【正文】 學(xué)特性 三、光在群體中的分布 一、光的生物學(xué)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(chǎn)生各種天氣 氣候現(xiàn)象的主要能量源泉。 5 光能利用率及其提高途徑 實習(xí) 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(xiàn)象、感光性、光飽 和點與光補償點、光能利用率等基本概念。 1 光的生物學(xué)意義與植物的光學(xué)特性 167。 2 光照長度對植物的影響 167。 光周期學(xué)說在農(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。 光的生物學(xué)意義 太陽輻射對植物的作用： ● 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。 ● 光質(zhì)，即光譜組成的不同。 二、植物的光學(xué)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(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。 （ 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。 （ 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。 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，植被中光強的垂直變化十分復(fù) 雜，但其垂直分布有一定的規(guī)律。 ● 農(nóng)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(guān)系密 切。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垂直 分布的研究，提出了著名的門司 — 佐伯公式。 注意： 實際上，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 時間等。據(jù)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 ～ 。 167。 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 。自然界一晝夜間的光暗交替稱為光周期（ photoperiod）。他們試驗了溫度、光質(zhì)、營養(yǎng)等各種條件，發(fā)現(xiàn)日照長度是影響煙草開花的關(guān)鍵因素。 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 。 如水稻 、 玉米 、 棉花 等原產(chǎn)于低緯度地區(qū)的作物 。 （ 4） 中間型植物 。 長日性植物的開花要求光長不能短于這個 界限長度，而短日性植物的開花要求光長不能 長于這個界限長度。不同種類的植物通過光周期誘導(dǎo)的天數(shù)不同。所以，有臨界日長就會有相應(yīng)的臨界暗期（ critical dark period），那么，是光期還是暗期起決定作用？許多試驗表明，暗期有更重要的作用。 因此在研究植物光照階段的發(fā)育速度時 ， 有人提出暗長積量的概念 ， 即將光照階段內(nèi) 每日暗期時間之和稱為暗長積量 ， 認為滿足 所需的暗長積量 ， 作物才能完成光照階段 。 二、光照長度與植物發(fā)育關(guān)系的幾種解釋 光周期學(xué)說 （ 經(jīng)典 、 解釋現(xiàn)象 ） 認為植物通過合適的光周期 ， 就能完成 它的發(fā)育過程 ， 這是植物本身的生物節(jié)律即 植物只在符合它本性的黑暗與光照交替下 ， 才能夠正常發(fā)育 ， 否則 ， 就會延遲發(fā)育或者 不發(fā)育 ， 而且不同植物需要不同時間長度的 光照與黑暗的交替 。而短日性 植物需要連續(xù)的黑暗（晝短夜長），這是因為 短日性植物的莖生長點只有在黑暗條件下才能 進行必要的階段質(zhì)變。 在低緯度地區(qū)，一日里太陽高度在 30186。 而在高緯度地區(qū)則正好相反。以下 ？ 18 186。 N 8小時 42分 4小時 48分 南 京 32 186。 N 9小時 14分 5小時 44分 哈爾濱 45 186。 N 9小時 32分 9小時 19分 表 不同高度太陽光譜各波段輻射占總輻射比例 輻 射 種 類 波 長 ( nm ) 太陽距地平面高度（度） 占總輻射的比例（ %） 紫外線 295400 可見光 400760 紅外線 760 光敏色素學(xué)說（ Hendrichs和 Borthwith） 認為高等植物對光照長度的反應(yīng)決定于 植物的 光敏色素系統(tǒng) 。 而長日性植物則正好相反 。 因此 ， 可以通過人工控制作物的光周期 來達到生產(chǎn)的目的 。 