农业气象学第二章课件.ppt

第二章第二章太阳辐射与农业生产太阳辐射与农业生产主要内容1 1 光的生物学意义与植物的光学特性光的生物学意义与植物的光学特性2 2 光照长度对植物的影响光照长度对植物的影响3 3 光照强度对植物的影响光照强度对植物的影响4 4 不同光谱成分对植物的影响不同光谱成分对植物的影响5 5 光能利用率及其提高途径光能利用率及其提高途径实习实习1 1：作物光能利用率的计算及分析：作物光能利用率的计算及分析本章重点与难点本章重点与难点本章重点：本章重点：光合有效辐射、光周期现象、感光性、光饱光合有效辐射、光周期现象、感光性、光饱和点与光补偿点、光能利用率等基本概念和点与光补偿点、光能利用率等基本概念光周期学说在农业生产中的应用，光光周期学说在农业生产中的应用，光光合光合作用关系分析，光能利用状况及提高途径分析作用关系分析，光能利用状况及提高途径分析本章难点：本章难点：光周期学说及其应用，光周期学说及其应用，光光光合作用关系理论分析光合作用关系理论分析1 1 光的生物学意义与植物的光学特性光的生物学意义与植物的光学特性 一、光的生物学意义一、光的生物学意义 二、植物的光学特性二、植物的光学特性 三、光在群体中的分布三、光在群体中的分布 一、光的生物学意义一、光的生物学意义 1 1、太阳辐射的重要性、太阳辐射的重要性 太阳辐射是地球上生物有机体的主要太阳辐射是地球上生物有机体的主要能量源泉；能量源泉；太阳辐射是大气运动和产生各种天气太阳辐射是大气运动和产生各种天气气候现象的主要能量源泉。

气候现象的主要能量源泉2 2、光的生物学意义、光的生物学意义 太阳辐射对植物的作用：太阳辐射对植物的作用：光合效应光合效应 热效应热效应 光的形态效应光的形态效应 光还在相当程度上影响植物的地理分布光还在相当程度上影响植物的地理分布各种辐射波段对植物的重要性见表各种辐射波段对植物的重要性见表2.12.1表表2.1 2.1 辐射波段及其对植物生命活动的重要性辐射波段及其对植物生命活动的重要性辐辐 射射波波 段段光光谱谱区区占太阳占太阳辐辐射能射能（%）对对植物生命的效植物生命的效应应热热效效应应光合光合效效应应形形态态效效应应紫外紫外线线光合有效光合有效辐辐射射近近红红外外辐辐射射长长波波辐辐射射290290380380380380710710710710400040003000300010000100000 04 42121464650507979不重要不重要重重 要要重重 要要重重 要要不重要不重要重重 要要不重要不重要不重要不重要中中 等等重重 要要不重要不重要不重要不重要 3 3、光对植物影响的主要方式、光对植物影响的主要方式 光主要从三个方面对植物产生影响：光主要从三个方面对植物产生影响：光长，即光照时间的长短。

光长，即光照时间的长短光强，即光照的强弱光强，即光照的强弱光质，即光谱组成的不同光质，即光谱组成的不同4 4、研究太阳辐射与农业生产的重要意义、研究太阳辐射与农业生产的重要意义 绿色植物通过光合作用所合成的物质约占绿色植物通过光合作用所合成的物质约占其干重的其干重的909095%95%；太阳辐射能投射到植物体上真正为植物所太阳辐射能投射到植物体上真正为植物所利用进行光合作用部分却很少光能利用率低利用进行光合作用部分却很少光能利用率低因此，提高作物的光能利用率是农业生产中因此，提高作物的光能利用率是农业生产中的一个十分重要的课题，当然也是农业气象学的的一个十分重要的课题，当然也是农业气象学的主要任务之一主要任务之一二、植物的光学特性二、植物的光学特性 1 1、单叶叶片对光的反射、透射和吸收、单叶叶片对光的反射、透射和吸收 （1 1）基本概念）基本概念 反射：投射到叶面的太阳辐射被直接反射：投射到叶面的太阳辐射被直接反射到太空中去的部分称为外反射；进入叶片反射到太空中去的部分称为外反射；进入叶片内部不能被叶片吸收从投射一侧返回空气中的内部不能被叶片吸收从投射一侧返回空气中的部分称为内反射；外、内反射之和称为反射。

