叶株型与光能ppt课件.ppt

叶片着生角度和株型与光能利用(一一)太阳高度太阳高度(角角)与地面光照与地面光照强强度度(二二) 叶着生形状与叶着生形状与 光能利用光能利用(三三) 作物群体内光作物群体内光强强分布分布(四四) 群体一天中光群体一天中光协协作用的日作用的日变变化、光化、光协协作用的垂直作用的垂直变变化化 29、、31〔 〔五五〕 〕图图片片组组 〔 〔34 黑麦草的群体物黑麦草的群体物质质消消费费构造；构造； 35 LAI、、CGR与截光率；与截光率；36 最适与最适与临临界界LAI；；40—48环环境与光合；境与光合；38 春小麦一身春小麦一身总总物物质积质积累累量与量与CGR 〕 〕; 42 光光强强与最适与最适LAI和和净净消消费费量的关系；量的关系； 53 NAR代数和；代数和；58 玉米一身的玉米一身的总总呼吸、各器官的呼吸、各器官的CGR、、(一)太阳高度(角)与地面光照强度 P1551 太阳高度角太阳高度角 平行光平行光线线与程度面与程度面的交角的交角,简简称太阳高度，其大小是称太阳高度，其大小是单单位程度外表位程度外表获获得太阳得太阳辐辐射能多射能多少的决少的决议议要素。

要素 AC为为垂直于阳光的平面，其垂直于阳光的平面，其辐辐照照度度〔 〔W / m2 )为为S，，AB为为程度外表，程度外表，其其辐辐照度照度为为S‵ ‵，， AB是是AC在地外在地外表的投影，两个面上的表的投影，两个面上的辐辐射通量射通量〔 〔W，瓦，瓦〕 〕是相等的是相等的 辐射通量除以辐射辐射通量除以辐射经过的面积〔光经过的面积〔光通量和光照度〕通量和光照度〕 程度面上的太阳辐照度与太阳高度的正弦成正比Sm：经过m个大气后的直接太阳辐射S：未受减弱的直接太阳辐射P m： m个大气的平均透明系数 由于由于P变变化范化范围围极小，大气极小，大气质质量量〔 〔 m〕 〕又决又决议议于太阳高度角，所以太于太阳高度角，所以太阳高度角在很大程度上起着决阳高度角在很大程度上起着决议议性的作用性的作用 当大气中的水汽或凝当大气中的水汽或凝结结物、物、微微尘杂质尘杂质多、云多、云层浓层浓密、而厚密、而厚时时，， P减少，如，雨天、多云、晴天，减少，如，雨天、多云、晴天，P不同不同 一天内地面的太阳一天内地面的太阳辐辐照度，在上午随着太阳高度角的添加而加照度，在上午随着太阳高度角的添加而加强强，，在正午到达最大在正午到达最大值值，然后又随着太阳高度角的减低而减弱。

然后又随着太阳高度角的减低而减弱 高高纬纬度地域度地域〔 〔 ＞＞40 °〕 〕太阳高度角低，太阳高度角低，经过经过大气的大气的间间隔隔长长，太阳，太阳辐辐照照度因此减弱，但季度因此减弱，但季节节的的变变化非常化非常显显著，低纬纬度地域度地域〔 〔＜＜20°〕 〕太阳高度太阳高度角大，角大，经过经过大气的大气的间间隔短，太阳隔短，太阳辐辐照度照度强强，季，季节节的的变变化不明化不明显显 海拔愈高空气愈稀薄，阳光海拔愈高空气愈稀薄，阳光经过经过大气的大气的间间隔短隔短 (大气大气质质量量 m少少〕 〕 ，，因此太阳因此太阳辐辐射射剧剧烈 太阳辐射经过大气层时，由于受大气中的散射、吸收和反射影响，太阳辐射经过大气层时，由于受大气中的散射、吸收和反射影响，因此到达地面的辐射减弱，而且使一部分辐射改动了方向，成为散射因此到达地面的辐射减弱，而且使一部分辐射改动了方向，成为散射辐射所以到达地面的太阳光是由直射光〔有方向性〕和散射两者所辐射所以到达地面的太阳光是由直射光〔有方向性〕和散射两者所构成(二)叶着生形状与 光能利用 遮阴面积随叶挺立程度减少.直立叶有利于向群体下层透光，而程度叶有利于截获光;所以直立叶和平展叶(弯曲)相比改善了群体的光照条件,提高了光能利用。

