光合作用与作物产量

光合作⽤与作物产量
2019-05-19
光能利⽤率是指植物光合产物中所贮存的能量占照射到地⾯上⽇光能量的百分率。

⼀般是以单位⼟地⾯积在单位时间内所接受的太阳辐射能，除以同时间内该⼟地⾯积上植物增加⼲重所折合成的热量。

我国幅员辽阔，各地辐射资源不⼤⼀样。

⼤体上⾃兰州以西部分年辐射量较强，在627.9kJ/cm2（辐射能以地⾯每平⽅厘⽶上每分钟所受到的太阳垂直平⾯照射的能量计算）以上，这是由于空⽓⼲燥、云量少造成的。

我国东半部辐射量较少，约在627.9kJ/cm2以下，其中华北平原和内蒙古⾃治区较⾼，在585.2kJ/cm2以下；长江中下游和华南⼴⼤地区年辐射量约为502.32kJ/cm2。

四川、贵州⾼原潮湿多雾、多⾬，年辐射量为376.74kj/cm2左右。

⼀、光合作⽤与作物产量的关系
光合作⽤为农作物产量的形成提供了主要的物质基础，但作物躯体各部分的经济价值是不同的，例如种植稻、麦、油菜和⼤⾖等主要是为了收获⼦粒；种马铃薯、⽢薯、甜菜等主要为了收获块茎、块根等。

为此，在收获中经济价值较⾼部分称为经济产量，⽽作物的总重量就是⽣物产量，经济产量与⽣物产量的⽐值称为经济系数。

各种作物的经济系数差异较⼤，⼀般⽲⾕类作物经济系数为0.3～0.4，⽔稻为0.5左右，棉花按⼦棉计算可达0.35～0.4，⼤⾖为0.2，薯类为0.7～0.85，叶菜类接近于1。