部分称为内反射；外、内反射之和称为反射吸收：进入叶片内部的太阳辐射被叶片吸收：进入叶片内部的太阳辐射被叶片吸收的部分称为吸收吸收的部分称为吸收透射：进入叶片内部不能被叶片吸收从投透射：进入叶片内部不能被叶片吸收从投射对面一侧向叶外逸出的部分称为透射射对面一侧向叶外逸出的部分称为透射反射率反射率R R、透射率透射率T T和吸收率和吸收率A A之间关系：之间关系：R+T+A=1 R+T+A=1（2）绿色叶片的能量平衡）绿色叶片的能量平衡a.能量用于光合作用；b.能量用于叶子向周围环境散热；c.余下的能量转化为热能，可使623640克的水分燕腾，并在光合作用中形成约1克物质3 3）影响叶片对光的反射、透射、吸收能力的因素）影响叶片对光的反射、透射、吸收能力的因素 太阳光谱成分太阳光谱成分 表表2.22.2绿叶对不同波段的平均反射、透射、吸收率绿叶对不同波段的平均反射、透射、吸收率波段波段光合有效辐射光合有效辐射（380-710nm）近红外辐射近红外辐射（710-4000nm）短波辐射短波辐射（350-3000nm）长波辐射长波辐射（3000-10000nm）反射率反射率0.090.510.300.05透射率透射率0.060.340.200.00吸收率吸收率0.850.150.500.95 植物种类植物种类 叶龄、叶片的表面形态、颜色叶龄、叶片的表面形态、颜色 叶片的水分含量叶片的水分含量 光的投射角度、天气状况光的投射角度、天气状况 季节、生育期季节、生育期 因此，叶片对太阳辐射的因此，叶片对太阳辐射的反射率反射率、透射率透射率和吸收率存在着日变化、季节变化，不是一个和吸收率存在着日变化、季节变化，不是一个定值，有一定的变化范围。

定值，有一定的变化范围2 2、群体叶片对日光的反射、透射和吸收、群体叶片对日光的反射、透射和吸收太阳辐射进入植被内部，经过植被中茎叶太阳辐射进入植被内部，经过植被中茎叶层层的反射、透射和吸收，当然还包括漏射，层层的反射、透射和吸收，当然还包括漏射，而被削弱，形成了一个较复杂的过程而被削弱，形成了一个较复杂的过程关于关于群体叶片对日光的反射、透射和吸收群体叶片对日光的反射、透射和吸收能力，可归纳出以下四点看法能力，可归纳出以下四点看法1 1）同一种农田的植被，对于不同波长的）同一种农田的植被，对于不同波长的辐射，其反射、透射和吸收能力不同辐射，其反射、透射和吸收能力不同2 2）同一种波长的辐射，不同作物、同一）同一种波长的辐射，不同作物、同一作物不同的生长发育状况（包括品种、密度、作物不同的生长发育状况（包括品种、密度、叶龄、叶形、叶片的颜色和含水量等等），其叶龄、叶形、叶片的颜色和含水量等等），其反射、透射和吸收能力不同反射、透射和吸收能力不同3 3）反射、透射和吸收率不是一个常数，）反射、透射和吸收率不是一个常数，在任一光谱中有一定幅度在任一光谱中有一定幅度4 4）群体对日光的反射率和透射率要比）群体对日光的反射率和透射率要比单叶明显地小，而吸收率却明显地高于单叶。

单叶明显地小，而吸收率却明显地高于单叶如稻、麦作物，叶片向上斜立，其反射和如稻、麦作物，叶片向上斜立，其反射和透射光几乎都比单叶少一半左右；一般在抽穗透射光几乎都比单叶少一半左右；一般在抽穗开花期，群体的反射率约开花期，群体的反射率约5 57%7%，透射率约，透射率约4 47%7%，而群体的吸收率则高达，而群体的吸收率则高达858590%90%三、光在群体中的分布三、光在群体中的分布 1 1、光在群体中的分布规律、光在群体中的分布规律 由于受作物品种、群体的几何结构以及密由于受作物品种、群体的几何结构以及密度等因素影响，植被中光强的垂直变化十分复度等因素影响，植被中光强的垂直变化十分复杂，但其垂直分布有一定的规律杂，但其垂直分布有一定的规律如油菜、小麦等（图如油菜、小麦等（图2.2.1 1）图图2.1 2.1 相对总辐射在植被中的分布（翁笃鸣等，相对总辐射在植被中的分布（翁笃鸣等，19811981）相相100对对80 油菜油菜总总60辐辐40射射20 小麦小麦%0100806040200相对株高相对株高%（油菜株高（油菜株高158厘米，小麦株高厘米，小麦株高123厘米）厘米）在实际工作中常用透光率来表征农田中在实际工作中常用透光率来表征农田中的透光情况。

