农业生物环境原理课件第2章_作物与光

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)1. 太阳辐射在大气中是如何变化的？2. 人在森林中为何感觉凉爽荫蔽？3. 早晚的太阳是红色的？4. 阴天的白天也能看得见？即使是阴天，植物仍可以生长？5. 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辐照度太阳照射时间的长短太阳照射时间的长短 太阳辐射在大气层中的变化2.1 2.1 太阳辐射的概念及组成太阳辐射的概念及组成 太阳辐射太阳辐射: :太阳是一个巨大、炽热、自行发光发太阳是一个巨大、炽热、自行发光发热的星球，内部温度高达热的星球，内部温度高达1.51.510107 7 k k，表面温度，表面温度可达可达6000k6000k。太阳以电磁波的形式向外放射出巨大。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。能量称为太阳辐射能。 太阳辐射光谱：太阳辐射光谱：太阳辐射能随波长的分布称为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太阳辐射光谱。不同波长的光量子所持的能量不同。同。到地球大气上界的太阳辐射光谱可划分为：到地球大气上界的太阳辐射光谱可划分为： 紫外光波段：紫外光波段： 390 nm390 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：可见光波段：390390760 nm760 nm；50% 红外光波段：红外光波段：760nm760nm； （近红外光（近红外光760760 2500nm 2500nm ；远红外光远红外光2525100100m m）；）； 48-49% 波长单位：（波长单位：（nmnm或或m,1m=10m,1m=10-6 -6m, 1nm=10m, 1nm=10-9 -9m m） 不同波长的光量子所持的能量不同波长的光量子所持的能量（nmnm）颜色颜色E E（kJ/molkJ/mol）400400紫外紫外297297390390435435紫紫289289435435490490蓝蓝259259490490560560绿绿222222560560580580黄黄209209580580640640橙橙197197640640740740红红721721太阳辐射光谱分区太阳辐射光谱分区 10 390 760 100 000nm紫外光 可见光 红 外 光图图 太阳光的连续光谱太阳光的连续光谱390 430 470 500 560 600 650 760nm 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红 人、植物对不同波长光的反应人：550nm植物： 640660nm, 430450nm 太阳辐照度：太阳辐照度： 太阳在单位时间内通过或到达某一表面的辐射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（能称为太阳辐射通量，单位是焦每秒（J/sJ/s）或瓦）或瓦（W W）。单位面积上的太阳辐射通量称为太阳辐射）。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），单位是通量密度（或太阳辐射度、太阳辐照度），单位是瓦每平方米（瓦每平方米（W/m2W/m2）。）。 太阳常数太阳常数: : 在大气上界垂直于太阳光方向测得的太阳辐照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度称为太阳辐射常数. . (19811981年世界气象组织推荐的太阳年世界气象组织推荐的太阳常数为常数为136713677W/m2 7W/m2 ，常采用，常采用1367W/m2 1367W/m2 ，且其值并不是固，且其值并不是固定不变，在定不变，在1325W/m2 1457W/m2 1325W/m2 1457W/m2 内波动内波动) )。 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光照度光照度 ： 表示物体被照明的程度，指可见光在单位面积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（上的光通量，单位是勒克斯（lxlx）。）。光照常数：光照常数：指大气上界的太阳光照度，可达指大气上界的太阳光照度，可达1.351.3510105 5 lx lx。 