叶株型与光能.pptx
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1、(一)太阳高度(角)与地面光照强度 P1551 太阳高度角太阳高度角 平行光线与水平面平行光线与水平面的交角的交角,简称太阳高度,其大小是简称太阳高度,其大小是单位水平表面获得太阳辐射能多单位水平表面获得太阳辐射能多少的决定因素。少的决定因素。AC为垂直于阳光的平面,其辐照为垂直于阳光的平面,其辐照度(度(W/m2)为为S,AB为水平表为水平表面,其辐照度为面,其辐照度为S,AB是是AC在在地表面的投影,两个面上的辐射地表面的投影,两个面上的辐射通量(通量(W,瓦)是相等的。,瓦)是相等的。辐射通量除以辐射辐射通量除以辐射通过的面积。(光通过的面积。(光通量和光照度)通量和光照度)水平面上的太
2、阳辐照度与太阳高度的正弦成正比。弦成正比。Sm:通过:通过m个大气后的直接个大气后的直接太阳辐射。太阳辐射。S:未受减弱的直接太阳辐射。:未受减弱的直接太阳辐射。P m:m个大气的平均透明系个大气的平均透明系数。数。由于由于P变化范围极小,大气质量(变化范围极小,大气质量(m)又决定于太阳高度角,所以)又决定于太阳高度角,所以太阳高度角在很大程度上起着决定性的作用。太阳高度角在很大程度上起着决定性的作用。当大气中的水汽或凝结当大气中的水汽或凝结物、微尘杂质多、云层浓密、而厚时,物、微尘杂质多、云层浓密、而厚时,P减少,如,雨天、多云、晴减少,如,雨天、多云、晴天,天,P不同不同。一天内地面的太
3、阳辐照度,在上午随着太阳高度角的增加而增强,一天内地面的太阳辐照度,在上午随着太阳高度角的增加而增强,在正午达到最大值,然后又随着太阳高度角的减低而减弱。在正午达到最大值,然后又随着太阳高度角的减低而减弱。高纬度地区(高纬度地区(40)太阳高度角低,通过大气的距离长,太阳)太阳高度角低,通过大气的距离长,太阳辐照度因而减弱,但季节的变化非常显著,。低纬度地区(辐照度因而减弱,但季节的变化非常显著,。低纬度地区(20)太)太阳高度角大,通过大气的距离短,太阳辐照度强,季节的变化不明显。阳高度角大,通过大气的距离短,太阳辐照度强,季节的变化不明显。海拔愈高空气愈稀薄,阳光通过大气的距离短海拔愈高空
4、气愈稀薄,阳光通过大气的距离短(大气质量大气质量 m少)少),因此太阳辐射强烈。,因此太阳辐射强烈。太阳辐射通过大气层时,由于受大气中的散射、吸收和反射影响,太阳辐射通过大气层时,由于受大气中的散射、吸收和反射影响,因此到达地面的辐射减弱,而且使一部分辐射改变了方向,成为散射因此到达地面的辐射减弱,而且使一部分辐射改变了方向,成为散射辐射。所以到达地面的太阳光是由直射光(有方向性)和散射两者所辐射。所以到达地面的太阳光是由直射光(有方向性)和散射两者所构成。构成。(二)叶着生状态与 光能利用 遮阴面积随叶挺立程度减少.直立叶有直立叶有利于向群体下层透光,而水平叶有利于截利于向群体下层透光,而水
5、平叶有利于截获光获光;所以直立叶和平展叶(弯曲)相比改善了群体的光照条件,提高了光能利用。上式 S 也是直射光的面积;A也是受光叶面积。A=S/sin1 叶角与受光叶面积叶角与受光叶面积 在叶片受光叶面积A按1/sin 增加的同时,叶面的光照度也按 sin 减弱相同的倍数-作物几何光学的正(余)弦定律。光通量(光通量(lm)lm)一定,入射面一定,入射面积愈大,光照度愈低。积愈大,光照度愈低。2 叶角与受光叶面积的光强叶角与受光叶面积的光强角度1015 20 3040 90 sin 0.1730.2590.3420.50.64311/sin 5.83.92.921.61S是光源时是光源时,设:
