第二章__植物生长的光环境调控

1、q要求深刻理解和熟练掌握的重点内容：要求深刻理解和熟练掌握的重点内容： 太阳辐射强度和太阳常数概念太阳辐射强度和太阳常数概念 太阳高度角变化规律太阳高度角变化规律 大气对太阳辐射的减弱大气对太阳辐射的减弱 到达地面的太阳辐射强度及影响因素到达地面的太阳辐射强度及影响因素 地面辐射差额有关概念、公式及变化规律地面辐射差额有关概念、公式及变化规律 光照与农业生产光照与农业生产q要求一般理解和掌握的内容：要求一般理解和掌握的内容：辐射及其特性辐射及其特性太阳辐射光谱、辐射波谱与农业生产太阳辐射光谱、辐射波谱与农业生产光能利用与农业生产光能利用与农业生产q难点：难点：太阳高度角、太阳方位角和昼长的计算

2、太阳高度角、太阳方位角和昼长的计算推导太阳直接辐射强度公式推导太阳直接辐射强度公式日照时间与作物引种日照时间与作物引种返回第一章 一、昼夜一、昼夜 1、昼夜的形成、昼夜的形成 地球在自转的过程中，地球在自转的过程中，总是有半个球面向着太阳，总是有半个球面向着太阳，表现为白昼，称为昼半球，表现为白昼，称为昼半球，另外半个球面背对着太阳，另外半个球面背对着太阳，表现为黑夜，称为夜半球。表现为黑夜，称为夜半球。地球不停的自转，就形成了地球不停的自转，就形成了昼夜交替的现象，如图昼夜交替的现象，如图11为昼夜形成示意图为昼夜形成示意图 。 图1-1 昼夜的形成 2、昼夜长短的变化、昼夜长短的变化 地球

3、在自转和公转的过程中，由于地轴和地球公转轨道面保持6633的倾角，使得晨昏线和地轴不在一个平面上（春秋分除外），又由于地球和太阳的相对位置经常发生变化，而地轴方向保持不变，使晨昏线也经常发生变化，进而形成了昼夜长短的变化 。 3、日照时间、日照时间v可照时数（昼长）v实照时数v日照百分率v光照时间从日出到日落太阳可能照射的昼长时间。它以小时为单位。 它是地面上用日照计实际测量的日照时数。受云层和遮蔽物的影响，由于散射辐射强度几乎达不到日照计感应强度，所以日照时数几乎可以说明太阳直接辐射的时数多少，即晴朗时数多少。它是实照时数与可照时数的百分比。它的大小说明晴阴状况，日照百分率大说明晴天多。 可

4、照时数（昼长）是日出至日没的时数，实际上，就民用和作物光合作用所需光照而言，在日出前和日落后，太阳光线在地平线以下0- 6时，光通过大气散射到地表产生一定光照度，这种光分别称曙光和暮光，所以 光照时间=可照时间+曙暮光时间二、季节二、季节（一）季节的形成（一）季节的形成 1、日照时间的长短、日照时间的长短 日照时间越长，地面接受日照时间越长，地面接受的太阳能量越多，而日照时间的长短，随太阳直的太阳能量越多，而日照时间的长短，随太阳直射地球的位置和纬度的变化而变化。射地球的位置和纬度的变化而变化。 一年中，太阳直射地球的地理纬度变动于南北一年中，太阳直射地球的地理纬度变动于南北纬纬2327之间，

5、南北纬之间，南北纬2327的纬线，分别称为南的纬线，分别称为南回归线和北回归线。如图回归线和北回归线。如图12为昼夜长短的季节为昼夜长短的季节变化示意图。变化示意图。 北半球昼长变化规律：北半球昼长变化规律： 相同纬度，昼长随季节变化，冬短夏长，春秋介于二者间； 夏季昼长随纬度升高而增长，冬季昼长随纬度升高而缩短，春、秋分则不随纬度升高而变。 夏至日 太阳直射北回归线，北半球昼长夜短，纬度愈高，白昼愈长，在北极圈内（66.5N）为24h白昼，称极昼现象；南半球则相反。此时，北半球为夏季，南半球为冬季。 冬至日 太阳直射南回归线，北半球昼短夜长，纬度愈高，白昼愈短，在北极圈内为24h黑夜，称极夜