光照强度取决于人眼对可见光的平均感觉，所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说，夏季晴天中午地面的光照强度约为1.01.010105 5 lxlx，阴天或背阴处光照强度为，阴天或背阴处光照强度为1.01.010104 42.02.010104 4 lxlx。 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:换算单位不同光源太阳辐射荧光灯金属卤化灯高压钠灯白炽灯（W/m2）/klx3.932.733.132.83.96mol/（m2s）/ klx18.112.514.41419.9mol/（m2s）/ （W/m2）4.574.594.5955.02光合有效辐射照度、有效光量子流密度及照度之间的换算光合有效辐射照度、有效光量子流密度及照度之间的换算2.2 2.2 太阳辐射在大气层中的变化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 2.2 太阳辐射在大气层中的变化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 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，名词：大气中的射程，太阳高度角，大气透太阳高度角，大气透明系数明系数太阳高度角（太阳高度角（h h） 太阳光线与地球水平面的夹角。 计算公式：coscoscossinsinsinh观测点纬度（北纬为正）观测点纬度（北纬为正）;赤纬，即太阳直射点纬度（太阳直射光线与赤道赤纬，即太阳直射点纬度（太阳直射光线与赤道 平面之间的夹角）平面之间的夹角）;h时角，即用角度来表示时间。时角，即用角度来表示时间。正午：正午： =0 上午：上午： 0对于正午时，对于正午时， =0)90sin()cos(coscossinsinsinh 90正午h所以：15为为1h，如上午，如上午9点，点， 45 时角，即用角度来表示时间。时角，即用角度来表示时间。正午：正午： =0 上午：上午： 000+23.5-23.519太阳高度角太阳高度角 太阳高度角的变化太阳高度角的变化 时间变化时间变化: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9090，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：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：哈尔滨市正午的太阳高度角： 6.21 : h=90-4541+2327=6746 3.21和和9.23: h=90-4541=4419 12.23: 90-4541-2327=2052 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，紫思考：为什么海拔越高，紫外线越强烈？外线越强烈？波长（m)0.30.40.50.60.70.81.01.2透过率0.295 0.696 0.865 0.933 0.964 0.979 0.991 0.996 占通过大气层的47%直射辐射24%云光散射17%天光散射6% 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（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：例：大棚、温室建造。 2散射辐射（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 3 地表的光照条件地表的光照条件3太阳总辐射（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（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467941565008435716495118454816522332791003 （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夏季最大冬季最大(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 3 到达地面太阳辐射光谱到达地面太阳辐射光谱的的空间空间变化变化 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 3 到达地面太阳辐射光谱到达地面太阳辐射光谱成分变化变化太阳高度角大，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 3 到达地面太阳辐射光谱成分变化到达地面太阳辐射光谱成分变化思考：一年四季思考：一年四季日照时间与纬度日照时间与纬度的关系。