهد. کاهش در نرخ فتوسنتز، هنگامی که غلظت 2CO از ppm 340 به ppm 200 می رسد، برابر است با افزایش آن هنگامی که غلظت 2CO از ppm 340 به ppm 1300 می رسد. با یک حساب سرانگشتی در می یابیم که افت سطح دی اکسید کربن به پایینتر از سطح محیط تأثیرات بسیار بیشتری نسبت به افزایش آن به بالاتر از سطح محیط خواهد داشت.
در گلخانه های جدید و به بخصوص در سازه های دو جداره که نفوذ هوای بیرون کاهش یافته است؛ غلظت دی اکسید کربن در زمانهای بخصوصی از سال به راحتی می تواند به پایینتر از ppm 340 افت نماید. این موضوع تأثیرات منفی قابل توجهی برروی رشد گیاهان خواهد داشت. تهویة مناسب در طول روز می تواند میزان دی اکسید کربن را تا نزدیکی سطح محیطی آن بالا ببرد؛ اما میزان آن هرگز به سطح محیطی ppm340 باز نخواهد گشت. تأمین دی اکسید کربن تنها روش غلبه بر این اختلاف سطح و افزایش غلظت 2CO به بالاتر از ppm 340 است؛ که برای اکثر محصولات گلخانه ای پر منفعت می باشد. میزان غنی سازی دی اکسید کربن به نوع محصول، شدت نور، دما، تهویه، مرحلة رشد گیاه و ملاحظات اقتصادی بستگی دارد. نقطة اشباع دی اکسید کربن در غلظتی حدود 1000 تا ppm 1300 حاصل می شود. غلظت کمتری (800 تا ppm1000) برای محصولاتی مانند گوجه فرنگی، خیار، فلفل و کاهو توصیه می شود. افزایش غلظت دی اکسید کربن دورة رشد گیاه را کوتاه می نماید (5 تا10 درصد)، کیفیت و بازده محصول را بهبود می بخشد و همچنین اندازه و ضخامت برگها را افزایش می دهد.
منابع دی اکسید کربن: دی اکسید کربن را می توان از سوزاندن سوختهای پایة کربن مانند گاز طبیعی، پروپان، نفت سفید و یا اینکه مستقیماً از تانکهای مخصوص نگهداری دی اکسید کربن خالص تهیه نمود. البته هر یک از منابع فوق الذکر دارای مزایا و معایب بالقوه ای می باشند. وقتی که گاز طبیعی، پروپان یا نفت سفید سوزانده می شود، تنها دی اکسید کربن تولید نمی شود؛ بلکه همراه با آن حرارت نیز تولید می شود، که به طور طبیعی موجب گرم شدن سیستم می شود. باید توجه داشت که احتراق ناقص یا سرایت مواد سوختی به داخل گلخانه، می تواند منجر به از بین رفتن گیاهان شود. اکثر منابع گاز طبیعی و پروپان دارای مقدار کمی (به اندازة کافی پایین) آلودگی می باشند. باید توجه داشت، در سوختی که برای تأمین دی اکسید کربن مورد استفاده قرار می گیرد، مقدار سولفور بیشتر از 0.02% (از لحاظ وزنی) نباشد. احتراق سوختها همچنین منجر به تولید رطوبت می شود. برای گاز طبیعی به ازای هر متر مکعب گاز سوخته شده، kg 1.4 بخار آّب تولید می شود. در مورد پروپان، مقدار رطوبت تولید شده به ازاء هر کیلوگرم دی اکسید کربن، کمی پایین تر از گاز طبیعی است.
گاز طبیعی، پروپان و سوختهای مایع در ژنراتورهای مخصوص دی اکسیدکربن سوزانده می شوند. اندازة دستگاهها (Btu تولید شده) و اندازة جریان هوای افقی در گلخانه، تعداد و موقعیت این دستگاهها را تعیین می نماید. مهمترین مشخصة این مشعلها این است که؛ سوخت باید به طور کامل سوزانده شود. بعضی از کارخانجات مشعلهایی ساخته اند که می تواند هم گازطبیعی و هم پروپان را مورد استفاده قرار دهد. به علاوه این واحدهای تولید 2CO دارای خروجی قابل تنظیم هستند. اشکال بالقوه این سیستم این است که حرارت و بخار آب تولید شده ممکن است موجب تأثیر موضعی بر دما و شیوع بیماریها در گلخانه شود.
