第十三章辐射光照与农业

1、 第十三章辐射、光照与农业第十三章辐射、光照与农业光谱成分与农业生产光照时间与农业生产光照强度与农业生产一、生理辐射：一、生理辐射： 能被植物吸收用于光合作用、色素合成、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波谱区，光周期现象和其他生理现象的太阳辐射波谱区，称生理辐射，又称光合有效辐射（称生理辐射，又称光合有效辐射（380380710nm710nm）。）。q =0.43s 十0.57d 或 q 0.5q总q生理辐射，生理辐射， s直接辐射，直接辐射，d散射辐射散射辐射 h正午正午 20度时，误差不超过度时，误差不超过5。 二、不同光谱（光质）的生物学意义二、不同

2、光谱（光质）的生物学意义 a a、波长较短部分能抑制作物生长（植物变矮、叶片波长较短部分能抑制作物生长（植物变矮、叶片变厚），杀死病菌孢子变厚），杀死病菌孢子； b b、较长部分对作物有刺激作用，可促进种子萌发。较长部分对作物有刺激作用，可促进种子萌发。紫外线还能促进果实成熟，提高蛋白质和维生素紫外线还能促进果实成熟，提高蛋白质和维生素d含量；含量； c c、紫外线对茶叶、生姜、芹菜、韭菜等和蔬菜类有、紫外线对茶叶、生姜、芹菜、韭菜等和蔬菜类有不良影响，所以，要设法减少紫外线的照射；不良影响，所以，要设法减少紫外线的照射； d d、昆虫的趋光反应；、昆虫的趋光反应； 2 2、紫外线辐射的生物学

3、意义紫外线辐射的生物学意义：3 3、可见光辐射的生物学意义可见光辐射的生物学意义： a a、波长为、波长为0 072-lm72-lm的辐射，影响植物伸长，其中的辐射，影响植物伸长，其中0 072-072-080m80m称为远红外光，对植物光周期及种子形称为远红外光，对植物光周期及种子形成有重要作用，并左右开花与果实颜色。成有重要作用，并左右开花与果实颜色。 b b、波长为、波长为0 061-061-072m72m的光的光( (主要为红、橙光主要为红、橙光) )，能被植物叶片的叶绿素强烈吸收，光合作用最强，某种能被植物叶片的叶绿素强烈吸收，光合作用最强，某种情况下表现为强的光周期作用。红光有利于

4、碳水化合物情况下表现为强的光周期作用。红光有利于碳水化合物合成（糖）。合成（糖）。 c c、波长为、波长为0 051-051-061m61m的光的光( (主要为绿光主要为绿光) )，表现，表现为为低光合作用低光合作用。 蓝蓝紫紫绿绿橙橙紅紅红外线红外线400 500 600 700 波长波长nm 相相 对对 吸吸 收收叶绿素叶绿素的的吸收光谱吸收光谱 d d、波长为、波长为0 04-04-051m51m的光的光( (主要为蓝，紫光主要为蓝，紫光) )被被植物叶绿素和叶黄素强烈吸收，表现为强的光合作用，植物叶绿素和叶黄素强烈吸收，表现为强的光合作用，有利于蛋白质合成。抑制植物的伸长生长，使植物向

5、光有利于蛋白质合成。抑制植物的伸长生长，使植物向光性更敏感。性更敏感。三、人工调节光质的尝试三、人工调节光质的尝试红色膜：在红色膜下培育的水稻秧苗生产旺盛；甜菜含糖量高；胡罗卜直根长得更大；韭菜叶宽而肉厚，收获期提前，产量增加。 蓝色膜：主要适用于水稻育秧，有利于培育矮壮秧苗，还可用于蔬菜、棉花、花生、草莓、菜豆、茄子、甜椒、番茄、瓜类等蔬菜和其他经济作物，可较好地起到防除杂草的作用。 紫色膜：该膜主要适用于冬春季温室或塑料大棚的茄果类和绿叶类蔬菜栽培，可增进品质，提高产量。 黄色膜：据试验，用黄色膜覆盖芹菜和莴苣，植物生长高大，豆类生长壮实；覆盖黄瓜，可促进现蕾开花，增加产量11.5倍；覆盖