的关系。夏半年，昼长夜短夏至昼最长，夜最短3 3 到达地面太阳辐射光谱成分变化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）春分秋分，昼夜平分。（两极除外） 从春到秋，日长夜短。从春到秋，日长夜短。 从秋到春，夜长日短。从秋到春，夜长日短。 站在赤道，日日平均。站在赤道，日日平均。 越往两极，夏年越长，越往两极，夏年越长， 走到北极，有昼无夜（夏半年）。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？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：思考： 单个叶片与植株群体的单个叶片与植株群体的差异；对不同波长的吸收差异；对不同波长的吸收能力。能力。茶丛的吸茶丛的吸收率远比收率远比单叶的吸单叶的吸收率高收率高叶片的叶片的透射与透射与反射能反射能力相当力相当冬小麦群体内辐射状况拔节孕穗扬花灌浆乳熟冠顶至离地40cm透过率（%）98805281冠顶至离地10cm透过率（%）1510141941截获率（ % ）（整层）90.585.481.167.259.4LAI（叶面积系数）98742群体光合速率g(CO2)/(m2h)3.889.286.558.102.72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 5 光对植物的影响光对植物的影响 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。 光合面积 有效叶面积：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。 最适叶面积系数最适叶面积系数： 使作物获得最大的生物产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。量和经济产量所对应的叶面积数。品种最适叶面积系数南瓜、冬瓜12茄子、番茄34黄瓜、菜豆45 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） 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？思考：如何给植物补光？为何要进行夜间补光？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：、光合速率： 2、光饱和现象、光饱和现象：0光饱和点光补偿点暗呼吸速度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各种作物的光补偿点和光饱和点5.2 5.2 光对植物的生物学效应光对植物的生物学效应光照度光质光周期5.2.1 5.2.1 光照度的生物学效应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 5.2.1 光照度的生物学效应光照度的生物学效应 营养生长叶片厚度、大小、色泽。叶片厚度、大小、色泽。茎粗细、节间长短。茎粗细、节间长短。强光下使苗木茎粗、低矮、节间缩短，促进根系生长干物质（干物质（DM)DM)重、含水量。重、含水量。强光可增加瓜果的含糖量；禾本科、豆科植物蛋白质也增加；弱光减少甜菜根含糖量和马铃薯块茎中淀粉含量。对作物营养生长的影响对作物营养生长的影响光照度与氮水平对番茄幼苗生长的影响5.2.1 5.2.1 光照度的生物学效应光照度的生物学效应 生殖生长生殖生长花芽分化时间、数量落花雄蕊（花粉质量与受精率）雌蕊（短花柱与受精率，子房发育）单性植株的同化能力 适当的弱光有利于植物的营养生长，而较强的光照有利于植物繁殖器官的发育。产量及品质。强光下黄瓜雌花增多，雄花减少，小麦小花也多对作物生殖生长的影响5.2.1 5.2.1 光照度的生物学效应光照度的生物学效应 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；5.2.1 5.2.1 光照度的生物学效应光照度的生物学效应 植物对光照度的适应植物对光照度的适应 阳性植物：阳性植物：在较强的光照条件下，才能生长健壮。