作物生长环境单元3光照环境教学

作物生产技术专业/教学资源库作物生长的光照环境作物生长环境课程/陈丹/2014.03子单元1昼夜、季节和二十四节气子单元2太阳、地面及大气辐射子单元3

太阳辐射对农业生产的影响及调控技能训练

光照强度的测定学习目标学习任务单元小结思考题解学习目标1.了解昼夜、季节及二十四节气，太阳、地面及大气辐射的特点及三者的辐射交换。2.了解太阳辐射与农业生产及植物生长发育的关系；3.熟知太阳辐射对农业生产的影响；4.掌握光照度的观测、植物光照环境的调控技术、提高植物光能利用率的途径。1.掌握光照强度的测定方法；了解日照时数的测定方法；2.掌握季节的划分及二十四节气对农业生产的影响；3.了解太阳辐射的时空分布特点，能够测评作物生长的光照环境，采取有效的光照环境调控技术，提高植物光能利用率。知识目标能力目标学习任务通过文献及气候资料查阅、研究及分析方法了解季节的划分及二十四节气知识。通过知识传授教学方式了解太阳、地面及大气辐射的特点及三者的辐射交换；熟知太阳辐射对作物生长发育的影响；掌握作物光照环境的调控技术，提高作物光能利用率的途径。通过实验实训掌握光照度的观测。子单元1昼夜、季节和二十四节气地球在时刻不停地自转和公转,在自转的过程中,地球和太阳的相对位置发生变化,从而形成了昼夜昼夜二十四节气季节昼夜的形成太阳视运动昼夜长短日照时间一、昼夜——1、昼夜的形成子单元1昼夜、季节和二十四节气（1）太阳高度角(H)：指太阳光线与地平面的交角，简称太阳高度，H：0～90°，正午最大，早晚小。（2）太阳直射点：太阳高度角为90°时的太阳光线在地平面上的入射点（3）太阳方位角(A)：指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角

一、昼夜——2、太阳视运动昼夜的形成太阳视运动昼夜长短日照时间概念H运算A运算昼夜二十四节气季节子单元1昼夜、季节和二十四节气正午时刻太阳高度角的表达式：

H＝90°-φ+δφ表示太阳直射点的纬度，取正值

δ表示太阳赤纬夏半年取正值，冬半年取负值昼夜的形成太阳视运动昼夜长短日照时间概念H运算A运算昼夜二十四节气季节一、昼夜——2、太阳视运动子单元1昼夜、季节和二十四节气日出和日没时的太阳方位角的表达式：cosA=－sinδ／cosφ

方位角以正南方向为0°以西为正（正西方为+90°）以东为负（正东方为-90°）正北方为±180°昼夜的形成太阳视运动昼夜长短日照时间概念H运算A运算昼夜二十四节气季节一、昼夜——2、太阳视运动春秋分：δ＝0→cosA＝0→A＝90°夏半年：δ＞0→cosA＜0→A＞90°冬半年：δ＜0→cosA＞0→A＜90°想一想一年中，本地有多少次太阳直射机会？今天早上，太阳从哪个方位日出？一般地，在山坡种植果树时宜选什么坡向？一棵果树的哪个方位果实较甜？子单元1昼夜、季节和二十四节气昼夜二十四节气季节昼夜的形成太阳视运动昼夜长短日照时间一、昼夜——3、昼夜长短的变化规律子单元1昼夜、季节和二十四节气昼夜二十四节气季节子单元1昼夜、季节和二十四节气可照时间：指日出日落时间的时间间隔。决定于纬度的高低和季节。日照时间（实照时间）：太阳直射光实际照射的时间日照百分率：日照时数/可照时数*100%农业上的光照时间=可照时间+曙暮光时间曙暮光时间：日出前和日落后天空尚明亮的时间。一、昼夜——4、日照时间昼夜的形成太阳视运动昼夜长短日照时间昼夜二十四节气季节昼夜的形成太阳视运动昼夜长短日照时间我国几个城市太阳高度角及日照时间冬至夏至地点纬度太阳高度日照时数日出日没太阳高度日照时数日出日没漠河53°29′13°4′7°30′8：04-15：3359°58′16°55′3：22-20：23

