太阳辐射与农业生产.pdf

太阳辐射与农业生产太阳辐射的光谱成分、光照度、光照时间以及植物利用太阳能的多少，影响着植物的生长发育、产量高低，以及植物的地理分布植物的光合作用使得所有的有机体与太阳辐射之间发生了最本质的联系，所以太阳辐射是植物生命活动的重要因一、太阳辐射光谱对植物的影响（一）不同光谱成分对植物的作用到达地面的太阳辐射光谱对植物生长发育有着不同的生物学意义(1) 波长大于 1μm的辐射，被植物吸收转为热能，不参与生化作用2) 波长 1 ～0.72 μm 辐射一对植物起伸长作用，其中0.70 ～0.8 μm称远红光，对光周期及种子形成有重要作用，并控制开花及果实着色3) 波长为 0.72 ～0.61 μm 的红、橙光被叶绿素强烈吸收，光合作用最强，表现为强光周期现象4) 波长为 0.61 ～0.51 μm的绿光，表现为低光合作用和植物的弱成形作用5) 波长为 0.51 ～0.4 μm的蓝、紫光，被叶绿素和黄色素强烈吸收，表现为次强光合作用和成形作用6) 波长为 0.4 ～0.32 μm主要起植物成形作用，如植物变矮，叶片变厚等7) 波长小于 0.32 μm 的紫外线对植物有害，波长小于0.28 μm的远紫外辐射可立即杀死植物。

红光有利于碳水化合物的积累，蓝光有利-蛋白质和非碳水化合物的积累紫外线对植物的形状、颜色和品质优劣起着重要的作用高山、高原紫外线含量较多，使植物茎叶短小，色泽较深不难看出，不同的太阳辐射光谱对植物的光台作用、色素形成、向光性、形态变化的影响是有差异的可以通过人工改变光谱，用来提高植物品贡和产量据报道：用淡蓝色塑料膜育水稻秧苗，可促进初期生长，秧苗粗壮，扦秧后分蘖多．最终增加产量；紫色薄膜对茄子有增产作用二）光合有效辐射太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱成分称为光合有效辐射(Photosynthetically active radiation，PAR) 光合有效辐射的波长范围与可见光接近，不同研究者取值范围略有差异俄罗斯和东欧国家将o．38 ～o．71 μm 波段的太阳辐射作为光合有效辐射，也称为生理辐射（physiological radiation)，严格来讲生理辐射的范围可比光合有效辐射略宽一些；美国和西欧国家则采用0.40 ～0.70 μm 波段从能量所占的比例来看，光合有效辐射占太阳直接辐射的40% ～45% ，占散射辐射的60% 左右，这是大气对可见光散射比较多造成的光合有效辐射是计算作物光合生产潜力的重要依据，对于确定光合作用和产量形成的辐射能利用系数，拟定最适作物群体结构等方面具有重要意义。

但目前光合有效辐射的观测资料极少，一般采用经验公式计算苏联学者叶菲莫娃提出计算光合有效辐射的经验公式：PAR =O. 0.43S' +0.57D(1- 26) 式中， PAR 为到达地面的光合有效辐射日总量或月总量；s' 和 D 分别为水平面上太阳直接辐射和散射辐射的日总量或月总量二、光照度与植物生长发育光照度对植物的光合作用起着重要的作用在一定的光照度范围内，光合作用随光照度的增加而增加，但超过一定的光照度后，光合作用便保持一定的水平不再增加了，这种现象称为光饱和现象，这个光照度便是临界点，称光饱和点(light saturation point)，在光饱和点以上的光照度对光合作用是无效的光照度降低时，光合作用随之降低当植物通过光合作用制造的有机物与呼吸作用消耗掉的物质相平衡时的光照度称为光补偿点(light compensation point)在光补偿点以下，植物的呼吸作用大于光合作用，消耗贮存的有机质光饱和点与光补偿点随植物而异，根据植物对光照度的反应，可将其分为喜阳植物和喜阴植物喜阳植物，尤其是荒漠植物或高山植物， 在中午直射光下也未达到光饱和栽培作物多属于喜阳的，C4植物的光饱和点一般比C3植物高，对于水稻、小麦等 C3植物，光饱和点为(3 ～5)×l04lx ，C4植物如玉米和甘蔗，甚至在10× l04 lx 也未能达到饱和。

