【正文】 有關(guān)計(jì)算公式及常數(shù)值 ● 太陽(yáng)總輻射 Q： 3～ 5月 Q = Q0（ + ） 6～ 8月 Q = Q0（ + ） 9～ 11月 Q = Q0（ + ） ● 單位質(zhì)量碳水化合物所含的熱量 H： H = KJ/g。 二 、 實(shí)習(xí)內(nèi)容 根據(jù)給定資料 ， 分別計(jì)算小麥 、 玉米單作 和間作套種的光能利用率 Ep， 并結(jié)合所學(xué)內(nèi)容 對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較分析 。 如水稻矮稈品種的經(jīng)濟(jì)系數(shù)就從原來(lái)的 。 另外 ， 防治病蟲等危害 ， 也是減少光合 產(chǎn)物消耗的重要措施 。 所以 ， 可以通過(guò)減少 光呼吸量來(lái)提高光能利用率 。 因此在培育作物品種時(shí) ， 要增加暗反應(yīng) 速度 ， 提高光飽和點(diǎn)和光能利用率 。 在光能資源豐富 、 水資源嚴(yán)重缺乏的 地區(qū) ， 熱量不足采取措施增溫 、 水分不足 采取措施解決灌溉水源等 ， 則可大大提高 光能利用率 。 在溫室 、 大棚內(nèi)可通過(guò)增施 CO2肥來(lái)提高 CO2 濃度 。 改善水、熱、氣、肥等等環(huán)境條件， 增加作物光合能力 提高空氣中的 CO2濃度 ， 可以增加作物的 光合能力 。 理想群體結(jié)構(gòu)的量化標(biāo)準(zhǔn)： 上層葉片占 50%，葉片與水平面呈 90～ 60?； 中層葉片占 37%，葉片與水平面呈 60～ 30?； 下層葉片占 13%，葉片與水平面呈 30?。 這是因?yàn)椋? 的葉面積； ，漏射光較多， 消光系數(shù)小，可使群體中下部的光照充足。 選育株型緊湊 、 葉片斜立的矮稈品種十分 有利于作物高度密植而不倒伏 ， 也是提高最適 葉面積系數(shù)的基礎(chǔ)和保證 。 建立合理的群體結(jié)構(gòu)，造成群體中多層 立體配置 目的是減少整個(gè)作物層光的反射 、 透射和 漏射 ， 增加作物對(duì)太陽(yáng)能的吸收比例 。 充分利用生長(zhǎng)季節(jié)，增加作物生長(zhǎng)期 采取間作套種和復(fù)種 ， 合理安排茬口 ， 可充分利用地力 、 時(shí)間和空間 ， 使田間始終 擁有旺盛的植物群體 ， 各種作物此起彼伏 、 交替興衰 ， 高矮桿 、 寬窄行相間 ， 葉面積 指數(shù)始終保持著連續(xù) 、 勻稱和協(xié)調(diào)的狀態(tài) ， 并可延續(xù)交替用光 ， 使得群體對(duì)光能的利用 在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)均保持在一個(gè)較高的水平 ， 十分有利于光能利用率的提高 。 內(nèi)因 即通過(guò)調(diào)節(jié)和控制植物光合作用 生理機(jī)制 ， 從植物體本身去想辦法 。 ● 經(jīng)濟(jì)系數(shù)低即草多谷少雖然不會(huì)影響 作物光能利用率 ， 但會(huì)降低谷物產(chǎn)量 。 （ 6） 其它方面 ● 作物光合機(jī)構(gòu)功能以及外界環(huán)境條件 的最佳狀態(tài)難以達(dá)到 ， 從而增加光合作用的 量子需要量 ， 降低光能利用率 。 ● CO2濃度也影響光合作用 ， 據(jù)測(cè)定 ， CO2濃度從 300ppm增加到 1000ppm時(shí) ， 光合 作用速率提高近一倍 。 ● 溫度過(guò)高 ， 呼吸急劇增加 ， 光合作用 強(qiáng)度下降；溫度過(guò)高還會(huì)導(dǎo)致氣孔關(guān)閉 ， 使 光合作用強(qiáng)度降低 。 （ 4）生長(zhǎng)季短造成的損失 中高緯度地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受冬季低溫限制， 作物生長(zhǎng)季短，造成光能資源的浪費(fèi)，光能 利用率低。 ● 透入葉組織中的光合有效輻射只有部分 為葉綠素吸收而用于光合作用 ， 而 10～ 30%的 光能被非光合色素以及細(xì)胞壁 、 細(xì)胞質(zhì)等吸收 而損失了 。 