上式 S 也是直射光的面积；A也是受光叶面积A=S/sinα1 叶角与受光叶面积叶角与受光叶面积 在叶片受光叶面积A按1/sinα 添加的同时, 叶面的光照度也按 sinα 减弱一样的倍数-------作物几何光学的正(余〕弦定律 光通量〔光通量〔lm )lm )一定，入射一定，入射面积愈大，光照度愈低面积愈大，光照度愈低2 叶角与受光叶面积的光强叶角与受光叶面积的光强角度10°15 °20 °30°40 °90 °sin α0.1730.2590.3420.50.64311/ sin α5.83.92.921.61S是光源是光源时时，，设设：：α =90 °时时,S光光强强 、叶面、叶面积积均均为为1;由由 A = S /sinα，随，随α 减少，减少， A的光的光强强 、受光叶面、受光叶面积积分分别别是：是： 由作物的光由作物的光饱饱和点和各地域作物生和点和各地域作物生长长季中的自然光季中的自然光强强，，根据叶片着生角和截根据叶片着生角和截获获光能关系，便可从光能关系，便可从实际实际上推算出不同上推算出不同作物比作物比较较适宜的叶片着生角度。

如水稻的光适宜的叶片着生角度如水稻的光饱饱和点以和点以 40，，000 lx计计，而生，而生长长季中最大光季中最大光强强以以100，，000lx〔 〔夏季中夏季中午午〕 〕计计，即，即为饱为饱和点的和点的2．．5倍，相倍，相应应的受光叶面的受光叶面积应为积应为投影投影面面积积的的2.5倍，于是，倍，于是，sin α=1／／2.5=O.4，，α=23.33 . 在作物生育期内和一天之中，最大光照在作物生育期内和一天之中，最大光照时间时间是是较较短的短的〔 〔阴天阴天10，，000～～20，，000lx，雨天，雨天仅仅几千几千lx〕 〕，再思索到群体，再思索到群体中下中下层层叶片的照光叶片的照光问题问题，上位叶的着生角度，上位叶的着生角度还还可小些普通可小些普通以以为为水稻水稻剑剑叶以叶以15°为为宜，小麦以宜，小麦以 20 °为为宜玉米果穗以上宜玉米果穗以上的叶片着生角以的叶片着生角以10 °为为宜，中下部的叶片着生角宜，中下部的叶片着生角较较大大为为好，好，最下部的叶片着生角最下部的叶片着生角90 °为为好好(Pearce．．R，，1968)。

 挺立叶在早晚弱光下，与阳光接近垂直，可以充分接挺立叶在早晚弱光下，与阳光接近垂直，可以充分接受光能受光能进进展光展光协协作用，而在中午作用，而在中午强强光下，阳光斜射叶面，光下，阳光斜射叶面，可以减少可以减少强强光光(伴随高温伴随高温)的不利影响，如的不利影响，如对对光合的抑制等光合的抑制等所以，挺立叶的光所以，挺立叶的光协协作用通常比作用通常比较较强强，如大麦叶片近直立，如大麦叶片近直立的种的种类类比叶与茎成比叶与茎成37 °—72 ° 的种的种类类，群体光合速率高出，群体光合速率高出一倍左右一倍左右(三)作物群体内光强分布1 Beer—lamert定律:单色光经过有色真溶液时,光强按负指数衰减日本学者提出，当作物叶片为程度、均匀分布，太阳直射光正午时从叶片最上层至下层，遵照Beer—lamert定律，光强按负指数衰减K：为群体消光系数，代表光强在叶层内垂直衰减速率，是常数透光率 T(相对照度)：某一叶层处的光强和群体冠层顶部自然光强的比值 ,透光率的对数和叶面积指数(F)间存在直线关系,即叶面积指数增大,群体透光率对数按比例(K)减少。

