第十三章辐射光照与农业
太阳辐射与农业生产关系
太阳辐射与农业生产关系（一）辐射波谱与农业生产到达地面的太阳辐射主要分为三种：紫外辐射、红外辐射、可见光辐射。
不同波段的太阳辐射对农业作物有不同的影响。
有的会促进植物根部，叶片，果实的发育，提高营养含量，有的会抑制作物的生长，有的甚至会对植物有一定的伤害。
1.紫外辐射较短波长的紫外辐射能抑制作物生长，杀死病菌孢子。
但是如果小于290nm，就会对植物造成伤害。
有的植物对于紫外线的耐受程度特别好，比如南欧黑松。
根据科学家的研究，如果用相当于火星表面的紫外线强度作为标准，来照射各种植物，番茄、豌豆等只要3－4小时就死去；黑麦、小麦、玉米等照射60－100小时，能杀死叶片；而南欧黑松照射635小时，仍旧活着。
这是对紫外线忍受能力最强的植物。
对于其他抗紫外辐射能力不强的作物，臭氧层能够吸收较短的紫外线，保护了这些地面生物。
而波长较长的紫外辐射能够促进植物种子的萌发。
农民播种前晒种就是应用的这个原理。
适宜丰富的紫外辐射能够能促进果实成熟，提高蛋白质、维生素和糖分含量，因此，向阳的果实比较香甜。
高山，高原的紫外线丰富，因此植物根部发达，茎叶短小，也面窄小。
2．可见光辐射对作物生长有意义的波长主要为400-760nm，最有效的为叶绿素主要吸收的红橙光和蓝紫光。
在波长610-760nm的红橙光谱区，植物的光合作用、肉质直根鳞茎、球茎等的形成过程和开花过程和光周期过程都以最大速度进行。
植物叶绿素中的叶绿素a.b主要吸收红橙光，因此这一波段的可见光辐射能促进光合作用的进行。
在730nm和660nm附近的红光影响长日照植物和短日照植物的开花，茎的伸长和种子萌发。
红橙光也能促进糖类的合成。
波长在400-510nm的蓝紫光也是叶绿素主要吸收的光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收的就是蓝紫光。
因此能促进植物的光合作用，促进植物蛋白质和脂肪的合成。
大多数情况下也会延迟植物的开花。
3．红外辐射红外辐射主要增热地面，产生热效应，为植物生长发育提供热量。
(农业气象学原理)第二章太阳辐射与农业生产
2、影响叶片对光的反射、透射和吸收能力的因 素
2021/6/18
表 含水率（％）与反射率（％）之间的关系
450 nm (blue) 550 nm (green) 650 nm (red) 850 nm (infrared)
equatations y=43.8x-21.8 y=29.2x+13.1 y=27.2x+17.6 y=42.6x+20.4
（2）、光周期感应的时期 所谓感应的时期，即感应的是光期长度还是
暗期长度。
2021/6/18
0
8
光
光照处理
16
24
暗
32 小 时
开花效应
短日性植物 长日性植物
开花
不开花
光
暗
开花
不开花
光
暗
不开花
开花
光
暗 光暗ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
不开花
开花
光 暗光
暗
光
暗
光
光、暗期交替处理开花效应示意图
2021/6/18
不开花
开花
不开花
开花
在实际应用中，禾谷类作物的K值比较稳定， 因而使用平均值代替。
一般而言，K值小于1。据门司和佐伯测算， 草中K值为0.3～0.5，水平叶子作物层中0.7～ 1.0。而中科院上海植物生理研究所测得的水稻 叶层的K值为0.68～0.74，平均为0.71。
门司—佐伯公式适用的条件象均一介质是不 可能满足的。但在实际观测中，光在群体中的垂 直变化确实符合负指数规律，所以门司—佐伯公 式目前还是得到了广泛的应用。
22群体结构和叶片组织本身造成的损失群体结构和叶片组织本身造成的损失由于叶层较厚上层叶片吸收和反射了大部分光致使上层叶片处于光饱和点之上的光强下层叶片受光很弱即出现了上饱下饥的现象浪费了部分光这是由于群体中光分布不合理造此外透入叶组织中的光合有效辐射能只有一部分为叶绿素吸收而用于光合作用1030的光能被非光合色素以及细胞壁细胞质等吸收而损失了