当然，各种作物不同器官含⽔量⼤不相同，例如稻⾕含⽔量只有15%左右，⽽⽢薯含⽔量则达80%。

为了更精确地⽐较也有⽤⼲重来表⽰的。

⼀般来说，经济系数是品种⽐较稳定的⼀个性状，但栽培条件与管理措施也有很⼤影响。

例如，合理密植、适当肥⽔措施和管理措施（如合理修剪、整枝、药剂处理等）都可促进同化产物向经济器官输送，抑制营养器官⽣长，增加经济器官重量。

相反，如栽培或管理不当，植株⽣长瘦弱或旺长，即使品种再好也会减产。

⽣物产量是作物⼀⽣中的全部光合产量减去所消耗的有机物（主要是呼吸消耗）。

⽽光合产量⼜是由光合⾯积（即叶⾯积）、光合强度和光合时间三因素所组成，即：⽣物产量=光合⾯积×光合强度×光合时间-光合产物。

⼆、提⾼光能利⽤率的途径
（⼀）延长光合时间
光合时间由作物⽣育期和⽇照时间长短决定。

延长作物光合时间可明显提⾼经济产量。

延长光合时间的措施有：
1.提⾼复种指数复种指数是全年内农作物收获⾯积与耕地⾯积之⽐。

可以采取间作、套种、巧妙搭配作物以达到此⽬的。

2.延长光合期作物⽣长前期应促进其早⽣快发，后期应使功能叶保持较长的光合时间，防⽌叶⽚早衰。

（⼆）增加光合⾯积
1.合理密植
光合⾯积通常⽤叶⾯积系数(leaf area index)表⽰，它是指作物⾯积和⼟地⾯积的⽐值。

叶⾯积系数（⼜称叶⾯积指数）的⼤⼩取决于植株的密度、个体⽣长发育进程和时期以及栽培条件等，不同作物或作物不同⽣育期的最适叶⾯积系数不同。

合理密植的主要原则在于处理好个体与群体之间的关系，使群体在各个⽣育时期具有较理想的叶⾯积系数，最充分地利⽤光能和地⼒。

2.选育理想株型品种
在密植条件下，株型与群体光能利⽤率有极⼤关系，如果叶⾯积系数相同⽽株型不同，其光能利⽤率也会有很⼤差异。

以稻、麦为例，在肥、⽔条件充⾜的条件下，⾼产株型的特征应该是：矮秆、分蘖⼒中等、叶着⽣⾓度⼩、较直⽴、叶⽚短⼩⽽厚密、⼦粒/稿秆⽐值较⾼。

凡具有以上特征，群体内光能分布较均匀，光能利⽤充分，经济产量则较⾼。

（三）改善光合作⽤条件
光、温、⽔、肥和⼆氧化碳等因素，都能影响群体的光合作⽤。

其中，合理排灌和施肥，能有效地促进和控制群体结构发展，因⽽可提⾼群体光能利⽤率。

在有条件的地⽅，补充⼈⼯光照、增加⼆氧化碳浓度，也是改善光合条件的⼀种⼿段，但⼤⽥应⽤还有困难。

相关演练
1.现在园艺师们往往将李⼦、杏等果树的树形，修整成主⼲突出，侧枝层次分明，呈螺旋状均匀着⽣在主⼲上的主⼲形。

“有空就有枝，有枝就有果”，是对该树形的最佳描述。

由此我们可以想到该树形丰产的主要原因是（）
A.提⾼了对光的利⽤效率
B.提⾼了对CO2的利⽤效率
C.增强了果树的抗病能⼒
D.增强了果树的呼吸作⽤
2.如图是夏季晴朗的⽩天，⽟⽶和花⽣净光合速率（单位时间、单位叶⾯积吸收CO2的量）的变化曲线，下列叙述错误的是（）
A.在9:30~11:00之间，花⽣净光合速率下降的原因是暗反应过程减缓
B.在11:00~12:30之间，花⽣的单位叶⾯积有机物积累量⽐⽟⽶的多
C.在17:00时，⽟⽶和花⽣的单位叶⾯积释放O2速率相同
D.在18:30时，⽟⽶既能进⾏光反应，也能进⾏暗反应
3.有⼈研究了N元素的供给量与⼩麦的光合作⽤强度和产量的关系并绘制了如下曲线，请对曲线仔细分析后，回答下列问题：
（1）N元素的供给量与⼩麦产量之间的关系是。

（2）N元素能够促进光合作⽤的原因是。

（3）氮是植物从⼟壤中⼤量吸收的⼀种元素，下图中能正确表⽰⼩麦吸收矿质元素N与呼吸作⽤强度关系的是（）
（4）⼩麦产量最⾼时所需N元素的供给量低于光合作⽤最强时的供给量，原因是。

（5）除了N元素的供给量以外，光强度、⼆氧化碳浓度、温度等也是影响作物产量的重要因素。

下列措施中能够直接提⾼作物光合作⽤效率的有（）（多选）
A.间作（套种）
B.合理密植
C.提⾼⼆氧化碳浓度
D.轮作
E.控制光强
F.合理灌溉
参考答案
1.A 提⽰：侧枝层次分明，呈螺旋状均匀着⽣长在主⼲上，避免了相互遮挡阳光，提⾼了对光的利⽤效率。

2.B 提⽰：A项，9:30~11:00光照强度增强，光反应提供的ATP和［H］增多，但净光合速率降低，说明暗反应跟不上光反应，反应缓慢；B项，有机物的积累量可代表净光合速率，从图知花⽣的净光合速率即有机物的积累量⽐⽟⽶少；C项，从图知，17:00时净光合速率相同，氧⽓释放量代表净光合速率，即氧⽓释放量相同；D项，18:30时，⽟⽶净光合速率为零，说明光合作⽤速率等于呼吸作⽤速率，仍进⾏光合作⽤，即有光反应和暗反应。

3.（1）在⼀定的N元素供给量的范围内，⼩麦产量随着N元素供给量的增加⽽升⾼，但达到⼀定量后，再增加N元素的供给量，⼩麦产量反⽽下降
（2）N是叶绿素、光合作⽤各种酶和ATP的组成成分
（3）C
（4）氮元素供给过量时，植物营养⽣长过旺，容易造成倒伏⽽减产
（5）C、E
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