农业生物环境原理作物与大气

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• 一天之内的施用时间
– 光合产物量,一般作物上午占全天的3/4,下午仅占1/4 – 光合产物分配,上午施用的CO2在果实、根中的分配比
率较高;下午施用时、在叶内积累较多,将促使枝叶过 于繁茂,还可能造成叶片内淀粉积累而早衰 – 植物产品产量,果菜类蔬菜上午施用CO2的产量较高。
4.4 设施园艺栽培中CO2的应用
2. O2、CO2的生态作用。 3. CO2进入作物体的途径。气孔是如何对进入作物体内的CO2浓
度进行调节的? 4. CO2进入作物体内需要克服哪些阻力?为什么气孔开张度是
决定CO2扩散速度的最重要条件? 5. 大气成分对作物生产的作用。 6. 冠层结构对作物群体中二氧化碳分布有什么影响? 7. 如何在设施园艺中进行CO2施肥? 8. 如何利用二氧化碳实现作物增产?是否施用二氧化碳一定有
• CO2来源
– 干冰 – HCl与CaCO3之间的化学分解 – 空气分离 – 石化产品燃烧:丙烷气体,白煤油、液化气
等 – 二氧化碳发生器 – 有机物发酵分解
燃烧法
• 燃烧甲烷、白煤油释放CO2
释放纯二氧化碳
定量施放 钢瓶中的压 缩气体。
思考题:
1. 分析自然界、作物群体中CO2的变化规律,室内外环境中气 体成分差异的原因及其变化特征。
作用最强点处,然后上下递增。
3 CO2进入作物体内的途径
• 三段阻力理论
– 扩散阻力与路径长短无关
– 对于植物而言, CO2进入体内的多少,取决于叶片气孔开 放程度的大小。
• 气孔开放程度的大小,决定着CO2进入的 速度?
– 气体扩散过程中的阻力除气孔阻力可变外,基本是稳定的
– 影响气孔开放度的因素
1.3 CO2、O2的生态作用
• CO2的生态作用
– 光合原料
• O2的生态作用
– 有机物的氧化与分解 – 维持机体对热的需求 – 植物体光合产物
• 大气中O2与CO2的动态平衡
– 动物与植物对O2的消耗 – 植物光合作用产生的O2是呼吸作用消耗O2的20倍 – O2、CO2平衡的调节器(绿色植物)
效?
6CO2 6H2O 光、绿色细胞(CH2O)6 6O2
自然界中CO2的循环过程
光合作用
空气 中的 CO2
+H2O
绿色植物 呼吸
有机物 + O2
动物体
呼吸 废弃物
微生物分解
CO2
作物群体中CO2浓度的位相落后
作物群体中CO2 浓度的垂直分布
CO2进入作物体的途径
路径
路径长度
大气中的CO2输送 较长,以m或cm
– 白天CO2浓度的变化
• 日出后急降 • CO2饥饿 • 开窗后接近室外
– 引起CO2浓度日变化的因素
• 通风 • 设施类型(加温与否,朝向对光强的影响) • 栽培作物的生育期 • 栽培床
• 设施内部CO2的分布不均 解释:在温室中,易出现中
部高产、边区低产的原因?
CO2浓度(ppm)
CO2浓度的变化曲线
温室内空气CO2

(光 昼合
( 换气逸出CO2 呼 昼 室外浓度<室内

)成 吸夜



室外CO2
微生物 呼吸
土壤中CO2
呼吸
4.2 CO2浓度与光合速率
• CO2的光合补偿点(光 合阈值)
• CO2光合饱和点
– 一般作物的光合饱和点 为1000~3000ppm
– 不同作物的补偿点和饱 和点亦不同
• 增施的适宜浓度
• 增施时期
– 育苗:生育初期增施 壮苗
– 收获叶菜:定植期增施 叶菜类的营养生长
– 收获籽实:开花期增施 产品收获
• 施肥时间
– 日出后30min至通风换气前30min
• 施肥要求
– 连续施肥
思考: 1)为何CO2施肥只适于在设施生产中使用?
对收获籽实的作物,为什么不能在开花前增施?
2500 2000 1500 1000 500
0 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 时间
CO2的最大积累量是由于夜间 设施密闭,植物呼吸作用释放 并积累而来。
4.1 设施园艺中CO2的变化特征
1、温室中CO2的收支情况
CO2气源 CO2施用
换气进入CO2 室外浓度>室内


