
农业生物环境原理课件第2章_作物与光.ppt
143页1.光对生命的意义2.太阳辐射在大气层中的变化,第2章 作物与光(一),思考并回答:,太阳辐射在大气中是如何变化的?人在森林中为何感觉凉爽荫蔽?早晚的太阳是红色的?阴天的白天也能看得见?即使是阴天,植物仍可以生长?太阳光谱分为哪几种?各自的波长范围是多少?哪种成分对植物最有利?,1.光对生命的意义,光是维持生命最重要的环境因子太阳辐射能对作物作用的表现形式辐射热效应(体温、蒸腾作用)辐射光合效应(光合作用、生长发育强度)光形态效应(形态、色泽)光对植物作用强弱程度的决定因素光照的强弱程度光周期光照长度(日照时数)光质(光谱),2 太阳辐射在大气层中的变化,太阳辐射的概念及组成太阳辐射光谱太阳辐照度太阳照射时间的长短太阳辐射在大气层中的变化影响太阳辐射强度的因子,2.1 太阳辐射的概念及组成,太阳辐射:太阳是一个巨大、炽热、自行发光发热的星球,内部温度高达1.5107 k,表面温度可达6000k太阳以电磁波的形式向外放射出巨大的能量,其辐射过程称为太阳辐射,放射出来的能量称为太阳辐射能太阳辐射光谱:太阳辐射能随波长的分布称为太阳辐射光谱不同波长的光量子所持的能量不同到地球大气上界的太阳辐射光谱可划分为: 紫外光波段: 390 nm;1-2%,只有290390nm的紫外线能够到达地面,其余的均被臭氧层吸收 可见光波段:390760 nm;50% 红外光波段:760nm; (近红外光760 2500nm ;远红外光25100m); 48-49% 波长单位:(nm或m,1m=10-6m, 1nm=10-9m) 不同波长的光量子所持的能量,太阳辐射光谱分区,图 太阳光的连续光谱,人、植物对不同波长光的反应人:550nm植物: 640660nm, 430450nm,太阳辐照度: 太阳在单位时间内通过或到达某一表面的辐射能称为太阳辐射通量,单位是焦每秒(J/s)或瓦(W)。
单位面积上的太阳辐射通量称为太阳辐射通量密度(或太阳辐射度、太阳辐照度),单位是瓦每平方米(W/m2)太阳常数: 在大气上界垂直于太阳光方向测得的太阳辐照度称为太阳辐射常数. (1981年世界气象组织推荐的太阳常数为13677W/m2 ,常采用1367W/m2 ,且其值并不是固定不变,在1325W/m2 1457W/m2 内波动)光照度与辐照度的区别,光照度:到达或通过单位面积的光通量(用以描述人对接受可见光的刺激而产生的视觉强度,即标准空气中,单位立体角通过1/683W的、波长为555nm的单色辐射通量,流明),1流明/m21lx辐照度:单位时间内点辐射源在单位面积上发射、传播或吸收的辐射能(辐射通量)与该面积的比值,W/m2光量子流密度:单位时间、单位面积上照射的光量子数, mol/m2s,光照度 : 表示物体被照明的程度,指可见光在单位面积上的光通量,单位是勒克斯(lx)光照常数:指大气上界的太阳光照度,可达1.35105 lx 光照强度取决于人眼对可见光的平均感觉,所以光照强度与辐射强度是两个不同的概念一般来说,夏季晴天中午地面的光照强度约为1.0105 lx,阴天或背阴处光照强度为1.01042.0104 lx。
对于植物光合作用而言,并非所有的太阳辐射都与之有关,只有可见光中的部分波长辐射具有作用(称之为生理有效辐射),为更明确地度量作物光合作用强度与光照之间的关系,现在已采用有效辐照度或有效光量子流密度来描述三者之间存在的换算关系如下表:,光合有效辐射照度、有效光量子流密度及照度之间的换算,2.2 太阳辐射在大气层中的变化,太阳辐射绝大部分在太空中消失,到达地球表面的辐射能仅只占总量的1/20亿太阳辐射通过辐射和散射到达地球表面通过大气层时太阳辐射的变化辐射强度减弱数量质量,2.2 太阳辐射在大气层中的变化,大气层的吸收作用 占1721%氧、臭氧吸收紫外线水汽、二氧化碳、尘埃等吸收红外线大气层的散射作用 占7%何谓散射?大气层中各种颗粒物质的直径辐射波波长时,会引起太阳辐射能向各个方向散开(从大气层中逸出、到达地表面)大气层中的各种悬浮颗粒、气体分子、水滴一般只发生在可见光光谱区光谱波长与散射作用的关系大气层的反射作用 占27%云层、尘埃,2.2.1 影响太阳辐射强度的因子,辐射所经过的射程射程长短太阳高度角(h)太阳光线与地表水平面的交角大气透明程度大气透明系数(P)是指当太阳正午时通过大气层后的太阳辐射强度与通过大气层前的太阳辐射强度之比。
