提高光能利用率的过程

提高光能利用率的过程

要提高光能利用率，主要是通过延长光合时间、增加光合面积和加强光合效率等途径。

延长光合时间就是最大限度地利用光照时间，提高光能利用率。延长光合时间的措施有：

1．提高复种指数复种指数就是全年内农作物的收获面积对耕地面积之比。提高复种指数就是增加收获面积，延长单位土地面积上作物的光合时间。国内外无数事实说明，提高复种指数是充分利用光能、提高产量的有效措施。解放后，随着社会主义事业的发展，全国各地在耕作制度改革方面做了一系列工作，如将一年一熟制改为一年两熟制，两熟制改为三熟制，复种指数不断提高。提高复种指数的措施就是通过轮、间、套种。在一年内巧妙地搭配各种作物，从时间上和空间上更好地利用光能，缩短田地空闲时间，减少漏光率。

2．延长生育期在不影响耕作制度的前提下，适当延长作物的生育期。例如，前期要求早生快发，较早就有较大的光合面积；后期要求叶片不早衰。这样，光合时间就延长。当然，延长叶片寿命不能造成贪青，因为贪青徒长，光合产物用于形成营养器官，反而减产。

3．补充人工光照在小面积的栽培中，当阳光不足或日照时间过短时，还可用人工光照补充。日光灯的光谱成分与日光近似，而且发热微弱，是较理想的人工光源。白炽灯比较差，90％以上的电能都变成热能，温度过高，而且它的光谱成分与日光相比，蓝紫光过少，不利于植物生长。某些植物(例如黄瓜和番茄等)在白炽灯下仍然生长得很好。

(二)增加光合面积

光合面积即植物的绿色面积，主要是叶面积。它是影响产量最大，同时，又是最容易控制的一个方面。但叶面积过大，又会影响群体中的通风透光而引起一系列矛盾，所以，光合面积要适当。

1．合理密植合理密植是提高光能利用率的主要措施之一，因为它能够使群体得到最好的发展，有较合适的光合面积，充分利用日光能和地力。密植，不可太稀，不可太密。种得过稀，个体发展较好，但群体得不到充分发展，光能利用率低。种得过密，下层叶子受到光照少，在光补偿点以下，变成消费器官，光合生产率减弱，也会减产。

2．改变株型最近培育出比较优良的高产新品种(如水稻、小麦、玉米)，株型都具有共同的特征，即秆矮，叶直而小、厚，分蘖密集。株型改善，就能增加密植程度，增大光合面积，耐肥不倒伏，充分利用光能，提高光能利用率。

(三)加强光合效率

光、温、水、肥和二氧化碳等都可以影响单位绿叶面积的光合效率。C4植物利用CO2效率较高，光合效率也高，这里重点讲两种主要措施。

1．增加二氧化碳浓度前面已经讲过，空气中的CO2含量一般占体积的0.033％，即330mg／L，这个浓度与最适浓度CO2 (1000mg／L)相差太远，尤其是随着密植栽培，肥多水多，需要的CO2量就更多，空气中的CO2量满足不了要求。例如，小麦的光合速率一般为20～30mg CO2／dm2·h。以标准情况来算，空气中的CO2含量为0.65mg／L空气或0.65g ／m3空气。就是说，每dm2的小麦叶片进行光合作用，每h需要有3～5m3空气供给CO2。又如玉米，其光合速率为40～60mgCO2／dm2·h，那就是每h需要6～9m3空气供给CO2。显然，如果只靠空气中CO2本身的浓度差所造成的扩散作用为动力来移动补充，远远不能

满足作物的需要，特别在中午前后光合速率较快，株间的CO2最低(图3-37)。因此，通风良好就使大量空气(包括CO2)通过叶面，有利于光合作用正常进行。生产上要使田间通风良好，原因之一就是为了更好供应CO2。我国古农书《齐民要术》中提到“正其行、通其风”，也正是这个道理。

增加空气中的CO2浓度，光合速率就会增加，产量也会有所提高。增加室内环境的CO2浓度还是易行的，如燃烧液化石油气，用干冰(固体CO2)等办法。问题是怎样增加大田中的CO2浓度。这个问题目前还在试验探索阶段，有三个措施值得试行：(1)控制栽植规格和肥水，因地制宜选好行向，使后期通风良好。(2)增施有机肥料，使土壤微生物的数量增多、活动能力加强，分解有机物，放出CO2。土壤放出的CO2，一部分溶解于土壤溶液中供根部吸收，一部分扩散到空气中被叶子吸收。(3)深施碳酸氢铵肥料。这种肥料除了含有氮素外，还含有50％左右的CO2。

必须强调指出，增加CO2浓度固然可以提高光合速率，但是无限制地在全球范围提高CO2浓度，会产生“温室效应”(greenhouse effect)。所谓温室效应，是指在地球周围的大气层中，人类无限制地向地球大气层中排放CO2，使CO2浓度不断增长。本来太阳辐射下来的热，地球以红外线形式重新辐射到空间。由于大气层中的CO2能强烈地吸收红外线，太阳辐射的能量在大气层中就“易入难出”，温度上升，似温室一样(图3-38)。地球变暖，造成冰川融化，海水上升，会淹没沿海城市和农田；气候也异常，高温、干旱。所以温室效应已引起全球关注。防止温室效应加剧的办法是尽量减少燃烧时排放CO2，积极种植树木，吸收CO2。

2．降低光呼吸水稻、小麦、大豆等C3植物的光呼吸很显著，消耗光合刚刚合成的有机物总量的20～27%；而甘蔗等C4植物的光呼吸消耗很小，只有2～5％，甚至更少。为了提高水稻等C3植物的光合能力，要设法降低它们的光呼吸。降低光呼吸的措施主要有两种：(1)利用光呼吸抑制剂去抑制光呼吸，提高光合效率。例如，用乙醇酸氧化酶抑制剂［α-羟基磺酸类化合物，如α-羟基-2-吡啶甲烷磺酸(α-hydroxy-2-pyridine methanesulphonate，HPMS)及α-羟基丁炔酸(α-hydroxybutynoate，HBA)或其丁酯等〕。抑制乙醇酸变成乙醛酸，能使烟草叶子小圆片固定CO2速度明显增加。又如，以100mg／LNaHSO3喷洒大豆，1～6天后平均提高光合速率15.6％，抑制光呼吸32.2％；2，3-环氧丙酸也具有类似效果。(2)改变环境成分，尤其增加CO2浓度，使核酮糖二磷酸羧化酶氧化酶的羧化反应(固定CO2)占优势，减少其氧化反应的比例(减少光呼吸)，光能利用率就能大大提高。

潘瑞炽，植物生理学(第三版)，高等教育出版社