به عنوان یک پیشنهاد، می توان قسمتی از گاز دودکش بویلر گاز طبیعی، مربوط به سیستم حرارتی آب داغ، را به عنوان وسیله ای جهت تأمین دی اکسید کربن به داخل گلخانه هدایت نمود. البته این سیستم باید به چگالنده گاز دودکش، که برای تأمین این هدف طراحی شده است، مجهز باشد.
نکتة قابل توجه این است که همة بویلرها (بخصوص بویلرهای قدیمی) برای این کار طراحی نشده اند. بویلرهای گاز طبیعی باید احتراق تمیزی داشته باشند؛ اکسیدهای نیتروژن (NOx) و اتیلن تولید نکنند و یا حداقل، مقدار آنها در محصولات احتراق کم باشد.
در این سیستم، لوله های گاز در جایی که بویلر به لولة دودکش متصل شده است، بیرون کشیده می شوند. واحد های چگالنده برای کاهش دما و رطوبت گاز ورودی به گلخانه طراحی می شوند. یک سیستم کنترل مانیتوری، پیوسته محافظت ایمنی لولة گاز را برای کنترل سطح مونو اکسید کربن انجام می دهد. سطح مجاز مونو اکسیدکربن (CO) در لولة گاز چیزی بین 6 تا ppm 10 است. یک هواکش ظرفیت پایین که دارای مکش کلی کمی است، حجم ثابتی از گاز را مکش می نماید. یک هواکش دیگر برای اختلاط گازهای دودکش با هوای گلخانه مورداستفاده قرار می گیرد؛ و در پایان این مخلوط به داخل گلخانه هدایت می شود. این سیستم شرایطی را فراهم می نماید که دی اکسید کربن از پایین به میان محصولات هدایت شده و قبل از خروج از منافذ و دریچه ها، در میان گیاهان به سمت بالا حرکت نماید. سیستم تحویل باید به گونه ای طراحی شده باشد که توزیع یکسانی را در سراسر گلخانه در بر داشته باشد.
می توان یک سیستم حرارتی آب داغ را برای افزایش بازده و نیز تأمین دی اکسید کربن در طول روز (هنگامی که نیازی به حرارت وجود ندارد) به یک تانکر عایق جهت ذخیرة آب داغ مجهز نمود. حرارت تولید شده در طول روز به وسیلة تانکر آب داغ ذخیره شده و در هنگام شب بر حسب نیاز مورد استفاده قرار می گیرد.
تأمین دی اکسید کربن با استفاده از گاز دودکش در تابستان، حرارت ذخیرة بسیار بیشتری از آنچه که به هنگام شب مورد نیاز است، حاصل می نماید. در طول ماههایی از تابستان، از آنجا که دمای محیط بیرون به هنگام شب اغلب بالاتر از 22 درجة سانتیگراد می باشد، حرارت ذخیره شده مورد نیاز نیست؛ در این موقعیت باید کاربرد دی اکسید کربن را محدود نمود.
دی اکسید کربن مایع (حتی با وجود اینکه معمولاً گرانتر است) مورد پسند بسیاری از پرورش دهندگان گل و گیاه قرار گرفته است. مزایای عمدة استفاده از دی اکسید کربن مایع عبارتند از :
خلوص فراورده
عدم تولید حرارت و رطوبت
عدم نگرانی از زیان رساندن به محصولات
کنترل بهتر غلظت دی اکسید کربن در گلخانه
انعطاف در وارد کردن دی اکسید کربن به گلخانه در هر زمان

دی اکسید کربن خالص در مخازنی که توسط تریلر حمل می شود، به گلخانه منتقل می گردد. تانکرهای نگهداری مخصوص (که معمولاً از فروشنده اجاره می شود)، برای هر واحد گلخانه مورد نیاز است. دی اکسید کربن متراکم به صورت مایع می باشد و باید توسط یک واحد تبخیرکن، تبخیر شود.
سیستم توزیع دی اکسید کربن مایع در محیط گلخانه، از لحاظ طراحی و نصب ساده تر می باشد. اکثر استفاده کنندگان از این سیستم، لوله های پلی وینیل کلراید (pvc) انعطاف پذیر18 میلیمتری را مورد استفاده قرار می دهند. این لوله ها باید در فواصل مناسب سوراخ شده باشند. برای یک بهره برداری کوچک ممکن است دی اکسید کربن توسط کپسول فراهم گردد.