大气中水汽、尘埃、烟粒等,名词:大气中的射程,太阳高度角,大气透明系数,太阳高度角(h),太阳光线与地球水平面的夹角计算公式:,对于正午时, =0,所以:,15为1h,如上午9点,,19,太阳高度角,太阳高度角的变化时间变化:一天中正午太阳高度角最大,近日出太阳高度角最小一年中 春分、秋分时太阳直射赤道,赤道上的太阳高度角最大,为90,向北、向南太阳高度角逐渐变小;北半球夏至日最大,冬至日最小. 空间变化:正午的太阳高度角随纬度增加而减小 春分、秋分太阳高度角随着纬度的变化 一天中正午的太阳高度角h=90-+ 哈尔滨市正午的太阳高度角: 6.21 : h=90-4541+2327=6746 3.21和9.23: h=90-4541=4419 12.23: 90-4541-2327=2052,2.2.2 引起太阳辐射质量差异的原因,不同波长光波在大气层中的穿透能力波长越短,穿透能力越弱,减弱越多相比较而言,对短波光无论是绝对量、还是相对比例,影响显著,但长波光即使是绝对量变化亦不大其他太阳高度角(越高,短波光增强)、纬度(高短)、海拔(越高,短波光增强)、季节(夏季,短波光增强)等大气层中各种颗粒对太阳辐射的吸收能力O2、O3 :紫外线H2O、CO2 :红外线云层、尘埃:红外线可见光被吸收得很少,思考:为什么海拔越高,紫外线越强烈?,理想大气(干燥、纯净)的不同波长透过率,2.2.3 实际到达地面的太阳辐射能,占通过大气层的47%直射辐射24%云光散射17%天光散射6%,2.2.3 实际到达地面的太阳辐射能,占通过大气层的47%直射辐射24%云光散射17%天光散射6%,3.地表的光照条件4.太阳辐射在作物群体内的变化5.光的生物学效应,第2章 作物与光(二),3 地表的光照条件,太阳高度与总辐射量、直射光及散射光的关系,到达地面太阳辐射能量变化 太阳辐射穿过大气时,因为被吸收、散射及反射而减弱,因此,到达地面的太阳辐照度总是小于太阳辐射常数。
其强弱主要决定于太阳高度角(h)和大气透明度(P) 1太阳直接辐射(S) 随h 增大,S增强;随P增大,S增强反之S减弱另外,海拔高度越高,太阳直接辐射越强;反之则越弱地球纬度的增高太阳直接辐射减弱在农业生产中,可利用调节太阳高度角,提高对太阳辐能的吸收利用例:大棚、温室建造 2散射辐射(D) 散射辐射指地面上获得的来自整个天空大气散 射出来的太阳辐射能散射辐射强弱也受太阳高度角和空气透明度等因素的影响随h 增大,D也增强;h不变时,随P增大,D减小3 地表的光照条件,3太阳总辐射(Q) 太阳总辐射是指经过地球大气层的吸收、散射、反射辐射后到达地面的太阳辐射太阳总辐射由太阳直接辐射和太阳漫辐射两部分组成:Q = S + D总辐射的强弱也取决于太阳高度角、大气透明度等因素还与日照时数有关晴天,总辐射的增减主要由太阳高度角决定总辐射的日、年变化与太阳高度角的变化同步,即中午前后、夏季月份太阳总辐射量大,早晚、冬季月份太阳总辐射量小,夜间太阳总辐射为零我国部分地区的太阳辐射年总量(J/cm2),(一)直射光(水平面),a,北半球夏半年,北纬25最高,冬半年,赤道地区最高,冬半年,北纬80左右为零,北纬50以北骤减,斜面上的直射光,冬季最大,(二)散射光,太阳高度角为0时,散射光占100;20时,占90;50时,占18;此外,散射光还随云量增多而增大,在阴天时约占50。