2 群体消光系数群体消光系数3 不同作物类型K值差别：由 阔叶〔双子叶：叶宽、叶片平展〕和窄叶〔禾本科叶狭长、直立〕，所以，平展叶群体内部光强衰竭快 — 禾本科 〔叶狭长、直立〕 K 0.3～0.5 — 豆科 、棉花 〔叶宽、程度配置〕 K 0.7～1.5------ 同一作物类型不同种类间 K值差别导致小麦群体内光强分布差别〔例小麦不同株型种类〕K值值 104 LX ( 104 LX)0.5106.073.682.231.350.820.500.300.7104.972.41.220.610.31.0103.681.350.50.18 假设小麦的光补偿点1500 LX，Ｋ值愈小，包容的光合有效叶面积愈大，光合消费的规模较大，即群体物质消费构造合理反之亦然 禾本科作物不同株型种类：Ｋ值小常与 叶片直立上冲，株型紧凑联络；Ｋ值大常与叶片平展，株型松散联络。

4. 最适LAI的计算〔光补偿点2倍〕 例：在 I0 分别是 3、 6、8、10万.LX 光照下，Ｋ值0.7时，小麦的光补偿点1500 LX，IF= 3000，最适 LAI 分别为3.3、4.3、4.7、5.0 可见最适 LAI是自然光强、Ｋ值的函数Ｋ值不同的群体LAI与CGR光照强度在群体内部呈负指数衰减K值值 105 LX0.5100.6070.3680.2230.1350.0820.0500.0320.7100.4970.240.1220.0610.0311.0100.3680.1350.050.018 不同不同K K值值小麦群体内透光率小麦群体内透光率 T( T(相相对对照照度度) )透光率〔%〕在群体内部呈负指数衰减T(%) 在群体内的垂直分布在群体内的垂直分布 5 群体内的光强构成特点 总体而言，群体内的光照除被吸收一部分外，一种是由叶片空隙的漏射直射光，呈“光斑〞、一种是经过叶片后的透射光、反射光和衰减的部分散射光，呈“阴影〞 群体上层是充足的直射光和散射光组成，光强质好；中下部由光斑和阴影组成，光弱质差。

群体内的光分布由叶片的透光特性、反射特性、叶片空隙的漏射光和株叶型〔K值〕4个要素决议的，普通叶片透光特性和反射光对光分布影响较小，而叶片空隙率的漏射光和株叶型〔K值〕影响较大 A 叶片空隙率的漏射光 K值、自然光强、叶面积大小〔在LAI 小时最明显，与漏射光 有负相关的趋势〕 、叶片空间密度〔㎡叶 / dm) 和 平面配置要素〔株距、行距，如宽行窄株种植方式推迟封行期或减少封行度〕等共同决议即由遗传〔 K值〕、环境和栽培要素共同决议群体内光强分布 B 透射光透射光 穿穿过过叶片本身的透射光，与种叶片本身的透射光，与种类类特性、生育特性、生育时时期、期、水肥条件有关水肥条件有关,如叶片厚薄、色素特性等由于叶片如叶片厚薄、色素特性等由于叶片对对可可见见光的光的蓝蓝和和红红光光选择选择性吸收，吸收率高达性吸收，吸收率高达90%，透射率，透射率较较低；低；近近红红外光的吸收率很低外光的吸收率很低为为5—10%，透射率很高，所以，，透射率很高，所以，群体内近群体内近红红外光比可外光比可见见光多，光多，红红光光 / 近近红红外光外光 急急剧剧下降，下降，尤其早、傍晚太阳高度角低尤其早、傍晚太阳高度角低时时尤其如此，近尤其如此，近红红外光透射率外光透射率达达90%左右左右 C 反射光反射光 与叶片的角度、角与叶片的角度、角质层质层光亮程度和太阳的角度有光亮程度和太阳的角度有关，可关，可见见光的光的蓝蓝、紫和、紫和红红光反射低，光反射低，仅仅10%左右，近左右，近红红外外光的反射光的反射较较高。

