A szárazanyag döntő többségét három elem alkotja: 42-45%-ban szén, 40-42%-ban oxigén és 6-7%-ban hidrogén. A fennmaradó további 6-7%-ot közel 18-20 elem teszi ki, ezek mennyisége jelentős mértékben eltér, csoportosításuk egyik gyakori módja is ezen az alapon történik (makroelemek, mezoelemek és mikroelemek). A szenet, az oxigént (döntő többségében a levegőből veszik fel a növények), míg a hidrogént elsősorban a vízből hasznosítják. Ebből következik, hogy a szárazanyag-képzéshez szükséges elemek döntő többségét a levegő szolgáltatja.

Szén beépülése a növénybe

Ismert biokémiai folyamat az asszimiláció, amely során a növény szén-dioxid felvétele mellett oxigént bocsát ki. Zárt helyiségekben, így a növénytermesztő létesítmények légterében is (üvegházakban és fóliasátrak alatt) az asszimiláció következtében az oxigén feldúsul a szén-dioxid rovására, ami egy idő után lassíthatja a növény növekedését, közvetve vagy közvetlenül csökkenti a termést. Ebből adódóan, a sikeres termesztés érdekében, szükségessé válik a levegő összetételének változtatása, azaz a CO₂ pótlása, amit technológiai szaknyelven csak szén-dioxid-trágyázásnak nevezünk.

A szerves anyag felhalmozásának folyamata a fotoszintézis, amely során a fény energiáját felhasználva, a növények a légköri szén-dioxidot megkötik, fotoszintézissel cukorrá, illetve keményítővé alakítják át. Maga a fotoszintézis ennél lényegesen összetettebb, sokkal szerteágazóbb élettani és biokémiai folyamat, számos ponton kapcsolódik más biokémiai reakciókhoz.

A folyamat nem minden növény esetében azonos. Az úgynevezett C3-as növényfajok, a szén-dioxid és az oxigén közvetlen rögzítését az úgynevezett RuBisCO enzim (ribulóz-1,5-biszfoszfát-karboxiláz-oxigenáz) segítségével végzik, amely enzim képes oxigént is megkötni, azonban, hogy melyik folyamat játszódik le, azt a két gáz koncentrációja, illetve koncentrációjának aránya határozza meg. 50 ppm CO₂ felett a szén-dioxid megkötése történik, amit a fény intenzitása is befolyásol. Szabadban az oxigén és a szén-dioxid légköri aránya az említett RuBisCO enzim aktivitását teszi lehetővé, vagyis a szén-dioxid beépülését segíti elő. Amennyiben a növény környezetének szén-dioxid-tartalma jelentősen lecsökken, az enzim működése átvált az oxigén megkötésére, és a fotoszintézis leáll, ami légmentesen zárt térben, például üvegházban vagy fólia alatt okozhatja a fotoszintézis hatékonyságának romlását, vagy akár a leállását is.

A zöldnövények másik csoportját az úgynevezett C4 típusú fajok képezik, amelyek az ATP-én keresztül kötik meg a szén-dioxidot, ide csupán a kukoricát, a kölest, a cirkot és a cukornádat, továbbá néhány kisebb jelentőségű egyszikűt sorolunk. A növények legnagyobb része, így a termesztett fajok döntő többsége (94%) a C3-as csoporthoz tartozik, hasonlóan a üvegházakban és fóliák alatt hajtatott növények is (paprika, paradicsom, padlizsán, uborka, sárgadinnye, fejes saláta stb.). Ezeknél a fajoknál a szén-dioxid fixálásában részt vevő enzim(ek) működését alapvetően két tényezőcsoport határozza meg:

• a levegő összetétele – azaz a szén-dioxid/oxigén aránya, illetve
• a klimatikus tényezők – azaz a fényintenzitás és a léghőmérséklet.

Vagyis magasabb szén-dioxid- és alacsonyabb oxigéntartalmú levegő esetén, magasabb hőmérsékleten (20-25 ⁰C-on vagy felette), kedvező fényviszonyok mellett (10 W/m² felett) egy határig intenzívebb az asszimiláció, azaz kedvezőbb a zöldtömeg képződése.

Széndioxid-mérleg

Mint az ásványi tápanyagok esetében a CO₂ esetében is, célszerű az igényt és a forrást egybevetni, mérleget készíteni, és mérlegszemlélettel gondolkodni.

Források:

• A légkör CO₂-tartalma az utóbbi fél évszázadban 310 ppm-ről napjainkra 420 ppm-re emelkedett. Nem tekinthető állandó értéknek, időjárástól és az évszakoktól függően változik, májusban mindig magasabb, októberben alacsonyabb, lakott területek környékén magasabb, erdők közelében alacsonyabb. 420 ppm koncentráció megfelel 0,76 g/m³ CO₂-tartalomnak, vagyis fényviszonyoktól és a hőmérséklettől függően 13-20 m³ levegő 1 m² felületen termesztett növény számára tartalmaz elegendő szén-dioxidot.
• Maga a talaj is bocsát ki szén-dioxidot, átlagosan napi 2-5 g/m² mennyiséggel számolhatunk, de ez humuszban gazdag, erősen szervestrágyázott (10-20 kg/m²) hajtatóházi talajok esetében, akár a 8-10 g/m²/nap mennyiséget is elérheti, esetleg meg is haladhatja. Izolált közegen történő termesztés esetén (pl. perlit, kőgyapot vagy konténeres, azaz vödrös termesztésnél, illetve talajtakarás esetén) a növény szén-dioxid-igényének csak töredéke képződik, megállapítható, hogy mint szén-dioxid-forrás, gyakorlatilag nem is létezik.
• A disszimiláció, azaz a növény légzése következtében, éjjel is képződik CO₂, amit a növény a reggeli órákban jól tud hasznosítani. Mennyisége az éjszaka, azaz a sötét periódus hosszától, és a léghőmérséklettől függően 10-20 g/m².

Felhasználás:

• 1 m² levélfelület óránként 2-3 g, azaz 1-1,5 liter szén-dioxidot képes felvenni optimális fény és hő viszonyok mellett (1 liter CO₂ tömege 20 ⁰C-on 2 gramm). Támrendszeres uborka, paradicsom vagy paprika hajtatása esetében 1 m² talajfelületre ~ 5 m² levélfelület jut, amiből következik, hogy 1 m² üvegházi alapterületre számítva 5-7,5 literre, azaz 10-15 g CO₂-re van a növénynek szüksége óránként.

Az anyagcsere folyamán az asszimiláció, azaz CO₂-felvétel mellett, disszimiláció, azaz CO₂-leadás is történik. Ha több szén-dioxidot vesz fel a növény, mint amennyit lead, akkor gyarapodik a zöldtömeg, fordított esetben viszont csökken a képződő szárazanyag mennyisége. A kettő, azaz az asszimiláció (fotoszintézis) és a disszimiláció (légzés) különbözetét nettó fotoszintézisnek nevezzük, azt az értéket, amikor a két folyamat egyensúlyban van, a kompenzációs pontnak mondjuk.

Egybevetve az üvegház légterében meglévő szén-dioxidot, a talaj által kibocsátott és az éjszaka képződő mennyiséggel, megállapítható, hogy nem fedezik a növény igényét. Csak óránkénti kb. 50-60-szoros légcserével, vagy a szén-dioxid mesterséges adagolásával lehet a növény optimális növekedéséhez szükséges CO₂-ot biztosítani.