气象学读书报告

读书报告：太阳辐射与农业生产

陶媛 生态201301 20137244

学习了《太阳辐射与农业生产》这一章节，应该做一个总结和认识，便于更好的理解和学习该章节的知识。《太阳辐射与农业生产》一章节分为了三个大的板块。一、辐射波谱与农业生产；二、照与农业生产；三、光能利用与农业生产。书本从这三个方面详细的分析了太阳辐射对农业生产的影响。

一、 辐射波谱与农业生产。

（一）、不同波谱段太阳辐射的生物学意义

到达地面的太阳辐射光谱大致可分为紫外辐射光谱、可见光辐射光谱和红外辐射光谱。这三大波谱段都对农业生物有不同的生物学意义。

首先，谈一谈紫外辐射：其实到达地面的紫外辐射很少，其在太阳辐射里占得比例也是极少，但是却有着别的辐射都没有的较强的生物学意义。波长较短的紫外线可以抑制作物生长，杀死病菌孢子。紫外线波长＜290nm时对生物有伤害作用，并且波长越短其伤害性越大，被称之为灭生性辐射。幸好由于臭氧层吸收保护作用，使得这种辐射到达地面少，从而保护了地面生物。紫外线波长较长的部分对作物有刺激作用，可促进种子萌发。波长为320～400nm的紫外辐射，起形成和着色作用，如使植物变矮、颜色变深、叶片变厚等；紫外辐射还能促进果实成熟，提高蛋白质和维生素含量。

其次，可见光辐射是植物进行光合作用制造有机物质的能源。波长为610～760 nm的红、橙光被叶绿素吸收最强的光谱带，光合作用最强，表现为强光周期现象，在这段波谱作用之下，植物的光合作用、肉质直根、鳞茎、球茎等的形成过程、植物开花过程和光周期过程都在以最大的速度完成。波长为510～610nm的绿光，表现为低光合作用和植物的弱成形作用。波长为495～595nm的黄、绿光谱带是没有特殊意义的、低光合效率的弱活性带，叶片吸收极少，且几乎被绿色植物反射。波长为400～510nm的蓝、紫光，被叶绿素和黄色素强烈吸收的光谱带，表现为次强光合作用和成形作用，它的吸收效率只是红橙光谱带的一半，却同样对植物化学成分有强烈的影响，能够促进蛋白质和脂肪的合成和数量的增加，对叶片和质体的运动起主要作用，在大多数情况下延迟植物开花。

最后，红外光谱不被叶绿素吸收，不能参加光合作用，主要功能是热效应。波长大于1000nm的辐射，被植物吸收转化为热能，影响植物体温和蒸腾，可促进干物质积累，但不参加光合作用；波长为710～1000nm的辐射，只对植物伸长其作用。其中，720～800nm的

辐射称为远红外光，对光周期及种子形成有重要作用，并控制开花与果实的颜色。

显而易见，不同的太阳辐射光谱对植物的光合作用、色素形成、向光性、形态变化的影响是有不同的，但各个光谱都有着各自积极的生物学意义，它们共同影响着生物的生长。例如：红光有利于碳水化合物的积累，蓝光促进蛋白质和非碳水化合物的积累，紫外光则对植物的形状、颜色和品质优劣起重要作用，这就是高山、高原植物的茎叶短小、但色泽较深的原因。

（二）、光和有效辐射

太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱成分称为光合有效辐射。光合有效辐射的波长范围与可见光接近，不同研究者取值范围略有差异。能被植物吸收用于光合作用、色素合成、光周期现象和其他生理现象的太阳辐射波谱区称为生理辐射。在这个波谱区内量子能量使叶绿素分子呈激发状态，并将自身能量消耗在形成有机化合物上，故这段波谱也称光合有效辐射，严格来讲生理辐射的范围可比光合有效辐射略宽一些。从能量所占的比例来看，光合有效辐射占太阳直接辐射的50%，占散射辐射的60%左右，这是大气对可见光散射比较多造成的。

