农业生物环境原理作物与大气

农业生物环境原理作物与大气第1页/共55页1.1大气层对生命的作用大气层及其对生命的意义地球表面到高空1100-1400km范围的空气层环绕地球的保护层,可防止昼夜的巨大温差大气，是确保活的有机体之间的气体交换的场所大气层对作物的影响直接影响：CO2、O2间接影响：光、热大气成分非常复杂（N78％，O21％，CO20.032%,惰性气体，H,CH4,NO,H2O,…第2页/共55页1.2CO2、O2的变化规律CO2的变化规律大气中CO2的相对含量影响因素：植被、有无CO2释放源CO2的日变化CO2的年变化：变化幅值20-40ppm自然界中CO2的循环过程O2的变化规律大气中O2的含量，稳定垂直分布变化较大海拔每升高100m，大气压降1kPa，O2分压降226Pa海拔3000m时，大气压由0m海拔的101.33KPa，降为70.13KPa，O2分压降由21.2KPa降至14.67KPa局部区域对O2的影响第3页/共55页1.3CO2、O2的生态作用CO2的生态作用光合原料O2的生态作用有机物的氧化与分解维持机体对热的需求植物体光合产物大气中O2与CO2的动态平衡动物与植物对O2的消耗植物光合作用产生的O2是呼吸作用消耗O2的20倍O2、CO2平衡的调节器（绿色植物）第4页/共55页2作物群体中CO2的变化规律CO2的日变化（什么原因？）白天夜间CO2的位相落后现象夜间作物群体内不同高度的大气中CO2浓度最高值的出现时间随高度而产生的位移推移现象。第5页/共55页2作物群体中CO2的变化规律作物群体内CO2浓度的垂直分布特征夜间，随高度而递减白天，浓度曲线呈弯曲现象，最低点在光合作用最强点处，然后上下递增。第6页/共55页3CO2进入作物体内的途径三段阻力理论扩散阻力与路径长短无关对于植物而言，CO2进入体内的多少，取决于叶片气孔开放程度的大小。气孔开放程度的大小，决定着CO2进入的速度？气体扩散过程中的阻力除气孔阻力可变外，基本是稳定的影响气孔开放度的因素光、温、湿、CO2浓度气孔—CO2互为调节系统气孔阻力随气孔开张度而变叶片气孔周围细胞间隙CO2分压降低，会促进气孔开张CO2扩散过程中的阻力有哪些？为什么气孔阻力是最主要的阻力？第7页/共55页4.1设施园艺中CO2的变化特征与设施外有明显的不同（？）夜间CO2浓度的变化其浓度可达0.05~0.07%，有时可达0.10%白天CO2浓度的变化日出后急降CO2饥饿开窗后接近室外引起CO2浓度日变化的因素通风设施类型（加温与否，朝向对光强的影响）栽培作物的生育期栽培床设施内部CO2的分布不均解释：在温室中，易出现中部高产、边区低产的原因？第8页/共55页CO2的最大积累量是由于夜间设施密闭，植物呼吸作用释放并积累而来。第9页/共55页4.1设施园艺中CO2的变化特征1、温室中CO2的收支情况

CO2施用

温室内空气CO2

光合成（昼）CO2气源室外CO2（昼夜）呼吸土壤中CO2

微生物

呼吸

呼吸

换气进入CO2室外浓度>室内

换气逸出CO2室外浓度<室内

土壤呼吸第10页/共55页4.2CO2浓度与光合速率CO2的光合补偿点(光合阈值)CO2光合饱和点一般作物的光合饱和点为1000~3000ppm不同作物的补偿点和饱和点亦不同第11页/共55页CO2利用率与光照强度有关弱光时，作物只能利用较低的CO2浓度强光时，作物能利用较高的CO2浓度。第12页/共55页4.3CO2施肥对作物生长发育的影响对作物体重的影响鲜重与干物质重单株重与壮苗地上部分增重效果与地下部分增重效果对叶生长的影响叶片长宽、叶面积叶片数量第13页/共55页4.3CO2施肥对作物生长发育的影响对作物体内成分的影响N、P、K的绝对量增加，但相对量变化不明显，P有下降趋势蛋白质、脂肪、碳水化合物增加对产量和品质的影响产量特别是早期产量果胶、糖、柠檬酸等的含量增加，有利于色泽、光泽度和果味的形成促进生长发育，增产，改善品质第14页/共55页4.4设施园艺栽培中CO2的应用应用场合增施的适宜浓度增施时期育苗：生育初期增施壮苗收获叶菜：定植期增施叶菜类的营养生长收获籽实：开花期增施产品收获施肥时间日出后30min至通风换气前30min施肥要求连续施肥思考：1）为何CO2施肥只适于在设施生产中使用？对收获籽实的作物，为什么不能在开花前增施？第15页/共55页适宜的浓度第16页/共55页施用时期第17页/共55页二氧化碳的使用适期幼苗期施用二氧化碳多是在幼苗出土后至20～30天；生产田施用二氧化碳多从果实膨大期开始，施用过早可能会出现徒长。第18页/共55页适宜施用CO2的植物生长期叶菜和根菜类在前期施用；果菜类蔬菜，为避免茎叶过于繁茂，应在开花结果期，CO2吸收量较快增长时开始施用。一天之内的施用时间光合产物量，一般作物上午占全天的3/4，下午仅占1/4光合产物分配，上午施用的CO2在果实、根中的分配比率较高；下午施用时、在叶内积累较多，将促使枝叶过于繁茂，还可能造成叶片内淀粉积累而早衰植物产品产量，果菜类蔬菜上午施用CO2的产量较高。第19页/共55页4.4设施园艺栽培中CO2的应用CO2来源干冰HCl与CaCO3之间的化学分解空气分离石化产品燃烧：丙烷气体，白煤油、液化气等二氧化碳发生器有机物发酵分解第20页/共55页燃烧法第21页/共55页第22页/共55页燃烧甲烷、白煤油释放CO2第23页/共55页释放纯二氧化碳