北京39°54′26°40′9°12′7：33-16：5373°22′15°1′4：47-19：47广州23°8′43°25′10°34′7：03-17：4689°41′13°35′5：41-19：15南宁22°49′43°44′10°36′7：22-18：0689°22′13°24′6：02-19：34一、昼夜——4、日照时间子单元1昼夜、季节和二十四节气昼夜二十四节气季节二、季节四季古代（节气）民间习惯（农历月份）天文学（节气）气象学（公历月份）气候学

候平均气温(℃)春季立春至谷雨1～3春分到夏至3～510.0～22.0夏季立夏至大署4～6夏至到秋分6～8＞22.0秋季立秋至霜降7～9秋分到冬至9～1110.0～22.0冬季立冬至大寒10～12冬至到春分12～次年2＜10.0昼夜二十四节气季节子单元1昼夜、季节和二十四节气昼夜二十四节气季节子单元1昼夜、季节和二十四节气二十四节气起源于两千年前的黄河流域，是根据地球在公转轨道上的位置而确定的，把地球公转的轨道等分为24等分，每一等分为15°，地球每转过15°大约历时15d，规定为一个节气，根据当时的气候特征和物候反映给以命名，就是二十四节气三、二十四节气子单元2太阳、地面和大气辐射1、太阳辐射概念太阳以电磁波的形式向四周空间放射出的巨大能量称为太阳辐射太阳辐射是地球上最主要的能量源泉一、太阳辐射太阳辐射概念太阳辐射光谱太阳辐照度减弱作用太阳总辐射地面反射辐射太阳辐射地面和大气子单元2太阳、地面和大气辐射2、太阳辐射光谱太阳辐射光谱:太阳辐射能随波长的分布太阳辐射光谱主要集中在0.29～5.3μm，随着太阳高度角的降低，红橙光的比例增加，而蓝紫光的比例减少（P22表2～3）紫外线λ＜0.4μm生物学7%可见光0.4～0.76μm光效应50%红外线λ＞0.76μm热效应43%一、太阳辐射太阳辐射概念太阳辐射光谱太阳辐照度减弱作用太阳总辐射地面反射辐射太阳辐射地面和大气太阳辐射概念太阳辐射光谱太阳辐照度减弱作用太阳总辐射地面反射辐射子单元2太阳、地面和大气辐射3、太阳辐照度太阳辐照度：单位面积上的太阳辐射通量，单位为w·m－2太阳常数：当地球位于日地平均距离时，在大气上界，垂直于阳光的平面上单位时间、单位面积上所接受的太阳总辐射通量，称为太阳常数，其值为1367±7w·m－2，该条件下所产生的光强为13.5万Lx。一、太阳辐射如果不考虑大气的影响，到达地面的太阳辐照度随太阳高度角增大而增强

到达地面的太阳辐射一定小于太阳常数吗？太阳辐射地面和大气子单元2太阳、地面和大气辐射4、太阳辐射在大气中的减弱作用减弱方式：吸收、散射及反射吸收：具选择性。整个大气层对可见光几乎不吸收

散射：分子散射—短波蓝紫光散射能力最强粗粒散射—对各波长光具有同等散射力

反射：云量越多，反射作用越强一、太阳辐射太阳辐射概念太阳辐射光谱太阳辐照度减弱作用太阳总辐射地面反射辐射太阳辐射地面和大气子单元2太阳、地面和大气辐射减弱因子：太阳高度角、大气透明度

太阳辐射太阳辐射大气上界大气层地平线一、太阳辐射太阳辐射概念太阳辐射光谱太阳辐照度减弱作用太阳总辐射地面反射辐射太阳辐射地面和大气4、太阳辐射在大气中的减弱作用子单元2太阳、地面和大气辐射5、太阳总辐射太阳总辐射照度(Q)：太阳直接辐射照度与散射辐射照度之和Q=S+D