太阳辐射预测技术在农业生产中的应用研究
太阳辐射预测技术在农业生产中的应用研究随着人们对环境和气候变化的关注不断升级，越来越多的研究开始探讨如何利用科技手段保护环境、提高农业生产效率。
作为太阳光照量的主要来源，太阳辐射预测技术在农业生产中的应用越来越受到关注。
本文将深入探讨太阳辐射预测技术在农业生产中的应用研究，并提出相应的建议和展望。
一、太阳辐射预测技术概述太阳辐射预测技术是指通过分析大气环境和太阳辐射变化规律，将预测结果与真实的天气变化进行对比，进而对未来一段时间内的太阳辐射量进行精准预测。
现阶段的太阳辐射预测技术主要有气象测量方法、数值气象预报模型和人工势场等三种。
气象测量方法是指通过太阳能度盘、日晷、辐射计等气象仪器进行太阳辐射测量，并通过测量数据来预测太阳辐射量。
数值气象预报模型是指基于数学模型来模拟太阳辐射的变化规律，并通过计算机算法来进行分析与预测。
人工势场是指利用众多的科学家、工程师和技术专家等人工智慧网络来进行人工智慧预测。
二、太阳辐射预测技术在农业生产中的应用太阳辐射是植物生长和发育的关键因素之一，过多或不足的太阳辐射都会对植物的生长发育产生影响。
因此，太阳辐射预测技术对农业生产的重要性不言而喻。
下面将从农业生产的不同环节分别介绍太阳辐射预测技术的应用。
1. 种植选择和采收期谋划太阳辐射预测技术可以帮助农民根据不同的作物需求，预测并选择种植适宜的作物品种，同时也可以根据太阳辐射变化的情况，合理设计采收期、施肥期和灌溉期，以达到最佳的产量和质量。
2. 病虫害防治和灾害预警太阳辐射预测技术可以提前预测气象灾害和病虫害的发生时间和区域，从而加强防范和预警，并制定相应的防治措施。
例如，在苗期和成熟期，通过监测太阳辐射量，可以预测出斑点病、锈病等植物病害的发生时间和区域，及时采取相应的防治措施。
3. 精准施肥和灌溉太阳辐射预测技术可以通过监测土壤和气象变化来预测未来的太阳辐射变化，对作物的生长发育进行合理的施肥和灌溉，从而达到节约用水和农药的效果，并提高产量和品质。
大学农业气象学知识点汇总
农业气象学第一章地球大气1、大气圈：大气是指包围在地球表面的空气层，整个空气圈层称为大气圈。
2、大气组成：干洁大气、水汽、气溶胶粒子。
3、水汽的作用：（1）在天气、气候中扮演了重要角色；（2）保温效应4、气溶胶粒子的作用：（1）保温；（2）削弱太阳辐射；（3）降低大气透明度5、温室效应：是指大气吸收地面长波辐射之后，也同时向宇宙和地面发射辐射，对地面起保暖增温作用。
6、气象要素：表征大气状态（温度、体积和压强等）和大气性质（风、云、雾、降水等）的物理量成为气象要素。
7、大气垂直结构：对流层、平流层、中间层、热成层、散逸层。
（1）对流层特点: ①气温随高度升高而降低。
②空气具有强烈对流运动。
③主要天气现象都发生于此。
（天气层）④气象要素水平分布不均匀。
（2）平流层：温度随高度的增加而升高。
（3）中间层：温度随高度增加而降低。
（4）热成层：温度随高度的增加而升高。
（5）散逸层：温度随高度升高变化缓慢或基本不变。
第二章辐射1、辐射：通过辐射传输的能量称为辐射能，也常简称为辐射。
辐射的波粒二相性：波动性，粒子性。
2、辐射的基本度量单位（1）辐射通量：单位时间内通过任意面积上的辐射能量，单位J/s 或W。
（2）辐射通量密度：单位面积上的辐射通量，单位J/(s•㎡)或W/㎡。
（辐射强度：即单位时间内通过单位面积的辐射能量。
）（3）光通量：单位时间通过任意面积上的光能，单位为流明（lm）。
（4）光通量密度：单位面积上的光通量，单位为（lm/㎡）。
亦称为照度，单位勒克斯（lx）。
3、辐射的基本定律：（1）基尔荷夫定律：在一定温度下，物体对某波长的吸收率等于该物体在同温度下对该波长的发射率。
（2）斯蒂芬—玻尔兹曼定律：黑体的总放射能力与它本身的绝对温度的四次方成正比。
说明物体温度愈高，其放射能力愈强。
（3）维恩位移定律：绝对黑体的放射能力最大值对应的波长与其本身的绝对温度成反比。
表明物体的温度愈高，放射能量最大值的波长愈短。