6、茶树，茶叶品质上乘，产量提高。 银色反光膜：主要用于温室蔬菜栽培，可悬挂在温室内栽培畦北侧，改善温室内的光照条件。 银灰色膜：主要适用于夏秋蔬菜、瓜类、棉花和烤烟栽培，有良好的防病、防蚜虫和白粉虱及改良品质的作用。 黑色膜：杂草严重的地块或高温季节栽培夏萝卜、白菜、菠菜、秋黄瓜、晚番茄，选用黑色膜较好。 生物对光周期的适应生物对光周期的适应n生物的昼夜节律生物的昼夜节律 n光的周期性光的周期性 n生物的昼夜生物的昼夜节律节律 n外源性周期和内源性周期外源性周期和内源性周期 n生物的光周期现象生物的光周期现象 n植物的光周期现象植物的光周期现象 n植物光周期植物光周期：长日照、短日照、中性植物、

7、特殊日照植物：长日照、短日照、中性植物、特殊日照植物 n植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植 n动物的光周期现象动物的光周期现象 n动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义 n昆虫滞育的光周期昆虫滞育的光周期 n换毛换羽的光周期换毛换羽的光周期 n动物迁徙的光周期动物迁徙的光周期植物的开花结果、落叶及休眠，植物的开花结果、落叶及休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙和换动物的繁殖、冬眠、迁徙和换羽毛等，是对日照长短的规律羽毛等，是对日照长短的规律性变化的反映，为光周期现象性变化的反映，为光周期现象(photoer

8、iodism)小时小时植物光合作用的昼夜变化植物光合作用的昼夜变化实验室恒定条件下生物的节律实验室恒定条件下生物的节律鸟类节律鸟类节律(4)特殊日照植物：特殊日照植物：甘蔗等少数热带植物甘蔗等少数热带植物 长日照植物要求日照时间不短于这个长日照植物要求日照时间不短于这个界界限长度，限长度，短日照植物要求日照时间不长于这短日照植物要求日照时间不长于这个个界限长度。界限长度。 长日照植物长日照植物短日照植物短日照植物？光、暗期交替处理开花效应示意图光、暗期交替处理开花效应示意图1、光周期效应决定于暗期长度，而不决定于光期长度或光暗期之比2、即使给予足够长的暗期，如暗期中途给以“光中断”，暗期效果即

9、消失。光照长度与植物发育关系的几种解释光照长度与植物发育关系的几种解释1、光周期学说（经典解释）2、光照阶段学说（李森科） 长日性植物需要连续的光照（昼长夜短），是因为长日性植物的茎生长点只有在光照条件下才能进行必要的阶段质变。3、光质学说（沙垠） 长日性植物的发育需要长波的光，短日性植物的发育需要短波的光，这是植物在长期生活环境下自然选择的结果。光温对发育速度的影响有相互迭光温对发育速度的影响有相互迭加的作用，因而增加了南北引种的困难加的作用，因而增加了南北引种的困难。光温对发育速度的影响有相互抵偿光温对发育速度的影响有相互抵偿作用。作用。sdp麻类麻类: :南种北引南种北引可推迟开花，使麻

10、杆生长较长，可推迟开花，使麻杆生长较长，提高纤维产量和质量。提高纤维产量和质量。 利用暗期光间断处理可抑制利用暗期光间断处理可抑制甘蔗开花甘蔗开花，从而提，从而提高产量。高产量。 （一）对营养生长的影响（一）对营养生长的影响主要通过影响光和作用的时间从而来影响植物主要通过影响光和作用的时间从而来影响植物的生长。的生长。光周期对植物生长发育的影响光周期对植物生长发育的影响（二）对生殖生长的影响（二）对生殖生长的影响 光周期最明显的光周期最明显的作用就是对植物开花作用就是对植物开花的诱导效应的诱导效应（花原基（花原基的形成），的形成），而开花的而开花的早晚会对作物的生长早晚会对作物的生长发育及产量

