第二章太阳辐射与农业生产主要内容1 辐射的基本知识 2 光的生物学意义与植物的光学特性 3 光照长度对植物的影响 4 光照强度对植物的影响 5 不同光谱成分对植物的影响 6 光能利用率及其提高途径三、 光周期对植物生长发育的影响1、对营养生长的影响光周期对植物营养生长有一定的影响，一般先抑制茎生长 而促进叶扩大。但对大多数植物营养生长的影响不大。光长显著影响某些草莓品种的营养生长，长日照比短日照 能促进葡萄茎的生长，短日照延缓植物生长并最终使生长停止 ，从而使得该植物即使在较高温度下仍然能于长日照下生长良 好。这种情况明显地制约着低纬度地区的草莓生长季节。光周期对于种子的萌发，温带林木的叶片脱落、树梢休眠 也起重要的作用。实际上，光周期主要是通过影响光合作用的时间从而影响 植物的营养生长。在同样的太阳辐射强度下，光合速度随着光照长度的 增长而增加。2、对生殖生长的影响光周期最明显的作用就是对植物开花的诱导效应，而开花 的早晚会对作物的生长发育及产量产生重要影响。花原基形成最低限度的光周期诱导数。为了形成花原基，植株应在其幼年时期或基本营养生长期 之后，接受特定的最低限度的光诱导周期数。这种最低限度的 要求因物种或品种而异。水稻的周期数为52d，依品种和光周 期而异。延长或缩短光照时间，使亲本提早或延迟开花。如： 甘蔗北引种如小麦延迟拔节4 光照强度对植物的影响一、光强与光合作用二、植物群体的光合产量三、光照强度对植物生长发育的影响重要性：研究光强对光合作用的影响以及光强与光 合作用的关系，对建立作物生长数值模拟 模式尤为重要，同时，也是估算作物群体 光能利用率及作物光能生产潜力的基础。一、光强与光合作用1、光强与光合作用的关系光合作用是植物生长发育和产量形成的 物质基础，而没有光便没有光合作用。因此，光强对植物生长发育的影响主要 是通过对光合作用强度的影响来体现的。（2）主要结论 植物的光合作用强度在很大程度上决定于光照强度 。 光强与光合作用关系呈双曲线型。 光强与光合作用关系会因植物群体的繁茂程度而有 明显差异。 不同的植物光光合作用曲线不尽相同。2、光强的变化与光合作用 “强光弱光”缓慢交替会在一定程度上提 高植物的光能利用率。而在自然条件下，植物叶片所接受的光强，会因为云层的有无以及风速等因素的变化而产生差异。3、光饱和点与光补偿点(1) 光饱和点在一定的光照强度范围内，光合作用强度随光强的增强而增强。当光强达到一定的强度后，光合作用强度不再相应地增强，而是趋近于一条渐近线，这种现象称为光饱和现象。这个光的临界点称为光饱和点。若光强高于光饱和点，不仅不会使植物 光合作用强度增强，反而会导致叶温升高、 气孔关闭，叶绿素钝化、分解、破坏及植物 组织灼伤，使光合作用强度下降。所以在实际测量时光强过高时光光合作用曲线会呈抛物线状（2）光补偿点植物的光合作用强度和呼吸作用强度达 到相等时的光强值称为光补偿点。在此光强下，光合作用制造的产物与呼 吸作用消耗的产物相等；或者说同一叶片在 同一时间内，光合过程吸收的CO2和呼吸过 程放出的CO2等量。当光强在光补偿点以上，植物可以积累 有机物质。当光强处于补偿点时，植物没有 干物质积累。而长期处于光补偿点以下时， 植物的干物质积累小于支出时，植物便会因 饥饿而生长不良甚至死亡。（3）有关结论 不同植物（喜阴、喜阳、C3、C4），同一作物的不同品种，同一品种不同发育期及不同部位的叶片光饱和点和光补偿点不同。 光饱和点和光补偿点还因温度、水分、CO2浓度等因子的不同而变化。 群体光饱和点和光补偿点均高于单叶。二、植物群体的光合产量1、单叶光合作用与光强的关系根据实测资料，植物单叶的光合作用强度 随着光强的变化呈直角双曲线型，其关系可用 下式表示：P=bI/（1+aI）式中，P为光合作用强度（mgCO2/dm2.hr），I 为受光强度，a、b为常数。