6、现象；南半球则相反。此时北半球为冬季，南半球为夏季。 春分日和秋分日 太阳直射赤道，全球各纬度均昼夜平分，各为12h，北半球分别为春、秋季。2、太阳高度角的大小、太阳高度角的大小 太阳高度角（h）：太阳平行光线与水平面之间的夹角。 h = 0时最小，h = 90时最大。 （见右图） 太阳高度角（h）的变化： 一天中，早晨和傍晚，h最小，水平面上得到太阳能少；正午，h大，水平面上得到的太阳能多。 北半球：一年中，冬至h最小，夏至最大。所以，太阳辐射能夏季大，冬季小。（二）二十四节气（二）二十四节气 二十四节气是根据地球在绕太阳公转轨道上所处二十四节气是根据地球在绕太阳公转轨道上所处的位置而确定的

7、，反映了地球上冷暖变化与太阳位的位置而确定的，反映了地球上冷暖变化与太阳位置的关系，如图置的关系，如图13，地球公转与二十四节气划分。，地球公转与二十四节气划分。 图图13地球公转与二十四节气划分地球公转与二十四节气划分（二）二十四节气（二）二十四节气地球绕太阳公转一周要转地球绕太阳公转一周要转360度，期间地球要自转度，期间地球要自转365圈，历时圈，历时365天。天。把地球公转一周等分为二十四等份，第一等份为把地球公转一周等分为二十四等份，第一等份为15度，大约历时度，大约历时15天，这天，这15天为一个节气。天为一个节气。 春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连。春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连。

8、 秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。 上半年来六廿一，下半年来八廿三。上半年来六廿一，下半年来八廿三。 每年两节日期定，最多相差一两天。每年两节日期定，最多相差一两天。一、有关辐射的基本知识一、有关辐射的基本知识 1、辐射的概念、辐射的概念 物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式称辐射，传递交换的能量称辐射能量的方式称辐射，传递交换的能量称辐射能。 2、物体对辐射能的吸收、反射和透射、物体对辐射能的吸收、反射和透射 投射到物体上的辐射，并不能全部被物体所吸收，投射到物体上的辐射，并不能全部被物体所吸收，而是一部

9、分被它反射，一部分可能透过该物体。如而是一部分被它反射，一部分可能透过该物体。如图图14为物体对辐射的收、反射和投射的示意图。为物体对辐射的收、反射和投射的示意图。(Q)(Qa)(Qr)(Qt)物体对辐射吸收、反射和透射的能力，各以吸收率、反射率和透射率来表示： 吸收率（吸收率（a） a = Qa/Q 反射率（反射率（r） r = Qr/Q 透射率（透射率（t ） t = Qt/Q a + r + t =1 (1-3)图图14 物体对辐射的吸收、反射和投射物体对辐射的吸收、反射和投射二、太阳辐射二、太阳辐射 太阳是一个极其炽热的气态球体，中太阳是一个极其炽热的气态球体，中心温度为心温度为200

10、0万度，表面温度高达万度，表面温度高达6000K，在这样的高温下，太阳时刻，在这样的高温下，太阳时刻不停地把巨大的能量向四周放射能量，不停地把巨大的能量向四周放射能量，称为太阳辐射。称为太阳辐射。（一）太阳辐射光谱（一）太阳辐射光谱 太阳辐射光谱：太阳辐射能随波长的分布曲线称之。图中实线是大气上界的太阳辐射光谱，太阳辐射能绝大部分集中在波长1504000nm之间，占太阳辐射总能量的99%。v 可见光区（400760nm）能量占总能量的50%，具有光效应，是人类肉眼可见光谱区，也是植物光合作用的有效光谱区。可见光可按波长由长至短分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光。太阳辐射的最大波长m=475

11、nm，相当于青蓝光区波长。v 紫外线区（760nm）能量占总能量的43%，具有热效应，起着加热地面、大气、动、植物等物体的作用。（二）太阳辐照度（二）太阳辐照度1、太阳辐照度、太阳辐照度 太阳辐照度是反映太阳辐太阳辐照度是反映太阳辐射强弱程度的物理量。它指单位时间内垂射强弱程度的物理量。它指单位时间内垂直投射到单位面积上的太阳辐射能量，其直投射到单位面积上的太阳辐射能量，其单位为单位为J/ m2 。 当太阳和地球处于日地平均距离时，当太阳和地球处于日地平均距离时，在地球大气上界垂直于太阳光的平面上的在地球大气上界垂直于太阳光的平面上的太阳辐照度成为太阳常数。太阳辐照度成为太阳常数。 太阳常数并

