第一章 作物与光照ppt课件

上篇作物环境原理,2,第一章作物与光照,第一节太阳辐射能一、太阳辐射及各参数1、太阳辐射：太阳时刻不断地向周围空间放射出巨大的能量即太阳辐射能。,可见光：0.390.76m太阳辐射：0.23m（占太阳辐射能总量99%）常温物体的辐射：3100m热射线：0.1100m,3,4,2、度量,（1）太阳辐射能通量密度（W/m2）单位时间内投射于单位面积上的太阳辐射量（2）光通量（lm）表征辐射通量而产生的光感觉的量。（3）光通量密度（lm/m2）单位面积上的光通量。（4）光照度（lx）单位面积上的光通量密度。,近似关系：晴天1W/m2=103.7lx阴天1W/m2=108.34lx,5,3、太阳常数（Rsc）,当太阳离地球距离在1A时日地平均距离为1.4960 x108km时称1个天文单位(A)，在地球大气上界，与太阳光成直角的单位面积、单位时间内入射太阳辐射能。,1981年世界气象组织推荐的太阳常数为13677W/m2，常采用1367W/m2，且其值并不是固定不变，在1325W/m21457W/m2内波动。,6,4、太阳高度角（h）,（1）太阳光线与地球水平面的夹角。（2）计算公式：,7,8,对于正午时，=0,所以：,15为1h，如上午9点，,9,太阳高度角,10,二、太阳辐射在大气层中的衰减,11,12,13,1、吸收作用2、散射作用3、反射作用强度顺序：反射散射吸收4、减弱因素（1）太阳高度角（h）（2）大气透明系数（a）,当太阳高度角为90度时通过大气层后的太阳辐射强度与通过大气前的辐射强度的比值,h越大，射程越短，衰弱越少,14,大气透明度,定义：I1/I0=a=exp(-kL)，a1最透明变化范围：0.650.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数.我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明,东京晴天的大气透明度逐月值,15,我国的大气透明度分区,6,5,4,4,3,3,2,16,（3）大气质量（m）大气光路通过路径的长度与大气铅直厚度之比,当h在3060度间时,17,18,三、地表的光照条件,19,（一）直射光(水平面),a,北半球夏半年，北纬25最高,冬半年，赤道地区最高,冬半年，北纬80左右为零,北纬50以北骤减,20,斜面上的直射光,冬季最大,21,(二)散射光,太阳高度角为0时，散射光占100；20时，占90；50时，占18；此外，散射光还随云量增多而增大，在阴天时约占50。,22,（三）日照长度,夏半年，昼长夜短夏至昼最长，夜最短,23,四、太阳辐射在作物群体内的分布,（一）反射、透射、吸收,反射率：,透射率：,吸收率：,24,冬小麦群体内辐射状况,项目,生育期,单位面积上作物全生育期或某一阶段生育期中，总叶面积占土地面积的比值,截获率随各期叶面积系数减小而依次降低,25,茶树叶片对太阳辐射各波长的反、透射和吸收率,26,茶丛对太阳辐射各波长的反、透射和吸收率,茶丛的吸收率远比单叶的吸收率高,27,（二）垂直分布,RS任一叶层获得的辐射强度R0顶部的辐射强度L叶面积系数K消光系数,28,递减最快区域（植株相对高度2070）,29,30,第二节光的生物学效应,一、作物的光合生产力（一）光能利用率指作物光合作用所积累的有机物所含量占照射在单位面积上的日光能量的比率。,目前，丰产田的光能利用率为23%，一般农田仅为1%左右。,31,提高途径,1、改革耕作制度2、采用合适的栽培技术3、选用高光合效率新品种4、科学施肥、合理施肥5、改造自然6、预测和防治病虫害,32,（二）光照度和光合速度,1、光合速率：2、光饱和现象：,3、光补偿点4、光饱和点,光合作用产生的物质正好抵偿呼吸作用的消耗，植物吸收的CO2与放出的CO2相等，这时的光强度量值称为,光合作用随光强增加而增加，当光强达到一定数值，净光合作用达到最大值不再增加，这时的光强量值称为,33,各种作物的光补偿点和光饱和点,34,（三）叶面积与作物产量,1、叶面积系数单位面积上作物全生育期或某一阶段生育期中，总叶面积占土地面积的比值。欲提高作物的光合效率，要保证足够的叶面积系数。2、最适叶面积系数使作物获得最大的生物产量和经济产量所对应的叶面积数。