中国农业大学植物生理学本科课件 第十三章 植物成花诱导生理 第三节 光周期作用
（二）植物成花的光周期反应类型
长日植物（long day plant，LDP） 短日植物（short day plant，SDP） 日中性植物（day neutral plant，DNP） 长－短日植物（long-short day plant） 短－长日植物（short-long day plant） 中日照植物（intermediate-daylength plant） 两极光周期植物（amphophotoperiodism plant）
一、植物成花光周期现象发现和反应类型
● 光周期现象的发现 ● 植物成花的光周期反应类型
（一）光周期现象的发现
（植一物）的发开现花与光周期有 关。许多植物必须经过 一定时间的适宜光周期 后才能开花。 否则一直处 于营养生长 状态。
烟烟草夏草季开生花长 与3-5光m不周开期花，有但关在冬
季转入温室后，株高不足1m就开花。
中日照植物：只有在某一定中等长度的日照条件 下才能开花，而在较长或较短日照下均保持营养 生长状态的植物，甘蔗要求11.512.5小时日照。
两极光周期植物：与中日照植物相反，这类植物 在中等日照条件下保持营养生长状态，而在较长 或较短日照下才开花，狗尾草等。
甘蔗
狗尾草
二、诱导开花的临界日长
对光周期敏感的植物对日照长度的要求都 有一定的临界值，或说是植物成花所需的 极限日照长度，即临界日长（critical daylength）
菊花须满足少于10小时的日照才能开花
日中性植物（DNP）：成花对日照长度不敏 感，在任何长度的日照下均能开花。
如黄瓜、茄子、番茄、辣椒、菜豆、 棉花、君子兰、向日葵、蒲公英等。
荞麦
长－短日植物：开花要求先长日后短日的 双重日照条件，如大叶落地生根、芦荟等。
农业气象学 第十三章 辐射光照与农业
一般将全田的根、茎杆、叶、果实全部干重叫做生物学产 量。 经济价值部分，如稻、麦的籽粒，甘薯的块根等，称经济 学产量。 太阳辐射能的计算： 1、太阳辐射总量是太阳日总辐射量的逐日累积值。 2、生理辐射是太阳日总辐射量中的生理辐射部分的逐日 积累值，生理辐射约为太阳总辐射的50％。
例如：亩产500公斤稻谷，收获生物学产量约为1000公 斤，经济产量约为500公斤。在水稻的生长季节，每亩面积 上接受太阳辐射能约为1．67X1012焦耳。则太阳辐射能利用 率为：
上式中，1．67X107焦耳／公斤为每公斤干物质燃烧所产 生的热量，生长季节是指生产上述物质所需的时间长度。
P=
hm
∑ S′+ D
⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠
×100%
m为单位面积上作物产量的干重；h为单位干物重燃烧所
产生的热量；（S´＋D）是到达单位面积上的太阳总辐射的日总 量。∑（S´＋D）是生长季内各日太阳总辐射日总量的总和。
2、经济学产量计算：
500公斤/ 亩×1⋅ 67×107 焦耳/ 公斤 太阳辐射能利用率= ×100% =0.5% 12 1⋅ 67×10 焦耳/ 亩 500公斤/ 亩×1⋅ 67×107 焦耳/ 公斤 生理辐射能利用率= =1.0% 12 1⋅ 67×10 焦耳/ 亩× 50%
目前，农作物对太阳辐射能的利用率较低， 仅占太阳总辐射的0．5％左右，某些作物稍高 些，但也只有5％，根据国外的研究资料，作物对 太阳辐射能的利用可超过12％。因此，在我国提 高农作物光能利用率，增加单位面积产量，潜力 是很大的。
1、生物学产量计算：
1000 公斤/ 亩×1⋅ 67 ×107 焦耳/ 公斤 ×100% =1.0% 太阳辐射能利用率= 12 1⋅ 67 ×10 焦耳/ 亩 1000 公斤/ 亩×1⋅ 67 ×107 焦耳/ 公斤 ×100% =2.0% 生理辐射能利用率= 12 1⋅ 67 ×10 焦耳/ 亩× 50%
第2章-太阳辐射与农业生产2
4
● 由于云的变化、叶片的相互遮挡和风
引起的叶片摆动，均会造成同一植株上不同
叶片甚至是同一叶片上不同部位的光强不同， 光质也不同，从而导致其光合作用强度不同。
