光與作物生產(chǎn)-PowerPointPresentati

1、第一章第一章 光與作物生產(chǎn)光與作物生產(chǎn) 生物環(huán)境：生物環(huán)境：植被、昆蟲、病害、雜草等植被、昆蟲、病害、雜草等農(nóng)業(yè)的自然環(huán)境農(nóng)業(yè)的自然環(huán)境 非生物環(huán)境：非生物環(huán)境：光照、溫度、水分、大氣、土壤光照、溫度、水分、大氣、土壤 及營養(yǎng)條件等及營養(yǎng)條件等 作物生產(chǎn)環(huán)境作物生產(chǎn)環(huán)境 包括土壤、肥料、氣象條件、栽培、植物生理包括土壤、肥料、氣象條件、栽培、植物生理 以及各種環(huán)境因子。以及各種環(huán)境因子。第一章第一章 光與作物生產(chǎn)光與作物生產(chǎn)本章教學(xué)結(jié)構(gòu)本章教學(xué)結(jié)構(gòu)教學(xué)要點教學(xué)要點教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容實驗實習(xí)實驗實習(xí)復(fù)習(xí)思考復(fù)習(xí)思考參考資料參考資料 教學(xué)要點教學(xué)要點作物生產(chǎn)的光照環(huán)境作物生產(chǎn)的光照環(huán)

2、境太陽輻射、地面輻射、大氣輻射、光合有效輻射。太陽輻射、地面輻射、大氣輻射、光合有效輻射。光照與作物的生長發(fā)育光照與作物的生長發(fā)育光照時間與作物的生長發(fā)育、光照強度與作物生長發(fā)育、光譜光照時間與作物的生長發(fā)育、光照強度與作物生長發(fā)育、光譜成分與作物的生長發(fā)育。成分與作物的生長發(fā)育。提高作物光能利用率的途徑提高作物光能利用率的途徑作物對光的利用、影響作物光能利用率及作物產(chǎn)量的因素、提作物對光的利用、影響作物光能利用率及作物產(chǎn)量的因素、提高光能利用率的途徑。高光能利用率的途徑。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解作物生產(chǎn)的通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解作物生產(chǎn)的光照環(huán)境及其變化規(guī)律，理解光照強度、光照環(huán)境

3、及其變化規(guī)律，理解光照強度、光周期、光質(zhì)等光環(huán)境因素對作物生長光周期、光質(zhì)等光環(huán)境因素對作物生長發(fā)育及作物產(chǎn)量的構(gòu)成因素的影響，掌發(fā)育及作物產(chǎn)量的構(gòu)成因素的影響，掌握提高光合效率的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，學(xué)會握提高光合效率的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，學(xué)會光照強的觀測技術(shù)光照強的觀測技術(shù)。第一節(jié)第一節(jié) 作物生產(chǎn)的光照環(huán)境作物生產(chǎn)的光照環(huán)境太陽輻射太陽輻射 太陽輻射光譜太陽輻射光譜 太陽輻照度太陽輻照度 太陽照射時間的長短太陽照射時間的長短太陽輻射在大氣中的減弱太陽輻射在大氣中的減弱 吸收作用吸收作用 散射作用散射作用 反射作用反射作用到達地面的太陽輻射、地面輻射平衡到達地面的太陽輻射、地面輻射平衡 到達地面太陽輻射能

4、量變化到達地面太陽輻射能量變化 到達地面太陽輻射光譜成分變化到達地面太陽輻射光譜成分變化地面輻射和大氣輻射地面輻射和大氣輻射 地面輻射地面輻射 大氣輻射大氣輻射 地面有效輻射地面有效輻射 地面輻射平衡地面輻射平衡 太陽輻射太陽輻射 太陽是一個巨大、熾熱、自行發(fā)光發(fā)熱太陽是一個巨大、熾熱、自行發(fā)光發(fā)熱的星球，內(nèi)部溫度高達的星球，內(nèi)部溫度高達1.51.5107 k107 k，表面溫，表面溫度可達度可達6000k6000k。太陽以電磁波的形式向外放太陽以電磁波的形式向外放射出巨大的能量，其輻射過程稱為太陽輻射，射出巨大的能量，其輻射過程稱為太陽輻射，放射出來的能量稱為太陽輻射能。放射出來的能量稱為太