,35,二、光照度的生物学效应,（一）生态类型,瓜菜类,豆菜类,根、茎、叶菜类,36,（二）对作物营养生长的影响,光照度与氮水平对番茄幼苗生长的影响,强光有利于作物繁殖器官的发育；弱光有利于营养生长,37,夜温和光照度对番茄着花节位和着花数的影响,花数,节位,38,（三）对作物生殖生长的影响,39,31.879.395.8,40,三、光质的生物学效应,1、光合有效辐射照度（PAR）（PhotosyntheticallyActiveRadiation）生理辐射：能被植物吸收用于光合作用、色素合成、光周期现象和其他生理现象的太阳辐射光谱。在这个波谱内量子能量使叶绿素分子呈激活状态并将自身能量消耗在形成有机物上，称这段光谱为PAR。当h20度时，可采用下列公式近似计算,S为直接辐射D为散射辐射,41,2、不同波谱的生物学意义,42,3、人工光质调节,有色薄膜的应用浅蓝色：使秧苗及根系都较粗壮，插后成活快，生长茁壮，叶色浓绿，鲜重和叶重都增加。黄色：促进黄瓜叶色浓绿、叶片肥大、防病，并能延长生长期，增产效果显著。,43,四、光周期的生物学效应,(一)光周期现象（Photoperiod）1、光周期现象：昼夜交替，光暗变换及时间长短对植物进入发育阶段（开花结果）的影响。2、适应的生态类型（1）长日照作物(LDP):延长日照缩短黑暗可以促进开花。（2）短日照作物(SDP):缩短日照延长黑暗可以促进开花。（3）中日照作物(IDP)（4）中间型作物(DNP),日照长度超过他们的临界长度，才能形成花芽的作物,44,（二）光周期对作物开花的影响,1、光周期刺激的感受和传导,感受光周期的部位是叶片而不是茎的生长点,（1）感受,45,经过合适光周期诱导的叶片能向未经诱导的植株运输成花物质物质，诱导开花。,（2）传导,46,2、光对暗期的中断效应,光周期中暗期长度对植株开花起决定性作用,47,3、光周期诱导,对光周期敏感的植物必须经适宜的光周期条件诱导才能开花，但引起植物开花的适宜的光周期处理并不需要一直持续到植物花芽的分化为止。达到一定生理年龄的植株，只需要一定时间的适宜的光周期处理，以后即使处在不适宜的光周期条件下，仍然可以长期保持光周期刺激的效果而诱导植物开花，这种现象称为光周期诱导。,48,大豆经三个以上适宜的光周期诱导即可开花但开花节数随诱导天数的增加而增加,49,4、在生产实践中的应用,（1）控制花期若使菊花提早开花，应对其进行遮光成短日照的处理；若使菊花推迟开花，则应在其开花所需要的短日照到来之前，对其进行延长光照或暗期闪光中断处理。一些长日植物花卉，如杜鹃、山茶花等，进行人工延长光照或暗期光中断处理，能够使开花时期提早。（2）调节营养生长和生殖生长对以营养体为收获对象的作物，可通过控制光周期或温度等方法抑制开花。如短日植物烟草、红麻等，可提早播种或向北移栽，利用长日照延长营养生长时期，以增加产量。,50,第三节设施园艺的光环境及其调节,一、设施园艺光环境特点（一）特点1、光量减少2、光照分布不均匀3、光质（光谱组成）发生变化,51,（二）透过率,1、透过率,I、I0分别表示设施内外的光照度,2、散射光与直射光的透过率,g1温室结构材料遮光损失，一般温室为0.050.15；g2覆盖材料因老化的透光损失，一般可达0.150.3；g3尘埃污染和结露水滴的透光损失，一般水滴为0.20.3，尘埃为0.150.2；ts0干洁新覆盖材料对散射辐射透过率，一般0.70.85；,52,覆盖材料散射光透过率,53,g1温室结构材料遮光损失，一般温室为0.050.15；g2覆盖材料因老化的透光损失，一般可达0.150.3；g3尘埃污染和结露水滴的透光损失，一般水滴为0.20.3，尘埃为0.150.2；t干洁新覆盖材料对直接辐射透过率，与辐射光入射角q有关。,54,55,二、设施园艺结构与透过率,（一）温室的方位和连栋与单栋,温室日平均直射光透过率,单栋温室透光率高于连栋温室。,冬季东西栋温室透光率优于南北栋温室，约520；纬度越高，差异越明显。夏季相反。,56,东西栋在冬至时直射光透过率最高，而然后降低至夏至最低，而南北栋完全相反。,季节变化,57,室内光照均匀性，南北栋温室优于东西栋温室。,东西栋的平均透过率大于南北栋,光照特点,弱光带,58,透过率与连栋数,连栋数量越多，透过率降低,连栋数越少，东西比南北栋的透过率高越明显,59,透过率与温室进深长度,进身越长，东西比南北栋的透过率高越明显,60,（二）屋面倾角,南,北,61,南坡屋面日光入射角（正午）：q=90-b-a北坡屋面日光入射角：q=90+b-a为保证南坡屋面透光率，要求，q=90-b-a40有：b50-a在北纬40（北京地区），冬季正午太阳高度角为26.5，该时刻满足上述要求的屋面倾角b23.5。