太陽(yáng)輻射對(duì)植物生長(zhǎng)影響

1、太陽(yáng)輻射對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響姓名:盧常磊學(xué)號(hào): 1001064113專(zhuān)業(yè):種子科學(xué)與工程一、光的生物學(xué)意義與植物的光學(xué)特性(一光是生物體生命活動(dòng)的能量源泉太陽(yáng)輻射是地球上生物有機(jī)體的主要能量源泉。地球上所有生命都靠來(lái)自太陽(yáng)輻射提供生命活動(dòng)的能量。而植物的光合作用幾乎使所有的有機(jī)體與太陽(yáng)輻射之間發(fā)生了最本質(zhì)聯(lián)系。同時(shí),地球表面吸收一部分太陽(yáng)輻射直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?其中一部分用于水分蒸發(fā),其余部分用于增加地表溫度,因而太陽(yáng)輻射也是構(gòu)成地表熱量和水分等分布狀況的能量源泉。到達(dá)地球上的太陽(yáng)輻射主要的作用是產(chǎn)生光合效應(yīng)、熱效應(yīng)和光的形態(tài)效應(yīng)。地球生物圈內(nèi)的光輻射的生物學(xué)效應(yīng)可分為:1、有機(jī)物質(zhì)組成,其中包括

2、光合作用,維生素D的形成;2、物質(zhì)輸送;3、刺激作用,其中包括光周期現(xiàn)象、向光性、趨光性、感光性等。光和熱是動(dòng)、植物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的根本條件。光對(duì)葉綠素起著化學(xué)作用,沒(méi)有光,不能產(chǎn)生葉綠素,也不能進(jìn)行二氧化碳的合成。光是植物進(jìn)行光合作用的能量源泉。光對(duì)植物的熱效應(yīng),由于植物的蒸騰,不致使植物“體溫”過(guò)高而“灼”死。光還影響植物營(yíng)養(yǎng)體形態(tài)的建成和生長(zhǎng)發(fā)育以及葉的方位等。太陽(yáng)各種輻射光譜區(qū)對(duì)植物生命活動(dòng)具有不同的重要性:光對(duì)生物有機(jī)體的影響是由光照強(qiáng)度、光照長(zhǎng)度、光譜成分的對(duì)比關(guān)系構(gòu)成的。植物光合作用利用太陽(yáng)能的程度很低,綠色植物只能吸收落到葉子上太陽(yáng)能的50%左右,其中又只有1-5%參與植物

3、的光合過(guò)程。而植物通過(guò)光合合成的物質(zhì)卻占到植物總干重的9095%。當(dāng)前,我們還不能改變太陽(yáng)能的大小及其在地球上的分布,但能提高到達(dá)地面上太陽(yáng)能的利用率,特別是提高植物接受光能的面積和它們的利用率。(二植物單葉的光學(xué)特性投射于葉面上的太陽(yáng)輻射,可分為反射、吸收和透射三部分。反射由內(nèi)反射和外反射構(gòu)成。外反射是葉片表皮層與空氣界面所發(fā)生的反射現(xiàn)象。內(nèi)反射是投射到葉子內(nèi)部,又從投射一側(cè)返回空氣中的輻射。進(jìn)入葉子內(nèi)部,部分被吸收、反射后,一部分光通過(guò)葉片到達(dá)另一側(cè),這部分光稱(chēng)為透射光。與上述輻射相對(duì)應(yīng)的百分率稱(chēng)為反射率、透射率、和吸收率。關(guān)系為R+T+A=1。葉片對(duì)太陽(yáng)輻射的反射能力大小,主要決定于葉子