什么情况下Q为零？直接辐射中的生理辐射（也称光合辐射，即可见光）量仅占37%，散射辐射中的生理辐射量占50～60%，所以散射辐射容易被植物吸收和利用。一、太阳辐射太阳辐射概念太阳辐射光谱太阳辐照度减弱作用太阳总辐射地面反射辐射太阳辐射地面和大气子单元2太阳、地面和大气辐射总辐射日年变化：主要决定于太阳高度角，也受天气影响。由于散射作用，只有当太阳中心点达到地平线以下约7°时，Q才为零大气上界大气层地平线7°7°太阳辐射概念太阳辐射光谱太阳辐照度减弱作用太阳总辐射地面反射辐射太阳辐射地面和大气5、太阳总辐射一、太阳辐射6、地面反射辐射地面对太阳辐射的反射和吸收反射率：r吸收率：a=1—rQ=（S+D）（1－r）影响r的因子：地表颜色、湿度、粗糙度一、太阳辐射太阳辐射概念太阳辐射光谱太阳辐照度减弱作用太阳总辐射地面反射辐射太阳辐射地面和大气子单元2太阳、地面和大气辐射概念：地面辐射、大气辐射、大气逆辐射太阳辐射概念太阳辐射光谱太阳辐照度减弱作用太阳总辐射地面反射辐射子单元2太阳、地面和大气辐射一、地面和大气辐射太阳辐射地面和大气子单元2太阳、地面和大气辐射地面辐射是低层大气的主要热源大气的温室效应（热效应）地面有效辐射＝地面辐射－大气逆辐射地面有效辐射是表示地面与大气辐射交换时地面净损失的辐射能影响地面有效辐射的主要因素：地气温差、空气湿度、云况、风、下垫面性质、海拔高度二、地面和大气辐射太阳辐射地面和大气子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控λ＜0.29μm：灭生性辐射0.29～0.315μm：对大多数植物无害，消毒土壤，灭虫0.315～0.4μm：对植物无害，起成形作用、植物变短、叶片变厚。促使种子萌发、果着色、提高蛋白质、维生素、糖分的含量。一、光照与作物生长发育太阳光谱光照强度光照时间光照与作物光调控1、太阳辐射光谱（紫外线）紫外线可见光红外线子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控可见光：也称为光合辐射，又称生理辐射光合有效辐射：绿色植物进行光合作用时，被叶绿素吸收并参与光化反应的太阳辐射光谱成分。光合有效辐射的波谱为0.40～0.76μm，与可见光区基本重合一、光照与作物生长发育1、太阳辐射光谱（可见光）太阳光谱光照强度光照时间光照与作物光调控紫外线可见光红外线子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控促进光合作用、果实成熟、对作物萌芽和生长有刺激作用。但不能直接被叶绿体吸收。一、光照与作物生长发育1、太阳辐射光谱（红外线）太阳光谱光照强度光照时间光照与作物光调控紫外线可见光红外线子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控不同作物的光饱和点和光补偿点不同植物分类光补偿点光饱和点代表植物喜光植物0.5～4Klx25～60Klx玉米、花生、大豆耐荫植物<0.5Klx5～10Klx茶叶、生姜和韭菜一、光照与作物生长发育2、光照强度（影响光合作用）太阳光谱光照强度光照时间光照与作物光调控紫外线可见光红外线子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控一般强光有利于生殖生长，如黄瓜雌花数的增加弱光有利于营养生长。但当光照不足时，植株将黄化，茎秆柔软而缺乏韧性，容易倒伏一、光照与作物生长发育2、光照强度（影响作物发育进程）太阳光谱光照强度光照时间光照与作物光调控子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控叶色：当光照度强时，叶变淡，叶面粗糙，甚至叶片焦黄、枯萎。光照度适中叶绿而细腻，且有光泽。光照度弱叶色深而失去光泽（观赏叶）或颜色变浅（水稻、韭菜）。果实着色：光强促进着色植物产品的营养成分：光强促进糖分、蛋白质合成。一、光照与作物生长发育2、光照强度（影响作物品质）太阳光谱光照强度光照时间光照与作物光调控子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控植物光周期现象：植物对昼夜长短的反应植物对光周期的反应类型长日照植物：S＞12～14，原产高纬度地区，延长日照时间，促进开花。如菠菜、油菜、胡萝卜、白菜、洋葱、蒜等短日照植物：S＜12～14，原产低纬度地区，缩短日照时间，促进开花。如菊花、烟草、玉米、紫苏、大豆等一、光照与作物生长发育3、光照时间（植物光周期现象）太阳光谱光照强度光照时间光照与作物光调控子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控中间性植物：对日照时间长短不敏感。番茄、四季豆、黄瓜、月季花、向日葵等