هنگامی که فرد گلخانه دار برای پرورش گیاهان از کود حیوانی یا دیگر مواد ارگانیک استفاده می کند، غلظت دی اکسید کربن در گلخانه بواسطة فرآیند تفکیک افزایش خواهد یافت. مقدار تولید شده به پایداری کود حیوانی و فعالیت میکروارگانیسم ه، که مواد ارگانیک را به دی اکسید کربن تبدیل می کنند، وابسته است. البته تولید 2CO از کود حیوانی تنها برای حدود یک ماه قابل توجه می باشد. در بعضی از موارد رشد ارگانیک پوشش میانی گیاه مانند الیاف نارگیل، غلظت دی اکسید کربن را در طول شب به حدود ppm 1200 افزایش خواهد داد. این موضوع معمولاً مشکلی ایجاد نمی کند؛ چراکه غلظت دی اکسید کربن در روشنایی روز به طور کاملاً سریع افت می نماید.
تراز های تکمیلی برای دی اکسید کربن :
امروزه اکثر پرورش دهندگان شرایط محیطی گلخانه را به وسیلة حسگرهای متصل به یک کامپیوتر مرکزی، برای یکپارچه سازی فاکتورهای محیطی مختلف، کنترل می نمایند. یک کنترل کنندة دی اکسید کربن، که معمولاً یک آنالیزگر گازی مادون قرمز ( IRGA ) می باشد، برای نمایش و کنترل حداقل و حداکثر غلظت دی اکسید کربن در گلخانه مورد استفاده قرار می گیرد. واحد IRGA را می توان به تنهایی یا مثل اکثر موارد در اتصال با یک کامپیوتر کنترل کنندة محیط بکار برد. در مورد اخیر، کامپیوتر کنترل کنندة محیط برای کنترل میزان دی اکسید کربن در اجماع با سطح نور، مرحلة تجدید هوا، و سرعت جریان هوا مورد استفاده قرار می گیرد؛ البته واحد IRGA به یک کالیبراسیون روزمره برای اطمینان از دقت اندازه گیری نیازمند است.
نرخ تأمین دی اکسیدکربن وابسته به پاسخ محصولات و ملاحظات اقتصادی می باشد. در حالت کلی تأمین دی اکسیدکربن به اندازة ppm 1000 در طول روز، هنگامی که دریچه ها بسته است، توصیه می شود. هنگامی که دریچه ها به اندازة 10% باز می شوند، می توان تأمین دی اکسیدکربن را قطع یا به مقدار 400 تا ppm 600 کاهش داد. برای به دست آوردن بازده اقتصادی بالاتر می توان غلظت دی اکسیدکربن را با توجه به میزان نور تنظیم نمود. موارد زیر تدابیر توصیه شده برای پروش دهندگان سبزیجات می باشد :
در روزهای آفتابی در حالیکه دریچه هابسته هستند، میزان دی اکسیدکربن را به اندازة 1000 ppm تأمین نمایید.
در روزهای ابری، هنگامی که میزان نور پایینتر از 2watt/m 40 می باشد، تأمین دی اکسیدکربن را تنها به اندازة ppm 400 در نظر بگیرید.
با این وجود اکثر پرورش دهندگان گل بدون توجه به میزان نور، غلظت دی اکسیدکربن را به طور ثابت در ppm 1000 در نظر می گیرند. کامپیوتر کنترل کنندة محیط را می توان با توجه به میزان نور، برای تنظیم غلظت دی اکسیدکربن برنامه ریزی کرد؛ اما هنگامی که دریچه ها بیش از 10% باز می شوند و یا با فرارسیدن مرحلة دوم از عملیات فن های خروجی، میزان دی اکسیدکربن را باید در مقدار ppm 400 ثابت نمود.
از آنجا که به هنگام شب هیچ فتوسنتزی رخ نمی دهد، طبیعتاً احتیاجی به تأمین دی اکسید کربن نمی باشد. در واقع تغلیظ دی اکسید کربن در نتیجة تنفس گیاه صورت خواهد گرفت. بنابراین مشاهدة غلظت دی اکسیدکربن در حدود 500 تا ppm 600 در اوایل صبح نباید غیر عادی به نظر برسد.
دی اکسیدکربن در یک گلخانه به وسیلة مبادلة طبیعی هوا و فتوسنتز کاهش می یابد.
مبادلة طبیعی هوا :
دزرها و منافذ در گلخانه اجازه می دهند هوای بیرون، که تنها دارای ppm 340 دی اکسید کربن می باشد، به داخل گلخانه نفوذ کند. یک مقدار میانگین برای نفوذ هوا در یک گلخانه می تواند به اندازة تعویض هوای کامل در یک ساعت باشد. برای جبران این رقیق سازی و تثبیت میزان دی اکسید کربن در ppm 1300 ، باید 2m100/2 kg CO0.37 در هر ساعت به محیط گلخانه اضافه شود.