4、本身的特點(diǎn)。反射率在綠色部位呈現(xiàn)高峰,蘭色及紅色部位最低。葉子的吸收綠葉有兩個(gè)明顯的吸收峰,主要在光合有效輻射部分和長(zhǎng)波輻射部分,以長(zhǎng)波輻射為最強(qiáng)。葉肉組織吸收的大部分光線(xiàn),依賴(lài)于色素類(lèi)別,主要是葉綠素(a、b和類(lèi)胡蘿卜素。(三群體葉片的光學(xué)特性太陽(yáng)進(jìn)入農(nóng)田植被中,受到植被中莖葉的層層削弱,有的被反射、有的被吸收、有的層層透射到達(dá)地面。不同的植物,植物處于不同生長(zhǎng)時(shí)段,對(duì)光的吸收、反射和透射不同,因而,光在植物群體內(nèi)的分布曲線(xiàn)是不同的。通常,我們用透光率來(lái)表征農(nóng)田中的透光情況。所謂透光率,就是農(nóng)田中各高度的照度與農(nóng)田上方照度的比值,常用小數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示,也稱(chēng)相對(duì)照度。(四綠色葉子的能量平衡植物

5、葉子吸收太陽(yáng)能總量很大,但葉溫沒(méi)有強(qiáng)烈升高,是因?yàn)槿~子吸收的能量極大部分用于其它過(guò)程,組成葉子的能量平衡。能量的走向,一方面用于光合作用,在適宜條件下,用于葉子進(jìn)行光合作用的能量約為25%,一般情況1-2%,甚至少于1%;用于向周?chē)h(huán)境散熱,余下的熱量轉(zhuǎn)化為熱能。二、光和有效輻射(一光和有效輻射概念植物光合作用光譜比短波輻射的整個(gè)波長(zhǎng)區(qū)狹窄的多。植物能在沒(méi)有紫外線(xiàn)和紅外線(xiàn)的輻射譜段中正常地生長(zhǎng)發(fā)育,決定著重要的生理學(xué)過(guò)程光合作用、色素合成、光周期現(xiàn)象和其它生理現(xiàn)象的光譜區(qū),通常稱(chēng)之為輻射的生理有效區(qū),或稱(chēng)為生理輻射。這段光譜稱(chēng)為光和有效輻射,波段大體在400760之間。(二光和有效輻射的計(jì)算在

6、通常情況下,光和有效輻射一般同可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍十分接近,約占太陽(yáng)總輻射的50%。其球算方法要通過(guò)氣候?qū)W計(jì)算方法,為目前求得光和有效輻射的主要手段。公式為:Q=0.43S+0.57D(其中S 為水平面直接輻射,D為天空散射輻射,通過(guò)現(xiàn)有儀器,S和D可以直接測(cè)量。三、光長(zhǎng)和光強(qiáng)對(duì)植物的影響(一植物的光周期現(xiàn)象1、光周期概念光周期現(xiàn)象是指植物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)晝夜長(zhǎng)短的不同反應(yīng)。既白天光照和夜晚黑暗的交替與它們的持續(xù)時(shí)間對(duì)植物的開(kāi)花有很大的影響,稱(chēng)為光周期現(xiàn)象。這是植物內(nèi)部節(jié)奏生物鐘的一種表現(xiàn)。自然季節(jié)的光周期變化使每天光長(zhǎng)按規(guī)律加長(zhǎng)或縮短。它是對(duì)植物內(nèi)部節(jié)奏的信號(hào),植物知覺(jué)到光照長(zhǎng)度的變化,由此來(lái)識(shí)別一年內(nèi)

7、時(shí)間的推移,因而光周期現(xiàn)象事實(shí)上是利用對(duì)光長(zhǎng)的測(cè)量控制植物生理反應(yīng)的現(xiàn)象。自然界中很多植物的開(kāi)花對(duì)光照長(zhǎng)度非常敏感。有的只有在光照長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)臨界值時(shí)開(kāi)花,否則停留在營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),這類(lèi)植物稱(chēng)之為長(zhǎng)日性植物;有的植物只在光照長(zhǎng)度短于一定臨界值時(shí)開(kāi)花,這類(lèi)植物稱(chēng)之為短日性植物;還有一類(lèi)中日性植物,是指當(dāng)晝夜長(zhǎng)短的比例接近于相等時(shí)才能開(kāi)花的植物。2、臨界光照長(zhǎng)度植物分成長(zhǎng)日性或短日性類(lèi)型,需要一個(gè)客觀的光照實(shí)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)日性植物要求光長(zhǎng)不能短于這個(gè)界限長(zhǎng)度,而短日性植物相反,不能長(zhǎng)于這個(gè)界限長(zhǎng)度。短于或長(zhǎng)于這個(gè)長(zhǎng)度,長(zhǎng)、短日性植物不能開(kāi)花結(jié)實(shí),而始終保持營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài),這個(gè)界限長(zhǎng)度既為臨界光照長(zhǎng)度。臨界光照