據(jù)估算 ， 在 500卡 /厘米 2的光照條件下 ， 水稻及小麥由于光飽和損失的光能高達(dá) 36%， 玉米亦達(dá)到 12%。 限制光能利用率的因素 （ 1）光的漏射、反射和透射損失 ● 生長(zhǎng)初期，葉面積指數(shù)低，漏射多； ● 中后期，葉面積指數(shù)大，反射增加， 可達(dá) 5～ 25%，且平鋪葉片比直立葉片更多； 葉片薄，透射多，一般要透射 4～ 7%； ● 因此，葉面積指數(shù)過(guò)大過(guò)小均不利于 光能吸收，存在一個(gè)最適葉面積指數(shù)問(wèn)題。 光合性能 — 切入點(diǎn) 影響植物群體光能利用率的因素主要有 光合面積 、 光合能力和光合時(shí)間等 。 ● 理論上限 如果呼吸消耗占光合作用的比例按 30% 計(jì)算 （ 一般為 20～ 30%） ， 再扣去作物群體 反射 、 漏射及其它光能損失約 36% ， 所以 歸結(jié)到生物量的能量利用系數(shù)為： %*（ 130%） *（ 136%） ≈ % %*（ 130%） *（ 136%） ≈ % 即 % 是有希望達(dá)到的最高理論數(shù)字 。 ● 光合作用的量子需要量 20世紀(jì) 20年代研究提出的光合作用的量子 需要量在 4～ 16個(gè)愛(ài)因斯坦值之間，一般取 8～ 10，即同化 1克分子的 CO2 ， 釋放 1克分子的 O2 ， 產(chǎn)生 1克分子的 CH2O， 耗去 8～ 10個(gè)愛(ài)因斯坦能量。整個(gè)可見(jiàn)光范圍（ 400—760nm）平均，其能量相當(dāng)于 575nm的單色光，等于 207304焦耳。 納米 /摩爾）； N為阿伏加德羅常數(shù)， N=*1023 /摩爾， 則有 ： Em = 1. 192*108 /λ 當(dāng)波長(zhǎng)為 400nm時(shí)， Em＝ 298100焦耳；當(dāng)波長(zhǎng)為 760nm時(shí)，則 Em=156903焦耳。 秒； ν 為振動(dòng)頻率 ， ν =c/λ ； c為光速 ， c=*1014微米 /秒； λ 為波長(zhǎng) （ 微米 ） 。 CO2 + H2O （ CH2O） + O2 光能 葉綠體 出發(fā)點(diǎn)： 考慮同化 1克分子的 CO2 ， 釋放 1克分子的 O2 ， 產(chǎn)生 1克分子的 CH2O， 需要多少光量子？ 然后用 1克分子的 CH2O所包含的能量，除以所需光量子數(shù)的能量。 ● 科學(xué)地計(jì)算光能利用率的上限 ， 不僅 可以給人類提高光能利用率提供一個(gè)追求的 目標(biāo) ， 還可以避免這一過(guò)程中的盲目性 。 00*100H W RC PARE?? 總吸 收 量 二、光能利用率的理論上限 ● 最大限度地提高植物的光能利用率 ， 是人類追求的目標(biāo) 。 * 00*100HWP PARE ? * 00*100H W RPARE?? 總 （ 3）如果考慮植物實(shí)際吸收的光合有效輻 射量，則有： 在上述計(jì)算光能利用率的公式中，以（ 2） 和（ 3）式比較合理。 %100???? QWHEu （ 2）光能利用率 式中， PAR為同期的光合有效輻射量，其它各項(xiàng) 的意義同前。 一般是用一定時(shí)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(shí)間內(nèi)投射到 同一面積上的光合有效輻射量的比值來(lái)表示。 一般是用一定時(shí)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(shí)間內(nèi)投射 到同一面積上的太陽(yáng)總輻射量的比值來(lái)表示 。 5 光能利用率及其提高途徑 一、太陽(yáng)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(yáng)能利用率和光能利用率 定義 光能利用率也有人稱太陽(yáng)輻射能利用率或 太陽(yáng)輻射能利用系數(shù) 。 ● 應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng) 不同光質(zhì)對(duì)植物生理過(guò)程 和植物形態(tài)所起作用的研究 。 ● 近年來(lái)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 。 （ 2） 遠(yuǎn)紅外輻射 （ 1000nm） ● 不參與植物的光化學(xué)反應(yīng)； ● 主要產(chǎn)生熱效應(yīng) 。 四、紅外線對(duì)植物的影響 紅外線 （ 760～ 3000nm） ， 可分為近紅外 輻射和遠(yuǎn)紅外輻射兩部分 。 （ 3） 紅橙光 （ 610～ 760nm） ● 葉片吸收最多； ● 光合作用活性最強(qiáng)； ● 光合作用效率最高； ● 加快 光周期過(guò)程 — 植物開(kāi)花過(guò)程 。 （ 1） 藍(lán)紫光 （ 400～ 510nm） ● 葉片吸收較多； ● 光合作用活性較強(qiáng)； ● 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(kāi)花 。 （ 2）光合有效輻射量的求取 ● 進(jìn)行觀測(cè) 應(yīng)用光合有效輻射儀 ● 通過(guò) 氣候?qū)W方法 計(jì)算 a. Qpar=Kq Q 式中， Qpar： 光合有效輻射 Kq：系數(shù) Q：總輻射 組成，表達(dá)式為： Q = S + D Qpar=Ks S+Kd D 式中， S： 太陽(yáng)直接輻射 D： 天空散射輻射 Ks、 Kd：系數(shù) Kq Ks、 Kd的計(jì)算比較復(fù)雜，涉及到多個(gè)要素，具體的氣候?qū)W計(jì)算請(qǐng)同學(xué)們參閱下列文獻(xiàn)： [1] 周允華 ,項(xiàng)月琴 ,單福芝 . 光合有效輻射 (PAR)的氣候?qū)W研究 [J]氣象學(xué)報(bào) , 1984,(04) [2]王炳忠 , 稅亞欣 . 關(guān)于光合有效輻射的氣候?qū)W計(jì)算問(wèn)題 [J]. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào) , 1988,(01) [3]張運(yùn)林 , 秦伯強(qiáng) . 太湖地區(qū)光合有效輻射 (PAR)的基本特征及其氣候?qū)W計(jì)算 [J]. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào) , 2023,(01) 在以前實(shí)際工作中曾用下列公式來(lái)估算 光合有效輻射： 前蘇聯(lián) 中國(guó)華北 DSQDSQ?????? （ 3）計(jì)算 光合有效輻射能的意義 準(zhǔn)確地計(jì)算光合有效輻射能的時(shí)空分布， 有助于確定進(jìn)入農(nóng)田和植物群落的能量，對(duì)于 擬定適宜的群體結(jié)構(gòu)和估算作物的產(chǎn)量等方面 具有重要的意義。 2 、 光合有效輻射 （ photosynthetically available radiation ） （ 1） 定義： 使得光合作用進(jìn)行的光譜區(qū) 輻射 ， 稱之為光合有效輻射 ， 簡(jiǎn)稱 PAR。 三、可見(jiàn)光對(duì)植物的影響 生理輻射 決定著最重要的植物生理過(guò)程 （ 包括光合 作用 、 色素合成 、 光周期現(xiàn)象和其它植物生理 現(xiàn)象 ） 的光譜區(qū)稱之為輻射的生理有效區(qū) ， 或 稱為生理輻射 。 ● 但也有人認(rèn)為，波長(zhǎng)在 290～ 315nm的 長(zhǎng)紫外線能加快植物的發(fā)育，而波長(zhǎng) 315～ 400nm的長(zhǎng)紫外線在所有情況下都沒(méi)有作用。 短紫外線 （ 10～ 290nm） 對(duì)植物具有殺傷作用 ， 但大部分被臭氧層 吸收 ， 一般達(dá)不到地面 。 ● 影響到達(dá)地球表面的太陽(yáng)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。 到達(dá)地球表面太陽(yáng)輻射及影響因素