常数a、b的生物学意义：当I，Pb/a；显然b/a为光合作用强度 的极限值，也就是说，b/a是光饱和点时的光 合作用强度。当I0时，P/Ib；显然b为光光合作用 曲线起点（I=0）处的斜率。因此a、b值可通过试验获得的资料，绘制 成P-I图，用上述的生物学意义来确定。当然，不同的作物、同一作物不同发育期 以及环境条件不同，a、b值亦不同。自然条件下单叶光合作用的特点： 晴天条件下，一般是中午的光合作用的强 度大于早晚。但若夏天光强过强且伴有高温，则中午会出现光合作用减弱，即“午休”现象 ，但并非每种作物都有“午休”现象。 在同样光强下，阴天光合作用强度大于晴 天。因为阴天的太阳辐射主要以散射光为主，散射光穿透能力比直射光强，叶片吸收光能多 。 由于云的变化、叶片的相互遮挡和风引起 的叶片摆动，均会造成同一植株上不同叶片甚 至是同一叶片上不同部位的光强不同，光质也 不同，从而导致其光合作用强度不同。2、群体的光合作用将群体内光强的垂直分布模型即门司佐伯公式代入单叶光合作用强度公式中，并考虑植 物的呼吸作用，就可得到一定光强下任意一层 叶面的净光合强度计算公式：式中，P、a、b、I0、k、F的含义同前，r为单 位叶面积的呼吸作用强度。上式中，r可以通过实测确定，a、b则由叶 片光合特性所决定，主要是F与k能够有一个合 适的比例关系。 实测表明：一般，大田作物在封行后的最适叶面积指数 在35之间。光光合作用之间的这种双曲线关 系，现已广泛应用。但光合作用还受温 度、CO2浓度、水分等其它环境条件的 影响，因此在进行数值模拟时，应加以 考虑。（2）主要结论 弱光下，叶片薄，叶面积增长快。 光强不足，茎的生长加速，植株伸得很长 ，并将影响根系的发育，导致根系生长不良 ，浮在土壤上层。上述两个方面导致大田作物出现倒伏现象。 黄化现象，即光强过弱，导致植物茎杆细 弱，节间拉长，植物体内机械组织和疏导组织 退化，叶片呈淡黄色，分枝减少。 不同生长期光强不足，影响的植物器官不 同，不同的品种对光强不足的反应也是不同的 。 总体上说，光强不足光合积累少，会导致 产量降低。2、光强对植物发育的影响 光强过弱，植物体内营养物质积累少，往往 会阻碍植物的发育速度，以致于延迟开花结果。 光强过弱，植物体内的营养物质积累不足， 导致花芽发育不良，致使花芽早期退化或死亡， 引起作物产量下降。3、光强对产品质量的影响光强不足，光合积累少，势必影响到蛋白质和糖分等的含量，进而对产品质量产生不利影响。（教材P56表）5 不同光谱成分对植物的影响一、紫外线对植物的影响二、可见光对植物的影响三、红外线对植物的影响四、应用一、紫外线对植物的影响从波长来讲，紫外线（10400nm）又可分为 短紫外线和长紫外线。1、短紫外线（10290nm）对植物具有杀伤作用，但大部分被臭氧层吸收 ，一般达不到地面。2、长紫外线（290400nm） 大多数学者认为，长紫外线对植物不起明显 作用，不影响发育和产量。 但也有人认为，波长在290315nm的长紫 外线能加快植物的发育，而波长315400nm的 长紫外线在所有情况下都没有作用。 另有人认为，290315nm的长紫外线对大 多数植物有害，但可以用来消毒土壤和杀灭病虫 害，315400nm的长紫外线有成形作用，可使 植物变矮、叶片变厚等，还可使果品色泽红润、 深沉。紫外线还对植物的向性、感性和趋性有很大的 作用。紫外线变化一日之中，中午12点到下午2点时紫外线强度最 大；冬季和多云天气紫外线强度大大减弱；海 拔高度高的高原和高山，紫外线辐射强度大于 平原地区.在光合作用和呼吸作用方面，UV辐射能降低大 多数C3植物的净光合速率，而C4植物对UV不 太敏感。UV造成光合速率下降的原因是由于气 孔阻力增大或气孔关闭所致。