8、長(zhǎng)度是植物識(shí)別合適季節(jié)的度量,其數(shù)值與生境有密切關(guān)系。(二對(duì)光周期有效的光強(qiáng)及感應(yīng)時(shí)期1、對(duì)光周期有效的光強(qiáng)在夜間用基本不能進(jìn)行光合作用的弱光照射,仍然有延長(zhǎng)光照長(zhǎng)度的效果,因此,光周期現(xiàn)象與光合量無(wú)關(guān),既與光合強(qiáng)度無(wú)關(guān)。光照長(zhǎng)度和生理反應(yīng)強(qiáng)度之間的關(guān)系不僅對(duì)強(qiáng)光有效,對(duì)很弱的光強(qiáng)也有效。2、光周期感應(yīng)時(shí)期植物的光周期所感應(yīng)的是光期長(zhǎng)度、還是暗期長(zhǎng)度,光、暗期的比率是否起作用?通過(guò)試驗(yàn)表明:(1在光周期所引起的成花誘導(dǎo)中,重要的因素不是光期長(zhǎng)度,也不是光、暗期之比,而是暗期長(zhǎng)度。如不給予短日性植物一定時(shí)間以上的暗期,就不能進(jìn)行花芽分化;相反如給予長(zhǎng)日性植物一定時(shí)間以上的暗期,也不能進(jìn)行花芽分化

9、。(2即使給予足夠長(zhǎng)的暗期,如暗期中途給以“光中斷”,暗期效果即消失。(三光周期學(xué)說(shuō)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用1、引種不同作物與品種具有不同的光周期性和感光性,而不同地區(qū)與季節(jié)的光照時(shí)間不同,所以在不同地區(qū)引種工作中,必須在意作物的光周期特性及引種地區(qū)的光照特點(diǎn)。(1短日性作物的北方品種向南方引種時(shí),由于光照變短,溫度增高,導(dǎo)致生育期縮短,可能出現(xiàn)早穗現(xiàn)象,穗小粒少。南方品種向北引種時(shí),由于光照變長(zhǎng),溫度降低,導(dǎo)致延遲成熟,甚至不能抽穗開(kāi)花。(2長(zhǎng)日性作物的北方品種向南引種時(shí),一般延遲成熟。但南方溫度較高,生育期是否延長(zhǎng),還要綜合考慮。南方品種向北引種時(shí)一般提早成熟,但北方溫度較低,發(fā)育速度減慢,因此

10、生育期長(zhǎng)短也應(yīng)綜合分析。(3緯度和海拔高度相近地區(qū)引種,光溫條件大致相同,生育期變化小,較易成功。(4在同一地區(qū),平原與高原間相互引種,其延長(zhǎng)或縮短的日數(shù),決定于高度差引起的溫度變化。2、育種根據(jù)親本對(duì)光長(zhǎng)反應(yīng)的特性人為地延長(zhǎng)或縮短光照時(shí)間,以便使親本延遲或提早開(kāi)花,促使花期相遇。四、光照強(qiáng)度對(duì)植物的影響(一光強(qiáng)與光合作用光飽和現(xiàn)象:在一定的光照強(qiáng)度范圍內(nèi),并在植物生長(zhǎng)發(fā)育適宜的外界條件下,光合強(qiáng)度隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng)。當(dāng)光強(qiáng)超過(guò)一定限度時(shí),光強(qiáng)再增大,光合強(qiáng)度并不相應(yīng)增強(qiáng),它以一個(gè)最高值為漸近線(xiàn)而不在上升,此種現(xiàn)象稱(chēng)為光飽和現(xiàn)象。光光合作用曲線(xiàn)成雙曲線(xiàn)型。單葉的光合作用曲線(xiàn)與群體的光合作