特殊性作物：甘蔗临界光照长度：植物能够通过光周期而开花的最长或最短光照长度的临界值一、光照与作物生长发育3、光照时间（植物光周期现象）太阳光谱光照强度光照时间光照与作物光调控子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控不同光周期反应类型在一定条件下可以相互转化（如长日照植物园豌豆、黑麦、苜蓿低温下为中性植物；草莓15℃以上为短日照植物。）光周期影响植物的生长和形态形成一、光照与作物生长发育3、光照时间（植物光周期现象）太阳光谱光照强度光照时间光照与作物光调控子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控相近纬度地区间引种较易成功短日照植物引种南种北引宜选原产地较早熟的品种。北种南引宜选原产地晚熟品种。长日照植物引种北种南引宜选较早熟的品种，南种北引宜选晚熟品种。为何长日照植物比短日照植物更容易引种成功？一、光照与作物生长发育3、光照时间（光照时间与作物引种）太阳光谱光照强度光照时间光照与作物光调控子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控以收获营养体为目的的引种调节光照时间长短，抑制植物生殖生长。如长日照植物北种南引，宜选择晚熟品种，或选择秋季播种，以缩短光照一、光照与作物生长发育3、光照时间（光照时间与作物引种）太阳光谱光照强度光照时间光照与作物光调控子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控1、作物对光能的利用光能利用率：植物光合作用产物中贮存的能量占所得到的太阳能量的百分率光能利用率的理论计算值可达8%-10%，实际生产中仅有0.5%-1.0%二、作物生长的光环境调控光照与作物光调控子单元3太阳辐射对农业生产的影响及调控2、影响作物光能利用率及产量的因素二、作物生长的光环境调控叶面积小温度过低或过高光分布不合理中高纬度冬季低温

气孔关闭二氧化碳含量不足作物营养的缺乏自然灾害影响限制光能利用率的自然因素光照与作物光调控提高光能利用率的途径培育高光效品种合理的种植制度改进农田措施增加光合面积提高叶绿体内的光合效率延长生育期增强光合效率，减少呼吸消耗调节农田小气候光照与作物光调控技能训练

光照度的测定【目的要求】了解照度计的构造原理，掌握光照度的观测方法【仪器设备】照度计目的要求仪器设备实训操作原理方法技能训练

光照度的测定【构造原理与使用方法】1、照度计的构造原理照度计根据光电效应的原理制成。感光元件通常采用硅（或硒）光电池。当光线投射到光电池上时，光电池将光能转化为电能，所产生的电流强度与光照强度成正比。构造原理观测方法仪器维护目的要求仪器设备实训操作原理方法构造原理观测方法仪器维护技能训练

光照度的测定【构造原理与使用方法】2、光照度的观测方法打开电源选择适合的测量档打开光检测罩正面对准光源读数，连续观测3次，记录数据光检测器罩好，关闭仪表电源目的要求仪器设备实训操作原理方法【构造原理与使用方法】3、照度计的维护不要让光电池长时间暴露在光线（尤其是强光）下，不测量时应盖上遮光罩；要注意保持感应面的干洁技能训练

光照度的测定构造原理观测方法仪器维护目的要求仪器设备实训操作原理方法技能训练

光照度的测定【实训操作】1、观测一天日照时数，统计日照纸上的日照时数并计算日照百分率。2、选择3～4处测定点，用照度计观测不同光照环境下的光照度。目的要求仪器设备实训操作原理方法单元小结太阳位置由太阳高度角与太阳方位角综合定位；我国于北