如西瓜、甜瓜、番茄、茄子 阴性植物：阴性植物： 不耐较强的光照，遮荫下方能生长良好，不能忍受强烈的直射光线，如兰科植物 耐阴植物：耐阴植物： 一般喜欢阳光充足，但在微阴下生长也较好，如黄瓜、白菜 5.2.2 5.2.2 光质对植物的影响光质对植物的影响 生理有效辐射光合作用并不能利用光谱中所有波长的光能。可见光区（390nm760nm）的部分光波能被叶片吸收用于光合作用，这部分辐射称为生理有效辐射或光合有效辐射。生理有效光：红、橙、蓝 光质的生物学效应营养生长有机物的合成色素形成作物形态、向光性 有色覆盖材料的利用 紫外线与植物生长发育与植物生长发育 抑制植物生长抑制植物生长促进植物干物质积累，加速繁殖器官的形成。 高山植物之所以相对矮小；花卉色泽鲜艳。 温室、塑料大棚内的植物比较细长。 白炽灯光下栽培植物，生长的比较细长。 对土壤和种子有杀菌消毒作用对土壤和种子有杀菌消毒作用 对植物有刺激作用，促进种皮透性，提高种子萌发能力。对植物有刺激作用，促进种皮透性，提高种子萌发能力。 农民在播前晒种、果树上山晒苗。 促进植物果实成熟；提高果实含糖量，提高蛋白质和维促进植物果实成熟；提高果实含糖量，提高蛋白质和维生素含量，改善农产品品质。生素含量，改善农产品品质。 向阳的果子，色泽红润，口味香甜； 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 蓝紫光：影响植物的生长及幼芽的形成，抑影响植物的生长及幼芽的形成，抑制植物的伸长而使植物形成矮粗的形态；影制植物的伸长而使植物形成矮粗的形态；影响植物的向光性；促进花青素等植物色素的响植物的向光性；促进花青素等植物色素的形成；支配细胞分化；形成；支配细胞分化； 蓝光：蓝光：激活光合作用中同化激活光合作用中同化CO2的酶类；的酶类； 红光：促进植物伸长生长；促进植物伸长生长； 红外线：促进植物茎的伸长生长，促进植物种子或促进植物茎的伸长生长，促进植物种子或孢子的萌发，提高植物体温度等。孢子的萌发，提高植物体温度等。5.2.2 5.2.2 光质对植物的影响光质对植物的影响 人工光质调节有色覆盖材料的利用 浅蓝色：使秧苗及根系都较粗壮，插后成活快，生长茁壮，叶色浓绿，鲜重和叶重都增加。 黄色：促进黄瓜叶色浓绿、叶片肥大、防病，并能延长生长期，增产效果显著。LED光源的应用植物的光周期现象植物的光周期现象一天之中白昼与黑夜的相对长度叫光周期，这种昼夜长短的光暗交替，对植物开花结实的影响称为植物的光周期现象。5.2.3 光照时间对作物的影响光照时间对作物的影响5.2.3 5.2.3 光照时间对作物的影响光照时间对作物的影响 植物对光周期的适应植物对光周期的适应 短日照植物短日照植物日照长度必须短于一定时数（短于临界日长）才能开花或开花较多，称为短日照植物。如菊花、水稻、玉米。临界日长，对于短日照植物来说，是指引起植物开花的最大日长，对于长日照植物来说，则是引起开花反应的最小日长，日中性植物没有临界日长。5.2.3 5.2.3 光照时间对作物的影响光照时间对作物的影响植物对光周期的适应植物对光周期的适应 长日照植物长日照植物 日照长度必须长于一定时数（长于临界日长）才能开花或开花较多，如果适当延长光照，可提早开花。如小麦、甘蓝、萝卜等。 中间型植物中间型植物 光周期反应不敏感，在相当宽的光周期范围内，均可开花。如番茄、茄子、菜豆、辣椒。常见的日中性植物有四季豆、黄瓜、番茄、茄子、四季草莓和一些四季开花的花卉等。5.2.3 5.2.3 光照时间对作物的影响光照时间对作物的影响光周期的诱导光周期的诱导 光周期诱导光周期诱导：植物经过足够日数的适宜光周期后，即使再处于不适合的光周期下，仍能正常开花的现象。 光周期诱导的条件光周期诱导的条件：感光部位，日照强度，光的波长，暗中断处理，温度。 光周期刺激的感受和传导光周期刺激的感受和传导感受光周期的感受光周期的部位是叶片而部位是叶片而不是茎的生长不是茎的生长点点（1）感受 光周期诱导的部位光周期诱导的部位经过合适光周期诱导的叶片能向未经诱导的植株运输成花物质物质，诱导开花。传导传导光对暗期的中断效应光周期中暗期暗期长度对植株开花起决定决定性作用性作用暗期中断暗期中断 暗期中断暗期中断：在光周期的暗期给予短暂的低强度闪光，相当于增加光照时间，缩减暗期长度。 暗期中断暗期中断：在光周期的暗期给予短暂的低强度闪光，相当于增加光照时间，缩减暗期长度。 短日植物开花决定于光周期中的暗期长度，长日植物开花决定于光周期中的光照时间。 