浅谈如何提高作物光能利用率

浅谈如何提高作物光能利用率

摘要介绍了作物光合作用的基本过程和影响作物光能利用率的因素，并提出提高作物光能利用效率的几种途径。

关键词作物；光合作用；光能利用率；提高途径

太阳光能是作物进行光合作用、制造有机物的唯一能量来源，它直接影响作物生长发育和产量的形成，是作物产量形成的基础，光资源的利用程度已成为衡量农业现代化水平的重要标志[1]。作物产量高低和品质优劣，主要决定于光能资源的质量和光能利用率的大小[2]。依叶绿体的光化学角度分析结果，光能利用率最高为20%～25%，在自然条件下生长的植物和栽培作物，其光能利用率只有1%左右。在作物叶面积最大的旺盛生长期的短时间内，最高利用率也不过5%左右。因而，夺取作物优质、高产、高效，就要在保证水、肥供应和栽培管理等基础上，主要着眼于对光能资源的合理充分利用。

1光合作用的基本过程

光合作用是绿色植物利用太阳能将二氧化碳和水转化为碳水化合物并放出氧气的过程。它是在叶绿体中进行的，叶绿体是能量转换器，像微小而极复杂的化工厂，在太阳能推动下，利用水和二氧化碳制造碳水化合物和氧气。光合作用至少包含了几十个步骤，大体分两个阶段：“光反应”和“暗反应”。光反应阶段利用太阳能经过原初反应、同化力形成产生生物代谢中的高能物质三磷酸腺苷（ATP）和还原辅酶Ⅱ（NADPH），水被分解，氧气作为副产品被释放出来；暗反应阶段则使用光反应阶段形成的同化力（ATP和NADPH）推动卡尔文循环，固定和还原二氧化碳形成碳水化合物和其他物质。现已确定，光合作用光能的吸能、传能和转化均是在具有一定分子排列及空间构象、镶嵌在光合膜（类囊体膜）中的捕光及反应中心色素蛋白复合体和有关的电子载体中进行的。从光能吸收到原初电荷分离需要的时间范围为10.5～10.7s，包含着一系列涉及光子、质子、电子、离子等传递和转化的复杂的物理和化学过程。

2影响作物光能利用率的因素

（1）品种。株型紧凑的品种，叶片较直立，反射光损失小；而株型披散的品种，叶片较平展，反射光损失大；叶片较厚品种，约透过太阳辐射10%~20%，

光能利用率较高；而叶片非常薄的品种，太阳辐射可透过40%以上，光能利用率低。

（2）漏光。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。

（3）光强。水稻光饱和点为4.0×104~5.0×104Lx，在弱光下虽然其他条件适合，但光合速率仍较低。

（4）温度。温度过高或过低影响酶活性，当低于20℃时，光合作用随温度下降而急剧递减。

（5）二氧化碳。二氧化碳不足也会使光合速率受到限制。

（6）肥料。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。

3提高作物光能利用效率的途径

3.1培育和引进高光效作物品种

优良品种是夺取农作物高产优质的内因，良种具有合理的株型结构，能充分利用光能，积累有机物质多。据研究，有利于光合作用的叶、蘖、茎应具备叶片直立、叶片较厚、叶面积较大、分蘖力中等、分蘖比较紧凑而整齐、成穗率高、茎秆矮或半矮、坚硬粗壮、茎壁厚、低位3个节间短、整个株型呈倒伞型等特征，这种株型结构的品种，能充分利用光能，提高作物的产量和品质。

3.2改革种植制度

目前，种植制度仍存在着复种指数不高、作物布局不太合理等问题，仍有大量的田土资源冬闲，未被利用。因此，应进一步改革种植制度，通过提高复种指数和土地、气候资源利用率来提高光能利用率。如对于旱耕地，属中低产田，单产水平低，只要不断改进种植制度，其增产潜力是很大的。首先，要把坡耕地改造为梯田，加深耕作层，并实行旱地分带轮作种植，高杆、矮杆作物间种、套种，有利于作物分层用光和改善通风透光条件，同时，变一熟为二熟或变二熟为多熟，提高复种指数，延长作物绿叶覆盖面积和时间，充分利用光能利用率。

3.3合理密植

合理密植是解决作物群体与个体矛盾的根本途径，也是改善光合性能和保证个体营养从而获得丰产的主要环节[3]。如水稻插秧过稀，前期群体叶面积不足，光能利用率低，从而减产。插秧过密，后期叶面积大，下层叶片受光少，呼吸作用消耗过大，降低光能利用率。因此，应根据品种分蘖力特性，合理密植。

3.4合理灌水和施肥

合理灌水和施肥，也可以使作物较早封行，促进作物前期生长发育，减少生育期间的漏光损失。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。