为保证冬至每日有一定时间段满足上述要求，则屋面倾角还应更大，理想的情况应有b30。,62,南北影响不大,63,东西连栋在30度出现峰值,64,但连栋温室屋面倾角过大时，将导致屋脊高度过高，前面的（南）屋面对后一（北）屋面产生遮荫，会降低温室总体的直接辐射透过率。,国际标准，连栋温室屋面倾角为26.5,南,北,65,北坡屋面不可能保证q40，透光条件差，因此从透光的角度考虑，尽量减少后屋面的比例，屋面角可按接近太阳高度角确定，以使其屋脊、屋面、天沟阴影重合。,南,北,66,三、覆盖材料,（一）各种材料的透过率,对光合有效辐射的透过性相当,67,特殊覆盖材料的不同波长透过率,68,（二）反射率与透过率,1、与入射角的关系,69,2、光线散射,设施园艺内散射光比例大，有利于作物生长发育。,Q直射光q散射光,70,（三）覆盖材料的老化,71,72,四、邻栋间距,W东西栋前后两排间距(m)T前排温室最高点的高度(m)Q冬至中午当地的太阳高度(度),东西栋：檐高的2倍南北栋：檐高的1倍,73,五、构造物,1、遮光面积,74,模型A：东西栋比南北栋均匀模型D：南北栋比东西栋均匀,75,2、反射温室,反光温室的增光效应,东西栋北墙内侧装反射板，可提高光照度120,76,东西栋北墙和北屋顶均装上反射板,77,六、光照调控,光量调控遮光，降低光照的强度；补光，提高光照的强度。光周期调控遮光，延长暗期；补光，延长明期；改变明期、暗期交替的规律。光质调控采用满足要求的具有特定光谱分布的人工光源补光采用满足要求的具有特定光谱透过率的覆盖材料,78,（一）遮光,降低设施园艺内的温度；缩短光照时间和缩短光强度。,光合遮光调控夏季强光、高温会使某些植物光合强度降低，某些阴性植物或幼苗甚至产生叶片灼伤现象，需要进行光合遮光，以削减光强，减少太阳热负荷。遮光材料应具有一定的透光率、较高的反射率和较低的吸收率。光合遮光主要目的是削减部分光热辐射，温室内仍需具有保证植物正常光合作用的光强，遮阳幕无需严密搭接，遮阳率4070。常用遮阳幕材料：竹帘、白色聚乙烯纱网、黑色遮阳网、屋面涂白等（室外）无纺布、缀铝膜（室内）等。,79,光周期遮光调节光周期遮光的目的是延长暗期，保证短日照作物对连续暗期的要求。常用的材料有黑布与黑色塑料两种，在温室顶面及四周铺设、严密搭接。使室内光照降到临界光周期照度以下，一般不高于22lx。遮光的时间一般应使连续暗期大于14h，通常从黑夜向傍晚和清晨两头延长。,80,（二）补光,抑制或促进花芽的分化，调节花期；补充自然光源的不足。,照度：人工光周期补光是作为调节作物生长发育的信息提供的，需用的照度较低，一般大于22lx，最好是50lx左右。光谱：660665nm，可用富含红光的白炽灯。补光方式：（一般长日照作物要求连续暗期短于7h）n整夜连续补光；n早晚延长补光；夜间间断补光（如北京地区冬季，光照时间为9h，黑夜为15h。为了节省电能，可用50lx光照在午夜补光4h，连续暗期变为两段5.5h，可节电50。若用110lx照度，每30min补光6min，或用220lx照度每1min中补光3s，均可收到同样的光周期补光效果，但可节电6080。）,81,光源选取,热辐射光源：白炽灯、卤钨灯钨丝中通过电流产生高温（24003000）发光。气体放电光源：荧光灯、高压水银荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯、低压钠灯物质原子受电子激发产生光辐射。,82,白炽灯,结构简单、价格便宜，光照强度易于调节；辐射光谱主要在红外范围，可见光比例很小，发光效率低，且红光偏多，蓝光偏少；寿命短（1000小时）。不宜用作光合补光的光源但可作光周期补光的光源,83,荧光灯,低压气体放电灯，玻璃管内充有水银蒸气和惰性气体，管内壁涂有荧光粉，光色随管内所涂荧光材料而异。,目前在园艺设施补光中使用较多，尤其是用于无遮挡自然光问题产生的组培室等设施内的人工光照，但不适用于以自然采光为主的园艺设施。,84,金属卤化物灯,在高压水银灯的基础上，在放电管内添加各种金属卤化物（溴化锡、碘化钠、碘化铊等），依靠激发不同元素产生不同波长的辐射，改善光色和发光效率。,在对光质与效率均有较