光合速率、光能利用率与光合作用效率.doc

光合速率、光能利用率与光合作用效率光合速率、光能利用率与光合作用效率教学 2010-01-18 07:59 光合速率：光合作用的指标，是指植物在一定时间内将光能转化为化学能的多少。通常以每小时每平方分米叶面积吸收CO2毫克数表示。它由植物在单位时间内吸收光能的多少及它对光能的转化率决定。光能利用率：植物将一年中投射到该土地上的光能转化成化学能的效率。指植物光合作用所累积的有机物所含能量，占照射在同一地面上的日光能量的比率。它由该土地上植物的多少、进行光合作用时间的长短及植物吸收利用光能的能力决定。提高的途径有延长光合时间、增加光合面积，提高光合作用效率。光合作用效率：是指植物将照射到植物上的光能转化为化学能的效率。植物通过光合作用制造有机物含有的能量与光合作用中吸收的光能的比值，它由植物叶片吸收光能的能力、及将吸收了的光能转化为化学能的能力决定。提高的途径有光照强弱的控制，温度的控制，CO2的供应，必需矿质元素的供应。光能利用率和光合作用效率这“两率”的比例式中，主要是分母不同。光能利用率比例式中分母是指照射在同一时期同一地面上太阳辐射能，而光合作用效率比例式中分母是同一时期同一土地面积农作物光合作用所接受的太阳能；两比例式中分子都是作物光合作用积累的有机物中所含能量。光能利用率与复种指数、合理密植、作物生育期、植株株型、CO2浓度、光照强度、温度、矿质元素等都有密切关系；农作物的光合作用效率与光照强度、温度、CO2浓度、矿质元素等有密切关系。提高光能利用率，主要是通过延长光合作用时间、增加光合作用面积和加强光合作用效率等途径。阳光、温度、水分、矿质元素和二氧化碳等都可以影响单位绿叶面积的光合作用效率。提高了光合作用效率也就提高了光能利用率，但提高了光能利用率不一定提高光合作用效率。但二者均影响农作物产量，即提高光能利用率和提高光合作用效率均能提高单位面积上农作物产量。间作是几种作物相间种植，即一行A一行B，通常将高和喜阳植物与矮的喜荫植物间种。套种是在前一茬作物即将收割沿未收割之前将后一茬作物种入前茬的行间株间。如在棉花尚未收完前种入豌豆，还可利用棉花秆作豌豆的支架。 轮作是几种作物轮流种植，如稻田在冬天种萝卜或绿肥；也可今年种水稻、明年种玉米，后年种棉花等许多种植物轮流种植。三者通称为“复种”。其中间作、套种：增加光合面积；轮作：延长光合时间。三者都是为了提高光能利用率，而不是提高光合作用效率。如落在叶面的光能（100%）；不能吸收的波长，丧失能量60%；反射和透光，丧失能量8%；散热，丧失能量8%；代谢，丧失能量19%；转化、储存于糖类中的能量5%；则：光能利用率=5%、光合作用效率=5%/（8%+19%+5%）=15.6%例1：2005年3月35日，全国政协、人大十届三次会议在北京相继召开，“三农”是两会的热点之一。“三农”问题中，发展粮食生产，提高粮食产量是最基础的问题。下列措施中，有利于提高对光能利用率，增加产量的是（）A、增加光合作用面积 B、提高农作物的光合作用效率C、延长光合作用时间 D、不包括A、B、C三项解析：增加光合作用面积通过合理密植、改变植株株型等实现，延长光合作用时间通过提高复种指数、延长作物生育期实现，因此A、B、C均正确。答案是ABC。例2：下列措施不能提高阳生性农作物的光合作用效率的是（）A、合理密植 B、保证适量的必需矿质元素C、延长光合作用时间 D、强的光照解析：合理密植和延长光合作用时间虽能增加光合作用制造的有机物的总量，即光合作用所制造的有机物中所含的能量增加，但光合作用所吸收的光能也增加，二者之比值不增加，因而不能提高光合作用效率；B、D均有利于阳生性植物光合作用的进行。