暗期中断阻碍短日植物开花，促进长日植物开花。 光周期诱导光周期诱导 暗期中断暗期中断：在光周期的暗期给予短暂的低强度闪光，相当于增加光照时间，缩减暗期长度。对光周期敏感的植物必须经适宜的光周期条件诱导才能开花，但引起植物开花的适宜的光周期处理并不需要一直持续到植物花芽的分化为止。达到一定生理年龄的植株，只需要一定时间的适宜的光周期处理，以后即使处在不适宜的光周期条件下，仍然可以长期保持光周期刺激的效果而诱导植物开花，这种现象称为光周期诱导光周期诱导大豆经三个以上适宜的光周期诱导即可开花但开花节数随诱导天数的增加而增加 品种引进-光周期要求 新种培育-调整温度光照 （缩短生育期，南繁北育） 营养生长-短日植物暗期中断 （甘蔗营养生长） 控制花期-调整温度光照 （菊花四季开）5.2.4 5.2.4 光周期理论在农业生产中的应用光周期理论在农业生产中的应用 光周期的应用光周期的应用-品种引进品种引进 植物生长季节（夏季），南方日照时间短黑夜时间长（短日照）；北方日照时间长黑夜时间短（长日照）。 长日植物南种北引，生育期缩短，应引晚熟品种；北种南引，生育期延长，应引早熟品种。 短日植物南种北引，生育期延长，应引早熟品种；北种南引，生育期缩短，应引晚熟品种。植物光能的利用率：植物光能的利用率：植物光合产物中贮存的能量占其所得到能量的百分率，称为植物的光能利用率。一般为0.5%1%，丰产田也3%左右。 合理密植：合理密植： 合理密植是提高植物产量的重要措施之一。 选育光能利用率高的品种：选育光能利用率高的品种：在植物品种的选育过程中，应选育具有矮秆抗倒伏、叶片较短较直立、叶片分布合理、耐荫性较强、适于密植及青秆黄熟等特点的植物品种，这些特点有利于植物对光能的利用。 充分利用生长季的太阳光能：充分利用生长季的太阳光能：采用间作、套种、复种、立体栽培、育苗移栽、地膜覆盖等。充分利用生长季光能利用率。量之和生长季内太阳辐射日总单位面积植物干重）燃烧值（100/8 .17gkjEp5.3 5.3 提高植物光能利用率的途径提高植物光能利用率的途径 提高光合强度提高光合强度 人工补充光照人工补充光照 光线较弱时，增加人工光照可提高光合强度，如日光灯、反光幕等已广泛应用于蔬菜、瓜果及花卉的保护地栽培。 调节温度调节温度 温度低时调控温度，促进光合作用的进行。温度高时，适当降温，降低呼吸消耗，增加净积累。 改善改善CO2的供应条件的供应条件 合理密植，多施有机肥，增施CO2肥料。 降低光呼吸降低光呼吸 采取适当措施增加净光合积累，降低光呼吸消耗。 适当增加环境中CO2的浓度，降低光呼吸。 利用光呼吸抑制剂降低光呼吸。亚硫酸氢钠（大豆）、干冰 加强田间管理：加强田间管理：合理排灌、合理施肥、适时中耕松土、整枝修剪、防除杂草及病虫害防治等。创造良好条件，有利于光合作用的进行，减少有机物消耗，调节光合产物的分配，提高植物产量。思考题：1. 光对植物的哪些方面有影响？其影响程度的强弱取决于什么？2. 叙述太阳辐射在地表的分布特征。地面所获得的太阳辐射受哪些因素的影响？3. 叙述太阳辐射在作物群体中的分布特征。4. 影响作物光能利用率的因素有哪些？5. 如何改善光照条件来提高作物的产量？6. 什么是生理有效辐射？7. 什么是光周期诱导？实际生产中人工控制光周期的目的是什么？6.国内外设施园艺发展概况7.设施园艺光环境的特点8.设施园艺的光环境调节第2章 作物与光(三)6 国内外设施园艺发展概况6.1 国外设施园艺发展概况 发达国家发展概况：自20世纪50年代以来，国外温室生产发展迅速；至20世纪7080年代已经形成了多种形式的工厂化生产工艺模式及配套的成套设施设备。现在的研究趋向于开发新型的有机农业生产模式，及回归自然的健康与安全农产品生产方式（包括温室生产），并根据各国的特点，研究开发全自动化和信息化的生产工艺方式及相应的配套工程技术和设施设备国别 面积（万亩） 特 点 单 产美国 29 全天候、基质 番茄54kg/m2 玻、PC、PE 黄瓜50kg/m2荷兰 18 全天候、玻璃、 番茄60kg/m2 （人均8 m2） 花60%、菜40% 玫瑰320支/m2以色列 5 花40%、菜60% 番茄50kg/m2 玫瑰300支/ m2现代日光温室现代日光温室6.2 我国设施园艺发展概况 我国温室的基本特点 单面坡日光温室占主导地位 日光温室的建筑方位基本为东西栋 近几年来，其他形式的温室发展迅速面积（万hm2） 特点 单产 小拱棚68.4 竹木钢筋PE 番茄2030kg/m2 大中棚69.9 钢管钢筋PE 黄瓜2530kg/m2 日光温室37.6 钢管钢筋PE 