提高农作物光能利用率的方法

提高农作物光能利用率的方法

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摘要

提高农作物光能利用率，是当前农业研究的一个重要课题，其对于农作物增产有重要意义。本文介绍了影响光能利用率的因素、光能利用率与农作物的产量的关系以及提高光能利用率的方法。

关键词：光能利用率；影响因素；农作物；提高途径

目录

摘要 (1)

目录 (2)

前言 (3)

一、光能利用率与农作物的关系 (3)

二、影响光能利用率的因素 (3)

（一）光 (3)

1、光量 (3)

2、光时（光照的时间） (4)

3、光质 (4)

（二）光照强度 (4)

（三）作物本身特点 (4)

（四）外界因素 (5)

1、温度 (5)

2、C02浓度 (5)

3、水分 (5)

4、不利自然环境 (5)

5、矿质营养 (5)

三、提高光能利用率的途径 (5)

（一）增加叶面积指数 (5)

（二）合理密植 (6)

（三）间、套、复种 (6)

（四）培育优质品种 (6)

（五）合理灌溉和施肥加强管理 (6)

（六）提高叶绿体的光和效能 (6)

前言

农作物进行光合作用，制造有机物必不可缺的能量是太阳光能，他直接影响农作物的生长发育和产量的高低，是作物产量形成的基础。因此，如果能提高农作物利用太阳光能进行光合作用的能力或者根据影响光能利用率的因素来提高农作物的光能利用率对农业生产有重要的意义。

一、光能利用率与农作物的关系

光能利用率是作物光合作用中所贮存的能量占其所在范围吸收能量的百分比。也就是单位面积土地上农作物进行光合作用产生的有机物所含的能量与这块土地所吸收的太阳光能之比的值。[1]

由此可知光能利用率和光合作用有着密不可分的关系，光合作用是植物的绿色部分，主要叶片中叶肉细胞中的叶绿体吸收光能，将空气中的二氧化碳和水造成碳水化合物和其他有机物，同时把光能转化为化学能储存起来，这就是植物的光和效应，这是一个转化能量，固定能量的复杂过程。单位土地面积上植物产量的高低，决定于利用光能的多少，而光能潜力的大小，有决定于各地光能的质量和数量。理论上光能转化率最高为20%~25%，但在自然条件下生长的植物或栽培的作物，光能利用率远远低于该值，不到1%。[2]光能利用潜力很大，根据理论推算，作物的光能利用率可以达到4%~5%，但作物对光能利用率很低，只有0.5%~2%。[3]

二、影响光能利用率的因素

导致光能利用率低的原因很多，总的来说分为光本身特点，其次作物本身特征，还有外界环境的变化等都导致光和效率降低。

（一）光

光是光合作用的能量来源，也是叶绿素形成的条件。[4]光本身有光量，光时、还有光质都能影响光能利用率。

1、光量

我国属太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时，年辐射量在5000MJ／m2以上。据统计资料分析，中国陆地面积每年接收的太阳辐射总量为3.3×103～8.4×103MJ/m2，相当于2.4×104亿吨标准煤的储量。[5]但地区分布不够理想，水热资源充沛的地方光量少，而水热资源不足的地方却光量较多，水资源限制光资源的充分利用。然而我国光热水资源同季，季节搭配好，生长期短的地区光强较大，光强弱的地区生长期较长，光热互补，使全国各地可以获得较高的光量。在水分条件满足下，光量较多。植物能够吸收较多光能利用率较高，反之，光能利用率较低。

2、光时（光照的时间）

光照时间的长短是光合作用强度的影响因素之一。[6]在温度适当的条件下，光照时间长，光合作用也增强。光能有效辐射也增强，光能利用率提高，反之，降低。

3、光质

光质或光谱组成是光的重要属性，可见光谱的波长范围是380~780nm。波长短于380nm的光为紫外光，长于780nm的光为远红外光。

在自然环境中，照到植物上的光谱组成是在不断变化的，阴天蓝光多，晴天的早晨和傍晚红光较多，中午时光照很强且为白色，忽晴忽阴的天气，光谱组分更是变化多端。[7]

