CO₂浓度水平分布上的差异前已述及。CO2浓度的垂直变化是由近地气层CO₂被固定和释放的情况所决定。以表示CO₂浓度的垂直梯度，白天，在田间离作用面越高，CO₂浓度越大，叫做光合作用状态；在夜间则相反，叫做呼吸状态，早晨、傍晚为过渡状态。图2-27给出一天的不同时间空气中 CO₂垂直梯度的一般状况。

杜宝华(1996)给出了麦田灌浆期CO₂浓度的垂直分布图(图2—28)，由图看出， 5月27日8点到12点的5条CO2浓度廓线均呈C型，在距离地表50cm，即约1／2株高处CO₂浓度最低，约340～370uL／L；90cm作物冠顶约355～380uL／L；地表约370～ 400uL／L。

一般作物如每天每m2净同化率为20g，需要29gCO₂，这要耗尽 50m。空气柱中所有的CO2。据殷宏章研究指出，若水稻叶片以 0.02gCO₂／(m2·min)的速度进行光合作用，包围在其叶片周围的 CO₂，仅一分钟就吸收殆尽。因此在高产栽培的作物地里，在光合作用旺盛时，群体中常出现CO2不足的问题。

作物群体中光合作用所需的 CO₂，主要依靠大气供给，次为土壤。土壤释放CO₂有明显日变化，据有人研究，最大通量密度为1.26×10－9g/(cm2·s)，发生在13时左右，大致与一天中土壤上层最高温度出现的时间相当。有人认为稻田土壤释放的CO₂供水稻光合作用所需量的不到10％，烤田时所供的量略多。И．Будыко指出，土壤放出的CO₂与植物群体下层叶子相遇，由于缺光，叶子不能充分进行光合作用，故其效果不高。