12、不是一个恒定的常数。太阳常数并不是一个恒定的常数。（二）太阳辐照度（二）太阳辐照度 2、光照度、光照度 光照度是表示物体被光照射明亮程度光照度是表示物体被光照射明亮程度的物理量。它指单位时间内垂直投射到单的物理量。它指单位时间内垂直投射到单位面积上的对正常人眼能产生光亮感觉的位面积上的对正常人眼能产生光亮感觉的太阳辐射能量，其单位为太阳辐射能量，其单位为Lx（勒克斯）。（勒克斯）。（三）大气对太阳辐射的减弱（三）大气对太阳辐射的减弱若以大气上界得到的太阳辐射能为100%的话，经过大气层后，大气吸收了14%，大气散射和云层、地面反射共返回宇宙空间43%，能直达和散射到达地面且被地面吸收的仅43%

13、。可见大气减弱太阳辐射是强烈的。q 大气对太阳辐射的大气对太阳辐射的减弱方式减弱方式 吸收作用吸收作用 散射作用散射作用 反射作用反射作用 大气的某些成分，具有选择吸收某些波长的太阳辐射的特性，其中最主要的有O2、O3、水汽和CO2等。 O2、 O3：强烈吸收波长Ea，E常为正值，这说明地面由于放射长波辐射大于吸收的长波辐射而经常失去热量，E是地面净损失的热量。E愈大，地面热量损失愈多，降温愈剧烈。影响地面有效辐射的因素 1水汽 水汽是关键因素，空气中水汽含量增加，大气逆辐射增强，地面有效辐射减小，所以当天空有云、雾存在时，地面有效辐射较小，云层越厚云底越低，地面有效辐射越小。2风 风能促进对

14、流，使上层热量往下传递给地面，所以夜间有风时地面有效辐射较小。3地气温差 当地温高于气温时，地面有效辐射为正值，且随地气温差的增大而增大大气逆辐射增强，地面有效辐射减小，所以当天空有云、雾存在时，地面有效辐射较小，云层（这种情况多发生在白天）；当地温低于气温时，地面有效辐射为负值，且地气温差越大，地面有效辐射越小（这种情况多发生在夜间）。影响地面有效辐射的因素 4下垫面性质 有植被覆盖的较无植被覆盖的裸地地面有效辐射小；起伏不平的粗糙地面较平坦地面的有效辐射大；干燥的下垫面较潮湿的下垫面的有效辐射大。5覆盖 采用薄膜、草垫等材料在夜间覆盖时地面有效辐射减小。6海拔高度 随海拔高度的增加，水汽量

15、减少，大气逆辐射减小，所以地面有效辐射增大。四、地面辐射平衡四、地面辐射平衡v地面辐射差额公式地面辐射差额公式 地面辐射差额是指单位面积的地表面，在地面辐射差额是指单位面积的地表面，在一定时间内，辐射能的收入和支出之差。一定时间内，辐射能的收入和支出之差。 用用R表示。表示。 即：即：R=（S+D）（）（1-r）-E （1-6） （一）地面辐射平衡的变化规律（一）地面辐射平衡的变化规律 1、日变化、日变化 一天中，白天地面吸收的太阳总辐射远远大于地面有效辐射，R0，地面得到热量，温度升高。其中，一般情况下，SD，所以白天以S为主，则R的日变化与S的日变化基本一致，在中午前后达到最大值。夜间，（

16、S+D）（1-r）=0，R=-E，所以R0，地面失热而降温。 2、年变化、年变化 一年中，夏季，太阳辐射照度较强，R0；冬季，太阳辐射照度较弱，R0。正负值的转换月份因纬度而异，在低纬度R0的月份较多，随纬度增加，R0的月份减少。（二）影响地面净辐射的因素（二）影响地面净辐射的因素 1、太阳高度角、太阳高度角 地面净辐射一般随太阳高度角增大而增加，一天中以正午时刻的地面净辐射最大，一年中以夏季最大。 2、天气情况、天气情况 夜间云量增大时，地面有效辐射减小。 白天情况复杂。 3、地面特征、地面特征 湿土净辐射比干土的净辐射大。 植被层内白天净辐射比裸露土表小。1、不同波谱段的生物学意义、不同波

