太阳辐射对植物生长影响.docx
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太阳辐射对植物生长影响
太阳辐射对植物生长发育的影响
姓名：
卢常磊
学号：
1001064113
专业：
种子科学与工程
一、光的生物学意义与植物的光学特性
（一）光是生物体生命活动的能量源泉
太阳辐射是地球上生物有机体的主要能量源泉。
地球上所有生命都靠来自太阳辐射提供生命活动的能量。
而植物的光合作用几乎使所有的有机体与太阳辐射之间发生了最本质联系。
同时，地球表面吸收一部分太阳辐射直接转变为热能，其中一部分用于水分蒸发，其余部分用于增加地表温度，因而太阳辐射也是构成地表热量和水分等分布状况的能量源泉。
到达地球上的太阳辐射主要的作用是产生光合效应、热效应和光的形态效应。
地球生物圈内的光辐射的生物学效应可分为：
1、有机物质组成，其中包括光合作用，维生素D的形成；2、物质输送；3、刺激作用，其中包括光周期现象、向光性、趋光性、感光性等。
光和热是动、植物生长发育和产量形成的根本条件。
光对叶绿素起着化学作用，没有光，不能产生叶绿素，也不能进行二氧化碳的合成。
光是植物进行光合作用的能量源泉。
光对植物的热效应，由于植物的蒸腾，不致使植物“体温”过高而“灼”死。
光还影响植物营养体形态的建成和生长发育以及叶的方位等。
太阳各种辐射光谱区对植物生命活动具有不同的重要性：
光对生物有机体的影响是由光照强度、光照长度、光谱成分的对比关系构成的。
植物光合作用利用太阳能的程度很低，绿色植物只能吸收落到叶子上太阳能的50%左右，其中又只有1-5%参与植物的光合过程。
而植物通过光合合成的物质却占到植物总干重的90—95%。
当前，我们还不能改变太阳能的大小及其在地球上的分布，但能提高到达地面上太阳能的利用率，特别是提高植物接受光能的面积和它们的利用率。
（二）植物单叶的光学特性
投射于叶面上的太阳辐射，可分为反射、吸收和透射三部分。
反射由内反射和外反射构成。
外反射是叶片表皮层与空气界面所发生的反射现象。
内反射是投射到叶子内部，又从投射一侧返回空气中的辐射。
进入叶子内部，部分被吸收、反射后，一部分光通过叶片到达另一侧，这部分光称为透射光。
与上述辐射相对应的百分率称为反射率、透射率、和吸收率。
关系为R+T+A=1。
叶片对太阳辐射的反射能力大小，主要决定于叶子本身的特点。
反射率在绿色部位呈现高峰，兰色及红色部位最低。
叶子的吸收绿叶有两个明显的吸收峰，主要在光合有效辐射部分和长波辐射部分，以长波辐射为最强。
叶肉组织吸收的大部分光线，依赖于色素类别，主要是叶绿素（a、b）和类胡萝卜素。
（三）群体叶片的光学特性
太阳进入农田植被中，受到植被中茎叶的层层削弱，有的被反射、有的被吸收、有的层层透射到达地面。
不同的植物，植物处于不同生长时段，对光的吸收、反射和透射不同，因而，光在植物群体内的分布曲线是不同的。
通常，我们用透光率来表征农田中的透光情况。
所谓透光率，就是农田中各高度的照度与农田上方照度的比值，常用小数或百分数表示，也称相对照度。
（四）绿色叶子的能量平衡
植物叶子吸收太阳能总量很大，但叶温没有强烈升高，是因为叶子吸收的能量极大部分用于其它过程，组成叶子的能量平衡。
能量的走向，一方面用于光合作用，在适宜条件下，用于叶子进行光合作用的能量约为2—5%，一般情况1-2%，甚至少于1%；用于向周围环境散热，余下的热量转化为热能。
二、光和有效辐射
（一）光和有效辐射概念
植物光合作用光谱比短波辐射的整个波长区狭窄的多。
植物能在没有紫外线和红外线的辐射谱段中正常地生长发育，决定着重要的生理学过程—光合作用、色素合成、光周期现象和其它生理现象的光谱区，通常称之为辐射的生理有效区，或称为生理辐射。
这段光谱称为光和有效辐射，波段大体在400—760之间。
（二）光和有效辐射的计算
在通常情况下，光和有效辐射一般同可见光波长范围十分接近，约占太阳总辐射的50%。
其球算方法要通过气候学计算方法，为目前求得光和有效辐射的主要手段。
公式为：
Qφ=0.43S+0.57D（其中S为水平面直接辐射，D为天空散射辐射，通过现有仪器，S和D可以直接测量。
