植物生产的光照环境

第二章植物生产的光照环境第一节光对植物的生态作用一、 光的物理特性及时空变化太阳以不同波长的电磁波形式释放巨大的能量，其电磁波主要构成从伽马射线一直到红外线，形成连续的光谱，但大部分太阳辐射波长范围在0.4到4.0微米之间，其中波长0.38到0.76微米之间的光为人眼能看见的可见光，其余的则是人眼看不见的不可见光。根据可见光的波长可以将其分为红橙黄绿蓝紫6种颜色的光。在全部太阳辐射中，可见光约占近50%。光合作用所需的光都在可见光的范围内。由于地球外围有大气层，当太阳辐射穿过大气层投射到地面前，其辐射强度因大气的反射，吸收和散射等原因会受到明显的消减。减小量与大气层的各种成分组成及其量的多少有关。作为大气含量最多的氮气对太阳辐射的吸收很少。臭氧和氧气对紫外辐射有明显的吸收作用，其中大部分紫外辐射是由集中10到40千米高层大气中的臭氧吸收的。大气中的水气和二氧化碳主要吸收红外线。尘埃虽也有一定的吸收作用，但吸收量很小，除非空气中的含尘量非常大，才可能有明显的吸收。从以上所述可以看出，大气吸收带主要在太阳辐射光谱的两端区域，对可见光吸收非常少，这对植物的光合作用非常有利。由于大气层对太阳辐射的吸收和散射具有选择性，当太阳辐射通过大气后，不仅辐射强度减弱了，而且光谱成分也发生了变化。穿过的大气层越厚，紫外线和可见光所占的比例减少，长波光比例增大；穿过的大气层越薄，则结果相反。所以，低纬度的短波光多，高纬度的长波光多；随海拔的升高，短波光的量也随之增加。一年四季，夏季短波光较多，冬季长波光较多；一天中，中午短波光较多，早晚长波光较多。二、 光对植物生态作用（一） 光质对植物的生态作用植物的光合作用只是利用可见光的大部分，通常将这部分辐射成为生理有效辐射或光合有效辐射。在生理有效辐射中，红、橙光是被叶绿素吸收得最多的部分，具有最大的光合活性，所以也称为生理有效光。其次是蓝、紫光也能被叶绿素、胡萝卜素等强烈吸收，只有绿光在光合作用中很少给吸收利用。（二） 光照强度的生态效应地表的光照强度有其空间和时间上的变化规律。随纬度的增加光照强度减弱。纬度越低，太阳辐射穿过大气层的距离越短，则能量损失越小，单位地表所接受的辐射强度也就越大。纬度增加则相反。光照强度随海拔高度的升高而增强。因为随着海拔高度的升高，大气厚度相对减少，空气密度也随之减少。坡向和坡度也影响光照强度。如在北半球温度地区，太阳的位置偏南，南坡所受的辐射比平地多，北坡则较平地少。一年中，以夏季太阳辐射最大，冬季最弱。一天中，中午前后辐射最强，早晚最弱。对许多植物而言，光照强度没有大到可以阻碍生命活动的地步。但是，强光引起的温度升高，水分损失，对植物生命活动有着重大的影响。相反，光照不足对植物的影响更大，如小麦开花期，连绵的阴雨天气会影响小麦的产量。若环境中完全没有光照，绿色植物将无法生存。光照强度对植物的生长发育及形态结构的建成有重要的作用。光是绿色植物进行有机物合成的能量来源，而有机物积累的多少必然对植物的生长产生影响；植物许多器官的形成以及各器官和组织的比例都与光照强度有直接的关系。黄化（etiolation）现象就是光照不足或无光所引起的对植物生长及形态建成的影响，在这种条件下，植物体节间特别长，叶子不发达且小，缺少叶绿素而呈现黄色，植物体中的水分含量高，薄壁组织发达，机械组织和维管束的分化很差，特别是导水组织不发达；光照不足将引起植物体内养分供应出现障碍，可导致已经形成的花芽、果实发育不良或早期死亡，也会影响果实的品质。果树进行必要的修建，其目的之一就是为了使果树枝叶分布合理，使果树内外都能较好地接收光照，从而不影响开花、结果。植物在长期的进化过程中，对其自身生存的特定光照环境将产生相应的适应。根据植物对光照强度的适应性，可以把植物分为阳地植物、阴地植物和耐阴植物三大类型。了解植物与光照强度的关系，对农林业生产具有重要意义。无论是引种、栽培还是物种的驯化，都要考虑植物对光的需求和环境中的光照条件，并采取相应的措施。如植物南移，由于纬度减小，光照强度增强，需要考虑采取遮阴以避免植物不能很快适应强光环境。光补偿点(compensationpoint)当光合作用固定的二氧化碳恰与呼吸作用释放的二氧化碳相等时的光照强度，成为光补偿点。光照一旦超过补偿点，二氧化碳吸收量迅速增加，随着光照强度进一步增加，净光合速率又减慢，直到光合产物不再增加时的光照强度，成为光饱和点(saturationpoint)光照时间的生态作用光周期现象和类型植物和动物对昼夜长短日变化和年变化的反应称为光周期性。植物光周期的反应主要是诱导花芽的形成和开始休眠。加纳和阿拉德证实了1年生植物的开花期主要决定于光照时间的长短，根据植物开花所需要的日照长短，可区分为长日照植物、短日照植物和日中性植物。长日照植物一一较长日照条件下促进开花的植物，日照短于一定长度不能开花或推迟开花。用人工方法延长光照时数可提前开花。如菠菜是长日照植物，在春季短日照条件下生长营养体，经济和食用价值高，一到春末夏初日照时数渐长就开花结实不宜食用。短日照植物一一较短日照条件下促进开花的植物，日照超过一定长度便不开花或明显推迟开花。深秋或早春开花的植物多属此类，用人工缩短光照时间，可使这类植物提前开花。日中性植物一一完成开花和其他生命阶段与日照长短无关的植物称日中性植物，如番茄等蔬菜作物。植物的光周期性具有控制生长、诱导休眠、调节开花和打破休眠的作用。但木本植物的开花结实不仅受光周期控制，而且还有其他影响因素，如营养的积累和光照强度等。目前，对树木光周期反应的研究尚不够深入，大部分工作是用实生苗或插条完成的，光周期如何控制成年树木繁殖还了解不多，许多树种的开花似乎属于日中性型。树木在黑暗或连续光照下照样打破休眠，表明休眠的结束不是光调节现象，温度常是光周期反应的重要补充因子。光周期现象和植物地理分布光周期现象与植物的地理分布有关。地球上不同纬度的光周期是不一样的，在不同的环境中形成了相应的植物。短日照植物大多产于热带或亚热带；长日照植物大多产于温带和寒带。如果把短日照植物北移，由于日照时数增加，会延迟休眠的起始时间，易使植物收到冻害，其开花也可能因为长光周期而受到限制;如果长日照植物南移，会由于长日照