光与作物生产

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一章 光与作物生产,生物环境：,植被、昆虫、病害、杂草等,农业的自然环境,非生物环境：,光照、温度、水分、大气、土壤,及营养条件等,作物生产环境,包括土壤、肥料、气象条件、栽培、植物生理,以及各种环境因子。,第一章 光与作物生产,本章教学结构,教学要点,教学目标,教学内容,实验实习,复习思考,参考资料,教学要点,作物生产的光照环境,太阳辐射、地面辐射、大气辐射、光合有效辐射。,光照与作物的生长发育,光照时间与作物的生长发育、光照强度与作物生长发育、光谱,成分与作物的生长发育。,提高作物光能利用率的途径,作物对光的利用、影响作物光能利用率及作物产量的因素、提,高光能利用率的途径。,教学目标,通过学习，使学生了解作物生产的光照环境及其变化规律，理解光照强度、光周期、光质等光环境因素对作物生长发育及作物产量的构成因素的影响，掌握提高光合效率的农业技术措施，学会光照强的观测技术,。,第一节 作物生产的光照环境,太阳辐射,太阳辐射光谱,太阳辐照度,太阳照射时间的长短,太阳辐射在大气中的减弱,吸收作用,散射作用,反射作用,到达地面的太阳辐射、地面辐射平衡,到达地面太阳辐射能量变化,到达地面太阳辐射光谱成分变化,地面辐射和大气辐射,地面辐射,大气辐射,地面有效辐射,地面辐射平衡,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。,到达地球大气上界的太阳辐射光谱可划分为：,紫外光波段：,390 nm,；,可见光波段：,390,760 nm,；,红外光波段：,760nm,；（近红外光,760,2500nm,；远红外光,25,100,m,）,波长单位：（,nm,或,m,1m=10,-6,m,1nm=10,-9,m,）,分布范围：太阳,0.15-4m,（短波）地气,3-120m,（长波）,不同波长的光量子所持的能量,（,nm,）,颜色,E,（,kJ/mol,）,400,紫外,297,400,425,紫,289,425,490,蓝,259,90,560,绿,222,560,580,黄,209,580,640,橙,197,640,740,红,721,太阳辐射光谱分区,390 430 470,500,560,600 650 760nm,紫 蓝 青 绿 黄 橙 红,10,390,760 100 000nm,紫外光 可见光 红 外 光,太阳辐射光谱分区,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,）。,光照强度,也称光照度或照度 光照强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，国际单位制中光照强度的单位是勒克斯（,lx,）。大气上界的太阳光照强度可达,1.35105 lx(,光照常数,),。,10,390,760 100 000nm,紫外光 可见光 红 外 光,图,3-4,太阳光的连续光谱,390 430 470,500,560,600 650 760nm,紫 蓝 青 绿 黄 橙 红,太阳辐照度,太阳辐照度：,单位面积上的太阳辐射通量称为太阳辐照度。单位（,W/m2,）。（单位时间内通过某一表面的辐射能称为太阳辐射通量，单位是：,J/s,）。,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，约为,1367+-7W/m2,。,光照度：,光照强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,1.0104,2.0104 lx,。,太阳高度角,太阳高度角是指太阳光线与水平面之间的夹角。,1),太阳辐照度和太阳高度角的关系,到达地面的太阳辐照度和太阳高度角的正弦值成正比,.,2),太阳高度角的变化,一天和一年之中，太阳高度角发生规律性的变化，使地球的光热条件也发生周期性变化。,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=4419,12.2390-4541-2327=2052,太阳辐射时间的长短,昼夜长短与纬度和季节的关系,冬至日北半球黑夜长于白昼，且随纬度的增高，白昼越短，黑夜越长，北极圈内有夜无昼，称为极夜现象；夏至日，北半球白昼长于黑夜，且随纬度的增高，白昼越长，黑夜越短，北极圈内有昼无夜，称为极昼现象。在春分和秋分日，太阳直射赤道，全球各地昼长等于夜长。,北半球,春分,日日长为,12h,，春分日后，日长逐渐增长，大于,12h,，到,夏至,日达到最长，然后日长渐短，至秋分日又减少到,12h,，日夜等长。,秋分,过后，日长渐短，到,冬至,日达到最短。