【正文】 第二章太陽(yáng)輻射與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要內(nèi)容167。1 光的生物學(xué)意義與植物的光學(xué)特性167。2 光照長(zhǎng)度對(duì)植物的影響167。3 光照強(qiáng)度對(duì)植物的影響167。4 不同光譜成分對(duì)植物的影響167。5 光能利用率及其提高途徑實(shí)習(xí) 1：作物光能利用率的計(jì)算及分析本章重點(diǎn)與難點(diǎn)本章重點(diǎn)： 光合有效輻射、光周期現(xiàn)象、感光性、光飽和點(diǎn)與光補(bǔ)償點(diǎn)、光能利用率等基本概念。 光周期學(xué)說(shuō)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，光 ― 光合作用關(guān)系分析，光能利用狀況及提高途徑分析。本章難點(diǎn)： 光周期學(xué)說(shuō)及其應(yīng)用， 光 ― 光合作用關(guān)系理論分析。 167。1 光的生物學(xué)意義與植物的光學(xué)特性 一、光的生物學(xué)意義 二、植物的光學(xué)特性 三、光在群體中的分布 一、光的生物學(xué)意義 太陽(yáng)輻射的重要性 ● 太陽(yáng)輻射是地球上生物有機(jī)體的主要能量源泉； ● 太陽(yáng)輻射是大氣運(yùn)動(dòng)和產(chǎn)生各種天氣氣候現(xiàn)象的主要能量源泉。 光的生物學(xué)意義 太陽(yáng)輻射對(duì)植物的作用： ● 光合效應(yīng) ● 熱效應(yīng) ● 光的形態(tài)效應(yīng) 光還在相當(dāng)程度上影響植物的地理分布。 各種輻射波段對(duì)植物的重要性見表 。表 輻射波段及其對(duì)植物生命活動(dòng)的重要性輻 射波 段 光 譜 區(qū)占太陽(yáng)輻 射能（ %）對(duì) 植物生命的效 應(yīng)熱 效 應(yīng) 光合效 應(yīng) 形 態(tài)效 應(yīng)紫外 線光合有效 輻射近 紅 外 輻 射長(zhǎng) 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(duì)植物影響的主要方式 光主要從三個(gè)方面對(duì)植物產(chǎn)生影響： ● 光長(zhǎng)，即光照時(shí)間的長(zhǎng)短。 ● 光強(qiáng)，即光照的強(qiáng)弱。 ● 光質(zhì)，即光譜組成的不同。 研究太陽(yáng)輻射與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要意義 ● 綠色植物通過(guò)光合作用所合成的物質(zhì)約占其干重的 90～ 95%； ● 太陽(yáng)輻射能投射到植物體上真正為植物所利用進(jìn)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)十分重要的課題，當(dāng)然也是農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的主要任務(wù)之一。 二、植物的光學(xué)特性 單葉葉片對(duì)光的反射、透射和吸收 （ 1）基本概念 ● 反射：投射到葉面的太陽(yáng)輻射被直接反射到太空中去的部分稱為外反射；進(jìn)入葉片內(nèi)部不能被葉片吸收從投射一側(cè)返回空氣中的部分稱為內(nèi)反射；外、內(nèi)反射之和稱為反射。 ● 吸收：進(jìn)入葉片內(nèi)部的太陽(yáng)輻射被葉片吸收的部分稱為吸收。 ● 透射：進(jìn)入葉片內(nèi)部不能被葉片吸收從投射對(duì)面一側(cè)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(guān)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(zhì) （ 3）影響葉片對(duì)光的反射、透射、吸收能力的因素 ● 太陽(yáng)光譜成分 表 　綠葉對(duì)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(zhǎng)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(duì)太陽(yáng)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(gè)定值，有一定的變化范圍。 群體葉片對(duì)日光的反射、透射和吸收太陽(yáng)輻射進(jìn)入植被內(nèi)部，經(jīng)過(guò)植被中莖葉層層的反射、透射和吸收，當(dāng)然還包括漏射，而被削弱，形成了一個(gè)較復(fù)雜的過(guò)程。關(guān)于 群體葉片對(duì)日光的反射、透射和吸收能力，可歸納出以下四點(diǎn)看法。 （ 1）同一種農(nóng)田的植被，對(duì)于不同波長(zhǎng)的輻射，其反射、透射和吸收能力不同。 （ 2）同一種波長(zhǎng)的輻射，不同作物、同一作物不同的生長(zhǎng)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(gè)常數(shù)，在任一光譜中有一定幅度。 （ 4）群體對(duì)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(dá) 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(jié)構(gòu)以及密度等因素影響，植被中光強(qiáng)的垂直變化十分復(fù)雜，但其垂直分布有一定的規(guī)律。 如油菜、小麥等（圖 ）。圖 相對(duì)總輻射在植被中的分布（翁篤鳴等， 1981）相 100對(duì) 80 油菜總 60輻 40射 20 小麥%0100806040200相對(duì)株高 % （油菜株高 158厘米，小麥株高 123厘米） 在實(shí)際工作中常用透光率來(lái)表征農(nóng)田中的透光情況。 透光率： 所測(cè)高度處的照度與農(nóng)田上方照度的比值，用小數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示，也稱相對(duì)照度。 ● 農(nóng)田中透光率的分布曲線與光強(qiáng)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(guān)系密切。 ● 農(nóng)田中各高度透光率存在著相同的日變化，由于太陽(yáng)高度角的改變，中午時(shí)透光率最大，早晚時(shí)透光率較小。 例如在對(duì)棉花的觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，在始花期，早晚的透光率為 10%，而正午時(shí)透光率可達(dá)到41%。 光在群體中垂直分布規(guī)律的數(shù)學(xué)描述 門司正三和佐伯敏郎（日本）， 1953年從實(shí)際觀測(cè)（大田切片法）和理論推算兩個(gè)方面建立了光強(qiáng)對(duì)葉面積的依賴關(guān)系。他們假定：葉層是由葉片等植物器官所組成的均一介質(zhì)，并把比爾（ Beer） 定律引入到群體中光強(qiáng)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(qiáng)； I為各層的光強(qiáng)； k為群體葉層光強(qiáng)衰減系數(shù)或群體消光系數(shù)； F為各層次以上部分的葉面積之和。 群體消光系數(shù) 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(gè)無(wú)量綱數(shù)，它描述了葉片的遮陰程度，當(dāng)上層葉面積大時(shí)， k值就大，光強(qiáng)衰減就明顯。 注意： 實(shí)際上，大田內(nèi)部的情況十分復(fù)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(jié)構(gòu)；季節(jié)、天氣以及時(shí)間等。 因此， K值不是一個(gè)穩(wěn)定的值 。 在實(shí)際應(yīng)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(jù)門司和佐伯測(cè)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(cè)得的水稻葉層的 k值在 ～ ，平均達(dá)到（表 ）。 表 葉層的光分布及光強(qiáng)衰減系數(shù)（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(zhì)是不可能滿足的。 但在實(shí)際觀測(cè)中，光在群體中的垂直變化確實(shí)符合負(fù)指數(shù)規(guī)律，所以門司 — 佐伯公式目前還是得到了廣泛的應(yīng)用。 167。2 光照長(zhǎng)度對(duì)植物的影響光照長(zhǎng)度對(duì)植物的影響 一、植物的光周期現(xiàn)象 二、光照長(zhǎng)度與植物發(fā)育關(guān)系的幾種解釋 三、光周期對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響 四、光周期學(xué)說(shuō)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 一、植物的光周期現(xiàn)象 日照長(zhǎng)度和光照長(zhǎng)度 ● 日照長(zhǎng)度。 是指一地每天從日出到日落之間的日照時(shí)數(shù)，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(zhǎng)度。 也稱為光長(zhǎng)，它和日照長(zhǎng)度不同，它包括日照長(zhǎng)度和曙暮光時(shí)段。光周期 地球上不同緯度地區(qū)的溫度、雨量和晝夜長(zhǎng)度等會(huì)隨季節(jié)有規(guī)律地變化。在各種氣象因子中，晝夜長(zhǎng)度變化是最可靠的信號(hào)，不同緯度地區(qū)晝夜長(zhǎng)度的季節(jié)性變化是很準(zhǔn)確的。緯度愈高的地區(qū)，夏季晝愈長(zhǎng)，夜愈短；冬季晝愈短，夜愈長(zhǎng)；春分和秋分時(shí)，各緯度地區(qū)晝夜長(zhǎng)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(zhǎng)度的季節(jié)變化 植物光周期現(xiàn)象 （ 1）植物光周期現(xiàn)象的概念晝夜光照與黑暗的交替對(duì)植物發(fā)育（主要是開花）有顯著影響的現(xiàn)象稱為光周期現(xiàn)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(zhǎng)度的調(diào)節(jié)，但是，在植物的光周期現(xiàn)象中最為重要且研究最多的是植物成花的光周期誘導(dǎo)。（ 2）光周期現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) ?　　 1919年，美國(guó)園藝學(xué)家加納和阿拉德（ GarnerandAllard）在觀察到煙草的一個(gè)變種（ marylandmammoth）在華盛頓地區(qū)夏季生長(zhǎng)時(shí)，株高達(dá) 3～ 5m時(shí)仍不開花，但在冬季轉(zhuǎn)入溫室栽培后，其株高不足 1m就可開花。他們?cè)囼?yàn)了溫度、光質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)等各種條件，發(fā)現(xiàn)日照長(zhǎng)度是影響煙草開花的關(guān)鍵因素。在夏季用黑布遮蓋，人為縮短日照長(zhǎng)度，煙草就能開花；冬季在溫室內(nèi)用人工光照延長(zhǎng)日照長(zhǎng)度，則煙草保持營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)而不開花。由此他們得出結(jié)論，短日照是這種煙草開花的關(guān)鍵條件。 根據(jù)光長(zhǎng)影響植物開花情況對(duì)植物的分類 （ 1）長(zhǎng)日性植物。是指只有在光照長(zhǎng)度超過(guò)一定臨界值（臨界光長(zhǎng)）時(shí)開花，否則即停留在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)的植物