喜阴植物在海平面全光照 1/10或更低时即达光饱和喜阴植物的光补偿点为几百勒克斯，而喜阳植物的可达1000 lx以上作物群体的光饱和点和光补偿点均较单叶为高如小麦单叶光饱和点为(2 ～3)×l04 lx ，而群体在 10×l04 lx 下尚未达到饱和这是因为当光强时，群体上层叶片已饱和，但下层叶片的光合强度仍随光强的增加而增强，群体的总光合强度还在上升同样，群体内叶片多，相互遮荫，当光照减弱，上层叶片达到光补偿点时，下层叶片光强低于光补偿点，所以光合作用小于呼吸作用，所以整个群体的光补偿点较高表1- 14列出了几种作物的单叶光饱和点及补偿点表 1-14几种作物的单叶光饱和点及补偿点项目 作物水稻小麦棉花烟草玉米光饱和点／ 103 lx 40～50 24～30 50～80 28 ～40 40 ～500 光补偿点／ 103 Ix 0.6 ～0.7 0.2 ～0.4 0.75 左右0.5 ～1.0 近似 0 （二）光照强度与作物发育强光有利于作物生殖器官的发育，相对的弱光照有利于营养生长因此，多云的天气条件，对以植物营养器官为收获对象的作物有利；晴朗的天气条件，对以果实或籽粒为收获物的作物有利。

遮光实验证明，在强光下，小麦可分化更多的小花，在弱光下，小花分化减少强光还有利于黄瓜雌花增加，雄花减少而弱光则使棉花营养体徒长，落铃严重，果树已形成的花芽可能退化，开花期和幼果期遇到长期光照不足会导致果实发育停滞甚至落果三、光照时间与植物生长发育（一）植物的光周期光周期现象是植物生长发育对昼夜长短的不同反应即白天光照和夜间黑暗的交替与它们的持续时间对植物开花有很大的影响，称为光周期现象根据光照长短与开花的关系可将作物分为三类：(1) 长日性植物只有在光照时间长于某一时数才能开花，如减少光照时数，就不开花结实长日性植物大多为原产于高纬度的植物，如小麦、大麦、燕麦、亚麻、油菜、菠菜、甜菜、洋葱、蒜、豌豆等如果延长光照时间，就可使其提前开花2) 短日性植物只有光照长短小于某一时数才开花，如延长光照时数，就不开花结实短日性植物大多为原产于低纬度的植物，如水稻、大豆、高粱、谷子、棉花、甘薯等如果缩短光照时间，就可使其提前开花3) 中间性植物这类植物开花不受光照时间长短的影响，在长短不同的任何光照下都能正常开花结实如蒲公英、番茄、黄瓜、四季豆等植物分成长或短日性植物，需要有一个客观的光照时数标准，长日性植物要求光长不能短于这个界限长度，短日性植物不能长于这个界限长度。

将植物能够通过光周期而开花的最长或最短光照长度的临界值，称为临界光长对于短日性植物是指所需光照长度的上限，对于长日性植物是指所需光照长度的下限一般认为，临界光长为每日12 ～14 h 光照实际上，不是任何植物都如此有的短日性植物如苍耳，临界光长可达16 h ，而有的长日性植物如天仙子，临界光长仅12 h 了解植物的光周期现象对植物的引种驯化工作非常重要，引种前必须注意植物开花对光周期的需要在园艺工作中也常利用光周期现象人为控制开花，以便满足观赏需要二）光照时间与作物引种在作物引种中考虑各地气象条件的依据主要是农业气候相似原理所谓农业气候相似(agroclimatic resemblance)即作物生长期内的气候条件相似，就是要求把作物引种到气候条件与原产地相似的地区或条件下栽培，比较容易成功由于不同纬度与季节的光照时间不同，原产于不同地区的作物与品种具有不同的光周期性与感光性所以在不同地区间引种．要注意引入作物品种对光照长度的要求是否与当地生长期的光照长度相适应因此，作物引种时应注意以下几方面的问题：(1) 纬度相近的地区，因光照时间相近，引种成功的可能性大2) 对短日性植物而言，南方品种北引时，由于生长季内日照时间变长，将使作物生育期延迟，严重的甚至不能抽穗开花结实，因此，宜引用较早熟的品种或感光性弱的品种。