答案是AC。例3：合理施肥的实质是提高了光合作用的效率。下列叙述与提高光合作用效率密切相关的是（）氮使叶面积增大，增大了光合作用面积。氮是光合作用产物蛋白质的必需元素。磷是NADP+和ATP的组成成分。钾促进光合产物的运输。A、 B、 C、 D、解析：氮元素能促进叶片的生长，使叶面积增大，增大光合作用的面积，提高了单位地面上日光能量的利用率，但不能提高光合作用效率，因而不正确，用排除法可知正确答案为C。答案是C。例4：下面叙述中，对于农田里的农作物来说，确保良好的通风透光的不正确叙述是（）A、可充分利用光能 B、可增大光合作用面积C、可提高光合作用效率 D、可提供较多的二氧化碳解析：农作物栽培中要保持适当的株距和行距，且行向应为东西行向，这样做的目的就是为了确保良好的通风透光，以便充分利用光能和CO2，提高产量，但不一定能增大光合作用面积，因而B不正确。答案是B。混作也叫间作（mixed intercropping）：将两种或两种以上生育季节相近的作物按一定比例混合种在一块田地上的种植方式。多不分行或在同行内混播或在株间点播。通过不同作物的恰当组合，可提高光能和土地的利用率，还能减轻自然灾害和病虫害的危害。混作在中国已有2000多年的历史。北方旱地粮食和油料混作较多，如小麦与豌豆、高粱与黑豆、大豆与芝麻、棉花与豆类或芝麻混作等。世界上盛行粮食作物混作的有印度和非洲部分国家。非洲多为玉米、高粱、豇豆、粟、木薯、马铃薯等的混作。印度旱作区多为高粱、豆类、粟类等混作。畜牧业发达的欧美各国及澳大利亚、新西兰等常将饲料作物和牧草采用混作。由于混作会造成作物间互相争夺光照和水、肥的矛盾，且田间管理不便，不适合于高产栽培要求，故中国的混作面积已逐渐减少。套种在一块地上按照一定的行、株距和占地的宽窄比例种植几种庄稼，叫间作套种。一般把几种作物同时期播种的叫间作，不同时期播种的叫套种。间作套种是我国农民的传统经验，是农业上的一项增产措施。狭义来讲立体种植就是指充分利用立体空间的一种种植（养殖）方式，简单的例子就是“稻-萍-鱼”种养结合。广义来说立体种植也可以理解成充分利用时间、空间等多方面种植（养殖）条件来实现优质、高产、高效、节能、环保的农业种养模式，典型的例子应该就是中国传统的“四位一体”的庭院农业模型（例如：将鸡、猪、沼、菜等生物组分整合成一个生态微循环系统）。复种（multiple cropping）同一块土地上在一年内连续种植超过一熟（茬）作物的种植制度，又称多次作。复种是中国蔬菜集约化栽培的主要特点之一，能显著提高土地和光能利用率，是实现蔬菜高产种类多样、周年均衡供应的一个有效途径。依各地区条件及生产技术水平等的差异，复种程度有明显不同，通常以“复种指数”作为量度的指标。如麦-棉一年两熟，麦-稻-稻一年三熟。此外还有二年三熟、三年五熟等。除直播外，也可采用再生、移栽、套作等方式达到复种目的。复种是集约栽培的重要方式之一，主要应用于生长季节较长，降水较多或灌溉条件较好的温暖带、亚热带或热带地区。可提高土地和光能的利用率，增加作物的单位面积年总产量；增加地面覆盖，减少土壤的水蚀和风蚀；充分利用人力和自然资源。实行复种的田地上，一年内不同生长季中，作物搭配种植的方式或类型称为复种方式。各地的复种方式因纬度、地区、海拔和生产条件而异。在作物能安全生育的季节种一熟有余而二熟不足的地区，多采用二茬套作方式。在冬凉少雨或有灌溉条件的华北地区，旱地多为小麦-玉米（或大豆）二熟，春玉米-小麦-粟二年三熟。在冬凉而夏季多雨的江淮地区，普遍采用麦-稻二熟，或麦、棉套作二熟。