高6. 禾谷类作物的理想株型〔使上、中、下每单位叶面积得到相等的光强〕　　 “直立叶有利于向群体下层透光，而程度叶有利于截获光〞，所以，1963 Verhagen年提出“理想叶群〞的概念,他以为,理想的消光系数随着群体深度与叶面积添加而添加,即群体上部消光系数小,逐渐向下消光系数变大,成为一种等腰三角外形,使每单位叶面积得到相等的光强 理想的光分布与叶群构造是,适当高的叶面积下的直立叶(使K低些)，最好是上直下平即群体上部叶片叶角小〔直立〕，向下叶片叶角加大〔变成程度〕，最有利于群体对光能的截获和在群体内的均匀分布，玉米植株高大，叶片空间密度低 ,是最容易到达理想株型的作物 间、混、套作、宽行窄株的种值是到达这种目的的能够途径之一 7. 紧凑型和平展叶型的玉米类型　　　1〕平展叶型群体上层叶片受光强，超越光饱和点的光强成为无效光强浪费，而下层叶片受光弱，光补偿点附近，这类种类不耐密植，在密度较大时，NAR急剧减小，CGR不高，空杆率〔%〕增高直立叶片群体既没有受光极强的叶〔作物几何光学的正(余〕弦定律、K小〕，也无受光极弱的叶片，所以，超越光饱合以上的无效光能少，因光缺乏而严重抑制中、下层光协作用的情况也少，光强在群体内部分布较均匀，这类种类耐密植，LAI高，密植下CGR较高。

2〕同时叶片直立上冲，株型紧凑的群体通风条件较好，co2浓度高，RUBP羧化/加氧酶〔Rubisco)催化羧化活性加强，生成2分子的PGA，进入光合碳复原〔光协作用〕途径；群体通风条件不好， co2低，o2 / co2浓度高，，催化加氧活性加强，光合碳氧化，进入光呼吸途径，降低光合净同化 同时，日本学者研讨，直立叶片的两面受光比批垂叶一面受光〔另一面黑暗〕时，光合速率大增  3〕同时由于田间小气候的通风透光改善〔分析昼夜幅射、下层叶片的蒸腾，对群体内的温、湿度影响〕，对抑制造物病、虫的发生和倒伏产生影响； 8. 株型〔K值大小〕与适宜的叶面积: K值愈小的群体,到达最大CGR值愈高，但要求的叶面积愈大；在叶面积较小时CGR还小于K值较大的群体，由于漏光而截获率低.所以，这类种类应添加种植密度和在良好的肥水条件下消费9. 群体光协作用与添加产量的阶段性 群体光合总量的提高从植株形状的改良-----1.添加光能的截获,；2.改善群体内分布；3.开展到叶片生理机能的改良-----提高叶片的光合速率 〔光能转化效率〕，但不是轻而易举的事，目前正在探求之中。

 10 10 一天中群体光协作用的日变化一天中群体光协作用的日变化• 影响光协作用的要素主要是光照强度,影响呼吸作用的要素主要是温度因此，在一天中，清晨和傍晚都要出现群体光补偿点假设促使补偿点在早上尽早出现和在晚上尽晚出现，这样有利于光协作用和干物质累积• 椐测定苜宿， 距顶部30㎝处的叶片光强，与顶部叶片相比上午推迟3小时升至光补偿点，下午提早2小时降至光补偿点11 光协作用垂直剖面在群体内的变化光协作用垂直剖面在群体内的变化呼吸光合、呼吸光 合累计累计LAI光强光强群体光补偿点群体光补偿点 如“光源〞图示，S 是直射光面积，设其面积、光强均为1 ；A是受光叶面积，A=S / cosα; 随α 添加， A的光强、 A 分别是 cosα和 1 / cosα 〔作物几何光学的余弦定律〕由光—光合响应曲线，可查出光合速率角度0 °30°45 °60 °75 °85 °cosα10.8660.7070.50.2590.087A的光强10.8660.7070.50.2590.0871/ cosα11.21.423.811.4<作物生理学>于振文 翻译 P 48 使少量的叶片处于光饱和的光强，不如使大量的叶片处于中等光强下，群体光合同化总量明显添加，光能利用率添加，但它是以减少上部叶片同化而添加中、下部叶片光合同化，特别是中部叶片为特征，此特征对库器官分布在中偏上部的玉米特别有利〔有机物就近运输原理〕。