加温温室3.0 热镀锌玻璃 PC、PE 小计179 万hm2 人均13 m2/人; 设施蔬菜占有量：65kg/人7.1 设施园艺的光照特点 光量减少（覆盖材料、骨架材料） 分布不均匀（骨架阴影） 光质变化（覆盖材料的分光透过性）7.2 设施园艺的透光率 设施园艺光照条件的衡量指标光照条件的衡量指标透光率：进入设施内的太阳辐射/设施外的太阳辐射之比值 透光量与时间的关系：随时间不断变化 设施透光好坏（设施光环境好坏）的影响因素入射角（仅影响直射光）设施本身的因素 覆盖材料透光性能 设施内构件、设备等的遮光损失 覆盖材料的老化 水滴、尘埃等的透光损失0II普通玻璃和热反射玻璃（玻璃-膜-玻璃）的透光率 7.2 设施园艺的透光率 直射光的透光率入射角 建筑方位 屋面倾斜角 太阳高度角设施本身的因素 覆盖材料透光性能 设施内构件、设备等的遮光损失 覆盖材料的老化 水滴、尘埃等的透光损失 散射光的透光率（一）温室的方位和连栋与单栋 温室日平均直射光透过率单栋温室透光率高于连栋温室。 冬季东西栋温室透光率优于南北栋温室，约520；纬度越高，差异越明显。夏季相反。 东西栋在冬至时射光透过率最高，然后降低至夏至最低，而南北栋完全相反。季节变化季节变化室内光照均匀性，南北栋温室优于东西栋温室。 东西栋的平均透过率大于南北栋光照特点弱光带纬度、季节变化的趋势不同纬度、季节变化的趋势不同透过率与连栋数透过率与连栋数连栋数量越多，透过率降低连栋数越少，东西比南北栋的透过率高越明显透过率与温室进深长度透过率与温室进深长度进身越长，东西比南北栋的透过率高越明显连栋数不同产生的影响也不同连栋数不同产生的影响也不同项目单栋温室、大棚连栋温室、大棚采光面积总采光面积大总采光面积相对小建筑方位与透光率平均透光率60%以上。冬季：东西栋优于南北栋，5-20%；夏季：南北栋优于东西栋。建筑方位对透光率的影响随纬度增加而加剧，尤以南北栋变化更为明显；立春时间，对纬度15-30地区，建筑方位对透光率基本无影响。透光率50%左右。透光率随连栋数、温室进身、屋檐/门面而变化。连栋数愈多，建筑方位之间的差异愈小；进身越长，对南北栋的影响越大，而对东西栋无明显影响；屋檐/门面比值越大，透光率越高。就总体而言，连栋温室的透光率受建筑方位的影响较小。光量分布南北栋均匀，东西栋不均匀南北栋均匀，东西栋不均匀屋面倾角屋面倾角（ b b ）qqabbba东西栋温室正午时刻屋面日光入射图东西栋温室正午时刻屋面日光入射图南南北北南坡屋面南坡屋面日光入射角（日光入射角（ q q ） （正午）：（正午）：q q = 90- b b a a（太阳高度角）（太阳高度角）北坡屋面北坡屋面日光入射角（日光入射角（ q q ）：q q = 90+ b b - a a为保证南坡屋面透光率，要求，为保证南坡屋面透光率，要求，q q = 90- b b - a a 40有：有：b b 50- a a 在北纬在北纬40（北京地区），冬季正午太阳高度角（北京地区），冬季正午太阳高度角为为26.5，该时刻满足上述要求的屋面倾角，该时刻满足上述要求的屋面倾角 b b 23.5。 为保证冬至每日有一定时间段满足上述要求，则为保证冬至每日有一定时间段满足上述要求，则屋面倾角还应更大，理想的情况应有屋面倾角还应更大，理想的情况应有b b 30。 单栋温室大棚屋面倾斜角对直射光透光率的影响不同建筑方位下屋面倾斜角对直射光透光率的影响 连栋温室大棚国际标准：26.5南北影响不大南北影响不大辐射透过率（%）（北纬35）屋面倾角单栋温室连栋温室东西栋、直接辐射南北栋、直接辐射南北栋、散射辐射 屋面倾角 () 屋面倾角 () 屋面倾角 () 东西连栋在30度出现峰值 但连栋温室屋面倾角过大时，将导致屋脊高但连栋温室屋面倾角过大时，将导致屋脊高度度过高，前面的（南）屋面对后一（北）屋面产生过高，前面的（南）屋面对后一（北）屋面产生遮荫，会降低温室总体的直接辐射透过率。遮荫，会降低温室总体的直接辐射透过率。国际标准，连栋温室屋面倾角为国际标准，连栋温室屋面倾角为26.5南南北北114 北坡屋面不可能保证q 40，透光条件差，因此从透光的角度考虑，尽量减少后屋面的比例，屋面角可按接近太阳高度角确定，以使其屋脊、屋面、天沟阴影重合。 