反之，北方品种南引时，由于日照时间变短，温度变高，使作物加速发育，缩短生育期如果生育期太短，过多地影响了营养体的生长,将降低作物产量，因此宜选用晚熟品种或感光性较弱的品种3) 对长日性植物而言，北种南引，由于日照时间变短，将延迟发育和成熟，南种北引则反之从实际情况看，长日性作物的引种比短日性作物遇到的困难少因为如不考虑地势影响，我国一般南方比北方温度高，长日性作物由北向南引，温度高使之加快发育，光照短使之延迟发育，光、温对发育速度的影响有“ 互相抵偿 ” 的作用，南种北引类似反之，短日性作物的南北引种，光、温对发育速度的影响有“ 互相叠加 ” 的作用，因而增加了南北引种的困难四、光能利用率及其提高途径（一）光能利用率( Eu) 光能利用率是指单位土地面积上作物收获物中所贮存的能量与同期投射到该单位面积的太阳辐射能或光合有效辐射之比，即(1- 27) 式中， Eu为光能利用率； H 为单位干物质燃烧时释放的能量，也称折能系数（表1-15 ），一般采用17.79 MJ·kg-1；△W为测定期间单位土地面积上干物质的增量；∑Q 是同期的总辐射或光合有效辐射总量，严格来讲， 用前者计算的应称太阳能利用率，用后者计算的才叫光能利用率。

表 1-15几种农作物产品的折能系数器官 折能系数 / （MJ ·kg-1） 作物大麦小麦玉米青饲玉 米油菜棉花单季晚 稻紫云英籽粒16.7 16.9 19.3 －25.9 22.4 17.7 19.6 茎叶14.5 16.3 16.6 17.7 14.4 17.6 15.2 16.2 根花13.3 13.2 14.3 16.9 14.4 17.3 11.8 12.1 光能利用率的理论计算值可达6% ～8% ，实际生产中仅有0.5% ～1.0% ，高产田的光能利用率仅能达到2.0% 左右，可见通过提高光能利用率来增产是有很大潜力的目前生产上光能利用率比较低的主要因素有：(1) 作物生长初期植株矮小，地面覆盖率低，太阳辐射大部分漏射到地面而损失2) 外界环境限制了作物光合能力的提高农田中CO2供应不足，作物生长初期和后期温度低，水分供应亏缺和过剩，养分供应不足等不利环境因子，可以限制光能利用3) 作物群体结构不合理导致群体内光分布不合理，限制了群体光合强度的提高叶面积指数太大时，群体多数下层叶片得不到足够光照，光合积累少，呼吸消耗多；叶面积指数太小时，使群体漏光严重，同时叶片上光强超过饱和点，光能被浪费掉。

单纯的光分布不合理可使上层叶片的光强超过饱和点而浪费，下层叶片的光强又严重不足4) 作物遗传特性限制光合能力小麦、水稻、大豆等C3作物的光合效率通常比玉米、高梁等C4作物低，尤其在高温、强光和干旱的条件下，这一特性表现得尤为明显此外，直立叶型的矮秆品种、抗逆性强的品种的光能利用率比散叶性、抗逆性弱的品种高5) 农业气象灾害和病虫等可导致作物减产而限制光能利用率二）提高光能利用率的途径提高光能利用率可以通过改善栽培措施和培育新品种来实现1) 充分利用生长季采取间作套种和轮作制度，合理安排茬口，改善农田群体结构，使田间作物保持有旺盛的群体，提高群体的光能利用率2) 选育高效的作物品种选育光合作用强、呼吸消耗低、叶面积适当、株型和叶型合理的品种3) 采取合理的栽培技术措施在不倒伏和不妨碍通风透光的前提下，扩大群体的叶面积指数，并维持较长的功能期，使之有利于作物光合产物的积累和运输4) 提高叶片的光合效率如抑制光呼吸作用，补施CO2肥料，人工调节光照时间等，均可增加光合能力，提高光合效率5) 加强田间管理，改善作物群体的生态环境包括水肥管理、及时除草、及时消灭病虫害、有效防御各种农业气象灾害等具体措施，都可以增加产量，提高光能利用率。