呼吸高峰 与其自身

产生的乙 烯平起平






外加乙烯促进 呼吸高峰出现 及催熟反应
• 无高峰型果蔬 生产的乙烯很 少,外加乙烯 不会明显刺激 内源乙烯的生 产,但能够产 生类似呼吸高 峰模式的呼吸 变化
6.1 O2在果蔬保鲜贮藏中的生理意义
调节气体成分对呼吸代谢的影响
通过降低贮藏环境中氧浓度和提高二氧化 碳浓度,既可降低呼吸强度、延缓衰老过程, 又可抑制病原微生物生长发育,从而达到延长 果蔬保鲜贮藏的目的。
• 对作物体内成分的影响
– N、P、K的绝对量增加,但相对量变化不明显,P有 下降趋势
– 蛋白质、脂肪、碳水化合物增加
• 对产量和品质的影响
– 产量特别是早期产量 – 果胶、糖、柠檬酸等的含量增加,有利于色泽、光泽
度和果味的形成
促进生长发育,增产,改善品质
4.4 设施园艺栽培中CO2的应用
• 应用场合
• 大气层对作物的影响
– 直接影响:CO2、O2 – 间接影响:光、热
• 大气成分
– 非常复杂(N78%,O21%,CO20.032%,惰性气体, H,CH4,NO,H2O, …
1.2 CO2、O2的变化规律
• CO2的变化规律
– 大气中CO2的相对含量 – 影响因素:植被、有无CO2释放源
– CO2的日变化 – CO2的年变化:变化幅值20- 40ppm
2 作物群体中CO2的变化规律
• CO2的日变化(什么原因?)
–白天 –夜间
• CO2的位相落后现象
–夜间作物群体内不同高度的大气中CO2浓度 最高值的出现时间随高度而产生的位移推移 现象。
2 作物群体中CO2的变化规律
• 作物群体内CO2浓度的垂直分布特征
– 夜间,随高度而递减 – 白天,浓度曲线呈弯曲现象,最低点在光合
至叶片附近