）
三、光长和光强对植物的影响
（一）植物的光周期现象
1、光周期概念
光周期现象是指植物生长发育对昼夜长短的不同反应。
既白天光照和夜晚黑暗的交替与它们的持续时间对植物的开花有很大的影响，称为光周期现象。
这是植物内部节奏生物钟的一种表现。
自然季节的光周期变化使每天光长按规律加长或缩短。
它是对植物内部节奏的信号，植物知觉到光照长度的变化，由此来识别一年内时间的推移，因而光周期现象事实上是利用对光长的测量控制植物生理反应的现象。
自然界中很多植物的开花对光照长度非常敏感。
有的只有在光照长度超过一个临界值时开花，否则停留在营养状态，这类植物称之为长日性植物；有的植物只在光照长度短于一定临界值时开花，这类植物称之为短日性植物；还有一类中日性植物，是指当昼夜长短的比例接近于相等时才能开花的植物。
2、临界光照长度
植物分成长日性或短日性类型，需要一个客观的光照实数标准。
长日性植物要求光长不能短于这个界限长度，而短日性植物相反，不能长于这个界限长度。
短于或长于这个长度，长、短日性植物不能开花结实，而始终保持营养生长状态，这个界限长度既为临界光照长度。
临界光照长度是植物识别合适季节的度量，其数值与生境有密切关系。
（二）对光周期有效的光强及感应时期
1、对光周期有效的光强
在夜间用基本不能进行光合作用的弱光照射，仍然有延长光照长度的效果，因此，光周期现象与光合量无关，既与光合强度无关。
光照长度和生理反应强度之间的关系不仅对强光有效，对很弱的光强也有效。
2、光周期感应时期
植物的光周期所感应的是光期长度、还是暗期长度，光、暗期的比率是否起作用？
通过试验表明：
（1）在光周期所引起的成花诱导中，重要的因素不是光期长度，也不是光、暗期之比，而是暗期长度。
如不给予短日性植物一定时间以上的暗期，就不能进行花芽分化；相反如给予长日性植物一定时间以上的暗期，也不能进行花芽分化。
（2）即使给予足够长的暗期，如暗期中途给以“光中断”，暗期效果即消失。
（三）光周期学说在农业生产上的应用
1、引种
不同作物与品种具有不同的光周期性和感光性，而不同地区与季节的光照时间不同，所以在不同地区引种工作中，必须在意作物的光周期特性及引种地区的光照特点。
（1）短日性作物的北方品种向南方引种时，由于光照变短，温度增高，导致生育期缩短，可能出现早穗现象，穗小粒少。
南方品种向北引种时，由于光照变长，温度降低，导致延迟成熟，甚至不能抽穗开花。
（2）长日性作物的北方品种向南引种时，一般延迟成熟。
但南方温度较高，生育期是否延长，还要综合考虑。
南方品种向北引种时一般提早成熟，但北方温度较低，发育速度减慢，因此生育期长短也应综合分析。
（3）纬度和海拔高度相近地区引种，光温条件大致相同，生育期变化小，较易成功。
（4）在同一地区，平原与高原间相互引种，其延长或缩短的日数，决定于高度差引起的温度变化。
2、育种
根据亲本对光长反应的特性人为地延长或缩短光照时间，以便使亲本延迟或提早开花，促使花期相遇。
四、光照强度对植物的影响
（一）光强与光合作用
光饱和现象：
在一定的光照强度范围内，并在植物生长发育适宜的外界条件下，光合强度随着光照强度的增强而增强。
当光强超过一定限度时，光强再增大，光合强度并不相应增强，它以一个最高值为渐近线而不在上升，此种现象称为光饱和现象。
光—光合作用曲线成双曲线型。
单叶的光合作用曲线与群体的光合作用曲线不同。
光合作用曲线随群体繁茂程度有明显差异，在平均单位面积土地上，当叶面积较小时，比较弱的光就可以达到饱和；随着叶面积增大，光饱和的光照强度增大；对于非常繁茂的群体，可能不出现光饱和现象。
因繁茂程度引起的光合产量差异，通常是在弱光下小，强光下大。
（二）光强的变化与光合作用
在自然条件下，植物叶子所受的光强，不是恒定的。
投射到地表的光强，随着云层的有无而变化。
试验表明，用强弱光缓慢交替能明显提高光能利用率。
此种现象可以解释为：
在强光持续照射时，光合作用的暗反应过程便成为限速阶段，就是说在这样的条件下，与光反应产物数量相比，二氧化碳受体以及二氧化碳固定酶水平相对较低，而且二氧化碳固定初级产物的还原速度，也处于相对缓慢状态。