在温暖多雨，灌溉发达的长江以南各省，稻田除麦-稻二熟，油菜-稻二熟和早稻-晚稻二熟外，还有稻-稻-肥、稻-稻-麦、稻-稻-油菜等三熟制。轮作是指前后两季种植不同的作物或相邻两年内种植不同的复种方式。由于不同作物对土壤中的养分具有不同的吸收利用能力，因此，轮作有利于土壤中的养分的均衡消耗。同时轮作还有利于减轻与作物伴生的病虫杂草的危害。例如，春季种烤烟，烤烟收获后再种一季双季晚稻，这种水旱轮作的效果一般都很好。不仅能改良土壤的理化性能，而且能非常有效地抑制病虫杂种。连作 2.在一块田地上连续栽种同一种作物。间作row intercropping一茬有两种或两种以上生育季节相近的作物，在同一块田地上成行或成带（多行）间隔种植的方式。中国早在公元前 1世纪西汉氾胜之书中已有关于瓜豆间作的记载。 公元6世纪齐民要术叙述了桑与绿豆或小豆间作、葱与胡荽间作的经验。明代以后麦豆间作、棉薯间作等已较普遍，其他作物的间作也得到发展。20世纪60年代以来间作面积迅速扩大，有高、矮杆作物间作和不同作物种类间作，如粮食作物与经济作物、绿肥作物、饲料作物的间作等多种类型；尤以玉米与豆类作物间作最为普遍（见图），广泛分布于东北、华北、西北和西南各地。此外还有玉米与花生间作(见彩图)，小麦与蚕豆间作，甘蔗与花生、大豆间作；高粱与粟间作等。林粮间作中以桑树、果树或泡桐等与一年生作物间作较多。在印度和许多非洲国家，豆类、玉米、高粱、粟、木薯等采用间作的也较普遍。间作可提高土地利用率，由间作形成的作物复合群体可增加对阳光的截取与吸收，减少光能的浪费；同时，两种作物间作还可产生互补作用，如宽窄行间作或带状间作中的高杆作物有一定的边行优势、豆科与禾本科间作有利于补充土壤氮元素的消耗等。但间作时不同作物之间也常存在着对阳光、水分、养分等的激烈竞争。因此对株型高矮不一、生育期长短稍有参差的作物进行合理搭配和在田间配置宽窄不等的种植行距，有助于提高间作效果。当前的趋势是旱地、低产地、用人畜力耕作的田地及豆科、禾本科作物应用间作较多。与间作相反，在一块土地上只种一种作物的种植方式，称为单作，其优点是便于种植和管理，便于田间作业的机械化。世界上小麦、玉米、水稻、棉花等多数作物以实行单作为主。中国盛行间、套作，但单作仍占较大比重。光能利用率光能利用率一般是指单位土地面积上,农作物通过光合作用所产生的有机物中所含的能量,与这块土地所接受的太阳能的比.理论计算值:一般可达6.08.0%，而实际生产中仅为0.51.0%，最大可达2%。光能利用率=有机物所含能量/土地所接受的太阳能光合产物中固定的物化能与光合作用可利用的太阳辐射能的百分比。其表达式为=（qMPAR）100%q为作物各器官的含热量，即单位干物重燃烧产生的热量，是单位质量的有机物固定的 物化能（焦耳/克），M为单位面积上作物的生物学产量（克/平方米），QPAR为生 长期内单位面积的光合有效辐射能（焦耳/平方米）。一般农田光能利用率平均只有 0.40%；北京郊区亩产1000kg的地块，光能利用率达到4.0%；中国长江流域亩产1500kg 的试验田，光能利用率为5.0%。提高光能利用率的方法:延长光合作用时间(如复种),增加光合作用面积(如合理密植 间作套种),提高光合作用效率(如控制光照强弱和成分 增加CO2浓度 合理施肥)等免耕no-tillage播种前不单独进行土壤耕作直接在茬地上播种，作物生长期不进行土壤管理的耕作方法。用联合作业免耕播种机一次完成切茬、开沟、喷药除草、播种、覆土多道工序。广义免耕包括少耕。传统的免(少)耕技术在中国耕作史上出现较早。20世纪40年代，美国进行了少耕研究，发现残茬覆盖有保护土壤的作用。除草剂和免耕机的研制成功，为免耕播种提供了可能，并因能源紧张，使免