11、产生重要发育及产量产生重要的影响。的影响。a a 长春自然光照条件长春自然光照条件 b 16hb 16h长日照长日照 大豆花序大豆花序光照强度的生态作用光照强度的生态作用n影响动物的生长、发育影响动物的生长、发育 n影响动物的体色影响动物的体色 n影响植物叶绿素的形成影响植物叶绿素的形成 n黄化现象黄化现象 n影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和 分化分化 n影响植物花果的数量和质量影响植物花果的数量和质量植物对光照强度的适应植物对光照强度的适应n植物的向光性植物的向光性 n植物秋季落叶植物秋季落叶 nc3植物和植物和c4植物植物 n光和能力光和

12、能力 n阳地植物和阴地植物、耐阴植物阳地植物和阴地植物、耐阴植物 n生理差异生理差异 n形态差异形态差异光合作用与光照强度的关系光合作用与光照强度的关系0 1 2 3 4 5 6 7 8 950 40 30 20 10c4c3光强度光强度/jm m-1-1g g-1-1co2摄取摄取/mgco2dm-2h-1高粱高粱玉米玉米小麦小麦阳草阳草水青冈水青冈阴草阴草阴地植物与阳地植物对光照强度的适应阴地植物与阳地植物对光照强度的适应1 1、光饱和点和光补偿点、光饱和点和光补偿点 图图 光强光强- -光合曲线图解光合曲线图解 光补偿点：光补偿点：当到达某一光强时，叶片的光当到达某一光强时，叶片的光合速

13、率等于呼吸速率，即合速率等于呼吸速率，即coco2 2吸收量等于吸收量等于coco2 2释放量，表观光合速率为零，这时的光强释放量，表观光合速率为零，这时的光强称为称为光补偿点。光补偿点。光饱和点：光饱和点：当达到某一光强时，光合速率就当达到某一光强时，光合速率就不再增加，而呈现不再增加，而呈现光饱和光饱和现象。开始达到光现象。开始达到光合速率最大值时的光强称为合速率最大值时的光强称为光饱和点光饱和点。动物对光照强度的适应动物对光照强度的适应n依活动时间的动物分类依活动时间的动物分类 n动物开始活动的时间动物开始活动的时间动动物物活活动动与与光光照照强强度度昼行性动物昼行性动物全昼夜活动性动物

14、全昼夜活动性动物晨昏活动性动物晨昏活动性动物 喜光植物和耐阴植物喜光植物和耐阴植物 1 1、 喜光植物：在强光照射条件下，才能正常生长喜光植物：在强光照射条件下，才能正常生长发育的植物，如水稻、小麦、玉米、棉花等都属于喜光发育的植物，如水稻、小麦、玉米、棉花等都属于喜光植物，它们的光补偿点约为植物，它们的光补偿点约为500-1000500-1000勒克斯，光饱和点勒克斯，光饱和点为为2525，000-60000-60，000000勒克斯。勒克斯。 2 2、耐阴植物：在弱光照条件下，才能正常生长发育的植物，、耐阴植物：在弱光照条件下，才能正常生长发育的植物，如柑桔类、云松、蕨类、茶叶、生姜和韭菜

15、等属于耐阴植物，如柑桔类、云松、蕨类、茶叶、生姜和韭菜等属于耐阴植物，它们的光补偿点约小于它们的光补偿点约小于300300勒克斯，光饱和点约为勒克斯，光饱和点约为5 5，000-10000-10，000000勒克斯。勒克斯。 一般来讲，大多数栽培作物正常生长发育的适宜照度为一般来讲，大多数栽培作物正常生长发育的适宜照度为8 8，000-12000-12，000000勒克斯。勒克斯。 花芽分化必须足够的同化养分积累。花芽分化必须足够的同化养分积累。光照不足，对花芽分化和形成均产生不光照不足，对花芽分化和形成均产生不利影响。如相对光照在利影响。如相对光照在3030以下，元帅以下，元帅苹果不能形成花