的透光情况透光率：透光率：所测高度处的照度与农田上方所测高度处的照度与农田上方照度的比值，用小数或百分数表示，也称相照度的比值，用小数或百分数表示，也称相对照度农田中透光率的分布曲线与光强农田中透光率的分布曲线与光强的分布曲线完全一致，亦随深度迅速递的分布曲线完全一致，亦随深度迅速递减，其递减率与叶片的铅直分布关系密减，其递减率与叶片的铅直分布关系密切农田中各高度透光率存在着相同的日农田中各高度透光率存在着相同的日变化，由于太阳高度角的改变，中午时透光变化，由于太阳高度角的改变，中午时透光率最大，早晚时透光率较小率最大，早晚时透光率较小例如在对棉花的观测中发现，在始花期，例如在对棉花的观测中发现，在始花期，早晚的透光率为早晚的透光率为10%10%，而正午时透光率可达到，而正午时透光率可达到41%41%2 2、光在群体中垂直分布规律的数学描述光在群体中垂直分布规律的数学描述 门司正三和佐伯敏郎（日本），门司正三和佐伯敏郎（日本），19531953年从年从实际观测（大田切片法）和理论推算两个方面实际观测（大田切片法）和理论推算两个方面建立了光强对叶面积的依赖关系他们假定：建立了光强对叶面积的依赖关系。

他们假定：叶层是由叶片等植物器官所组成的均一介质，叶层是由叶片等植物器官所组成的均一介质，并把比尔（并把比尔（BeerBeer）定律引入到群体中光强垂直定律引入到群体中光强垂直分布的研究，提出了著名的门司分布的研究，提出了著名的门司佐伯公式佐伯公式门司门司 佐伯公式佐伯公式:I=II=I0 0 expexp（-kF-kF）式中，式中，I I0 0为冠层（群体顶部）的光强；为冠层（群体顶部）的光强；I I为各层为各层的光强；的光强；k k为群体叶层光强衰减系数或群体消光为群体叶层光强衰减系数或群体消光系数；系数；F F为各层次以上部分的叶面积之和为各层次以上部分的叶面积之和群体消光系数群体消光系数k k值可用下式求算：值可用下式求算：k=k=（-ln(I/I-ln(I/I0 0)/)/F F式中，式中，I/II/I0 0即透光率即透光率k k值是一个无量纲数，它描述了叶片的值是一个无量纲数，它描述了叶片的遮阴程度，当上层叶面积大时，遮阴程度，当上层叶面积大时，k k值就大，值就大，光强衰减就明显光强衰减就明显注意：注意：实际上，大田内部的情况十分复杂，影响实际上，大田内部的情况十分复杂，影响k k值的因素非常多，包括叶片大小、厚薄、表面值的因素非常多，包括叶片大小、厚薄、表面光滑度、叶绿素含量以及叶片含水量等影响叶片光滑度、叶绿素含量以及叶片含水量等影响叶片反射、透射和吸收的因素；入射光的方向和光谱反射、透射和吸收的因素；入射光的方向和光谱成分；叶片角度及群体的结构；季节、天气以及成分；叶片角度及群体的结构；季节、天气以及时间等。

时间等因此，因此，K K值不是一个稳定的值值不是一个稳定的值在实际应用中，禾谷类作物在实际应用中，禾谷类作物K K值较稳定，值较稳定，因而使用平均值代替因而使用平均值代替一般地，一般地，k k值小于值小于1 1据门司和佐伯测算，据门司和佐伯测算，草中的草中的k k值为值为0.30.30.50.5，水平叶子作物层中的，水平叶子作物层中的k k值为值为0.70.71.01.0而中科院上海植生所测得的而中科院上海植生所测得的水稻叶层的水稻叶层的k k值在值在0.60.67 70.740.74之间，平均达到之间，平均达到0.71。