气象学：第五章 植物新陈代谢能

水分与新陈代谢：土壤水分和空气湿度 的大小影响光合效率；因水分不足，叶 子气孔关闭阻碍了二氧化碳向叶绿体基 粒的扩散，使光合作用下降，当空气湿 度低时，引起气孔保卫细胞的水分迅速 蒸发，进而引起气孔关闭，也会使光合 作用下降。不同树种最强光合强度对土 壤水分和空气湿度的要求是不同的，落 叶松在气湿近100%和土湿50%以上，
第二节 大气中的二氧化碳
CO2浓度每年约增加0.7ppm(1ppm=1ml/m3),1960-1970年间 其浓度平均由314ppm增加到321ppm，目前已达330ppm， 全球含量约为1.8×1012t
一、碳素循环
大气中CO2，通过植物光合作用不断以生物有机碳方式被固 定下来；但另一方面，通过各种氧化过程，又不断地将各种 有机碳氧化，并以CO2形式不断地补充到大气中。 碳素循环包括陆地上和海洋中两个既独立又互相联系的循环： (一) 陆地上的碳素循环 绿色植物通过光合作用被固定的CO2， 大部分组成了植物体，其中一部分在呼吸作用中释放
温度与新陈代谢：光合作用随温度的升高而 增强，其最高温度达35－40℃；呼吸作用随 温度的升高其增强更快，按指数率增大，故 净同化作用最强的温度一般为10－20 ℃之间
表5－2 新陈代谢作用与温度 温度(℃) -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 光合作用(％) 0 35 65 83 92 97 98 99 100 100 呼吸作用(％) -2 -5 -8 -12 -17 -32 -49 -69 -90 -120 净同化作用(％) -2 30 57 71 75 65 49 30 10 -20
第五章 植物新陈代谢能
第一节 植物的新陈代谢作用
▪ 绿色植物在进行光合作用时，利用太阳辐射能在水 的参与下吸收CO2形成碳水化合物，放出O2；而在 进行呼吸作用时，吸收O2将体内一部分碳水化合物 氧化还原为CO2放出，同时把在光合作用时固定的 能量一部分重新释放出来。
▪ 新陈代谢作用:光合作用和呼吸作用的合称 ▪ 呼吸作用释放的能量只占光合作用固定能量1/3, 光
合作用同化的能量只占投射到它表面的太阳辐射能 的1－2%
一、植物光合作用反应方程
6CO 12H O C H O 2818103J 太阳能
2
2 6 12 6
＋6O2＋6H2O
(5－1)
光合作用形成一个克分子量的葡萄醣需太阳能 2818×103J，形成一克葡萄醣需15655J太阳能
同化（放出）1克CO2，消耗(释放)太阳 能(化学能)I为10675J；
陆地上人类及动植物呼吸、土壤呼吸、矿物燃料燃 烧，把CO2释放到大气中。由于大气与占地球面积 71%的海洋保持着最广泛的联系，每年大气中有大 量CO2溶于海水，又有接近同量的CO2由海洋中放 回到大气中。然后又被绿色植物进行光合作用将部 分固定，构成了地－气系统范围的总的碳素循环。
表5－3 植物全球O2年产量及CO2年固定量
地类
森林 农地 草地等 其它 陆地合计 海洋合计 大气 全球
碳素贮量
×109t 1012 314 165 89 1580 703 683 2966
干物质年产量 O2年产量 CO2年固定量 ×109t ×109t ×109t
65
87
119
15
12
17
9
20
27
11
15
20
100
134
183
55
74
出来，通过植物叶或根释放到大气中或通过土壤 空气再进入大气。组成植物有机体的一部分，被 人及草食动物或间接地通过肉食动物利用后，也 通过动物呼吸并释放出CO2到大气中。此外所有 动植物死亡后，被微生物分解，把有机碳氧化成 CO2放回大气中去。这就是陆地上生物圈的内循 环。
生物有机体被埋在地下，在缺氧条件下，经过几 百亿年的时间形成了化石碳(石油或煤)，这些化石 碳被开采出来并通过燃烧释放CO2回到大气中， 构成陆地上生物圈的外循环。
气湿小于25%对云杉、落叶松、松树等 针叶树光合不利。
CO2浓度与新陈wk.baidu.com谢：大气中正常的二 氧化碳浓度为0.03%，只是植物光合作 用最适水平对二氧化碳需要的1/4浓度， 故随二氧化碳浓度的增加光合强度呈线 性增加。
风和湍流与新陈代谢：静止空气中二氧 化碳只能用分子扩散方法去补充植物周 围浓度较低空气。风速和湍流增强，二 氧化碳湍流扩散旺盛，能较充分供给植 物光合作用所需的二氧化碳量，从而提 高光合强度。
(二) 海洋内的碳素循环 海水中的浮游植物进行光 合作用吸收溶解在海水中的CO2 ，同时又通过海 中动植物呼吸作用释放CO2回到海水中去，构成 海洋的生物内循环。
海洋中一部分有机物，沉入海洋深处，由于涂层缺 氧，经过几十年甚至几百万年的时期，这些沉积物 在海底形成了石灰岩、油母石岩和其它含碳沉积物， 这些沉积物中贮藏了大量碳素，它们通过与上层海 水的交换进行氧而释放出来，构成海洋中的外循环。
光饱和现象：在补偿点之上，光合速率不随光 照强度增加而增加的现象
光饱和点：光饱和时的光照强度
光补偿点和光饱和点随植物的种类、植株与单 叶、气象因子如温度、CO2浓度、风速等变化 光补偿点的光强只有光饱和点的光强的1/10-1/5， 树木的光饱和点光强一般在30－50kLx之间，相 当于太阳辐射通量密度2.1-2.5J/(cm2.min)。
光合作用中形成1克的葡萄醣需吸收 1.47克CO2，在标准状况下，一升空气 中只含有0.589mgCO2，因此，光合作 用制造1克葡萄醣需要同化2500I空气中 所含的CO2。 如果以植物干物质产量来计算CO2同化 量，一克干物质中含碳素量(表5-1)随植 物种类和地区而不同，对中纬度木本植 物来说，平均约为干物质重量的50%
表5－1 中纬度地区木本与草本植物形成一克干物质 产量与CO2吸收量，O2放出量及能量
种类
一克干物 质中含碳 素量(g)
吸收CO2 量(g)
放出O2量 太阳能利
(g)
用量(J)
木本植物 0.50
1.83
1.34
19678
草本或农 作物
0.45
1.65
1.20
17585
二、气象因子与新陈代谢作用
光补偿点：光合作用速度与呼吸作用速度相等 时的光照强度