第一章 作物与光照

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。10-810-6110-410210410-2106电磁波谱波长(mm)X射线紫外线红外线可见光太阳辐射常温辐射热射线无线电波g射线可见光：0.39～0.76µm太阳辐射：0.2～3µm（占太阳辐射能总量99%）常温物体的辐射：3～100µm热射线：0.1～100µm3波长（nm）05001500100020003000250025002000150010005000辐射能（W/m2.mm）太阳辐射光谱地面大气层外缘6000K黑体辐射可见光红外线紫外线38076048.3%8.7%43.0%42、度量（1）太阳辐射能通量密度（W/m2）辐射强度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=108.34lx53、太阳常数（Rsc）当太阳离地球距离在1A时[日地平均距离为1.4960x108km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1367±7W/m2，常采用1367W/m2，且其值并不是固定不变，在1325W/m2∽1457W/m2内波动。64、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：coscoscossinsinsinh观测点纬度（北纬为正）;赤纬，即太阳直射点纬度（太阳直射光线与赤道平面之间的夹角）;h7赤纬d北回归线南回归线0°0°+23.5°-23.5°8对于正午时，=0)90sin()cos(coscossinsinsinh90正午h所以：15°为1h，如上午9点，°45?时角，即用角度来表示时间。正午：=0上午：0下午09太阳高度角10二、太阳辐射在大气层中的衰减1112131、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)，a＝1最透明变化范围：0.65~0.75，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0.60.650.70.750.80.85024681012月份大气透明度P东京晴天的大气透明度逐月值15我国的大气透明度分区654433216（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30—60度间时sinh1m大大h1718三、地表的光照条件19（一）直射光(水平面)sinhscmRaR水平直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斜面上的直射光夏季最大冬季最大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％。sinh15.0）（散mscaRR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：入射反射RRr透射率：入射透射RRt吸收率：入射吸收RRa1rt24冬小麦群体内辐射状况拔节孕穗扬花灌浆乳熟冠顶至离地40cm透过率（%）98805281冠顶至离地10cm透过率（%）1510141941截获率（%）（整层）90.585.481.167.259.4LAI（叶面积系数）98742群体光合速率[g(CO2)/(m2•h)3.889.286.558.102.72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、透射和吸收率叶片的透射与反射能力相当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LKSeRR0作物名称三页草向日葵甘蓝玉米大麦大豆K值1.100.970.940.700.690.6328递减最快区域（植株相对高度20％—70％）2930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。SWHuE目前，丰产田的光能利用率为2—3%，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：光辐射的照度(W/m2或mmol/m2·s)CO2的交换速度(kg/m2·s)0光饱和点光补偿点暗呼吸速度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。品种最适叶面积系数南瓜、冬瓜1—2茄子、番茄3—4黄瓜、菜豆4—535二、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3931.879.395.840三、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DSQ57.043.0'S’为直接辐射D为散射辐射41可见光红外光长波红外辐射太阳辐射（短波辐射）紫外光2、不同波谱的生物学意义波长范围作用300nm以下①对于多数植物，具有杀伤作用，可能导致植物气孔关闭，影响光合作用，增加病菌感染。有人称为灭生性辐射②加速塑料覆盖材料老化300～400nm有利植物成形、抑制徒长,促进花果着色和维生素C、D形成400～720nm①植物光合作用400～510nm蓝紫光植物吸收率高，光合作用强，有利植物成形。大多数情况下延迟开花495～595nm黄绿光植物吸收率及光合作用效率较低。610～760nm红橙光植物吸收率高，光合作用强，形成碳水化合物，一些条件下具有较强的光周期作用。②提供辐射热量720～1000nm影响植物伸长，700～800nm辐射称为远红光，对光周期及种子形成有重要作用，并控制开花及果实颜色。1000～3000nm不参与化学反应过程，提供太阳辐射热量。3000～100000nm（3～100mm）常温物体的热辐射，散失温室内热量。423、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462、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473、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494、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(1)zSMM（二）透过率1、透过率0II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ss0123111gggg1——温室结构材料遮光损失，一般温室为0.05~0.15；g2——覆盖材料因老化的透光损失，一般可达0.15~0.3；g3——尘埃污染和结露水滴的透光损失，一般水滴为0.2~0.3，尘埃为0.15~0.2；s0——干洁新覆盖材料对散射辐射透过率，一般0.7~0.85；52材料名称厚度（mm）τso材料名称厚度（mm）τso普通玻璃30.82钢化玻璃5—60.78普通玻璃40.80有机玻璃3—60.85普通玻璃50.78玻璃钢0.75—0.80.75—0.80覆盖材料散射光透过率53z123111gggg1——温室结构材料遮光损失，一般温室为0.05~0.15；g2——覆盖材料因老化的透光损失，一般可达0.15~0.3；g3——尘埃污染和结露水滴的透光损失，一般水滴为0.2~0.3，尘埃为0.15~0.2；；——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。5455二、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5—20％；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qqbbb东西栋温室正午时刻屋面日光入射图南北61南坡屋面日光入射角（正午）：q=90°-b-北坡屋面日光入射角：q=90°+b-为保证南坡屋面透光率，要求，q=90°-b-≤40°有：b≥50°-在北纬40°（北京地区），冬季正午太阳高度角为26.5