农业气象学 第十三章 辐射光照与农业

一般将全田的根、茎杆、叶、果实全部干重叫做生物学产 量。 经济价值部分，如稻、麦的籽粒，甘薯的块根等，称经济 学产量。 太阳辐射能的计算： 1、太阳辐射总量是太阳日总辐射量的逐日累积值。 2、生理辐射是太阳日总辐射量中的生理辐射部分的逐日 积累值，生理辐射约为太阳总辐射的50％。
例如：亩产500公斤稻谷，收获生物学产量约为1000公 斤，经济产量约为500公斤。在水稻的生长季节，每亩面积 上接受太阳辐射能约为1．67X1012焦耳。则太阳辐射能利用 率为：
上式中，1．67X107焦耳／公斤为每公斤干物质燃烧所产 生的热量，生长季节是指生产上述物质所需的时间长度。
P=
hm
∑ S′+ D
⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠
×100%
m为单位面积上作物产量的干重；h为单位干物重燃烧所
产生的热量；（S´＋D）是到达单位面积上的太阳总辐射的日总 量。∑（S´＋D）是生长季内各日太阳总辐射日总量的总和。
2、经济学产量计算：
500公斤/ 亩×1⋅ 67×107 焦耳/ 公斤 太阳辐射能利用率= ×100% =0.5% 12 1⋅ 67×10 焦耳/ 亩 500公斤/ 亩×1⋅ 67×107 焦耳/ 公斤 生理辐射能利用率= =1.0% 12 1⋅ 67×10 焦耳/ 亩× 50%
目前，农作物对太阳辐射能的利用率较低， 仅占太阳总辐射的0．5％左右，某些作物稍高 些，但也只有5％，根据国外的研究资料，作物对 太阳辐射能的利用可超过12％。因此，在我国提 高农作物光能利用率，增加单位面积产量，潜力 是很大的。
1、生物学产量计算：
1000 公斤/ 亩×1⋅ 67 ×107 焦耳/ 公斤 ×100% =1.0% 太阳辐射能利用率= 12 1⋅ 67 ×10 焦耳/ 亩 1000 公斤/ 亩×1⋅ 67 ×107 焦耳/ 公斤 ×100% =2.0% 生理辐射能利用率= 12 1⋅ 67 ×10 焦耳/ 亩× 50%
四、光能利用率
(一)概念
光能利用率是指太阳光中的能量被植物光合作用转化成 化学能而储藏于光合产物中的部分与生长季节内到达水平面 的太阳辐射总量的百分数。
(二)
光能利用率的计算方法
按单位面积上作物产量所贮存的能量与该面积在作物生 长季节中所吸收到的太阳辐射总能量的百分比。
干物质产量 公斤/ 亩〉 × 1⋅ 67 × 107 〈焦耳/ 公斤〉 〈 光能利用率（%）= ×100% 生长季内到达水平面上 的太阳辐射总量焦耳 / 亩〉 〈
菊花－SDP，10月开花 遮光处理，6、7月开花 暗期间断处理，春节开花
光照强度的生态作用
影响动物的生长、发育 影响动物的体色 影响植物叶绿素的形成
黄化现象
影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和 分化 影响植物花果的数量和质量
植物对光照强度的适应
植物的向光性 植物秋季落叶 C3植物和C4植物
图 光强-光合曲线图解
光饱和点：当达到某一光强时，光合速率就 不再增加，而呈现光饱和现象。开始达到光 合速率最大值时的光强称为光饱和点。 光补偿点：当到达某一光强时，叶片的光 合速率等于呼吸速率，即CO2吸收量等于CO2 释放量，表观光合速率为零，这时的光强 称为光补偿点。
动物对光照强度的适应
动 物 开 始 活 动 的 时 间
花芽分化必须足够的同化养分积累。 光照不足，对花芽分化和形成均产生不 利影响。如相对光照在30％以下，元帅 苹果不能形成花芽。 同时，光照不足，会引起果树结果 不良，着果率低，果实发育中途停止从 而造成落果。 光强影响果树同化作用和 生长发育，因而必然影响果实的产量和 品质。与果实着色也有较大影响。
⑵短日植物（SDP） 指在24h昼夜周期中，日 照长度短于某一临界日长，才能开花结实的植物。 如水稻、大豆、苍耳、烟草、菊花等。 ⑶中性植物（DNP） 在任何长度的日照下均能 开花结实。如月季、四季豆、番茄、黄瓜等。 (4)特殊日照植物：甘蔗等少数热带植物