光合有效辐射是计算作物光合生产潜力的重要依据，对于确定光合作用和产量形成的辐射能利用系数，拟定最适作物群体结构等方面具有重要意义。但目前光合有效辐射的观测资料极少，一般采用经验公式计算。苏联学者叶菲莫娃提出计算光合有效辐射的经验公式：PAR=O. 0.43S'+0.57D（当太阳高度角＞20°时，用此公式计算光和有效辐射总量的误差不超过5%） 式中，PAR为到达地面的光合有效辐射日总量或月总量；s'和D分别为水平面上太阳直接辐射和散射辐射的日总量或月总量。

（三）、人工调节光质的尝试

根据不同波谱成分对植物生长的影响，可用人工改变光质的方法来改善作物生长。近年来有色薄膜在农业上的应用，受到国内外的广泛注意。我们可以通过人工改变光谱（主要是通过有色薄膜改变光质），来影响作物、蔬菜的生长，一般都能提高植物品质和产量。例如：用淡蓝色塑料膜育水稻秧苗，可促进初期生长，秧苗粗壮，扦秧后分蘖多．最终增加产量；紫色薄膜对茄子有增产作用；黄色薄膜能促进黄瓜叶色浓绿、叶片肥大、防病，并能延长生长期，增产效果显著。不同波长的光对植物生理和形态所起的作用是一个值得进一步研究的问题，它将农林牧业生产更广泛地应用有色薄膜提供依据。

二、 光照与农业生产

（一）、日照时间与植物生长发育

光周期现象是植物生长发育对昼夜长短的不同反应。即白天光照和夜间黑暗的交替与它们的持续时间对植物开花有很大的影响，称为光周期现象。根据光照长短与开花的关系可将作物分为三类：长日照植物、短日照植物、中性植物。

1、长日照植物——只有在光照时间长于某一时数才能开花，若减少就不能开花结实。如小麦、油菜、洋葱、豌豆等，若延长光照时间，就可使提前开花。长日照植物一般发源于高纬度地区，多为耐寒植物，若此类植物南引，则可能会出现不开花结实的现象。2、短日照植物——只有在光照时间短于某一时数才能开花，若延长光照就不能开花结实。如水稻、大豆、高粱、棉花、甘薯等，若缩短光照时间，就可使提前开花。这类植物多发源于低纬度地区，多为喜温植物。若此类植物北引时易出现延迟抽穗开化现象；南引时易出现早花早实现象。3、中性作物——不受光照时间长短的影响，均能开花结实如黄瓜、番茄、四季豆。

临界日照强度--将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。临界日照长度随植物生存环境的纬度而改变，一般临日照强度为12-14h，但特殊如长日照植物苍耳，临界光长可达16h；短日照植物天仙子，临界光长仅仅12h。

了解植物的光周期现象对植物的引种驯化工作非常重要，引种前必须注意植物开花对光周期的需要。不同地区与季节的光照时间不同，故引种时注意： （1）纬度相近的地区，因光照时间相近，成功的可能性大；（2）对短日照植物，南方品种北引时，导致生育期延长，甚至不能开花结实，因此应该引较早熟或感光弱的品种。相反，北方品种南引，日照变短，温度变高，缩短生育期，使其产量降低，故宜引晚熟或感光弱的品种；（3）对长日照植物，北方品种南引，由于日照变短，将延迟发育和成熟；南方品种北引时，反之。引种时还要考虑温度的抵偿或叠加作用

（二）、光照度与植物的生长发育

光照度就是阳光在物体表面的照度，其大小决定于可见光的强弱，它包括直射光和散射光，单位大小为1x。光照度对植物的光合作用起着重要的作用，在一定的光照度范围内，光合作用随光照度的增加而增加，但超过一定的光照度后，光合作用便保持一定的水平不再增加了，这种现象称为光饱和现象，这个光照度便是临界点，称光饱和点，在光饱和点以上的光照度对光合作用是无效的。光照度降低时，光合作用随之降低。当植物通过光合作用制造的有机物与呼吸作用消耗掉的物质相平衡时的光照度称为光补偿点。在光补偿点以下，植物的呼吸作用大于光合作用，消耗贮存的有机质。光饱和点与光补偿点随植物而异，根据植物对光照度的反应，可将其分为喜阳植物和喜阴植物。喜阳植物，尤其是荒漠植物或高山植