叶片附近通过气 孔进入叶肉细胞 表面
较短,小于1cm
叶肉细胞表面到 更短,小于1mm 达光合作用点
扩散介质
阻力
气相(湍流 空气阻力 和对流)
气相(扩散) 气孔阻力 1)全开:3~20s/cm 2)关闭:35~80s/cm 表皮阻力 1)一般20 ~80s/cm 2)最高200s/cm
液相(扩散) 1 叶肉产生的阻力
氧浓度下降时,无氧呼吸增高,而有氧呼吸降低
无氧 呼吸
5.2 氧浓度与呼吸代 谢的关系
• 有氧呼吸对氧的要求 • 有氧呼吸消失点 • 氧浓度高低引起呼吸性质的改变 • 缺氧
– 短期缺氧对植物无害 – 缺氧(限值为正常氧浓度的10%)对种子发芽、根系、
土壤微生物有影响 – 长期缺氧的后果
• 酸、酒精中毒 • 能量释放不足 • 丙酮酸合成不能正常进行
2 原生质液产生的阻力
3 叶绿体到反应点路径 中的阻力
气相扩散阻力为液相的 1万倍以上
设施内各部分CO2的分布情况
大棚内CO2浓度日变化
是否施有机物对 CO2浓度的变化
通风换气后 CO2浓度变 化
设施高度与 CO2浓度的关 系
CO2浓度增高: 1)作物的鲜重、干物质重增大 2)幼苗单位株高的重量增大 3)地上部分增重效果优于地下部分 4)不同作物的饱和点不同
• 氧与果蔬成熟贮藏
5.3 呼吸漂移和呼吸高峰
• 呼吸强度:单位时间内单位 质量样品CO2的释放量或O2 的吸入量。
• 呼吸漂移:生物体在某一生 命阶段呼吸强度变化的趋势。
• 呼吸高峰:呼吸漂移曲线的 峰值。
– 高峰型:苹果、香蕉等
– 无高峰型:葡萄、柑橘等
• 成熟激素与呼吸高峰
– 乙烯(C2H4)
• 自然界中CO2的循环过程 • O2的变化规律
– 大气中O2的含量,稳定 – 垂直分布变化较大
• 海拔每升高100m,大气压降1kPa,O2分压降226Pa • 海拔3000m时,大气压由0m海拔的101.33KPa,降为70.13KPa,
O2分压降由21.2KPa降至14.67KPa
– 局部区域对O2的影响
• 光、温、湿、CO2浓度 – 气孔—CO2互为调节系统
• 气孔阻力随气孔开张度而变
• 叶片气孔周围细胞间隙CO2分压降低,会促进气孔开 张
CO2扩散过程中的阻力有哪些?为什 么气孔阻力是最主要的阻力?
4.1 设施园艺中CO2的变化特征
• 与设施外有明显的不同(?)
– 夜间CO2浓度的变化
• 其浓度可达0.05~0.07%,有时可达0.10%
– 简易贮藏 – 通风贮藏 – 机械冷藏 – 调节气体贮藏
6.5 气体调节贮藏的依据和方法
• 气体调节贮藏是现代果蔬贮藏中广为应用的一种 方法
• 气体调节贮藏的理论依据
– 保持适宜的低温 – 适当的降低空气中氧、二氧化碳浓度,抑止作物体的
新陈代谢和微生物活动 实现维持正常代谢作用下的保鲜与贮藏
• 气体调节贮藏除了需要考虑调节贮藏环境中的温 度、氧浓度、二氧化碳浓度外,还须注意乙烯和 水蒸气的含量
思考题:
1. 呼吸代谢的类型有哪二种?其生理意义是什 么?
2. 氧浓度对呼吸代谢有何影响? 3. 果蔬保鲜贮藏的目的和理论依据。进行气调
库设计时应考虑哪些因素?
大部分果蔬 氧浓度范围
不同种类的果蔬对氧浓度敏感不同
6.5 气体调节贮藏的依据和方法
• 气调贮藏的方法
–自发气调贮藏:由于果蔬在密闭容器中的呼吸作用, 不断消耗O2,释放CO2,使容器中O2浓度降低,CO2浓度 升高。当CO2 和O2浓度达到一定比例时,构成适宜的气 调贮藏环境。
–人工气调贮藏:气调冷藏库在普通冷藏库的基础上, 对库体进行气密性处理,并配置气体调节系统、湿度 调节系统,可以根据贮藏产品的特性人为调节温度、 湿度、 O2、CO2浓度,随时去除库内的乙烯。
– 过高氧浓度易造成梨的虎皮病,1-3%时则可抑制.
• 互相补偿作用
– 香蕉13.8℃冷害;但当CO2为5%、O25%时,可耐11.6 ℃
• 拮抗作用 • 果蔬贮藏与湿度 • 果蔬贮藏与乙烯
6.4 果蔬贮藏的目的和类型
• 果蔬贮藏的目的
– 延长鲜果供应时间 – 满足加工要求 – 防止变质和腐烂
• 果蔬贮藏的类型
6.1 O2在果蔬保鲜贮藏中的生理意义
• 促进成熟激素的形成 • O2的临界浓度:呼吸释放CO2最少时的O2浓度
• 不同果蔬对O2浓度的敏感性不同 • 低氧可抑制需氧微生物的生长,防止腐败
6.2 CO2在果蔬保鲜贮藏中的生理意义
• 与O2的作用相反
– 呼吸过程 – 抑制成熟激素的形成 – 抑制外源乙烯的作用
第5章 作物与大气
1.大气成分及其对作物的生态作用 2.作物群体中CO2的变化规律 3.CO2进入作物体内的途径 4.设施园艺中CO2的变化状况
1.1 大气层对生命的作用
• 大气层其对生命的意义
– 地球表面到高空1100-1400km范围的空气层 – 环绕地球的保护层,可防止昼夜的巨大温差 – 大气,是确保活的有机体之间的气体交换的场所
• 不同果蔬对CO2浓度的敏感性不同 • 高浓度CO2较低O2更有害
CO2的生理效应
细胞内高浓度二氧化碳可减弱成熟衰老的速度
适当提高CO2浓度,有利于延迟后熟衰老
6.3 果蔬贮藏中环境因素的综合效应
• 最适贮藏条件: 对大多数果蔬来说,最适宜 的贮藏条件是:温度0—4.4℃、氧3%、二氧化 碳0—5%。 • 限制因子效应
强光时,作物能 利用较高的CO2 浓度。
CO2利用率与光照 强度有关
弱光时,作物 只能利用较低
的CO2浓度
4.3 CO2施肥对作物生长发育的影响
• 对作物体重的影响
– 鲜重与干物质重 – 单株重与壮苗 – 地上部分增重效果与地下部分增重效果
• 对叶生长的影响
– 叶片长宽、叶面积 – 叶片数量
4.3 CO2施肥对作物生长发育的影响
第5章 作物与大气
5.O2的生物学效应 6.气体成分与果蔬保鲜贮藏
5.1 呼吸代谢的类型
• 有氧呼吸
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2872J
• 无氧呼吸
C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+100.5J C6H12O6 →2CH3CHOHCOOH+75J
• 呼吸代谢的意义
– 能量贮存、能量释放、热平衡维持 – 各种中间产物,从而来合成各种有机物
• 适宜的浓度
施用时期
二氧化碳的使用适期
• 幼苗期施用二氧化碳多是在幼苗出土后至20~30天; 生产田施用二氧化碳多从果实膨大期开始,施用过 早可能会出现徒长。
• 适宜施用CO2的植物生长期
– 叶菜和根菜类在前期施用; – 果菜类蔬菜,为避免茎叶过于繁茂,应在开花结果期,
CO2吸收量较快增长时开始施用。
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