5、陽輻射能。太陽輻射光譜：太陽輻射光譜：太陽輻射能隨波長的分布稱為太陽輻射光譜。太陽輻射能隨波長的分布稱為太陽輻射光譜。 不同波長的光量子所持的能量不同。不同波長的光量子所持的能量不同。到達地球大氣上界的太陽輻射光譜可劃分為：到達地球大氣上界的太陽輻射光譜可劃分為： 紫外光波段：紫外光波段： 390 nm390 nm； 可見光波段：可見光波段：390390760 nm760 nm； 紅外光波段：紅外光波段：760nm760nm； （近紅外光（近紅外光760760 2500nm 2500nm ；遠紅外光；遠紅外光2525 100 100m m） 波長單位：（波長單位：（nmnm或或m,1m=10m

6、,1m=10-6 -6m, 1nm=10m, 1nm=10-9 -9m m）分布范圍：太陽分布范圍：太陽0.15-4m0.15-4m（短波）地氣（短波）地氣3-120m3-120m（長波）（長波）不同波長的光量子所持的能量不同波長的光量子所持的能量 （nmnm）顏色顏色E E（kJ/molkJ/mol）400400紫外紫外297297400400425425紫紫289289425425490490藍藍2592599090560560綠綠222222560560580580黃黃209209580580640640橙橙197197640640740740紅紅721721太陽輻射光譜分區(qū)太陽輻射光譜

7、分區(qū)390 430 470 500 560 600 650 760nm 紫 藍 青 綠 黃 橙 紅10 390 760 100 000nm紫外光 可見光 紅 外 光太陽輻射光譜分區(qū)太陽輻射光譜分區(qū)太陽輻照度太陽輻照度 n太陽在單位時間內(nèi)通過或到達某一表面的輻射能稱為太陽輻射通量，單位是焦每秒（J/s）或瓦（W）。單位面積上的太陽輻射通量稱為太陽輻射通量密度（或太陽輻射度、太陽輻照度），單位是瓦每平方米（W/m2）。光照強度光照強度n也稱光照度或照度 光照強度表示物體被照明的程度，指可見光在單位面積上的光通量，國際單位制中光照強度的單位是勒克斯（lx）。大氣上界的太陽光照強度可達1.35105

8、lx(光照常數(shù))。 10 390 760 100 000nm紫外光 可見光 紅 外 光圖圖3-4 3-4 太陽光的連續(xù)光譜太陽光的連續(xù)光譜390 430 470 500 560 600 650 760nm 紫 藍 青 綠 黃 橙 紅太陽輻照度太陽輻照度 太陽輻照度：太陽輻照度：單位面積上的太陽輻射通量稱為太陽輻照度。單位（W/m2）。（單位時間內(nèi)通過某一表面的輻射能稱為太陽輻射通量，單位是：J/s）。太陽常數(shù)太陽常數(shù): : 在大氣上界垂直于太陽光方向測得的太陽輻照度稱為太陽輻射常數(shù)，約為1367+-7W/m2。光照度光照度 ： 光照強度表示物體被照明的程度，指可見光在單位面積上的光通量，單位是