11、用曲線(xiàn)不同。光合作用曲線(xiàn)隨群體繁茂程度有明顯差異,在平均單位面積土地上,當(dāng)葉面積較小時(shí),比較弱的光就可以達(dá)到飽和;隨著葉面積增大,光飽和的光照強(qiáng)度增大;對(duì)于非常繁茂的群體,可能不出現(xiàn)光飽和現(xiàn)象。因繁茂程度引起的光合產(chǎn)量差異,通常是在弱光下小,強(qiáng)光下大。(二光強(qiáng)的變化與光合作用在自然條件下,植物葉子所受的光強(qiáng),不是恒定的。投射到地表的光強(qiáng),隨著云層的有無(wú)而變化。試驗(yàn)表明,用強(qiáng)弱光緩慢交替能明顯提高光能利用率。此種現(xiàn)象可以解釋為:在強(qiáng)光持續(xù)照射時(shí),光合作用的暗反應(yīng)過(guò)程便成為限速階段,就是說(shuō)在這樣的條件下,與光反應(yīng)產(chǎn)物數(shù)量相比,二氧化碳受體以及二氧化碳固定酶水平相對(duì)較低,而且二氧化碳固定初級(jí)產(chǎn)物的還

12、原速度,也處于相對(duì)緩慢狀態(tài)。為此,光反應(yīng)產(chǎn)物或中間產(chǎn)物便不能順利地被消耗而有過(guò)剩現(xiàn)象。這些產(chǎn)物中的不穩(wěn)定物質(zhì)不斷地分解,結(jié)果,聚積的光能白白地被浪費(fèi)掉。而緊接著光期之后就插入暗期,光期所產(chǎn)生的光反應(yīng)產(chǎn)物被消耗,反應(yīng)順利進(jìn)行,過(guò)?，F(xiàn)象減少,光能白白浪費(fèi)的現(xiàn)象減少。(三光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn):處于光飽和時(shí)的光的臨界點(diǎn)稱(chēng)為光飽和點(diǎn)。葉片只有處于光飽和點(diǎn)的光強(qiáng)下,才能發(fā)揮其最大的制造與積累干物質(zhì)的能力。在光飽和點(diǎn)以上的光強(qiáng)不再對(duì)光合作用起作用。光補(bǔ)償點(diǎn):植物的光合強(qiáng)度和呼吸強(qiáng)度達(dá)到相等時(shí)的光強(qiáng)值。在這一光強(qiáng)下,光合作用制造的產(chǎn)物與呼吸作用消耗的產(chǎn)物相等。在光補(bǔ)償點(diǎn)以上,植物的光合作用超過(guò)呼吸作用,

13、可以積累有機(jī)物質(zhì)。在光補(bǔ)償點(diǎn)以下,植物的呼吸作用超過(guò)光合作用,此時(shí)非但不能積累有機(jī)物質(zhì),反而要消耗貯存的有機(jī)物質(zhì),如長(zhǎng)期在光補(bǔ)償點(diǎn)以下,植株將逐漸枯黃以至死亡。作物群體的光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)較單葉為高。(四植物群體的光合產(chǎn)量求算群體的光合產(chǎn)量,是把作物群體在垂直高度上分成若干層,每層有不同的葉面積系數(shù),利用透光率及單位葉面積的呼吸作用強(qiáng)度求算各層光合強(qiáng)度,整個(gè)群體的凈光合強(qiáng)度就是各層葉面積凈光合作用的總和。在生產(chǎn)上要求達(dá)到最大光合作用強(qiáng)度,因而凈生產(chǎn)率達(dá)到最大值時(shí)的葉面積系數(shù)才是最適葉面積系數(shù)。最適葉面積與最大限度葉面積并不一致。后者的出現(xiàn)常比后者為早。葉面積大到一定限度,無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)全體光強(qiáng)衰