定量施放钢瓶中的压缩气体。第24页/共55页思考题：分析自然界、作物群体中CO2的变化规律，室内外环境中气体成分差异的原因及其变化特征。O2、CO2的生态作用。CO2进入作物体的途径。气孔是如何对进入作物体内的CO2浓度进行调节的？CO2进入作物体内需要克服哪些阻力？为什么气孔开张度是决定CO2扩散速度的最重要条件？大气成分对作物生产的作用。冠层结构对作物群体中二氧化碳分布有什么影响？如何在设施园艺中进行CO2施肥？如何利用二氧化碳实现作物增产？是否施用二氧化碳一定有效？第25页/共55页第26页/共55页自然界中CO2的循环过程空气中的CO2+H2O绿色植物光合作用有机物O2动物体呼吸废弃物微生物分解CO2呼吸＋第27页/共55页作物群体中CO2浓度的位相落后第28页/共55页作物群体中CO2浓度的垂直分布第29页/共55页CO2进入作物体的途径路径路径长度扩散介质阻力大气中的CO2输送至叶片附近较长，以m或cm计气相（湍流和对流）空气阻力叶片附近通过气孔进入叶肉细胞表面较短，小于1cm气相（扩散）气孔阻力1）全开：3~20s/cm2）关闭：35~80s/cm表皮阻力1）一般20~80s/cm2）最高200s/cm叶肉细胞表面到达光合作用点更短，小于1mm液相（扩散）1叶肉产生的阻力2原生质液产生的阻力3叶绿体到反应点路径中的阻力气相扩散阻力为液相的1万倍以上第30页/共55页设施内各部分CO2的分布情况第31页/共55页设施高度与CO2浓度的关系通风换气后CO2浓度变化大棚内CO2浓度日变化是否施有机物对CO2浓度的变化第32页/共55页第33页/共55页CO2浓度增高：

1）作物的鲜重、干物质重增大

2）幼苗单位株高的重量增大

3）地上部分增重效果优于地下部分

4）不同作物的饱和点不同第34页/共55页第35页/共55页5.O2的生物学效应6.气体成分与果蔬保鲜贮藏第5章作物与大气

第36页/共55页5.1呼吸代谢的类型有氧呼吸

C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2872J无氧呼吸

C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+100.5JC6H12O6→2CH3CHOHCOOH+75J呼吸代谢的意义能量贮存、能量释放、热平衡维持各种中间产物,从而来合成各种有机物第37页/共55页氧浓度下降时，无氧呼吸增高，而有氧呼吸降低无氧呼吸第38页/共55页5.2氧浓度与呼吸代谢的关系有氧呼吸对氧的要求有氧呼吸消失点氧浓度高低引起呼吸性质的改变缺氧短期缺氧对植物无害缺氧（限值为正常氧浓度的10%）对种子发芽、根系、土壤微生物有影响长期缺氧的后果酸、酒精中毒能量释放不足丙酮酸合成不能正常进行氧与果蔬成熟贮藏第39页/共55页5.3呼吸漂移和呼吸高峰呼吸强度：单位时间内单位质量样品CO2的释放量或O2的吸入量。呼吸漂移：生物体在某一生命阶段呼吸强度变化的趋势。呼吸高峰：呼吸漂移曲线的峰值。高峰型：苹果、香蕉等无高峰型：葡萄、柑橘等成熟激素与呼吸高峰乙烯（C2H4）第40页/共55页高峰型果蔬的特点呼吸高峰与其自身产生的乙烯平起平落第41页/共55页外加乙烯促进呼吸高峰出现及催熟反应第42页/共55页无高峰型果蔬生产的乙烯很少，外加乙烯不会明显刺激内源乙烯的生产，但能够产生类似呼吸高峰模式的呼吸变化第43页/共55页6.1O2在果蔬保鲜贮藏中的生理意义调节气体成分对呼吸代谢的影响

通过降低贮藏环境中氧浓度和提高二氧化碳浓度，既可降低呼吸强度、延缓衰老过程，又可抑制病原微生物生长发育，从而达到延长果蔬保鲜贮藏的目的。第44页/共55页6.1O2在果蔬保鲜贮藏中的生理意义促进成熟激素的形成O2的临界浓度：呼吸释放CO2最少时的O2浓度不同果蔬对O2浓度的敏感性不同低氧可抑制需氧微生物的生长，防止腐败第45页/共55页6.2CO2在果蔬保鲜贮藏中的生理意义与O2的作用相反呼吸过程抑制成熟激素的形成抑制外源乙烯的作用不同果蔬对CO2浓度的敏感性不同高浓度CO2较低O2更有害第46页/共55页CO2的生理效应细胞内高浓度二氧化碳可减弱成熟衰老的速度第47页/共55页适当提高CO2浓度，有利于延迟后熟衰老第48页/共55页6.3果蔬贮藏中环境因素的综合效应最适贮藏条件：对大多数果蔬来说，最适宜的贮藏条件是：温度0—4.4℃、氧3％、二氧化碳0—5％。限制因子效应过高氧浓度易造成梨的虎皮病,1-3%时则可抑制.互相补偿作用香蕉13.8℃冷害;但当CO2为5%、O25%时，可耐11.6℃拮抗作用果蔬贮藏与湿度果蔬贮藏与乙烯第49页/共55页6.4果蔬贮藏的目的和类型果蔬贮藏的目的延长鲜果供应时间满足加工要求防止变质和腐烂果蔬贮藏的类型简易贮藏通风贮藏机械冷藏调节气体贮藏第50页/共5