9、勒克斯（lx）。光照常數(shù)：光照常數(shù)：指大氣上界的太陽光照度，可達1.35105 lx。 光照強度取決于人眼對可見光的平均感覺，所以光照強度與輻射強度是兩個不同的概念。一般來說，夏季晴天中午地面的光照強度約為1.0105 lx，陰天或背陰處光照強度為1.01042.0104 lx。 太陽高度角太陽高度角 太陽高度角是指太陽光線與水平面之間的夾角。 1) 太陽輻照度和太陽高度角的關(guān)系太陽輻照度和太陽高度角的關(guān)系到達地面的太陽輻照度和太陽高度角的正弦值成正比.2)太陽高度角的變化太陽高度角的變化一天和一年之中，太陽高度角發(fā)生規(guī)律性的變化，使地球的光熱條件也發(fā)生周期性變化。時間變化時間變化:一天中正午

10、太陽高度角最大,近日出太陽高度角最小。一年中 春分、秋分時太陽直射赤道，赤道上的太陽高度角最大，為90，向北、向南太陽高度角逐漸變小；北半球夏至日最大,冬至日最小. 空間變化：空間變化：正午的太陽高度角隨緯度增加而減小。春分、秋分太陽高度角隨著緯度的變化一天中正午的太陽高度角h=90-+哈爾濱市正午的太陽高度角：6.21 h=90-4541+2327=67463.21和9.23 h=90-4541=441912.2390-4541-2327=2052太陽輻射時間的長短太陽輻射時間的長短晝夜長短與緯度和季節(jié)的關(guān)系晝夜長短與緯度和季節(jié)的關(guān)系 冬至日北半球黑夜長于白晝，且隨緯度的增高，白晝越短，黑夜

11、越長，北極圈內(nèi)有夜無晝，稱為極夜現(xiàn)象；夏至日，北半球白晝長于黑夜，且隨緯度的增高，白晝越長，黑夜越短，北極圈內(nèi)有晝無夜，稱為極晝現(xiàn)象。在春分和秋分日，太陽直射赤道，全球各地晝長等于夜長。 北半球春分春分日日長為12h，春分日后，日長逐漸增長，大于12h，到夏至夏至日達到最長，然后日長漸短，至秋分日又減少到12h，日夜等長。秋分秋分過后，日長漸短，到冬至冬至日達到最短。太陽輻射時間長短的表示方法太陽輻射時間長短的表示方法 1）日照百分率）日照百分率 實照時數(shù)： 可照時數(shù)：例哈爾濱9.6. 13.01h 3.17 11.87h 日照百分率=實照時數(shù)/可照時數(shù)*100%全省55-70% 2）光照時間

12、）光照時間 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中把包括曙暮光在內(nèi)的晝長時間叫光照時間。即：光照時間=可照時間+曙暮光時間太陽輻射在大氣中的減弱太陽輻射在大氣中的減弱吸收作用吸收作用 O2、O3：紫外線0.20.32m 云霧：紅外線 減弱14% 減弱6% H2O：紅外線0.733m CO2：紅外線4.3m 雜質(zhì)：各類波長光譜散射作用散射作用 晴朗的天空為什么是藍色的？陰天為什么是灰白色的？ 提問分析提問分析 減弱10% 1分子散射（直徑入射波長）反射作用反射作用 減弱27% 到達地面的太陽輻射到達地面的太陽輻射 到達地面太陽輻射能量變化到達地面太陽輻射能量變化 太陽輻射穿過大氣時，因為被吸收、散射及反射而減弱，因此，到

13、達地面的太陽輻照度總是小于太陽輻射常數(shù)。其強弱主要決定于太陽高度角（h）和大氣透明度（P）。太陽高度角時空變化如何？ 1太陽直接輻射（太陽直接輻射（S ） 隨h 增大，S增強；隨P增大，S增強。反之S減弱。另外，海 拔高度越高，太陽直接輻射越強；反之則越弱。地球緯度的增高太陽直接輻射減弱。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可利用調(diào)節(jié)太陽高度角，提高對太陽輻能的吸收利用。例：例：大棚、溫室建造。 2散射輻射（散射輻射（D） 散射輻射指地面上獲得的來自整個天空大氣散 射出來的太陽輻射能。散射輻射強弱也受太陽高度角和空氣透明度等因素的影響。隨h 增大D也增強；h不變時，隨P增大，D減小。3太陽總輻射（太陽總輻射（Q）