14、減系數(shù),最下層葉片仍然只能接受到光補(bǔ)償點(diǎn)以下的光強(qiáng)。(五光照強(qiáng)度對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響植物的生長(zhǎng)是以株高伸長(zhǎng)、體積增大、體重干重增加、有機(jī)物質(zhì)及所含能量的增長(zhǎng)等形式而表現(xiàn)出來(lái)的光通過(guò)光合作用是導(dǎo)致有機(jī)物質(zhì)及其所含能量增多的因素。光強(qiáng)在作物的不同生育時(shí)期,所起的作用是不同的。光強(qiáng)的衰減即使是同等程度、同樣天數(shù),在不同的生育時(shí)期,其對(duì)作物生長(zhǎng)的影響也是不同的。在這里我們學(xué)習(xí)一個(gè)概念,臨界光期:就是光強(qiáng)變化對(duì)作物產(chǎn)量影響最大的時(shí)期。光照強(qiáng)度對(duì)植物的發(fā)育速度有影響。光強(qiáng)過(guò)弱,往往阻礙植物的發(fā)育速度,以致延遲開(kāi)花結(jié)果。光強(qiáng)還影響產(chǎn)品的質(zhì)量。六、光能利用率及其提高一、光能利用率的概念與計(jì)算動(dòng)植物的產(chǎn)量直接或

15、間接來(lái)自光合作用,光合效率的提高是生物高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。植物一生中,光合效率高,制造和積累的有機(jī)物質(zhì)就多,產(chǎn)量也就提高。而太陽(yáng)輻射能是植物光合過(guò)程的唯一能源,所以提高單位面積產(chǎn)量,從能量角度看,就是提高太陽(yáng)輻射能的利用效率。光能利用率:是投射到作物表層的太陽(yáng)能或光合有效輻射能被植物轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的比率。光能利用率表達(dá)式為:Eu=H*W/Q*100%,式中,H為每一克干物質(zhì)燃燒時(shí)釋放的熱量,也稱(chēng)單位質(zhì)量的碳水化合物所含的熱量,一般為177929.00焦耳/克,W是測(cè)定期間干物質(zhì)的增加量(也既凈生產(chǎn)量,Q是同期的總輻射量。二、影響光能利用率的因素光能利用率是估算生產(chǎn)潛力的前提,農(nóng)作物光能利用率的估算一

16、般均假設(shè)其它環(huán)境因素和作物因子處于最佳狀態(tài),根據(jù)光資源的多寡進(jìn)行計(jì)算。生產(chǎn)潛力:是在一系列最優(yōu)條件組合下(如溫度、水分、養(yǎng)分、土壤以及人與社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等,植物所能達(dá)到的生產(chǎn)力,這是植物的理論生產(chǎn)潛力,它僅取決于植物的光能利用率。影響植物群體的光能利用率的因子,主要有光合面積、光合時(shí)間和光合能力。(一光合面積光合面積主要指葉面積。要提高植物群體的光能利用率，使單位 土地面積上生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品， 首先要有足夠的葉面積以截獲更多的 日光能，才能使單位面積土地上植物吸收的光能總量增加。 如果群體的總?cè)~面積小，雖然其中的單株能得到較充分的光照， 但群體的生產(chǎn)力，即單位面積土地的產(chǎn)量仍比郁閉的群體低。所以

17、在 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，在一般單作的情況下，群體常采用合理密植的方式來(lái)提 高光能利用率。葉片的繁茂程度與光能利用率的高低直接相關(guān)。在一 定范圍內(nèi)，葉面積系數(shù)與光能利用率呈正比。但葉面積過(guò)大時(shí)，反而 降低群體總?cè)~片的平均光合作用率。要使群體有最大的光能利用率， 就應(yīng)求出最適葉面積系數(shù)值。在作物群體內(nèi)，最適葉面積系數(shù)還須與 適合的葉片開(kāi)張角和葉片配置方式直接影響葉片的受光量。 （二）光合時(shí)間 光合時(shí)間是指作物在整個(gè)生育期間或在全年中利用太陽(yáng)能進(jìn)行 光合作用的時(shí)間。適當(dāng)延長(zhǎng)植物的光合作用時(shí)間，可以增加體內(nèi)有機(jī) 物的積累而提高產(chǎn)量。為了延長(zhǎng)光合時(shí)間，農(nóng)業(yè)栽培管理主要從兩方 面入手， 一是延長(zhǎng)葉片的壽命， 即延