3 到达地面太阳辐射光谱的空间变化,在空间上的变化水平面(北半球)夏半年:最高值出现在北纬25,50以南变化不大,以北骤减冬半年:最高值出现在赤道附近,80以北近于0随大气透明系数降低而减少,纬度越高下降越显垂直面夏季东西面最大,冬季、春季、秋季南面最大斜面与坡度、方位角有关,3 到达地面太阳辐射光谱成分变化,太阳高度角大,到达地表的紫外线和可见光所占比例增加,红外线所占比例减少一年中夏季短波成分多,冬季长波成分多一天中正午短波成分多,早晚长波成分多低纬度短波光多,高纬度长波光增多; 海拔升高,短波光的量增加3 到达地面太阳辐射光谱成分变化,思考:一年四季日照时间与纬度的关系夏半年,昼长夜短夏至昼最长,夜最短,3 到达地面太阳辐射光谱成分变化,春分秋分,昼夜平分两极除外)从春到秋,日长夜短从秋到春,夜长日短站在赤道,日日平均越往两极,夏年越长,走到北极,有昼无夜(夏半年)4 太阳辐射在作物群体中的分布,太阳辐射在作物群体内的垂直分布多次反射、吸收和透射,层层削弱,并在植株相对高度2070之间递减最快各时刻的光强都不同群体内散射光的作用,思考:作物冠层结构对作物群体光能吸收和利用有什么影响?举例分析作物生产中日常管理技术哪些是从改善作物群体光照条件出发的?,4 太阳辐射在作物群体中的分布,作物群体对太阳辐射的反射、透射和吸收能力反射(20%)+透射(10%)+吸收(70%)=1反射能力与叶片、光谱成分叶片的形状、厚薄、大小、构造、光泽度、致密性、生长期等反射能力与透射能力叶片的选择吸收性枫叶:生长期(绿色)的吸收率0.47,红叶期(黄褐色)0.35单叶、单株、群体的反射、透射、吸收能力,思考: 单个叶片与植株群体的差异;对不同波长的吸收能力。
茶丛的吸收率远比单叶的吸收率高,叶片的透射与反射能力相当,冬小麦群体内辐射状况,项目,生育期,叶面积系数:单位面积上作物全生育期或某一阶段生育期中,总叶面积占土地面积的比值,截获率随各期叶面积系数减小而依次降低,递减最快区域(植株相对高度2070),5 光对植物的影响,光对作物作用的表现光热效应:作物截获太阳能-热能,热能用于作物蒸腾和维持作物体体温光合效应:作物截获太阳能-化学能,作物产量的95%来自于光合作用,作物干物质的9095%光能利用率高(低)-作物产量高(低),作物对光能的利用率:15%调节作物生长发育和诱变遗传物质结构:光强、光质、光谱调节作物生长发育,光谱诱变作物遗传物质结构5.1 有关作物光能利用的概念,光合面积有效叶面积:叶面积系数:单位面积上作物全生育期或某一阶段生育期中,总叶面积占土地面积的比值最适叶面积系数: 使作物获得最大的生物产量和经济产量所对应的叶面积数5.1 有关作物光能利用的概念,光合时间如何延长作物的光合时间?光合能力含义:植株在CO2、H2O等因子作用下的光合作用的能力影响因素光合原料:CO2、H2O光照度环境条件(温度、水分等),5.1 有关作物光能利用的概念,光合作用过程是一光生物化学反应光饱和现象光饱和点不同作物的光饱和点单叶与整株单株与群体光补偿点夜间补光与作物生产,思考:如何给植物补光?为何要进行夜间补光?,5.1 有关作物光能利用的概念,光饱和现象和光补偿点在一定范围内光合速率随光照强度的增加而加速,但超过一定范围后,光合速率增加缓慢,当达到某一光强强度时,光合速率就不再增加了,这种现象称为光饱和现象。
光照在光补偿点和光饱和点之间时,增加光照,有利于植物的营养生长1、光合速率:2、光饱和现象:,3、光补偿点4、光饱和点,光合作用产生的物质正好抵偿呼吸作用的消耗,植物吸收的CO2与放出的CO2相等,这时的光强度量值称为,光合作用随光强增加而增加,当光强达到一定数值,净光合作用达到最大值不再增加,这时的光强量值称为,各种作物的光补偿点和光饱和点,5.2 光对植物的生物学效应,光照度光质光周期,5.2.1 光照度的生物学效应,光照强度对植物的发育、植物生长及形态结构的建成有重要的作用营养生长生殖生长光合作用,5.2.1 。