باید توجه داشت که برای ارتفاع و عرض بیشتر گلخانه، باید مقدار مزبور را تصحیح نمود. یک گلخانه که دارای پهنای بیشتری نسبت به گلخانة دیگر با همان ارتفاع باشد، حجم هوای نفوذی بیشتری خواهد داشت. برای گلخانه هایی که دارای پوشش دو جداره (دو جدارة پلی اتیلن یا اکریلیک) هستند، مقدار نفوذ هوا به اندازة 4/1 تا 3/1 حجم هوای گلخانه در یک ساعت را می توان انتظار داشت. برای گلخانه هایی که دارای تهویة اجباری هستند، اگر فن ها در حال کار باشند، غلظت دی اکسید کربن در مقدار کمتری تثبیت خواهد شد.
فتوسنتز :
گیاهان در طول فرآیند فتوسنتز دی اکسید کربن را مورد استفاده قرار می دهند. نرخ مصرف باتوجه به نوع محصولات، شدت نور، دما، مرحلة رشد گیاه و میزان مواد مغذی متفاوت خواهد بود. یک مقدار میانگین مصرف به اندازة 2m100/hr/kg 0.24-0.12 محاسبه شده است. نرخ بالاتری از مصرف در صورتی که روز کاملاً آفتابی باشد وگیاهان کاملاً سبز باشند صورت خواهد گرفت.
وقتی که این دو عامل با هم جمع شوند، با توجه به محاسبات صورت گرفته، می باید برای تثبیت غلظت دی اکسید کربن در ppm 1300 (در یک گلخانه استاندارد) حدود 2m100/hr/kg 0.60-0.50 به محیط آن اضافه نمود. برای یک گلخانه با پوشش دوجدارة پلی اتیلن این مقدار برابر با 2m100/hr/kg 0.35-0.25 خواهد بود. در یک گلخانة شیشه ای تأمین دی اکسید کربن عمدتاً برای جبران رقیق سازی مربوط به نفوذ طبیعی هوا صورت می گیرد؛ در حالیکه برای گلخانه ای با پوشش دوجدارة پلی اتیلن مقدار دی اکسید کربن مورد نیاز برای جبران نفوذ هوا و فتوسنتز به یک اندازه خواهد بود.
ظرفیت مشعل مورد نیاز :
جهت محاسبة ظرفیت مشعلها فقط گاز طبیعی و پروپان در نظر گرفته شده است. این موضوع از آنجا نشأت می گیرد که این سوختها عمومی ترین سوختهای مورد استفاده در صنعت می باشند. پرورش دهندگانی که دارای آنالیزگر گاز دی اکسید کربن یا کامپیوتر کنترل کنندة محیط نمی باشند، می بایست اندازة مشعلها را به صورت کاملاً دقیق تعیین کنند. این دقت مخصوصاً در مورد گلخانه های ساده با پوشش معمولی کاملاً ضروری است. در جدول1-2 ظرفیت مشعل های مورد نیاز برای تثبیت ppm 1300 دی اکسید کربن در گلخانه درج شده است. این مقادیر بر اساس نرخهای جبران، که قبلاً اشاره شد، لیست شده اند. با توجه به مقادیر توصیه شده در این جدول، می توان محاسبه کرد که وقتی از گاز طبیعی به عنوان سوخت استفاده می شود، رطوبت نسبی به اندازة 3 تا 6 درصد افزایش خواهد یافت. البته این افزایش از حرارت تولید شده توسط مشعلهای 2CO متأثر نخواهد شد؛ به خصوص هنگامی که درجه حرارت به اندازة یک درجه سانتیگراد افزایش یابد، هیچ تأثیری بر روی رطوبت نسبی نخواهد داشت.
در چه زمان هایی تأمین دی اکسید کربن صورت می گیرد؟
از آنجا که به طور طبیعی فرآیند فتوسنتز در روشنایی روز صورت می گیرد، تأمین دی اکسید کربن در هنگام شب لازم نیست. با این وجود، در روزهای ابری برای جبران نرخ کمتری از فتوستز، تأمین دی اکسید کربن برای گلخانه توصیه می شود. البته در این صورت به دلیل کاهش نرخ فتوسنتز، تغلیظ دی اکسید کربن به مقدار بیشتری صورت خواهد گرفت. تأمین دی اکسید کربن را باید یک ساعت قبل از طلوع آفتاب آغاز و یک ساعت قبل از غروب متوقف نمود. تأمین دی اکسید کربن هنگامی که از روشنایی high pressure sedium (HPS) در شب استفاده می شود، به صورت کاملاً جدی توصیه می شود.