18、長(zhǎng)葉片的功能期， 防止葉片早衰。 二是適當(dāng)延長(zhǎng)植物的生長(zhǎng)期。我國(guó)的間作套種是增加光合面積、延長(zhǎng) 光合時(shí)間，從而提高光合效率的有效措施。 （三）光合能力 光合能力：當(dāng)植物的環(huán)境因素處于最佳狀態(tài)時(shí)，植物的最大凈光 合作用速率。 三、光能利用率的提高 提高作物光能利用率的基本問(wèn)題是要探明作物產(chǎn)量的內(nèi)在生理 及外在生態(tài)因素， 以便能自由地調(diào)節(jié)和控制這些因素。 作為一個(gè)群體， 著重的是單位土地面積上的收獲量， 所以提高光能利用率的基本途徑 不外是改進(jìn)個(gè)體和群體的光合生產(chǎn)，改善栽培措施和提高技術(shù)水平。 即一方面從個(gè)體角度上培育或篩選光合效能高和低光呼吸的種或品 種；另一方面通過(guò)耕作改制和栽培技術(shù)水平的不斷

19、改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ¶分頁(yè)符¶ （一）增加植物對(duì)太陽(yáng)能的吸收比例，減少透射、反射和漏射損 失 1、增加群體中光合作用面積，即增加吸收太陽(yáng)光能的葉面積 合理密植是充分利用光能、空間、地力、提高植物光能利用率的 重要措施。合理密植的關(guān)鍵是栽植密度要合理，即要有一個(gè)較大的葉 面積系數(shù)， 但又不能過(guò)大。 如果葉面積系數(shù)過(guò)大， 會(huì)使葉片互相遮蔭， 植株中、下部的光照減弱，結(jié)果反而降低總?cè)~片的平均光合作用率。 過(guò)于密植還會(huì)引起田間通風(fēng)不良， 不利于作物層內(nèi)二氧化碳的運(yùn)輸和 供應(yīng)，易引起倒伏、病害等現(xiàn)象。合理密植的限度是最適葉面積、即 當(dāng)群體凈光合生產(chǎn)率達(dá)到最大值時(shí)的葉面積。 2、造成群體中多

20、層立體配置 好的層次立體配置，就是由株型、葉型造成的多層立體配置，把 綠色葉分成許多層。上層綠色面留有一定空隙，投入一定量的光到第 二層，這樣逐層下射，一直到最下層。這樣，同樣強(qiáng)度的太陽(yáng)能，卻 減少了反射、透射、漏射的損耗，進(jìn)行光合作用的綠色面大大增加。 作物的立體種植，廣義上說(shuō)就是立體農(nóng)業(yè)，它是充分利用光能的 有效措施。 （二）增加農(nóng)作物生長(zhǎng)的日數(shù)，高效利用全年太陽(yáng)能進(jìn)行光合生 產(chǎn) 作物生長(zhǎng)的苗期，會(huì)有大量太陽(yáng)光漏射到地面上浪費(fèi)掉，苗期占 到整個(gè)作物生長(zhǎng)期的三分之一左右，因此，充分挖掘這一段時(shí)間的光 能利用潛力，是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的一個(gè)重要問(wèn)題。間作套種則是解決這個(gè)問(wèn) 題的有效措施。它能充分利用時(shí)間和空間，使田間作物始終有旺盛的 群體，保持較高的光能利用率。 間作套種也提高了復(fù)種指數(shù)，延長(zhǎng)了生長(zhǎng)季節(jié)，較充分地利用了 各種資源，從而提高了光能與土