临界日照长度（临界日长）
临界日长就是界限长度，长于或短于这 个长度，长、短日照植物都不能开花结实， 始终保持原有的营养生长状态，这个界限长 度叫临界日照长度。 长日照植物要求日照时间不短于这个界 限长度，短日照植物要求日照时间不长于这 个界限长度。 大于 ？ 长日照植物临界日长大于短日照植物 临界日长 ？
3、可见光辐射的生物学意义：
a、波长为0．72-lμm的辐射，影响植物伸长，其中 0．72-0．80μm称为远红外光，对植物光周期及种子形 成有重要作用，并左右开花与果实颜色。 b、波长为0．61-0．72μm的光(主要为红、橙光)， 能被植物叶片的叶绿素强烈吸收，光合作用最强，某种 情况下表现为强的光周期作用。红光有利于碳水化合物 合成（糖）。 c、波长为0．51-0．61μm的光(主要为绿光)，表现 为低光合作用。
h正午≥ 20度时，误差不超过5％。
二、不同光谱（光质）的生物学意义
1. 太阳辐射光谱
2、紫外线辐射的生物学意义：
a、波长较短部分能抑制作物生长（植物变矮、叶片 变厚），杀死病菌孢子； b、较长部分对作物有刺激作用，可促进种子萌发。 紫外线还能促进果实成熟，提高蛋白质和维生素D含量； c、紫外线对茶叶、生姜、芹菜、韭菜等和蔬菜类有 不良影响，所以，要设法减少紫外线的照射； d、昆虫的趋光反应；
短日照植物 :光温对发育速度的影响有相互迭 加的作用，因而增加了南北引种的困难。 北方→南方，提前开花，晚熟品种； 南方→北方，早熟品种。 长日照植物:光温对发育速度的影响有相互抵偿 作用。 北方→南方，延迟开花，早熟品种； 南方→北方，晚熟品种。
4. 调节营养生长和生殖生长
SDP麻类:南种北引可推迟开花，使麻杆生长较 长，提高纤维产量和质量。 利用暗期光间断处理可抑制甘蔗开花，从而提 高产量。
动的光周期现象
动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义 昆虫滞育的光周期 换毛换羽的光周期 动物迁徙的光周期
植 物 光 合 作 用 的 昼 夜 变 化
小时
实验室恒定条件下生物的节律
鸟 类 节 律
植物对光周期反应的类型
⑴长日植物（LDP） 指在24h昼夜周期中， 日照长度长于某一临界日长，才能开花结实的 植物。如小麦、萝卜、白菜、天仙子等。
生物对光周期的适应
生物的昼夜节律
光的周期性 生物的昼夜节律 外源性周期和内源性周期
植物的开花结果、落叶及休 眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙 和换羽毛等，是对日照长短的 规律性变化的反映，为光周期 现象(photoeriodism)
生物的光周期现象
植物的光周期现象
植物光周期：长日照、短日照、中性植物、特殊日照植物 植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植
黄色膜：据试验，用黄色膜覆盖芹菜和莴苣，植物 生长高大，豆类生长壮实；覆盖黄瓜，可促进现蕾 开花，增加产量1～1.5倍；覆盖茶树，茶叶品质上 乘，产量提高。 黑色膜：杂草严重的地块或高温季节栽培夏萝卜、 白菜、菠菜、秋黄瓜、晚番茄，选用黑色膜较好。 银色反光膜：主要用于温室蔬菜栽培，可悬挂在 温室内栽培畦北侧，改善温室内的光照条件。 银灰色膜：主要适用于夏秋蔬菜、瓜类、棉花和 烤烟栽培，有良好的防病、防蚜虫和白粉虱及改 良品质的作用。
植物 短日照 长日照 苍耳 菠菜
临界日长 （h） 16 13
长日照植物的临界日长不一定长于短日照 植物； 短日照植物的临界日长不一定短于长日照 植物。 关键：超过还是短于其临界日长。
光、暗期交替处理开花效应示意图
1、光周期效应决定于 暗期长度，而不决定于 光期长度或光暗期之比 2、即使给予足够长的 暗期，如暗期中途给以 “光中断”，暗期效果即 消失。