اگرچه سطح بهینة دی اکسید کربن با افزایش شدت نور افزایش می یابد، اما این کار با توجه به سرعت باد و برای تثبیت غلظت ppm 1000 وقتی که دریچه ها بیش از 10 تا 15 درصد باز می باشند (یا اینکه فن های خروجی در حال کار هستند)، اغلب کار بیهوده ای می باشد. مطلب مهم این است که پرورش دهندگان، دی اکسید کربن را در سراسر گلخانه به صورت یکنواخت توزیع نمایند. گردش هوای اضافی در گلخانه می تواند نرخ توزیع دی اکسید کربن را به وسیلة کاهش لایة مرزی در اطراف سطح برگها افزایش دهد.
توزیع دی اکسید کربن در گلخانه :
وجود یک سیستم توزیع مناسب دارای اهمیت زیادی است. توزیع دی اکسید کربن عمدتاً به حرکت هوا در میان گلخانه وابسته است. این موضوع ناشی از آن است که دی اکسید کربن در خلال فرآیند پخش نمی تواند مسافت زیادی را طی نماید. به عنوان مثال هنگامی که برای یک محوطة بزرگ و یا برای چند گلخانة متصل به هم، تنها یک منبع دی اکسید کربن مورداستفاده قرار می گیرد، سیستم توزیع مناسبی باید نصب شود. این سیستم باید به گونه ای طراحی شود که توزیع یکسانی را در سطح گلخانه، بخصوص زمانی که از دی اکسید کربن مایع یا دی اکسید کربن مربوط به گاز دودکش استفاده می شود، فراهم نماید. فن های جریان افقی یا سیستم های فن- جت، توزیع یکنواختی را به وسیلة حرکت حجم زیادی از هوادر گلخانه (هنگامی که دریچه های بالایی بسته شده و فن های خروجی در حال کار نمی باشند) فراهم می نمایند. امروزه پرورش دهندگانی که از دی اکسید کربن مایع یا دی اکسید کربن مربوط به گاز دودکش استفاده می کنند، از سیستم توزیعی با شیر مرکزی همراه با لوله های منحصر به فرد، که دارای سوراخ هایی با فاصله مساوی هستند، استفاده می کنند. این لوله ها در قسمت پایین محصولات (سایه بان) قرار گرفته اند. البته جریان هوا در گلخانه نیز کسب دی اکسید کربن توسط محصولات را افزایش می دهد. در واقع با این کار لایة مرزی اطراف برگها کاهش یافته و مولکولهای دی اکسید کربن به سطح برگها نزدیکتر می شوند.
خسارت ناشی از تأمین دی اکسید کربن بر روی گیاهان :
هرگز نباید اجازه داد که غلظت دی اکسید کربن در گلخانه از حد مجاز بالاتر رود. غلظت دی اکسید کربن به اندازة ppm 5000 می تواند موجب سرگیجة انسان شود. میزان بالاتر دی اکسید کربن از آنچه که توصیه شده میتواند موجب از بین رفتن برگهای پیر خیار و گوجه فرنگی گردد. برگهای بنفشة آفریقاییبسیار سخت و شکننده شده و رنگ خاکستری متمایل به سبزی به خود می گیرند. در این حالت اغلب گلبرگها حالت بدشکلی داشته و به طور کامل باز نمی شوند. علائم مشابهی در گلهای فریزی که برای آنها مشعل های دی اکسید کربن به عنوان منبع تأمین حرارت گلخانه مورد استفاده قرار گرفته اند و به این وسیله مقادیر مفرطی از دی اکسید کربن تولید و به گلخانه وارد شده است مشاهده گردیده است. باید توجه داشت که به جز در مواقع ضروری نباید از مشعل های دی اکسید کربن به عنوان سیستم حرارتی استفاده نمود.
از آنجایی که دی اکسید سولفور (ppm 0.2 در هوای اتمسفر) می تواند موجب فساد شدید گیاهان شود، محتویات سولفور در سوخت مورد استفاده نباید بیش از 0.02 درصد باشد. سوختهایی مانند No.2 oil و bunker C (# 6 Oil) برای تأمین دی اکسید کربن مناسب نمی باشند.
اتیلن در غلظت ppm 0.05 و پروپیلن در سطوح بالاتر می توانند موجب پیری زودرس گیاهان خیار و گوجه فرنگی گردند. اتیلن اغلب در اثر احتراق ناقص تولید می شود. در حالیکه تولید پروپیلن معمولاً مربوط به استفاده از پروپان می باشد. خطوط نشت دار تأمین پروپان در گذشته خسارت های مالی جدی به پرورش دهندگان وارد ساخته است. مونو اکسیدکربن (CO) که معمولاً به خودی خود مسأله ای ایجاد نمی کند، اغلب به عنوان شاخص احتراق ناقص مورد استفاده قرار می گیرد. تجاوز میزان مونو اکسید کربن از ppm 50 در گاز دودکش نشان دهندة وجود اتیلن به مقداری است که می تواند موجب خسارت شود.