,太阳辐射时间长短的表示方法,1,）日照百分率,实照时数：,可照时数：例哈尔滨,9.6.13.01h 3.17 11.87h,日照百分率,=,实照时数,/,可照时数*,100%,全省,55-70%,2,）光照时间,在农业生产中把包括曙暮光在内的昼长时间叫光照时间。即：,光照时间,=,可照时间,+,曙暮光时间,太阳辐射在大气中的减弱,吸收作用,O,2,、,O,3,：紫外线,0.20.32m,云雾：红外线,减弱,14%,减弱,6%,H,2,O,：红外线,0.733m,CO,2,：红外线,4.3m,杂质：各类波长光谱,散射作用,晴朗的天空为什么是蓝色的？阴天为什么是灰白色的？,提问分析,减弱,10%,1,分子散射（直径,入射波长）,反射作用,减弱,27%,到达地面的太阳辐射,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,）。太阳高度角时空变化如何？,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,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,）,地区,哈尔滨,北京,杭州,南昌,广州,昆明,拉萨,太阳辐射,年总量,467941,565008,435716,495118,454816,522332,791003,到达地面太阳辐射光谱成分变化,空间变化：,太阳直接辐射光谱随太阳高度角降低（纬度增高）长波成分增加，反之减少。例：,h=5,时紫外线为,0,；可见光占,30%,；其余以红外线为主。海拔高度增加直接辐射中长、短波成分均增加。,大 气 层,时间变化：,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。,地面辐射和大气辐射,地面、大气辐射波长：,3-120m,地面辐射,地面辐射,E,1,：,地面辐射是低层大气的主要热源。波长：,3-80m,大气辐射,大气辐射：,波长：,7-120m,大气逆辐射,E,2,：,大气辐射投向地面部分称为大气逆辐射。,温室效应：,大气能透过短波辐射，吸收地面长波辐射使其不易逸出大气并以逆辐射形式返回地面部分能量，对地面有保温作用。称为温室效应。,E,1,E,2,大 气 层,地面有效辐射,1.,地面有效辐射,E,0,地面辐射减去大气逆辐射，称为地面有效辐射。晴天,E0=1.029w/m2,在冬季或夜间，地面收入的辐射能小于支出的辐射能（,E00,），使地面降温，严重时对植物造成冷害甚至冻害。农林生产中的地面覆盖、温室大棚等设施，都可以减少地面有效辐射，使地面及其一定空间内的空气温度保持相对稳定，有利于植物的正常生长或安全越冬。逆温时,E0,湿土；粗糙,光滑；有覆盖,气,E00,；地,气,E00,正午最大,;,夜间,R0,冬季,R0,正负转换时间因纬度而异,我国,39N,以南,R,为正值,以北为负值月份较多,.,光与作物生产,太阳辐射光谱与植物生长发育,紫外线与植物生长发育,1.,抑制植物生长,促进植物干物质积累，加速繁殖器官的形成。,例,1,高山植物之所以相对矮小；花卉色泽鲜艳。,例,2,温室、塑料大棚内的植物比较细长。,例,3,白炽灯光下栽培植物，生长的比较细长。,紫外线随太阳高度角和海拔高度如何变化？,2.,对土壤和种子有杀菌消毒作用,3.,对植物有刺激作用，促进种皮透性，提高种子萌发能力。,例：,农民在播前晒种、果树上山晒苗。,4.,促进植物果实成熟；提高果实含糖量，提高蛋白质和维生素含量，改善农产品质。,例,1,向阳的果子，色泽红润，口味香甜；,例,2,玻璃温室中栽培的黄瓜和番茄果实维,C,含量低于露地栽培,可见光与植物生长发育,光合有效辐射：,能被叶绿素吸收并参与光合作用的太阳辐射光谱。,植物主要吸收红橙光和蓝紫光，表现出较强的光合作用。,1,）蓝紫光使植物合成较多的蛋白质，红橙光下则形成较多的淀粉。,例,高山茶，纤维素含量较少，茶素和蛋白质含量高，为优质名茶。,2,）蓝紫光对植物生长有一定的抑制作用，影响植物向光运动。,例：,波斯菊、向日葵、麦杆菊的向光运动。（生长素浓度差异引起）,3,）黑光灯或萤光灯发出的短波光（,0.33-0.44m,），可诱杀害虫。,红外线与植物生长发育,不能被叶绿素吸收参与生化作用，只提供热量。,光照度与植物的生长发育,光照度影响植物光合作用,当,CO2,、,H2O,条件充足时，在一定温度和光照度范围内，光合强度（,CO2mol/dm2.h,）随光照度增加而增加，制造的有机物随之增多，相反光照度减弱，光合强度也减弱。制造的有机物随之减少。,光照度范围指：光饱和点光补偿点；,几种植物的光饱和点和光补偿点,小麦棉花水稻光饱和点（,lx,）,24000,3000050000,8000040000,50000,光补偿点（,lx,）,200,400,约,750600,700,植物光照生态类型有：,喜阳植物：,光补偿点（,500lx,1000lx,）、饱