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農(nóng)業(yè)氣象學(xué)第二章-展示頁(yè)

2025-01-06 20:53本頁(yè)面
  

【正文】 認(rèn)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(huì)延遲發(fā)育或者 不發(fā)育 , 而且不同植物需要不同時(shí)間長(zhǎng)度的 光照與黑暗的交替 。 ● 植物光周期性的形成,是植物長(zhǎng)期適應(yīng) 原產(chǎn)地發(fā)育期間自然光照條件的結(jié)果。 因此在研究植物光照階段的發(fā)育速度時(shí) , 有人提出暗長(zhǎng)積量的概念 , 即將光照階段內(nèi) 每日暗期時(shí)間之和稱為暗長(zhǎng)積量 , 認(rèn)為滿足 所需的暗長(zhǎng)積量 , 作物才能完成光照階段 。 短日性植物需要一定時(shí)間以上的暗期才能 開花 , 而長(zhǎng)日性植物暗期過長(zhǎng)也不能開花 。所以,有臨界日長(zhǎng)就會(huì)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(yàn)表明,暗期有更重要的作用。 ● 幾個(gè)勒克司的弱光例如曙暮光和路燈 , 雖不能使植物進(jìn)行光合作用,但仍能起到延長(zhǎng) 光照長(zhǎng)度的作用。不同種類的植物通過光周期誘導(dǎo)的天數(shù)不同。植物在達(dá)到一定的生理年齡時(shí),經(jīng)過足夠天數(shù)的適宜光周期處理,以后即使處于不適宜的光周期下,仍能保持這種刺激的效果而開花,這種效應(yīng)叫做光周期誘導(dǎo)( photoperiodic induction)。 長(zhǎng)日性植物的開花要求光長(zhǎng)不能短于這個(gè) 界限長(zhǎng)度,而短日性植物的開花要求光長(zhǎng)不能 長(zhǎng)于這個(gè)界限長(zhǎng)度。 如西紅柿 、 黃瓜等 。 ( 4) 中間型植物 。 是指當(dāng)晝夜長(zhǎng)短的比例 接近于相等時(shí)才能開花的植物 。 如水稻 、 玉米 、 棉花 等原產(chǎn)于低緯度地區(qū)的作物 。 ( 2) 短日性植物 。 是指只有在光照長(zhǎng)度超過 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 。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。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。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)。自然界一晝夜間的光暗交替稱為光周期( photoperiod)。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。 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 。 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 。 167。 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 k 30 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。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 ~ 。 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。 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。 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。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。 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%。 ● 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。 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 % 0 100 80 60 40 20 0 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表征農(nóng)田中的透光情況。 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。 ( 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。 ( 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。 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。 ( 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。 ● 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。 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。光能利用率低。 ● 光質(zhì),即光譜組成的不同。 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~ 380 380~ 710 710~ 4000 3000~ 10000 0~ 4 21~ 46 50~ 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。 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。 4 不同光譜成分對(duì)植物的影響 167。 2 光照長(zhǎng)度對(duì)植物的影響 167。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。 3 光照強(qiáng)度對(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。 本章難點(diǎn): 光周期學(xué)說及其應(yīng)用, 光 ― 光合作用關(guān)系理論分析。 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。 各種輻射波段對(duì)植物的重要性見表 。 ● 光強(qiáng),即光照的強(qiáng)弱。 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。 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。 ● 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。 ● 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) 。 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)雜的過程。 ( 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。 ( 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。 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%。 如油菜、小麥等(圖 )。 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。 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。 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。 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。 因此, K值不是一個(gè)穩(wěn)定的值 。 一般地, k值小于 1。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 )。 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。 2 光照長(zhǎng)度對(duì)植物的影響 一 、 植物的
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