مشعل هایی که دمای شعلة بالایی دارند، می توانند موجب تشکیل اکسیدهای نیتروژن (NOx و 2NO) شوند. مقادیر بیش از اندازة اکسیدهای نیتروژن می تواند باعث کاهش رشد و حتی از بین رفتن گیاهان شود. باید بویلرهای مجهز به مشعلهایی که NOx کمی تولید می کنند برای تأمین دی اکسید کربن از گاز دودکش مورد استفاده قرار گیرند.
وجود مقدار کمی از مخلوط 2SO و NOx، خسارت بیشتری از وجود مقادیر بالا از هر کدام از آنها بر گیاهان وارد می کند. استفادة بیش از حد و طولانی مدت از دی اکسید کربن (به خصوص در مورد گوجه فرنگی) می تواند منجر به عدم پاسخ گیاه نسبت به تأمین دی اکسید کربن شود. انقطاع در استفاده از دی اکسید کربن برای چند روز می تواند موجب بهبود پاسخ گیاهان شود.
توجه :
یک کیلوگرم دی اکسید کربن برابر 570 لیتر است.
یک متر مکعب گاز طبیعی می تواند 1000 لیتر (kg 1.8) دی اکسید کربن و 1.4 لیتر آب تولید نماید.
یک متر مکعب گاز طبیعی برابر 0.75 لیتر نفت سفید و برابر یک لیتر پروپان جهت تولید مقادیر یکسان دی اکسید کربن می باشد.
دی اکسید کربن تکمیلی :
دی اکسید کربن تکمیلی مربوط به تغلیظ آن در فضای گلخانه برای فراهم کردن مادة خام بیشتر جهت فرایند فتوستنز است. نور، آب و دی اکسید کربن به وسیلة گیاهان طی فرآیند فتوسنتز، جهت تولید کربوهیدراتها برای رشد و متابولیسم گیاه، مورد استفاده قرار می گیرند. میزان رشد گیاه به تعادل بین ساخت ترکیبات بالا انرژی(کربوهیدراتها) از دی اکسید کربن و آب در فرآیند فتوسنتز و بکارگیری این ترکیبات توسط فرآیند تنفس گیاه وابسته است.
می دانیم که مواد خام مورد نیاز جهت فتوسنتز، آب و دی اکسید کربن می باشد. مطالعات بیشماری روی محدودة زیادی از محصولات نشان داده که، میزان دی اکسید کربن موجود در اتمسفر نرخ فتوسنتز را محدود می نماید. آب احتمالاً یک فاکتور محدود کنندة مستقیم در مورد فتوسنتز نمی باشد. وقتی گیاهان به نقطه پژمردگی می رسند، در بافتهای خود مقادیر کافی آب برای فتوسنتز دارند. با این وجود پژمردگی باعث می شود که دریچه های دهانی (استومتا) گیاه بسته شوند؛ در نتیجه دی اکسید کربن موجود در بافتها به سرعت مصرف شده و دی اکسید کربن جدیدی نمی تواند به برگها وارد شود. بنابراین تأثیر غیرمستقیم کمبود آّب بر روی نرخ فتوسنتز احتمالاً به وسیلة محدود کردن تأمین دی اکسید کربن صورت می گیرد.
دی اکسید کربن موجود در اتمسفر غلظتی حدود ppm 340 دارد. البته این یک مقدار میانگین است. مقدار غلظت واقعی دی اکسید کربن در یک موقعیت مشخص می تواند متفاوت با این مقدار باشد. تغییرات آب و هوایی موجب 4 تا 8 درصد تغییر در غلظت دی اکسید کربن به صورت روزانه یا فصلی می گردد. این تغییرات ناشی از افزایش یا کاهش تابش خورشید، درجه حرارت، رطوبت نسبی و عبور جریانهای پرفشار می باشد. غلظت دی اکسید کربن در جو همچنین توسط فعالیت های انسانی، مانند سوزاندن سوخت های فسیلی، متأثر می گردد. غلظت دی اکسید کربن معمولاً در نزدیکی شهرها، کارخانجات و فعالیت های احتراقی بسیار بیشتر است.
