【正文】 第二章太陽輻射與農業(yè)生產主要內容167。1 光的生物學意義與植物的光學特性167。2 光照長度對植物的影響167。3 光照強度對植物的影響167。4 不同光譜成分對植物的影響167。5 光能利用率及其提高途徑實習 1：作物光能利用率的計算及分析本章重點與難點本章重點： 光合有效輻射、光周期現象、感光性、光飽和點與光補償點、光能利用率等基本概念。 光周期學說在農業(yè)生產中的應用，光 ― 光合作用關系分析，光能利用狀況及提高途徑分析。本章難點： 光周期學說及其應用， 光 ― 光合作用關系理論分析。 167。1 光的生物學意義與植物的光學特性 一、光的生物學意義 二、植物的光學特性 三、光在群體中的分布 一、光的生物學意義 太陽輻射的重要性 ● 太陽輻射是地球上生物有機體的主要能量源泉； ● 太陽輻射是大氣運動和產生各種天氣氣候現象的主要能量源泉。 光的生物學意義 太陽輻射對植物的作用： ● 光合效應 ● 熱效應 ● 光的形態(tài)效應 光還在相當程度上影響植物的地理分布。 各種輻射波段對植物的重要性見表 。表 輻射波段及其對植物生命活動的重要性輻 射波 段 光 譜 區(qū)占太陽輻 射能（ %）對 植物生命的效 應熱 效 應 光合效 應 形 態(tài)效 應紫外 線光合有效 輻射近 紅 外 輻 射長 波 輻 射290～ 380380～ 710710～ 40003000～ 100000～ 421～ 4650～ 79不重要重 要重 要重 要不重要重 要不重要不重要中 等重 要不重要不重要 光對植物影響的主要方式 光主要從三個方面對植物產生影響： ● 光長，即光照時間的長短。 ● 光強，即光照的強弱。 ● 光質，即光譜組成的不同。 研究太陽輻射與農業(yè)生產的重要意義 ● 綠色植物通過光合作用所合成的物質約占其干重的 90～ 95%； ● 太陽輻射能投射到植物體上真正為植物所利用進行光合作用部分卻很少。光能利用率低。 因此，提高作物的光能利用率是農業(yè)生產中的一個十分重要的課題，當然也是農業(yè)氣象學的主要任務之一。 二、植物的光學特性 單葉葉片對光的反射、透射和吸收 （ 1）基本概念 ● 反射：投射到葉面的太陽輻射被直接反射到太空中去的部分稱為外反射；進入葉片內部不能被葉片吸收從投射一側返回空氣中的部分稱為內反射；外、內反射之和稱為反射。 ● 吸收：進入葉片內部的太陽輻射被葉片吸收的部分稱為吸收。 ● 透射：進入葉片內部不能被葉片吸收從投射對面一側向葉外逸出的部分稱為透射。 ● 反射率 R、 透射率 T和吸收率 A之間關系： R + T + A = 1（ 2）綠色葉片的能量平衡；環(huán)境散熱；，可使 623—640 克的水分燕騰，并在光合作用中形成約 1克物質 （ 3）影響葉片對光的反射、透射、吸收能力的因素 ● 太陽光譜成分 表 　綠葉對不同波段的平均反射、透射、吸收率波段 光合有效輻射（ 380710nm） 近紅外輻射 （7104000nm） 短波輻射（ 3503000nm） 長波輻射（ 300010000nm）反射率 透射率 吸收率 ● 植物種類 ● 葉齡、葉片的表面形態(tài)、顏色 ● 葉片的水分含量 ● 光的投射角度、天氣狀況 ● 季節(jié)、生育期 因此，葉片對太陽輻射的 反射率 、 透射率和吸收率存在著日變化、季節(jié)變化，不是一個定值，有一定的變化范圍。 群體葉片對日光的反射、透射和吸收太陽輻射進入植被內部，經過植被中莖葉層層的反射、透射和吸收，當然還包括漏射，而被削弱，形成了一個較復雜的過程。關于 群體葉片對日光的反射、透射和吸收能力，可歸納出以下四點看法。 （ 1）同一種農田的植被，對于不同波長的輻射，其反射、透射和吸收能力不同。 （ 2）同一種波長的輻射，不同作物、同一作物不同的生長發(fā)育狀況（包括品種、密度、葉齡、葉形、葉片的顏色和含水量等等），其反射、透射和吸收能力不同。 （ 3）反射、透射和吸收率不是一個常數，在任一光譜中有一定幅度。 （ 4）群體對日光的反射率和透射率要比單葉明顯地小，而吸收率卻明顯地高于單葉。 如稻、麥作物，葉片向上斜立，其反射和透射光幾乎都比單葉少一半左右；一般在抽穗開花期，群體的反射率約 5～ 7%，透射率約 4～7%，而群體的吸收率則高達 85～ 90%。 三、光在群體中的分布 光在群體中的分布規(guī)律 由于受作物品種、群體的幾何結構以及密度等因素影響，植被中光強的垂直變化十分復雜，但其垂直分布有一定的規(guī)律。 如油菜、小麥等（圖 ）。圖 相對總輻射在植被中的分布（翁篤鳴等， 1981）相 100對 80 油菜總 60輻 40射 20 小麥%0100806040200相對株高 % （油菜株高 158厘米，小麥株高 123厘米） 在實際工作中常用透光率來表征農田中的透光情況。 