目前，随着大气臭氧浓度的不断减少，地表接受的紫外辐射量不断增加，光质已成为影响植物光合作用的一个重要因素。[8]

（二）光照强度

（1）在一定范围内，植物的光合强度随着光照强度的增加而上升，当光照强度达到最大值时，此后即使光照强度继续增加，上升到某一数值之后，光合强度不再继续提高时的光照度值为光饱和点。

（2）当达到光饱和点后仍继续增加光照，有些植物的光合强度不仅不会增加反而会下降，这种现象称为光抑制现象。

光照强度超过作物光饱和点以上的部分，不能被作物吸收利用，作物的光能利用率就随着光照强度的增加而下降。

（三）作物本身特点

（1）作物生长初期，叶片面积小，覆盖率小，很大一部分阳光直射到地面上而损失。空地面积越大，光能损失越多，作物得到的总辐射就越少。例如水稻初期植株较小，日光大部分漏到地面而损失，降低了水稻光能利用率（2）C4植物高于C3植物的光和效率

①C4植物的CO2补偿点和CO2饱和点均低于C3植物。C4植物存在“CO2泵”，能够利用较低浓度的CO2进行光合作用

②C4植物固定CO2的能力强于C3植物

③C4植物光和在维管束鞘细胞中进行。有利于光合产物的就近运输，防止淀粉积累影响光和。而C3植物光合在叶肉细胞中进行，淀粉积累影响光和。

④C4植物更耐高温，在干旱环境中，由于缺水叶片气孔关闭，C02供应不足，C4植物对CO2亲和力大于C3植物，光和速率更高。

（四）外界因素

1、温度

温度过高或过低影响酶的活性。温度过高，作物根系吸取的水分不能满足其蒸腾的消耗，叶片绿色部分的气孔就会不同程度的关闭，光合作用得不到足够的C02原料合成有机物，光合作用的速率就会下降，甚至停止。

2、C02浓度

二氧化碳是作物光合作用的主要原料，空气中的二氧化碳含量降低，光合作用下降，降低利用率。在一天中，日出时，二氧化碳浓度低，到午前二氧化碳浓度较高，光合作用较强，到午后，二氧化碳浓度再次上升，光合作用降低。傍晚，光合作用上升比较慢，比午后强。

3、水分

水分是植物的主要组成部分，也是绿色植物进行光合作用的基础原料之一。

缺少水分会降低作物光合作用，主要是由于叶面积减小且光和场所受损造成的，并与叶片早衰、产量降低想联系。

缺水时，植物会通过关闭气孔影响细胞水分状况及二氧化碳进入量。随着叶片水分散失和相对含水量下降，气孔开度减小，二氧化碳进入量减小，光合作用就会收到抑制。[9]作物的光能利用率降低。

4、不利自然环境

由于各种原因引起旱涝，病虫害等。旱涝影响光时间。病虫害导致植物大量叶片受损，光合作用的面积减小，影响光合作用的进行。

5、矿质营养

氮、镁、铁、锰、磷、钾、硼、锌等元素都会直接或间接对光合作用产生影响。肥料不足或施用不当，会影响光合作用正常进行或使叶片早衰。合理施肥能够为作物光合作用提供充足的原料和能量因子，深层次施肥增加作物各个时期叶肉细胞中叶绿素含量，提高光合作用率。

鉴于上述原因导致光能利用率偏低，所以在能也生产中，我们能提高光能利用率的途径也很多。刘巽浩认为“在目前条件下，从光合面积与光和时间上着手提高光能利用率，是较为可靠而有效的途径。”[10]

三、提高光能利用率的途径

（一）增加叶面积指数

叶片是植物进行光合作用的最主要器官，合理的叶面积是提高作物光能利用