14、太陽總輻射是指經(jīng)過地球大氣層的吸收、散射、反射輻射后到達地面的太陽輻射。太陽總輻射由太陽直接輻射和太陽漫輻射兩部分組成：Q = S + D總輻射的強弱也取決于太陽高度角、大氣透明度等因素。還與日照時數(shù)有關(guān)。晴天，總輻射的增減主要由太陽高度角決定?？傒椛涞娜铡⒛曜兓c太陽高度角的變化同步，即中午前后、夏季月份太陽總輻射量大，早晚、冬季月份太陽總輻射量小，夜間太陽總輻射為零。我國部分地區(qū)的太陽輻射年總量（我國部分地區(qū)的太陽輻射年總量（J/cm2） 地區(qū)哈爾濱 北京杭州南昌廣州昆明拉薩太陽輻射年總量467941565008435716495118454816522332791003 到達地面太陽輻射

15、光譜成分變化到達地面太陽輻射光譜成分變化 空間變化：空間變化：太陽直接輻射光譜隨太陽高度角降低（緯度增高）長波成分增加，反之減少。例：h=5時紫外線為0；可見光占30%；其余以紅外線為主。海拔高度增加直接輻射中長、短波成分均增加。大大 氣氣 層層時間變化：時間變化：一年中夏季短波成分多，冬季長波成分多。一天中正午短波成分多，早晚長波成分多。地面輻射和大氣輻射地面輻射和大氣輻射 地面、大氣輻射波長：3-120m地面輻射地面輻射地面輻射地面輻射E1：地面輻射是低層大氣的主要熱源。波長：3-80m 大氣輻射大氣輻射 大氣輻射：大氣輻射：波長：7-120m大氣逆輻射大氣逆輻射 E2：大氣輻射投向地面部

16、分稱為大氣逆輻射。溫室效應(yīng)：溫室效應(yīng)：大氣能透過短波輻射，吸收地面長波輻射使其不易逸出大氣并以逆輻射形式返回地面部分能量，對地面有保溫作用。稱為溫室效應(yīng)。E1E2大 氣 層地面有效輻射地面有效輻射 1.地面有效輻射地面有效輻射E0n地面輻射減去大氣逆輻射，稱為地面有效輻射。晴天E0=1.029w/m2n在冬季或夜間，地面收入的輻射能小于支出的輻射能（E00），使地面降溫，嚴(yán)重時對植物造成冷害甚至凍害。農(nóng)林生產(chǎn)中的地面覆蓋、溫室大棚等設(shè)施，都可以減少地面有效輻射，使地面及其一定空間內(nèi)的空氣溫度保持相對穩(wěn)定，有利于植物的正常生長或安全越冬。逆溫時E0濕土；粗糙光滑；有覆蓋氣E00；地氣E00正午最

17、大;夜間R0, 冬季R0正負轉(zhuǎn)換時間因緯度而異,我國39N以南R為正值,以北為負值月份較多.光與作物生產(chǎn)光與作物生產(chǎn)太陽輻射光譜與植物生長發(fā)育太陽輻射光譜與植物生長發(fā)育紫外線與植物生長發(fā)育紫外線與植物生長發(fā)育 1.抑制植物生長抑制植物生長促進植物干物質(zhì)積累，加速繁殖器官的形成。n例例1高山植物之所以相對矮?。换ɑ苌珴甚r艷。n例例2溫室、塑料大棚內(nèi)的植物比較細長。n例例3白熾燈光下栽培植物，生長的比較細長。n紫外線隨太陽高度角和海拔高度如何變化？2.對土壤和種子有殺菌消毒作用對土壤和種子有殺菌消毒作用3.對植物有刺激作用，促進種皮透性，提高種子萌發(fā)能力。對植物有刺激作用，促進種皮透性，提高種子萌