16、芽。苹果不能形成花芽。 同时，光照不足，会引起果树结果同时，光照不足，会引起果树结果不良，着果率低，果实发育中途停止从不良，着果率低，果实发育中途停止从而造成落果。而造成落果。 光强影响果树同化作用和光强影响果树同化作用和生长发育，因而必然影响果实的产量和生长发育，因而必然影响果实的产量和品质。与果实着色也有较大影响。品质。与果实着色也有较大影响。（三）对果实产量品质的影响（三）对果实产量品质的影响四、光能利用率四、光能利用率( (一一) )概念概念 光能利用率是指太阳光中的能量被植物光合作用转化成光能利用率是指太阳光中的能量被植物光合作用转化成化学能而储藏于光合产物中的部分与生长季节内到达水

17、平面化学能而储藏于光合产物中的部分与生长季节内到达水平面的太阳辐射总量的百分数的太阳辐射总量的百分数。 ( (二二) ) 光能利用率的计算方法光能利用率的计算方法 按单位面积上作物产量所贮存的能量与该面积在作物生按单位面积上作物产量所贮存的能量与该面积在作物生长季节中所吸收到的太阳辐射总能量的百分比。长季节中所吸收到的太阳辐射总能量的百分比。 光能利用率（%）=亩焦耳的太阳辐射总量生长季内到达水平面上公斤焦耳亩公斤干物质产量/10671/7 100%m为单位面积上作物产量的干重；为单位面积上作物产量的干重；h h为单位干物重燃烧所为单位干物重燃烧所产生的热量；（产生的热量；（s s d d）是

18、到达单位面积上的太阳总辐射的日总）是到达单位面积上的太阳总辐射的日总量。量。（s s d d）是生长季内各日太阳总辐射日总量的总和。）是生长季内各日太阳总辐射日总量的总和。 上式中，上式中，1 167x1067x107 7焦耳公斤为每公斤干物质燃烧所产焦耳公斤为每公斤干物质燃烧所产生的热量，生长季节是指生产上述物质所需的时间长度。生的热量，生长季节是指生产上述物质所需的时间长度。%100pdshm 一般将全田的根、茎杆、叶、果实全部干重叫做生物学产一般将全田的根、茎杆、叶、果实全部干重叫做生物学产量。量。 经济价值部分，如稻、麦的籽粒，甘薯的块根等，称经济经济价值部分，如稻、麦的籽粒，甘薯的块

19、根等，称经济学产量。学产量。 太阳辐射能的计算：太阳辐射能的计算： 1 1、太阳辐射总量是太阳日总辐射量的逐日累积值。、太阳辐射总量是太阳日总辐射量的逐日累积值。 2 2、生理辐射是太阳日总辐射量中的生理辐射部分的逐日、生理辐射是太阳日总辐射量中的生理辐射部分的逐日积累值，生理辐射约为太阳总辐射的积累值，生理辐射约为太阳总辐射的5050。 例如：亩产例如：亩产500500公斤稻谷，收获生物学产量约为公斤稻谷，收获生物学产量约为10001000公斤，公斤，经济产量约为经济产量约为500500公斤。在水稻的生长季节，每亩面积上接公斤。在水稻的生长季节，每亩面积上接受太阳辐射能约为受太阳辐射能约为1 167x1067x101212焦耳。则太阳辐射能利用率为：焦耳。则太阳辐射能利用率为： 1 1、生物学产量计算：、生物学产量计算： 太阳辐射能利用率=%100/10671/10671/1000127亩焦耳公斤焦耳亩公斤=1.0% 生理辐射能利用率=%100%50/10671/10671/1000127亩焦耳公斤焦耳亩公斤=2.0% 2 2、经济学产量计算：、经济学产量计算：