در یک گلخانه که پر از گیاه است، غلظت دی اکسید کربن، تا زمانیکه درطول روز تهویه صورت گیرد، از غلظت دی اکسید کربن محیط پیروی می کند. غلظت دی اکسید کربن در طول دورة تاریکی بالا می رود؛ چرا که گیاهان هیچ دی اکسید کربنی برای فتوسنتز مصرف نمی کنند و به علاوه دی اکسید کربن به واسطة تنفس گیاهان و دیگر ارگانیسم ها تولید می شود. در طول دورة روشنایی که تهویه صورت نگیرد، غلظت دی اکسید کربن به پایین تر از غلظت آن در محیط افت می نماید.
تجدید هوا، اگر مقدور باشد، می تواند راه مؤثری برای تثبیت غلظت دی اکسیدکربن در گلخانه باشد. با این وجود هنگامی که در یک گلخانه شدت نور بالا باشد و سرمای بیرون مانع از تهویة مناسب شود، غلظت دی اکسید کربن افت خواهد کرد. در یک گلخانه کاملاً بسته، غلظت دی اکسید کربن تا حدود 150 تا ppm 200 افت می نماید. این مقدار غلظت در نزدیکی نقطة جبران دی اکسید کربن قرار دارد. در این نقطه، دی اکسید کربن تولید شده توسط تنفس گیاه با مقدار مصرف شدة آن در فرآیند فتوسنتز برابر خواهد بود. هنگامی که نقطة جبران دی اکسید کربن(هرچند به مدت کوتاهی) فرا برسد، رشد گیاهان به مقدار زیادی کاهش می یابد.
مطالعات زیادی نشان داده است که اگر دی اکسید کربن با غلظتی بالاتر از غلظت آن در محیط در اختیار گیاه قرار گیرد، موجب بهبود رشد گیاه می شود. خصوصاً 3 تا 4 برابر غلظت بیشتر دی اکسیدکربن، رشد گیاه را به اندازة 10 تا 25 درصد افزایش می دهد. دی اکسید کربن تکمیلی موجب افزایش سطح برگها، وزن خشک گیاه، شاخه های جانبی و در بسیاری از موارد موجب کاهش زمان گلدهی می شود. تأمین دی اکسید کربن در طول روز به اندازة 800 تا ppm 1000، برای افزایش رشد بسیاری از محصولات مانند بنفشة فرنگی، گل شمعدانی، گل حن، بگونی، گل اطلسی، گل داودی، گل مینای چینی، و گلهای رز مورد استفاده قرار گرفته است.
در یک گلخانه ممکن است در زمانهای بخصوصی غلظت دی اکسید کربن به پایین تر از سطح محیط کاهش یافته و رشد گیاهان محدود گردد. در یک گلخانه کاملاً درزبندی شده در طول زمستان و درحالیکه دریچه ها کاملاً بسته اند، میزان دی اکسید کربن به طور کامل افت می نماید. در روزهای آفتابی سرد که تعویض هوای اندکی صورت می گیرد، عمل فتوسنتز گیاهان می تواند سطح دی اکسید کربن داخل را به مقدار زیادی کاهش دهد؛ و به این ترتیب نرخ فتوسنتز محدود می گردد.
از آنجا که دی اکسید کربن به صورت گاز می باشد، همانند بسیاری از گازها از لحاظ کنترل دارای دشواریهایی می باشد. به محض اینکه محیط گلخانه گرم شود به تجدید هوا نیازمند است، لذا دی اکسید کربن تکمیلی از طریق دریچه ها به خارج رانده می شود. بنابراین اضافه کردن دی اکسیدکربن به محیط گلخانه به شرایط آب و هوایی سرد و ایام بخصوصی از سال محدود می گردد.
دی اکسید کربن – طول عمر گیاه :
تأثیر دی اکسید کربن تکمیلی به زمانبندی، استمرار و غلظت آن وابسته است. بکارگیری دی اکسید کربن تکمیلی در مورد نهالهای تخمی منجر به کاهش زمان نشاکاری، افزایش انباشتگی مادة خشک و سطح برگها، بیشتر از زمانی که تحت شرایط محیط بیرون قرار می گیرند، می شود. در مورد گیاه بگونیا با آزمایش کردن سطوح مختلف دی اکسید کربن و نور مصنوعی در گلخانه نتایج جالبی به دست آمده است. در صورتیکه بگونیا در معرض ppm 970 دی اکسید کربن، نور ملایم و دمای بالا (80 درجه فارنهایت) قرار گیرد، برداشت نشا چهار هفته طول خواهد کشید. این نتایج نشان دهندة 47% کاهش در زمان لازم برای برداشت نشا در مقایسه با موردی است که بدون اضافه کردن دی اکسید کربن صورت گرفته است. آزمایش مشابهی نیز در مورد گل شمعدانی و بنفشة فرنگی نشان داده، در صورتیکه دی اکسید کربن به میزان ppm 1000 در دسترس گیاه قرار گیرد، زمان لازم جهت برداشت نشا به میزان دو هفته کاهش خواهد یافت. واکنش گیاهان جوان نسبت به تأمین دی اکسید کربن بسیار بیشتر است. بنابراین زمان سنجی در تأمین دی اکسید کربن دارای اهمیت زیادی می باشد.