 为什么黑麦草的群体物质消费构造是下部叶片呈现出膨胀状的金字塔状？12 LAI 到达光能截获95%后，再添加CGR添加作用不大〔5%内〕，反而恶化田间小气候，引起倒伏或病虫危害，同时经济系数明显降低所以农业上，经常低于群体最大CGR时的LAI可获得最大的经济产量132 13 最适LAI和临界LAI的区别： 前者群体呼吸与LAI呈线性添加；后者呼吸呈渐近线添加； 同时，随太阳辐射添加，最适LAI在较低LAI条件下产生开花期14 影响作物光合强度的要素〔1 〕 作物类型与光合强度---3碳作物与4碳作物光合强度比较施氮程度愈高，群体光合愈强，但呼吸也愈高 〔2〕 肥料程度与光合强度〔2-1〕 叶片中N、P、K等〔%〕与光合强度 光协作用与叶片含水量的关系：叶片含水量高〔正常〕，光协作用日变化呈抛物线；叶片含水量低，光协作用日变化呈马鞍型“午休〞景象 〔3〕 水含量与光合强度 〔4〕 二氧化碳程度与光合强度〔5〕 光强与光合强度〔5-1〕群体大小与光合强度--- LAI大〔封行、垄〕无光饱和点 〔5-3 〕 光强与最适LAI和净消费量的关系-----光强高，不但最适LAI大，而且净消费量大；光强弱，不但最适LAI小，而且净消费量小；〔6〕 生理年龄和光强对光合强度敏感性影响〔7-1〕 〔交互作用与光合强度〕 二氧化碳浓度和光强与光合强度 1. 低co2 〔300ppm)浓度,是光合强度的限制因子〔光强、温度添加无作用〕。

2. 添加co2 〔1300ppm)浓度,光合强度添加，温度成限制因子 3. 维持co2 〔1300ppm)浓度,再提高温度，光合强度再添加〔7-2〕 二氧化碳浓度和光强与光合强度 总生物产量最高的N素用量总是 高于经济产量最高的N素用量，与“总生物产量最高的密度总是 高于经济产量最高的密度〞一样 普通而论：生物产量最高的密度＞经济产量最高的密度＞质量最高的密度〔除避紫外线栽培的麻类、茶等外〕了解：作物营养生长量与辐射截获量〔与LAI大小和均匀度有关〕亲密 --正相关，但辐射截获量与经济产量的高低关系由于涉及物质运转的经济系数而比较复杂，如：目前盛行的宽行窄株种植方式推迟封行期，减少封行度，虽然使辐射截获量减少，CGR降低，但冠层内平均光强添加，NAR 加大，个体较强壮，经济系数提高，经济产量仍可到达较高程度，这对库器官分布在中上部的玉米，全株上、中、下结实的腋生花序、分枝的棉花、大豆、蚕豆等促进库器官分化、发育和正常成熟特别明显即低于群体最高光合同化量的最高经济产量 这就是最高经济产量的密度、施肥量总是低于最高生物产量的密度、施肥量的理由。

〔1〕“NAR 的代数和〞 与“最适LAI〞了解 〔2〕“NAR 的代数和〞 与“最适LAI〞了解 〔3〕“NAR 的代数和〞 与“最适LAI〞了解 光合器官/非光合器官比值减少到很大程度时〔相当于LAR减少到很大程度〕，单株NAR为零。