18、發(fā)能力。n例：例：農(nóng)民在播前曬種、果樹上山曬苗。4.促進植物果實成熟；提高果實含糖量，提高蛋白質(zhì)和維生素含量，改善促進植物果實成熟；提高果實含糖量，提高蛋白質(zhì)和維生素含量，改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)。n例例1向陽的果子，色澤紅潤，口味香甜； n例例2玻璃溫室中栽培的黃瓜和番茄果實維C含量低于露地栽培 可見光與植物生長發(fā)育可見光與植物生長發(fā)育光合有效輻射：光合有效輻射：能被葉綠素吸收并參與光合作用的太陽輻射光譜。植物主要吸收紅橙光和藍紫光，表現(xiàn)出較強的光合作用。1）藍紫光使植物合成較多的蛋白質(zhì)，紅橙光下則形成較多的淀粉。n例例高山茶，纖維素含量較少，茶素和蛋白質(zhì)含量高，為優(yōu)質(zhì)名茶。2）藍紫光對植物生

19、長有一定的抑制作用，影響植物向光運動。n例：例：波斯菊、向日葵、麥桿菊的向光運動。（生長素濃度差異引起）3）黑光燈或螢光燈發(fā)出的短波光（0.33-0.44m），可誘殺害蟲。紅外線與植物生長發(fā)育紅外線與植物生長發(fā)育n不能被葉綠素吸收參與生化作用，只提供熱量。光照度與植物的生長發(fā)育光照度與植物的生長發(fā)育光照度影響植物光合作用光照度影響植物光合作用 當(dāng)CO2、H2O條件充足時，在一定溫度和光照度范圍內(nèi)，光合強度（CO2mol/dm2.h）隨光照度增加而增加，制造的有機物隨之增多，相反光照度減弱，光合強度也減弱。制造的有機物隨之減少。光照度范圍指：光飽和點光補償點；幾種植物的光飽和點和光補償點幾種植物

20、的光飽和點和光補償點小麥棉花水稻光飽和點（lx）240003000050000800004000050000光補償點（lx）200400約750600700植物光照生態(tài)類型有：植物光照生態(tài)類型有：n喜陽植物：喜陽植物：光補償點（500lx1000lx）、飽和點較高（2.5lx6萬lx C4植物的高達10萬lx）。例例：如蒲公英、西瓜及許多農(nóng)作物。n耐陰植物耐陰植物：光補償點(500lx)、飽和點較低(1214）才能開花。日長越長，越促進或提早長日照植物開花；縮短日照時間，則會延遲甚至抑制長日照植物開花。例例：麥類、豌豆、亞麻、油菜、甜菜、葫蘿卜、洋蔥、蒜、菠菜、甘藍、月見草、唐菖蒲。原產(chǎn)于高緯

21、度。幾種長日照植物的臨界日長幾種長日照植物的臨界日長植物種類冬小麥菠菜甜菜白芥菜天仙子臨界日長（h）121313141411.52短日照植物短日照植物 短日照植物要求日照時間短于一定的臨界值（1214）才能開花。日長越短，越促進或提早短日照植物開花；延長日照時間，則會延遲或抑制短日照植物開花。例例：菊花、君子蘭、一品紅、報春花、大豆、玉米、高梁、豇豆、茼蒿。原產(chǎn)于低緯度。幾種短日照植物的臨界日長幾種短日照植物的臨界日長3中性日照植物中性日照植物 中性日照植物的成花對日照時間長短要求不嚴(yán)格，只要其它條件適宜，在自然光周期條件下都能開花。n例：例：茄子、黃瓜、四季豆、西紅柿、月季、美人蕉、大麗花、