水稻的感光性 在滿足水稻生長發(fā)育所要求的溫度條件 前提下 ， 在短日照條件下可使生育期縮短 、 在長日照條件下可使生育期延長的特性 。 丁穎等的水稻地理分期播種試驗 試驗設(shè) 8個點 、 158個品種 、 15個播期 ， 用 溫度相近但光長相差較大兩地同一品種在同一 播期下的出穗天數(shù)之差與光長較長之地出穗天 數(shù)之比的百分數(shù)作為出穗促進率 。 （ 2） 長日性作物的北方品種向南引種時 ， 一般延遲成熟 。 （ 4） 同一地區(qū)平原與高原間相互引種 ， 光照條件沒有變化 ， 其延長或縮短生育期的 日數(shù) ， 決定于高度差引起的溫度變化 。 而采用人工光照處理可解決這一問題 。 主要是躲 。如短日植物麻類，南種北引可推遲開花，增加植物高度，提高纖維產(chǎn)量和質(zhì)量等。 167。 （ 1）實驗觀測結(jié)果 光合速度 (mgCO2/dm2 ● 不同的植物光 — 光合作用曲線不盡 相同 。 60 光合速度 (mgCO2/dm2 在此光強下，光合作用制造的產(chǎn)物與呼吸 作用消耗的產(chǎn)物相等；或者說同一葉片在同一 時間內(nèi)，光合過程吸收的 CO2和呼吸過程放出的 CO2等量。 （ 3）有關(guān)結(jié)論 ● 不同植物（喜陰、喜陽、 C C4）， 同一植物的不同品種，同一品種不同發(fā)育期 及不同部位的葉片光飽和點和光補償點不同。 1bIPaI?? 常數(shù) a、 b的生物學(xué)意義 ● 當(dāng) I→∞ ， P→b/a ； 顯然 b/a為光合作用 強度的極限值 ， 也就是說 ， b/a是光飽和點時 的光合作用強度 。 自然條件下單葉光合作用的特點： ● 晴天條件下 ， 一般是中午的光合作用的 強度大于早晚 。 ● 由于云的變化 、 葉片的相互遮擋和風(fēng) 引起的葉片擺動 ， 均會造成 同一植株上不同 葉片甚至是同一葉片上不同部位的 光強不同 ， 光質(zhì)也不同 ， 從而導(dǎo)致其 光合作用強度不同 。 0000000()1l n( 1 ) |1l n( )1kFFkFk F FkFbI ep r dFaI ebaI e rFakaIbrFak aI e???????? ? ? ??????凈 最適葉面積系數(shù)（指數(shù)） ● 現(xiàn)象 光 合 P 呼 吸 P凈 凈 生 R 產(chǎn) 最適葉面積系數(shù) 圖 葉面積系數(shù)與光合作用的關(guān)系 ● 定義 群體凈生產(chǎn)率達到最大值時的葉面積指數(shù) 稱為 最適葉面積指數(shù) 。 光 — 光合作用之間的這種雙曲線關(guān)系， 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用。 上述兩個方面導(dǎo)致大田作物出現(xiàn)倒伏 現(xiàn)象 。 光強對植物發(fā)育的影響 ● 光強過弱，植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)積累少， 往往會阻礙植物的發(fā)育速度，以致于延遲開花 結(jié)果。 4 不同光譜成分對植物的影響 一、太陽光譜 二、紫外線對植物的影響 三、可見光對植物的影響 四、紅外線對植物的影響 五、應(yīng)用 一、太陽光譜 太陽輻射光譜組成 ● 太陽輻射是非均質(zhì)的 ， 是由各種不同 波長的輻射組成的 。 ● 可見光的范圍內(nèi)， 47% 。 ● 影響到達地球表面的太陽輻射各種 光譜比例的因素主要有：緯度、海拔、季節(jié) 和氣象條件。 ● 但也有人認為，波長在 290～ 315nm的 長紫外線能加快植物的發(fā)育，而波長 315～ 400nm的長紫外線在所有情況下都沒有作用。 2 、 光合有效輻射 （ photosynthetically available radiation ） （ 1） 定義： 使得光合作用進行的光譜區(qū) 輻射 ， 稱之為光合有效輻射 ， 簡稱 PAR。 （ 1） 藍紫光 （ 400～ 510nm） ● 葉片吸收較多； ● 光合作用活性較強； ● 光合作用效率只及紅橙光的一半； ● 大多數(shù)情況下延遲植物的開花 。 四、紅外線對植物的影響 紅外線 （ 760～ 3000nm） ， 可分為近紅外 輻射和遠紅外輻射兩部分 。 ● 近年來有關(guān)成果在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用 ， 已經(jīng)取得了良好的效果 。 5 光能利用率及其提高途徑 一、太陽能利用率和光能利用率 二、光能利用率的理論上限 三、限制光能利用率的因素 四、提高光能利用率的途徑 一、太陽能利用率和光能利用率 定義 光能利用率也有人稱太陽輻射能利用率或 太陽輻射能利用系數(shù) 。 一般是用一定時間內(nèi)一定土地面積上作物 增加的干重所折合的熱量與同一時間內(nèi)投射到 同一面積上的光合有效輻射量的比值來表示。 * 00*100HWP PARE ? * 00*100H W RPARE?? 總 （ 3）如果考慮植物實際吸收的光合有效輻 射量，則有： 在上述計算光能利用率的公式中，以（ 2） 和（ 3）式