物，在中午直射光下也未达到光饱和。喜阴植物在海平面全光照1/10或更低时即达光饱和。喜阴植物的光补偿点为几百勒克斯，而喜阳植物的可达1000 lx以上。

强光有利于作物生殖器官的发育，相对的弱光照有利于营养生长。因此，多云的天气条件，对以植物营养器官为收获对象的作物有利；晴朗的天气条件，对以果实或籽粒为收获物的作物有利。遮光实验证明，在强光下，小麦可分化更多的小花，在弱光下，小花分化减少。强光还有利于黄瓜雌花增加，雄花减少。而弱光则使棉花营养体徒长，落铃严重，果树已形成的花芽可能退化，开花期和幼果期遇到长期光照不足会导致果实发育停滞甚至落果。

三、 光能利用与农业生产

（一）、太阳能利用率的定义及其计算

单位面积上作物收获物中所储存的能量与同期投射到该单位面积上太阳辐射能（或生理辐射）的百分比称为太阳能利用率。即：P = hm/∑(s'+ D)×100 % 式中：m为单位面积上作物产量的干重，如果是作物根茎叶果实全部干重，叫做生物学产量，据此而计算出的太阳能利用率，以Pb表示；如果m只是具有经济价值的收获物如籽粒、块茎、块根、果实、茶叶等的干重，称为经济产量，据此计算出的太阳能利用率可用Pe表示。H为每克干物质燃烧所产生的热量，称折能系数。（各种作物所含化合物成分不同，h值自然有差异。）（s'+

D）为到达单位水平表面上太阳直接辐射加散射辐射的日总量，∑（s'+ D）是全生长期中太阳总辐射日总量的总和。

（二）、提高太阳能利用率的途径

现代的研究结果表明，在水、热、矿物营养得到保证的情况下，光合有效辐射有效利用系数10%是理论上可能达到的产量上限。但实际只有0.5%-1.0%，高产田也不过为 2.0%，可见通过提高光能利用率来增产还是有很大的潜力。

目前，光能利用率低的主要原因：（1）生长初期植株矮小；（2）外界环境限制了作物的光合能力的提高，如二氧化碳等；（3）作物群体结构不合理导致群体内光分布不合理，限制了群体光合强度的提高；（4）作物的遗传特性限制了光合能力的提高；（5）农业气象灾害和病虫害等导致作物减产而限制光能利用率。

太阳辐射能是植物光合作用过程的惟一能源。从能量角度来看，提高单位面积的植物产量，就是提高光能利用率。提高植物光能利用率的基本问题是探明植物内在生理因素和外在生态条件，通过农业技术措施加以调节和改善。一方面通过培育和筛选高光合效率新品种来充分发挥植物个体光能利用潜力；另一方面通过耕作改制和农业技术手段来挖掘植物群体充分利用光能的潜力。

具体途径如下：（1）改革耕作制度，充分利用生长季节。在温度条件许可范围内，使一年中尽可能多的时间在耕地上长满作物；（2）采取合理的栽培措施，通过合理密植、间作套种、育苗移栽等技术，在不倒伏和不妨碍通风的前提下，扩大群体的叶面积指数，并维持较长的功能期，使之有利于光合产物的积累和运输；（3）选育高光效的作物品种，使作物新品种有好的株叶型，其光饱和点高，光补偿点低；（4）提高叶片的光合效率。抑制光合呼吸、补施二氧化碳肥等；（5）加强田间管理，改善作物群体的生态环境。如水肥、灭虫、除草等；

（6）果林方面，可采用林粮间作、抚育间伐、合理修剪、小株密植等措施。

总结：太阳辐射的光谱成分、光照度、光照时间以及植物利用了太阳能的多少，都影响着植物的生长发育、产量高低，以及植物的地理分布。太阳辐射能是地球上生物有机体的主要能量源泉，所以植物的光合作用使得所有的有机体与太阳辐射之间发生了最本质的联系，太阳辐射以光合效应、热效应、形态效应对植物生长发育的各个方面产生影响，决定了植物的产量形成和形态分布。总而言之，太阳辐射是植物生命活动的重要因素。

参考文献：《气象学》第二版 第二章 第四节

2014.11.25