透光率： 所測高度處的照度與農田上方照度的比值，用小數或百分數表示，也稱相對照度。 ● 農田中透光率的分布曲線與光強的分布曲線完全一致，亦隨深度迅速遞減，其遞減率與葉片的鉛直分布關系密切。 ● 農田中各高度透光率存在著相同的日變化，由于太陽高度角的改變，中午時透光率最大，早晚時透光率較小。 例如在對棉花的觀測中發(fā)現，在始花期，早晚的透光率為 10%，而正午時透光率可達到41%。 光在群體中垂直分布規(guī)律的數學描述 門司正三和佐伯敏郎（日本）， 1953年從實際觀測（大田切片法）和理論推算兩個方面建立了光強對葉面積的依賴關系。他們假定：葉層是由葉片等植物器官所組成的均一介質，并把比爾（ Beer） 定律引入到群體中光強垂直分布的研究，提出了著名的門司 — 佐伯公式。 門司 — 佐伯公式 : I = I0 exp（ kF）式中， I0為冠層（群體頂部）的光強； I為各層的光強； k為群體葉層光強衰減系數或群體消光系數； F為各層次以上部分的葉面積之和。 群體消光系數 k值可用下式求算： k =（ ln(I/I0))/F式中， I/I0即透光率。 k值是一個無量綱數，它描述了葉片的遮陰程度，當上層葉面積大時， k值就大，光強衰減就明顯。 注意： 實際上，大田內部的情況十分復雜，影響k值的因素非常多，包括葉片大小、厚薄、表面光滑度、葉綠素含量以及葉片含水量等影響葉片反射、透射和吸收的因素；入射光的方向和光譜成分；葉片角度及群體的結構；季節(jié)、天氣以及時間等。 因此， K值不是一個穩(wěn)定的值 。 在實際應用中，禾谷類作物 K值較穩(wěn)定，因而使用平均值代替。 一般地， k值小于 1。據門司和佐伯測算，草中的 k值為 ～ ，水平葉子作物層中的k值為 ～ 。而中科院上海植生所測得的水稻葉層的 k值在 ～ ，平均達到（表 ）。 表 葉層的光分布及光強衰減系數（上海植生所， 1959）層高（ cm） I/I0（ %） F k30 5 40 8 50 13 60 20 70 32 80 48 90 100 平均 — — 注意： 門司 — 佐伯公式適用的條件象均一介質是不可能滿足的。 但在實際觀測中，光在群體中的垂直變化確實符合負指數規(guī)律，所以門司 — 佐伯公式目前還是得到了廣泛的應用。 167。2 光照長度對植物的影響光照長度對植物的影響 一、植物的光周期現象 二、光照長度與植物發(fā)育關系的幾種解釋 三、光周期對植物生長發(fā)育的影響 四、光周期學說在農業(yè)生產中的應用 一、植物的光周期現象 日照長度和光照長度 ● 日照長度。 是指一地每天從日出到日落之間的日照時數，是一種在一定地區(qū)各年之間比較穩(wěn)定的氣候要素。 ● 光照長度。 也稱為光長，它和日照長度不同，它包括日照長度和曙暮光時段。光周期 地球上不同緯度地區(qū)的溫度、雨量和晝夜長度等會隨季節(jié)有規(guī)律地變化。在各種氣象因子中，晝夜長度變化是最可靠的信號，不同緯度地區(qū)晝夜長度的季節(jié)性變化是很準確的。緯度愈高的地區(qū)，夏季晝愈長，夜愈短；冬季晝愈短，夜愈長；春分和秋分時，各緯度地區(qū)晝夜長度相等，均為 12h。自然界一晝夜間的光暗交替稱為光周期（ photoperiod）。北半球不同緯度地區(qū)晝夜長度的季節(jié)變化 植物光周期現象 （ 1）植物光周期現象的概念晝夜光照與黑暗的交替對植物發(fā)育（主要是開花）有顯著影響的現象稱為光周期現象（photoperiodism）。植物的開花、休眠和落葉，以及鱗莖、塊莖、球莖等地下貯藏器官的形成都受晝夜長度的調節(jié)，但是，在植物的光周期現象中最為重要且研究最多的是植物成花的光周期誘導。（ 2）光周期現象的發(fā)現 ?　　 1919年，美國園藝學家加納和阿拉德（ GarnerandAllard）在觀察到煙草的一個變種（ marylandmammoth）在華盛頓地區(qū)夏季生長時，株高達 3～ 5m時仍不開花，但在冬季轉入溫室栽培后，其株高不足 1m就可開花。他們試驗了溫度、光質、營養(yǎng)等各種條件，發(fā)現日照長度是影響煙草開花的關鍵因素。在夏季用黑布遮蓋，人為縮短日照長度，煙草就能開花；冬季在溫室內用人工光照延長日照長度，則煙草保持營養(yǎng)狀態(tài)而不開花。由此他們得出結論，短日照是這種煙草開花的關鍵條件。 根據光長影響植物開花情況對植物的分類 （ 1）長日性植物。是指只有在光照長度超過一定臨界值（臨界光長）時開花，否則即停留在營養(yǎng)生長狀態(tài)的植物