6、设:=90 时时,S光强光强、叶面积均为、叶面积均为1;由由 A=S/sin,随,随 减少,减少,A的光强的光强、受光叶面、受光叶面积分别是:积分别是:由作物的光饱和点和各地区作物生长季中的自然光强,由作物的光饱和点和各地区作物生长季中的自然光强,根据叶片着生角和截获光能关系,便可从理论上推算出不同根据叶片着生角和截获光能关系,便可从理论上推算出不同作物比较适宜的叶片着生角度。如水稻的光饱和点以作物比较适宜的叶片着生角度。如水稻的光饱和点以 40,000 lx计,而生长季中最大光强以计,而生长季中最大光强以100,000lx(夏季中(夏季中午)计,即为饱和点的午)计,即为饱和点的25倍,相应的
7、受光叶面积应为投影倍,相应的受光叶面积应为投影面积的面积的2.5倍,于是,倍,于是,sin=12.5=O.4,=23.33.在作物生育期内和一天之中,最大光照时间是较短的在作物生育期内和一天之中,最大光照时间是较短的(阴天(阴天10,00020,000lx,雨天仅几千,雨天仅几千lx),再考虑到),再考虑到群体中下层叶片的照光问题,上位叶的着生角度还可小些。群体中下层叶片的照光问题,上位叶的着生角度还可小些。一般认为水稻剑叶以一般认为水稻剑叶以15为宜,小麦以为宜,小麦以 20 为宜。玉米果穗为宜。玉米果穗以上的叶片着生角以以上的叶片着生角以10 为宜,中下部的叶片着生角较大为为宜,中下部的叶
8、片着生角较大为好,最下部的叶片着生角好,最下部的叶片着生角90 为好为好(PearceR,1968)。挺立叶在早晚弱光下,与阳光接近垂直,可以充分接挺立叶在早晚弱光下,与阳光接近垂直,可以充分接受光能进行光合作用,而在中午强光下,阳光斜射叶面,受光能进行光合作用,而在中午强光下,阳光斜射叶面,可以减少强光可以减少强光(伴随高温伴随高温)的不利影响,如对光合的抑制等。的不利影响,如对光合的抑制等。所以,挺立叶的光合作用通常比较强,如大麦叶片近直立所以,挺立叶的光合作用通常比较强,如大麦叶片近直立的品种比叶与茎成的品种比叶与茎成37 72 的品种,群体光合速率高出的品种,群体光合速率高出一倍左右。
9、一倍左右。(三)作物群体内光强分布1 Beerlamert定律:单色光通过有色真溶液时,光强按负指数衰减。日本学者提出,当作物叶片为水平、均匀分布,太阳直射光正午时从叶片最上层至下层,遵循Beerlamert定律,光强按负指数衰减。K:为群体消光系数,代表光强在叶层内垂直衰减速率,是常数。透光率 T(相对照度):某一叶层处的光强和群体冠层顶部自然光强的比值 ,透光率的对数和叶面积指数(F)间存在直线关系,即叶面积指数增大,群体透光率对数按比例(K)减少。2 群体消光系数群体消光系数3 不同作物类型K值差异:由 阔叶(双子叶:叶宽、叶片平展)和窄叶(禾本科叶狭长、直立),所以,平展叶群体内部光强
10、衰竭快。禾本科 (叶狭长、直立)K 0.30.5 豆科、棉花 (叶宽、水平配置)K 0.71.5-同一作物类型不同品种间 K值差异导致小麦群体内光强分布差异(例小麦不同株型品种)K值值 104 LX (104 LX)0.5106.073.682.231.350.820.500.300.7104.972.41.220.610.31.0103.681.350.50.18 若小麦的光补偿点1500 LX,值愈小,容纳的光合有效叶面积愈大,光合生产的规模较大,即群体物质生产结构合理。反之亦然。禾本科作物不同株型品种:值小常与 叶片直立上冲叶片直立上冲,株型紧凑联系株型紧凑联系;值大常与叶片平展,株型松
11、散联系叶片平展,株型松散联系。4.最适LAI的计算(光补偿点2倍)例:在 I0 分别是 3、6、8、10万.LX 光照下,值0.7时,小麦的光补偿点1500 LX,IF=3000,最适 LAI 分别为3.3、4.3、4.7、5.0。可见最适 LAI是自然光强、值的函数。值不同的群体LAI与CGR光照强度在群体内部呈负指数衰减K值值 105 LX0.5100.6070.3680.2230.1350.0820.0500.0320.7100.4970.240.1220.0610.0311.0100.3680.1350.050.018 不同不同K K值小麦群体内透光率值小麦群体内透光率 T(T(相对照
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