22、香石竹、仙客來。植物美洲煙草草莓菊花蒼耳早大豆晚大豆臨界日長1410.511.51615.5171314光周期理論在農(nóng)生產(chǎn)中的應(yīng)用光周期理論在農(nóng)生產(chǎn)中的應(yīng)用 1.光照時間與植物引種光照時間與植物引種 （1）緯度相近或同緯度地區(qū)之間引種容易成功。 （2）短日照植物北種南引，生育期縮短，應(yīng)引晚熟品種，南種北引則相反。 （3）長日照植物北種南引生育期延遲，應(yīng)引早熟品種，南種北引則相反。n長日照植物有“溫抵償現(xiàn)象?！倍倘照罩参镉小肮鉁丿B加現(xiàn)象。”2.調(diào)節(jié)植物開花時間調(diào)節(jié)植物開花時間 例例 1 遮光可提早短日照花卉開花、延遲長日照花卉開花。菊花。 例例2 加人造光源延長日照時數(shù)或夜間閃光可提早長日照花卉

23、開花、延遲短日照花卉開花。 例例3 在育種工作中有時遇到雌雄親本花期不遇的問題，無法雜交。通過暗期閃光、人工延長光照時間或適當(dāng)遮光等技術(shù)措施調(diào)控光周期，使雌雄親本同時開花，以便順利雜交，培育新品種。3.改變植物休眠與促進植物生長改變植物休眠與促進植物生長n長日照條件能促進多年生植物的萌動生長，短日照條件則引起植 n物落葉及休眠。n例例1路燈旁的行道樹，因為燈光延長了日照時數(shù)，使園林樹木春季萌動、展葉早，落葉較晚，進入休眠晚，生長期長。n例例2秋季短日照條件下，很多植物因為葉片感受短日照刺激，產(chǎn)生脫落酸，從而促進落葉及休眠。提高植物光能利用率的途徑提高植物光能利用率的途徑植物光能的利用率：植物光

24、能的利用率：植物光合產(chǎn)物中貯存的能量占其所得到能量的百分率，稱為植物的光能利用率。n一般為0.5%1%，低產(chǎn)田只有0.1%0.2%，豐產(chǎn)田也3%左右。合理密植合理密植n合理密植是提高植物產(chǎn)量的重要措施之一。選育光能利用率高的品種選育光能利用率高的品種n在植物品種的選育過程中，應(yīng)選育具有矮稈抗倒伏、葉片較短較直立、葉片分布合理、耐蔭性較強、適于密植及青稈黃熟等特點的植物品種，這些特點有利于植物對光能的利用。生長季的太陽光能生長季的太陽光能n采用間作、套種、復(fù)種、立體栽培、育苗移栽、地膜覆蓋等。充分利用生長季，提高光能利用率。量之和生長季內(nèi)太陽輻射日總單位面積植物干重）燃燒值（100/8 .17g

25、kjEp提高光合強度提高光合強度 1人工補充光照人工補充光照 光線較弱時，增加人工光照可提高光合強度，如日光燈、反光幕等已廣泛應(yīng)用于蔬菜、瓜果及花卉的保護地栽培。2調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)溫度 溫度低時調(diào)控溫度，促進光合作用的進行。溫度高時，適當(dāng)降溫，降低呼吸消耗，增加凈積累。3改善改善CO2的供應(yīng)條件的供應(yīng)條件 合理密植，多施有機肥，增施CO2肥料。4降低光呼吸降低光呼吸 采取適當(dāng)措施增加凈光合積累，降低光呼吸消耗。 （1）適當(dāng)增加環(huán)境中CO2的濃度，降低光呼吸。 （2）利用光呼吸抑制劑降低光呼吸。亞硫酸氫鈉（大豆）、干冰加強田間管理加強田間管理n合理排灌、合理施肥、適時中耕松土、整枝修剪、防除雜草及病蟲害防治等。創(chuàng)造良好條件，有利于光合作用的進行，減少有機物消耗，調(diào)節(jié)光合產(chǎn)物的分配，提高植物產(chǎn)量。 復(fù)