为此，光反应产物或中间产物便不能顺利地被消耗而有过剩现象。
这些产物中的不稳定物质不断地分解，结果，聚积的光能白白地被浪费掉。
而紧接着光期之后就插入暗期，光期所产生的光反应产物被消耗，反应顺利进行，过剩现象减少，光能白白浪费的现象减少。
（三）光饱和点和光补偿点
光饱和点：
处于光饱和时的光的临界点称为光饱和点。
叶片只有处于光饱和点的光强下，才能发挥其最大的制造与积累干物质的能力。
在光饱和点以上的光强不再对光合作用起作用。
光补偿点：
植物的光合强度和呼吸强度达到相等时的光强值。
在这一光强下，光合作用制造的产物与呼吸作用消耗的产物相等。
在光补偿点以上，植物的光合作用超过呼吸作用，可以积累有机物质。
在光补偿点以下，植物的呼吸作用超过光合作用，此时非但不能积累有机物质，反而要消耗贮存的有机物质，如长期在光补偿点以下，植株将逐渐枯黄以至死亡。
作物群体的光饱和点和光补偿点较单叶为高。
（四）植物群体的光合产量
求算群体的光合产量，是把作物群体在垂直高度上分成若干层，每层有不同的叶面积系数，利用透光率及单位叶面积的呼吸作用强度求算各层光合强度，整个群体的净光合强度就是各层叶面积净光合作用的总和。
在生产上要求达到最大光合作用强度，因而净生产率达到最大值时的叶面积系数才是最适叶面积系数。
最适叶面积与最大限度叶面积并不一致。
后者的出现常比后者为早。
叶面积大到一定限度，无论怎样调节全体光强衰减系数，最下层叶片仍然只能接受到光补偿点以下的光强。
（五）光照强度对植物生长发育的影响
植物的生长是以株高伸长、体积增大、体重干重增加、有机物质及所含能量的增长等形式而表现出来的光通过光合作用是导致有机物质及其所含能量增多的因素。
光强在作物的不同生育时期，所起的作用是不同的。
光强的衰减即使是同等程度、同样天数，在不同的生育时期，其对作物生长的影响也是不同的。
在这里我们学习一个概念，临界光期：
就是光强变化对作物产量影响最大的时期。
光照强度对植物的发育速度有影响。
光强过弱，往往阻碍植物的发育速度，以致延迟开花结果。
光强还影响产品的质量。
六、光能利用率及其提高
一、光能利用率的概念与计算
动植物的产量直接或间接来自光合作用，光合效率的提高是生物高产的物质基础。
植物一生中，光合效率高，制造和积累的有机物质就多，产量也就提高。
而太阳辐射能是植物光合过程的唯一能源，所以提高单位面积产量，从能量角度看，就是提高太阳辐射能的利用效率。
光能利用率：
是投射到作物表层的太阳能或光合有效辐射能被植物转化为化学能的比率。
光能利用率表达式为：
Eu=H*W/ΣQ*100%，式中，H为每一克干物质燃烧时释放的热量，也称单位质量的碳水化合物所含的热量，一般为177929.00焦耳/克，W是测定期间干物质的增加量（也既净生产量），ΣQ是同期的总辐射量。
二、影响光能利用率的因素
光能利用率是估算生产潜力的前提，农作物光能利用率的估算一般均假设其它环境因素和作物因子处于最佳状态，根据光资源的多寡进行计算。
生产潜力：
是在一系列最优条件组合下（如温度、水分、养分、土壤以及人与社会经济条件等），植物所能达到的生产力，这是植物的理论生产潜力，它仅取决于植物的光能利用率。
影响植物群体的光能利用率的因子，主要有光合面积、光合时间和光合能力。
（一）光合面积
光合面积主要指叶面积。
要提高植物群体的光能利用率，使单位土地面积上生产出更多的产品，首先要有足够的叶面积以截获更多的日光能，才能使单位面积土地上植物吸收的光能总量增加。
如果群体的总叶面积小，虽然其中的单株能得到较充分的光照，但群体的生产力，即单位面积土地的产量仍比郁闭的群体低。
所以在农业生产中，在一般单作的情况下，群体常采用合理密植的方式来提高光能利用率。
叶片的繁茂程度与光能利用率的高低直接相关。
在一定范围内，叶面积系数与光能利用率呈正比。
但叶面积过大时，反而降低群体总叶片的平均光合作用率。
要使群体有最大的光能利用率，就应求出最适叶面积系数值。
在作物群体内，最适叶面积系数还须与适合的叶片开张角和叶片配置方式直接影响叶片的受光量。
（二）光合时间
光合时间是指作物在整个生育期间或在全年中利用太阳能进行光合作用的时间。
