农业生物环境原理课件第5章-作物与大气

1、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,第5章 作物与大气,1.1 大气层对生命的作用,大气层及其对生命的意义 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 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 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,1.3 CO2、O2的生态作用,CO2的生态作

2、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）,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 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

3、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0.050.07%，有时可达0.10% 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？,4.1 设施园艺中CO2的变化特征,1、温室中CO2的收支情况,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10003000ppm 不同作物的补偿点和饱和点亦不同,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,强光时，作物能利用较高的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,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

4、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 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？,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2030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。 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

5、 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,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：,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。 O2、CO2的生态作用。 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？ 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？ 大气成分对作物生产的作用。 冠层结构对作物群体中二氧化碳分布有什么影响？ 如何在设施园艺中进行CO2施肥？ 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效？,自然界中CO2的循环过程,空气中的CO2,+H2O,绿色植物,光合作用,有机物,O2,动物体,呼吸,废弃物,微生物分解,CO2,呼吸,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,设施内各部分CO2的分

6、布情况,设施高度与CO2浓度的关系,通风换气后CO2浓度变化,大棚内CO2浓度日变化,是否施有机物对CO2浓度的变化,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,5.O2的生物学效应 6.气体成分与果蔬保鲜贮藏,第5章 作物与大气,5.1 呼吸代谢的类型,有氧呼吸 C6H12O6+6O26CO2+6H2O+2872J 无氧呼吸 C6H12O62C2H5OH+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,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 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

7、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）,高峰型果蔬的特点,呼吸高峰与其自身产生的乙烯平起平落,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。,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 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

8、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04.4、氧3、二氧化 碳05。 限制因子效应 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 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,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。,思考题：,呼吸代谢的类型有哪二种？其生理意义是什么？ 氧浓度对呼吸代谢有何影响？ 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,

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