叶绿素α的 吸 收 光 谱
蓝 紫 绿 紅 红外线 橙
↑ 相 对 吸 收
400
500
600
700
波长nm
d、波长为0．4-0．51μm的光(主要为蓝，紫光)被 植物叶绿素和叶黄素强烈吸收，表现为强的光合作用， 有利于蛋白质合成。抑制植物的伸长生长，使植物向光 性更敏感。
三、人工调节光质的尝试
红色膜：在红色膜下培育的水稻秧苗生产旺盛； 甜菜含糖量高；胡罗卜直根长得更大；韭菜叶宽 而肉厚，收获期提前，产量增加。 蓝色膜：主要适用于水稻育秧，有利于培育矮 壮秧苗，还可用于蔬菜、棉花、花生、草莓、 菜豆、茄子、甜椒、番茄、瓜类等蔬菜和其他 经济作物，可较好地起到防除杂草的作用。 紫色膜：该膜主要适用于冬春季温室或塑料大 棚的茄果类和绿叶类蔬菜栽培，可增进品质， 提高产量。
(三)提高光能利用率的途径
l、改进耕作制度及种植方式，在热量条件许可的 地区，一年中尽可能长的时间在耕地上生长作物，减少 土地空闲时间。 2、选育高光效品种，培育光呼吸作用弱、耐肥、 抗倒伏的优良品种。 3、合理密植，构成最有利的叶面积系数，以利于 通风透光及保证充足的二氧化碳供应，此外，适时的水 肥管理等栽培措施；均能促进作物光合作用的正常进行。
光周期对植物生长发育的影响
（一）对营养生长的影响 主要通过影响光和作用的时间从而来影响植物 的生长。
（二）对生殖生长的影响
光周期最明显的 作用就是对植物开花 的诱导效应（花原基 的形成），而开花的 早晚会对作物的生长 发育及产量产生重要 的影响。
a 长春自然光照条件 b 16h长日照 大豆花序
5. 控制花期
光和能力
阳地植物和阴地植物、耐阴植物
生理差异 形态差异
光合作用与光照强度的关系
高粱 玉米
CO2摄取/mgco2·dm-2·h-1
50 40
C4
小麦
30
阳草
20
水青冈
10
C3
阴草
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
光强度/J·m-1·g-1
阴地植物与阳地植物对光照强度的适应
1、光饱和点和光补偿点
第十三章
辐射、光照与农业
光谱成分与农业生产 光照时间与农业生产 光照强度与农业生产
一、生理辐射：
能被植物吸收用于光合作用、色素合成、 光周期现象和其他生理现象的太阳辐射波谱 区，称生理辐射，又称光合有效辐射（380～ 710nm）。
Q =0.43S' 十0.57D 或
Q ≈0.5Q总
Q—生理辐射， S—直接辐射，D—散射辐射
依 活 动 时 间 的 动 物 分 类
动 物 活 动 与 光 照 强 度
昼行性动物 全昼夜活动性动物
晨昏活动性动物
喜光植物和耐阴植物
1、 喜光植物：在强光照射条件下，才能正常生长 发育的植物，如水稻、小麦、玉米、棉花等都属于喜光 植物，它们的光补偿点约为500-1000勒克斯，光饱和点 为25，000-60，000勒克斯。
光周期理论在农业生产上的应用 1. 植物的地理起源和分布与光周期特性
低纬度——短日照植物 ；高纬度——长日 照植物 ；中纬度——短日照植物或长日照 植物。 同一纬度， 长日照植物 : 春末和夏季开花 (小麦)；短日照植物:秋季开花，(菊花)。 2. 育种 人工调节花期 新品种 花期不遇
3. 引种
光照长度与植物发育关系的几种解释
1、光周期学说（经典解释） 2、光照阶段学说（李森科）
长日性植物需要连续的光照（昼长夜短），是因为长 日性植物的茎生长点只有在光照条件下才能进行必要的阶段 质变。
3、光质学说（沙垠）
长日性植物的发育需要长波的光，短日性植物的发育需 要短波的光，这是植物在长期生活环境下自然选择的结果。
2、耐阴植物：在弱光照条件下，才能正常生长发育的植 物，如柑桔类、云松、蕨类、茶叶、生姜和韭菜等属于耐阴 植物，它们的光补偿点约小于300勒克斯，光饱和点约为5， 000-10，000勒克斯。 一般来讲，大多数栽培作物正常生长发育的适宜照度为 8，000-12，000勒克斯。
（三）对果实产量品质的影响