非对称双坡屋面温室非对称双坡屋面温室q qa ab bb b南南北北I、I0分别表示设施内外的光照度 散射光的透光率散射光的透光率 ss01231 1 1 1 温室结构材料遮光损失，一般温室为温室结构材料遮光损失，一般温室为0.050.15； 2 覆盖材料因老化的透光损失，一般可达覆盖材料因老化的透光损失，一般可达0.150.3 ； 3 尘埃污染和结露水滴的透光损失，一般水滴为尘埃污染和结露水滴的透光损失，一般水滴为0.20.3，尘埃，尘埃 为为0.150.2 ； s0 干洁新覆盖材料对散射辐射透过率，一般干洁新覆盖材料对散射辐射透过率，一般0.70.85；7.2 设施园艺的透光率7.3 设施构造物与光环境 各种材料的透光率 室内构件的遮光 换气扇的位置三、覆盖材料 各种材料的透过率对光合有效辐射的透过性相当7.4 邻栋间隔与光环境 单体温室与温室群 温室间隔的确定原则 邻栋温室间的间距南北栋东西栋邻栋间距W东西栋前后两排间距(m)T前排温室最高点的高度(m)Q冬至中午当地的太阳高度(度)QTWtan东西栋：檐高的2倍南北栋：檐高的1倍7.5 覆盖材料与光环境 覆盖材料的选择吸收性 覆盖材料的反射率与透光率 覆盖材料的污染与老化特殊覆盖材料的不同波长透过率特殊覆盖材料的不同波长透过率覆盖材料的反射率与透过率覆盖材料的反射率与透过率1、与入射角的关系123 光线散射光线散射设施园艺内散射光比例大，设施园艺内散射光比例大，有利于作物生长发育。有利于作物生长发育。Q直射光直射光q散散射光射光覆盖材料的老化8 设施园艺光环境的调节8.1 进行设施园艺光环境调节的意义 改变自然条件下光环境与作物生产之间的矛盾，实现优质、高效、高产，常年生产、满足市场需求 光量调控光量调控 (遮光,补光) 光周期调控光周期调控 (遮光,补光) 光质调控光质调控 (采用满足要求的具有特定光谱分采用满足要求的具有特定光谱分布的人工光源补光采用满足要求的具有特定布的人工光源补光采用满足要求的具有特定光谱透过率的覆盖材料光谱透过率的覆盖材料地区地区 西北地区西北地区 青藏高原青藏高原 内蒙地区内蒙地区 西南地区西南地区 东北地区东北地区 华北地区华北地区 年总辐射量(kcal/cm2) 130150 200 130170 120150 100130 110120 年日照时数（h） 26003000 3300 30003300 18002000 28003000 2000 日照百分率（%） 6070 7580 7075 60 6070 4050 一月平均气温（） 5-10 -20 以下 -6-20 1214 -6-30 0-12 七月平均气温（） 20以下 20 2024 2024 20以上 2628 特征 日照丰富日照丰富冬寒夏热冬寒夏热 日照充足日照充足冬冷夏凉冬冷夏凉 日照丰富日照丰富冬冬寒寒夏干燥夏干燥 冬暖夏凉冬暖夏凉湿度大湿度大 冬季寒冷冬季寒冷风雪压大风雪压大 冬冷夏热冬冷夏热风雪压小风雪压小 8.2 满足光照环境要求的调控工程手段满足光照环境要求的调控工程手段开发和选用合适的温室覆盖材料u 温室建设方面，采用合理的方位与温室结构u 人工调控 光强与光量调控 遮光调节（适当减弱光强） 光合补光（强光补充） 光周期调控 遮光调节（严密遮光）延长暗期（低于10Lx） 补光调节（ 50Lx以上弱光即可）延长光照时间 （整夜连续补光、早晚延长补光和夜间间断补光） 光质调控 采用满足要求的具有特定光谱分布的人工光源补光 采用满足要求的具有特定光谱透过率的覆盖材料8.2 人工调控遮光 应用场合：夏季 目的：缩短光照时间，满足短日照作物要求减弱光照强度降温 方法：室外加盖黑膜，外黑里红布帐遮阳设施、设备，反光膜（a） （b）内遮阳（云南）三折式拉幕系统8.2 人工调控补光 应用场合：夜间或冬季 目的：延长光照时间：调节花期，促进或抑制花芽分化，弥补光照时间不足增加光照度，促进光合作用增温 方法：人工光源：高压钠灯，卤化物灯，有色灯，荧光灯等要求：光质、光强满足要求；耐用，经济，方便光源配置补光系统8.3 密闭式植物工厂的光环境70m2年产年产300万棵万棵20m2年产年产45万棵万棵10m2年产年产15万棵万棵对不同光源的光谱分布、衰减率等特性指标和植物生理反馈等进行测试13009001900 mm13006002200 mmLED人工光源发光二极管（发光二极管（LED）u单色性，波谱域宽仅20nm左右；u没有中、长波红外辐射（对光合作用无效）的能量浪费，发热少，可实现近距离补光（提高光利用效率）；u辐射效率和光量子效率极高；u具有多种光色器件，可按需要组合不同单色（如红蓝）的LED满足植物光合作用对光谱的需要；u单体尺寸小，便于组合和使设备小型化；u使用寿命长（5万小时以上）；u价格高，尤其是蓝色LED目前价格较贵。思考题：1. 国内外设施园艺发展的特点是什么？2. 设施园艺的光照特点是什么？3. 影响设施园艺直射光透光率的因素有哪些？4. 怎样对设施园艺进行光环境调节？其意义是什么？