黄瓜生长的最适宜的CO2浓度是1000～2000ug•g-1[11]，如果CO2浓度过低，会使植物处于饥饿状态，影响植物的正常光合作用及其生长发育[12]；如果CO2浓度过高，会使植物CO2中毒，导致光合作用下降[11]。CO2浓度上升以后，气孔的开度变小、阻力增大，气孔的导度有所降低。

植物的光呼吸是生物圈中重要的碳代谢途径之一。光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳的情况下发生的一个生化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。过程中氧气被消耗，并且会生成二氧化碳。现在的大气中，光呼吸导致CO2的损失很高，约抵消20%-30%的光合作用，而在高温和干旱的情况下则会更高，以至于光呼吸被认为是地球上最浪费能源的一个过程。因此，降低光呼吸被认为是提高光合作用效能的途径之一[13]。但是人们后来发现，光呼吸有着很重要的细胞保护作用。

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的一个极其重要的环节。土壤呼吸是指土壤释放二氧化碳的过程，严格意义上讲是指未扰动土壤中产生二氧化碳的所有代谢作用，包括三个生物学过程（土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸）和一个非生物学过程，即含碳矿物质的化学氧化作用。其中，土壤微生物呼吸和根系呼吸所排放的CO2，占土壤呼吸总量的绝大部分[14]。

植物呼吸也是生态系统碳循环的一个重要的组成部分。植物呼吸是指植物在有氧条件下，将有机化合物氧化，产生CO2和水的过程。该过程也称为有氧呼吸。在一定范围内，有氧呼吸是受氧气和二氧化碳浓度影响的。氧气是植物正常呼吸的重要因子，氧气不足影响呼吸作用；CO2是呼吸作用的最终产物，增加CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应[15]。

在日光温室中，光合速率、光呼吸、土壤呼吸和植物呼吸是一个动态平衡的关系。只有在光下才可以进行光合作用，但呼吸作用时时刻刻都在进行 ，白天植物既进行光合作用，又进行呼吸作用，植物总体表现为只进行光合作用，消耗CO2。

在日光温室内增施CO2作为增产增效的方法，国内早有报道，并在生产实际中得到了广泛应用，已有的研究多是蔬菜CO2施肥的生理作用和增加CO2浓度来提高产量，但对CO2浓度动态变化的模拟研究较少，因此针对日光温室CO2浓度变化的规律，研究CO2调控机制与浓度变化规律，对提高黄瓜产量有重要的意义。本课题立足冬季日光温室内CO2浓度的变化，来研究模拟出冬季黄瓜栽培日光温室二氧化碳浓度变化的规律。

2 数据来源

利用课题组研制的物联网温室监控系统采集温室的光照、温度、湿度、CO2浓度等环境信息，信息采集周期为5min。本研究收集了2014年1月23日~4月10日内的数据，以  、 、  、 表示前10min、前5min、当前的时刻和下一时刻。

2.1土壤呼吸和植物有氧呼吸模型的构建

本文中夜晚指的是温室放下草苫之后到第二天揭开草苫之前这段时间，白天是指揭开草苫的这段时间。夜晚温室CO2浓度和温度与时间 的关系见图 1，温度随着时间的推移缓慢下降，初期下降的幅度较快，后期趋于平缓。初期下降的比较快是因为内外温差大。与温度相反，二氧化碳浓度则随着时间的推移而成增加趋势。温度和CO2相关性见图 2，随着温度的降低，二氧化碳的浓度呈升高趋势，因为夜晚只有植物呼吸和土壤呼吸，他们不断的释放出CO2，而没有光合作用消耗CO2，所以CO2呈上升趋势。由图3可以看出，CO2浓度变化不是一个骤变的过程，而是一个慢慢变化的过程，后一时刻的CO2量和前一时刻的CO2量有关，类似于一个惯性系统。因而构建土壤呼吸和有氧呼吸模型的参数为 、 、 ，  时刻二氧化碳浓度为 、 时刻二氧化碳浓度为 、 时刻二氧化碳浓度为 。温室中的温度上升时，呼吸速率加快 ，因而呼吸作用和温度有关。 时刻的温度为 ，温度为  的时候CO2浓度  ，它是 到 时刻的积累导致的，取 到 时刻的中间时刻的温度 。构建土壤呼吸和有氧呼吸模型的参数是： 、 、 、 。