适当延长植物的光合作用时间，可以增加体内有机物的积累而提高产量。
为了延长光合时间，农业栽培管理主要从两方面入手，一是延长叶片的寿命，即延长叶片的功能期，防止叶片早衰。
二是适当延长植物的生长期。
我国的间作套种是增加光合面积、延长光合时间，从而提高光合效率的有效措施。
（三）光合能力
光合能力：
当植物的环境因素处于最佳状态时，植物的最大净光合作用速率。
三、光能利用率的提高
提高作物光能利用率的基本问题是要探明作物产量的内在生理及外在生态因素，以便能自由地调节和控制这些因素。
作为一个群体，着重的是单位土地面积上的收获量，所以提高光能利用率的基本途径不外是改进个体和群体的光合生产，改善栽培措施和提高技术水平。
即一方面从个体角度上培育或筛选光合效能高和低光呼吸的种或品种；另一方面通过耕作改制和栽培技术水平的不断改进来实现。
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（一）增加植物对太阳能的吸收比例，减少透射、反射和漏射损失
1、增加群体中光合作用面积，即增加吸收太阳光能的叶面积
合理密植是充分利用光能、空间、地力、提高植物光能利用率的重要措施。
合理密植的关键是栽植密度要合理，即要有一个较大的叶面积系数，但又不能过大。
如果叶面积系数过大，会使叶片互相遮荫，植株中、下部的光照减弱，结果反而降低总叶片的平均光合作用率。
过于密植还会引起田间通风不良，不利于作物层内二氧化碳的运输和供应，易引起倒伏、病害等现象。
合理密植的限度是最适叶面积、即当群体净光合生产率达到最大值时的叶面积。
2、造成群体中多层立体配置
好的层次立体配置，就是由株型、叶型造成的多层立体配置，把绿色叶分成许多层。
上层绿色面留有一定空隙，投入一定量的光到第二层，这样逐层下射，一直到最下层。
这样，同样强度的太阳能，却减少了反射、透射、漏射的损耗，进行光合作用的绿色面大大增加。
作物的立体种植，广义上说就是立体农业，它是充分利用光能的有效措施。
（二）增加农作物生长的日数，高效利用全年太阳能进行光合生产
作物生长的苗期，会有大量太阳光漏射到地面上浪费掉，苗期占到整个作物生长期的三分之一左右，因此，充分挖掘这一段时间的光能利用潜力，是农业增产的一个重要问题。
间作套种则是解决这个问题的有效措施。
它能充分利用时间和空间，使田间作物始终有旺盛的群体，保持较高的光能利用率。
间作套种也提高了复种指数，延长了生长季节，较充分地利用了各种资源，从而提高了光能与土地利用率。
植物光能利用率最高的时期是生长旺期。
此期间前后光饱和点较小，而生长盛期天数一般只占全生育期的三分之一，因而尽量利用前茬作物多余的光进行光合生产，就可以弥补单位土地上叶面积的不足。
而后茬作物又在前茬作物收获后很快发展到生长最旺期。
这样，田间高光合效率的旺期就可以延续到几乎整个生长季节，就能充分利用生长季节的太阳辐射能，从而大大提高群体全年的光能利用率。
也较好地利用了热、水、气等资源。
（三）改善水、肥、热、气等外界条件，增加光合能力
二氧化碳在空气中的浓度很小，在320ppm左右，而一般植物光合作用的二氧化碳饱和点，一般为这个数的4-5倍，所以仅靠大气中二氧化碳扩散，往往是不能满足需要的，要求作物层内有一定的湍流交换强度，让新鲜空气不断地通过叶面以解决二氧化碳浓度的不足。
足够的水分也是加强光合作用所必需的。
叶片缺水，气孔开度减小，甚至关闭，便影响二氧化碳的吸收，蒸腾减弱，叶温增高，从而增加呼吸消耗，降低了净光合生产率。
（四）减少呼吸消耗，增加净光合生产率
（五）提高经济系数
农作物的实际产量=[（光合面积*光合能力*光合时间）—消耗]*经济系数，可称之为光合性能。
它是决定农作物产量高低和光能利用率大小的关键。
一切增产措施，归根到底，主要通过改善光合效能而起作用。
总之，光是植物生产有机物的能源，目前，植物的光能利用率还很低，若植物在生长期内总干物质的平均光能利用率能达到5%，亩产可达到3200-4000斤。
因而，设法提高植物的光能利用率，可以发挥农业生产的极大增产潜力。
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