17、谱段的生物学意义 紫外辐射 可见光辐射 红外辐射小于0.29m的短紫外线对植物有机体有致伤作用，大多数高等植物或真菌在这种辐射线照射下几乎立即死亡。0.290.315m的紫外线对大多数植物有害，人们利用这部分紫外线消毒土壤、消灭农作物的病虫害。0.3150.4m的紫外线对植物无害，可起成形作用，可使植物墩实矮小，叶片变厚。可提高种子萌发能力。可使果品色泽红润、深沉，果品成熟期如缺少紫外线，则含糖量降低。但有些植物要防止紫外线才能获得良好的品质，如云雾茶、生姜等。可见光是太阳辐射波谱中与植物生长发育关系最密切的波段，绿色植物进行光合作用时，可见光被叶绿素吸收并参与光化学反应，所以可见光也称为光合

18、辐射，又称生理辐射。植物对光合辐射各种波长的吸收和利用是不同的，把参与作物光合作用并转化为有机物质而贮存起来的太阳辐射称为光合有效辐射。叶绿素的吸收高峰有两个，一个在0.400.50m（主要为蓝、紫光），一个在0.600.70m（主要为红、橙光），因此是植物光合作用效率最高的波长。可见光中蓝、紫光的光谱对植物（如向日葵）的向光性运动起着重要作用，当植物向光部分遇到这段光谱时，生长就受到抑制，比背光部位长得慢，导致植物向光性弯曲。可见，蓝、紫光具有防止茎叶徒长的作用。树林、花卉等向光部分长得慢，背光部分长得快，结果时间一长，植物会向光弯曲。可见光还可用于诱杀害虫，因为昆虫的视觉波长范围为0.25

19、0.70m，偏于短波，而且多数昆虫具有趋光性，这样，就可以在夜间利用萤光灯发出的较短光谱诱杀害虫。红外线具有热效应，它不直接参加植物有机质制造过程，却是影响植物热力状况的重要因素。红外线的热效应使植物的体温升高，从而促进植物的蒸腾和物质运输等生理过程，促进干物质的积累，而且外界环境的温度愈低，红外线的热效应愈大。 一、太阳辐射光谱对作物生长发育的影响一、太阳辐射光谱对作物生长发育的影响二、光照度对作物生长发育的影响二、光照度对作物生长发育的影响v 光饱和点和光补偿点 光饱和点：在一定光照度范围内，随着光照度的增加，光合效率也相应的增加。但当光照度超过一定限度时，光照度即使继续增大，光合效率也不

20、再增加。此时的光照度叫光饱和点，也称饱和光强。 光补偿点：植物呼吸作用与光合作用强度相等时的光照度称光补偿点，也称补偿光强。v 光照度与植物的产量和品质 多数栽培作物正常生长发育的适宜照度为800012000lx，光照过强或不足都能引起植物生长不良，产量降低，甚至死亡。 强光有利于作物繁殖器官的发育，相对的弱光却有利于营养生长。 光照度对植物产品质量有影响。生长在遮荫地的禾本科作物的蛋白质含量减少，糖用甜菜根中含糖量减少，马铃薯块茎中淀粉质也减少；光照条件好的瓜果含糖多而香甜可口。三、光照时间对作物生长发育的影响三、光照时间对作物生长发育的影响（一）日照时间与植物生长发育（一）日照时间与植物生

21、长发育植物的光周期现象植物的光周期现象 长日照植物 短日照植物 中性植物 在植物发育前期，要在较长白昼条件下，才能进入开花结实的植物。如小麦、大麦、马铃薯、甜菜、豌豆、落叶松等。这类植物要求日照愈长，发育（开花结实）越快。缩短日照则只长茎叶而延迟开花。该类植物一般发源于高纬地区，多为耐寒植物。 在植物发育前期，要在较短白昼条件下，才能进入开花结实的植物，如晚稻、玉米、棉花、大豆、茶树等。该类植物要求日照愈短，发育愈快，延长日照时间则只长茎叶而延迟或不开花。这类植物多发源于低纬地区，多为喜温植物。 这类植物对日照长短不敏感。如荞麦、茄子、黄瓜等。 植物被分成长、短日照植物类型，需要一个客观的日照时间长度标准，长于或短于这个长度，长、短日照植物都不能开花结实，绐终保持原有的营养生长状态，这个界限长度叫临界日照长度。一般以每日时间为12-14h为临界日照时间长度，但不是任何植物都如此。 光周期现象：昼夜交替，光暗变换及其时间长短对植物进入发育阶段（开花结果）的影响，称之。