二、可见光（光合有效辐射）对植物的影响1、光合有效辐射（PAR）（1）光合有效辐射的概念 生理辐射决定着最重要的植物生理过程（包括光合 作用、色素合成、光周期现象和其它植物生理 现象）的光谱区称之为辐射的生理有效区，或 称为生理辐射。 光合有效辐射使得光合作用进行的光谱区辐射，称之为 光合有效辐射，简称PAR。 光合有效辐射的波长范围光合有效辐射的波段大体与可见光（400 760nm）范围一致，即400700nm（欧美） 或380710nm（俄）。最重要的是红橙光（610710nm ）和蓝 紫光（ 400510nm ）。红橙光是叶绿素最 强吸收光谱带，蓝紫光能促进蛋白质和脂肪合 成。（2）光合有效辐射的计算 估计值光合有效辐射约占太阳总辐射的50%。 求算方法a.进行严格的对比观测；b.以点推面，通过气候学计算来求取。因此，光合有效辐射能量的计算公式为：Q=S+D=KsS+KD D ，Ks与KD是不等的。如果能确定系数KS、KD，则Q即可求得。 KS的确定相对简单，而KD的计算则比较复杂，涉 及到多个要素，具体的气候计算请同学们参阅教 材（P3031）和有关文献。 一般而言，KS小于0.5，KD大于0.5。 （3）计算光合有效辐射能的意义准确地计算光合有效辐射能的时空分布， 有助于确定进入农田和植物群落的能量，对于 拟定适宜的群体结构和估算作物的产量等方面具有重要的意义。因此，光合有效辐射得到了广泛的应用。2、可见光各波段的作用可见光（400760nm），通常又可以 分为蓝紫光、黄绿光和红橙光三部分。（1）蓝紫光（400510nm） 叶片吸收较多； 光合作用活性较强； 光合作用效率只有红橙光的一半； 大多数情况下延迟植物的开花。（2）黄绿光（510610nm） 叶片吸收很少； 光合作用活性最弱。（3）红橙光（610710nm） 叶片吸收最多； 光合作用活性最强； 光合作用效率最高； 加快光周期过程植物开花过程。因此，在设计人工光源时，主要应考虑蓝 紫光和红橙光，才能模拟太阳光对植物的影响 ，一般是日光灯加白炽灯。三、红外线对植物的影响红外线（7603000nm），可分为近红外辐射和远红外辐射两部分。（1）近红外辐射（7601000nm） 主要对植物具有特殊的伸长效应； 有光周期反应。（2）远红外辐射（1000nm） 不参与植物的光化学反应； 主要产生热效应。四、应用根据不同光谱成分对植物生长的影响，可以通过人工改变光质以改善作物的生长 状况。 近年来有关成果在农业生产上的应用，已 经取得了良好的效果。如有色薄膜的应用（教材P59）。 应进一步加强不同光质对植物生理过程和 植物形态所起作用的研究。5 光能利用率及其提高途径一、太阳能利用率和光能利用率二、光能利用率的理论上限三、限制光能利用率的因素四、提高光能利用率的途径1、定义光能利用率也有人称太阳辐射能利用率或太阳辐 射能利用系数，严格讲两者有区别。（1）太阳辐射能利用率它是投射到作物表层的太阳辐射能被植物转化为 化学能的比率。一般是用一定时间内一定土地面积上作物增加的 干重所折合的热量，与同一时间内投射到同一面积上 的太阳总辐射量的比值来表示。一、太阳能利用率和光能利用率（2）光能利用率光能利用率是投射到作物表层的光合有效辐射能 被植物转化为化学能的比率。一般是用一定时间内一定土地面积上作物增加的 干物重所折合的热量，与同一时间内投射到同一面积 上的光合有效辐射量的比值来表示。（1）水稻：1.2-1.58%；玉米：1.29-2.18%；大豆：0.77-1.02%。（2）（3）二、光能利用率的理论上限 最大限度地提高植物的光能利用率，是人类 追求的目标。 随着人口不断增加，人类在提高光能利用率 方面不懈努力，且成就巨大。 科学地计算光能利用率的上限，不仅可以给 人类提高光能利用率提供一个追求的目标，还 可以避免这一过程中的盲目性。 光合有效辐射波段内一个爱因斯坦能量均值：Em（PAR）= Em（0.38）+ Em（0.71）/2= 2.416*105焦耳