دی اکسید کربن- دما :
دمای مناسب می تواند تأثیر قابل توجهی بر میزان پاسخ گیاه نسبت به تأمین دی اکسید کربن داشته باشد. در مورد گل داودی افزایش دمای روزانه و تأمین دی اکسیدکربن (باهم)، موجب افزایش طول ساقه و وزن تر گیاه می شود. این افزایش بیشتر از حالتی است که هر یک از این عوامل به تنهایی در اختیار گیاه قرار گیرد.

دمای بالا در شب دارای تأثیر بسیار اندکی بر روی میزان پاسخ گیاه نسبت به تأمین دی اکسید کربن می باشد. مطالعات زیادی نشان داده اند که دمای بهینة روزانه برای رشد گیاهان، با افزایش غلظت دی اکسید کربن، افزایش می یابد. یک حساب تخمینی نشان می دهد، در صورتیکه دی اکسیدکربن تکمیلی در دسترس گیاه قرار گیرد، دمای روزانه را باید به اندازة 5 تا 10 درجة فارنهایت افزایش داد. یک نتیجة منطقی حاصل از بالا بردن دمای روزانه این است که می توان تجدید هوا را قطع کرده و دورة غنی سازی را تمدید نمود.

دی اکسید کربن - نور
در رابطه با تأثیر نور روی فتوسنتز باید گفت که هر گیاهی دارای یک مقدار ماکزیمم شدت نور (منحصر به فرد) می باشد که میزان بالاتر از آن نرخ فتوسنتز را افزایش نمی دهد. این مقدار را نقطة اشباع نور می نامند. تا زمانی که شدت نور از مقادیر پایین تا نقطة اشباع نور افزایش یابد، فتوسنتز نیز افزایش خواهد یافت. البته اگر دی اکسید کربن تکمیلی به محیط پرورش گیاه اضافه گردد، نقطة اشباع نور در شدت نور بالاتری به دست آمده و نرخ بیشتری از فتوسنتز حاصل می گردد.

در حقیقت غنی سازی محیط گلخانه به وسیلة اضافه کردن دی اکسید کربن، رشد گیاهان را در همة موارد به جز در پایین ترین سطوح نور افزایش می دهد. این مطلب دلالت برآن دارد که حتی در شرایط نوری ضعیف، که می تواند رشد گیاه را محدود نماید، اضافه کردن دی اکسید کربن می تواند فتوسنتز و رشد گیاه را بهبود بخشد. اضافه کردن نور و تأمین دی اکسید کربن (با هم) برای بهبود رشد گیاه بسیار مناسب است. اضافه کردن نور تکمیلی تأثیر بیشتری نسبت به تأمین دی اکسید کربن بر رشد گیاه دارد. اما پیشرفت کامل زمانی حاصل می شود که این دو عامل را با هم به کار گرفت.
دی اکسید کربن – مواد مغذی :
با تأمین دی اکسید کربن در شرایط آفتابی و نیز با استفاده از افزایش مواد مغذی در دسترس گیاه می توان رشد گیاهان را تسریع بخشید. غلظت پایین مواد غذایی در محیط کشت موجب کاهش نرخ فتوسنتز و رشد گیاه می شود. در شرایطی که غنی سازی دی اکسید کربن انجام می شود و به خصوص هنگامی که توأماً نور تکمیلی هم مورد استفاده قرار می گیرد، کمبود مواد غذایی سریعاً رخ خواهد داد.
باور عمومی بر این است که تحت شرایط غنی سازی دی اکسید کربن، میزان کوددهی را باید افزایش داد. آزمایشات مختلف نشان داده که در این حالت بعضی از مواد غذایی سریعاً در محیط کشت دچار کمبود می شوند. در حالیکه تغییرات مواد غذایی دیگر بسیار اندک است. بهترین توصیه این است که پرورش دهندگان از نمایشگرهای نشان دهندة میزان مواد غذایی در خاک و بافتهای گیاه استفاده کنند و سپس برنامه های کوددهی خود را بر اساس نتایج حاصله تنظیم نمایند.