5
2、群体的光合作用
将群体内光强的垂直分布模型即门司—佐伯 公式代入单叶光合作用强度公式中，并考虑植物 的呼吸作用，就可得到一定光强下任意一层叶面 的净光合强度计算公式： bI P r 净 1 aI
●当I→∞，P→b/a；显然b/a为光合作用
强度的极限值，也就是说 ，b/a是光饱和点时 的光合作用强度。 ●当I→0时，P/I→b；显然 b为光—光合 作用曲线起点（I=0）处的斜率。 因此a、b值可通过试验获得的资料，绘制 成P-I图，用上述的生物学意义来确定。 当然，不同的作物、同一作物不同发育期 以及环境条件不同，a、b值亦不同。
Fopt
k
ln
9
I 0 b 2 ar 2r
上式中，r可以通过实测确定，a、b则由叶片光合特性所决 定，主要是F与k能够有一个合适的比例关系。
● 实测结果
一般，大田作物在封行后的最适叶面积指数在3～5之间。
10
冠层中辐射模型参数（史为民等，2008）
11
小麦阴阳叶太阳辐射与P日变化（申双和等，2011）
= 117 kg DM ha-1 d-1
作物生长率：dw/dt = 0.7 * (30/44) * 700 – 86.2）
= 274 kg DM ha-1 d-1
例二: 水稻生长模拟模型
ORYZA2000
作物文件
气象文件
试验文件
土壤文件
模型参数校正
作物模型参数表
参数 EMD（播种期） （d ） NPLH（每穴植株数） TOD（水稻最适温度） （℃） PPSE（光周期敏感系数） （h-1） RGRLMX（最大叶面积相对增长率） （℃d-1） KDFTB（叶片消光系数） EFFTB（光能利用率） 初始值 131 2 24 0 0.0055 0.2 0.42 结束值 140 10 38 0.25 0.0115 0.6 0.66 步长 1 2 2 0.05 0.0015 0.2 0.04 基准值 134 2 30 0 0.0085 0.4 0.54
农业气象学经典课件——辐射
• • • • 辐射的基本知识 太阳辐射 地面和大气辐射 辐射与农业
辐射
§2.1辐射的基本知识
一、辐射的基本概念 自然界中的一切物体,只要温度在绝对温度零 度以上,都以电磁波的形式时刻不停地向外传送热 量,这种传送能量的方式称为辐射。物体通过辐射 所放出的能量，称为辐射能，简称辐射。 辐射是以电磁波的形式向外放散的。是以 波动的形式传播能量。
作业1：求太阳和地球发射的辐射通量密度(W/m2）？
已知：太阳半径＝6· ×105Km，T=6000K，ε＝1.0； 96 地球平均半径＝6.37×103Km，T=288K，ε＝0.95。
太阳： ET=εδT4 = 5.67×10-8 ×（6 ×103）4 ＝7.35 ×107 （W/m2） 地球： ET=εδT4 = 0.95× 5.67×10-8 ×2884 ＝3.7 ×102 （W/m2）
三、判断 1.在相同能量下,波长越长的光实际所含光量子个数 越多。（ ） 2.某物体对长波辐射反射率高，则它对短波辐射的 发射率就高。 （ ）
四、计算题
1.二个无限长的平板互相平行，中间是真空的。 墙1发出的辐射通量密度是350W/m2,墙2的发射率 ε=0.85，一红外辐射表对着墙2测到的辐射通量密度 是577 W/m2 ，问墙2的温度是多少？（50℃） 2.某灰体的发射率是0.7，发射峰值是4μm ，求 其发射辐射通量密度是多少？如果此物是一个半径 为1.0m的球体，求每秒从它表面散失的热能是多少？ （137.2KJ） 3.一个红外辐射表测地板辐射为460 W/m2 ，但 实际地板本身只发出300 W/m2 ，已知地板发射率为 0.6，天花板发射率为0.9，问此时天花板的温度是多 少？(24.5℃)
平均距离=1496万公里（4月3日，10月5日）
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紫色膜：该膜主要适用于冬春季温室或塑料大 棚的茄果类和绿叶类蔬菜栽培，可增进品质， 提高产量。
第十三章辐射光照与农业
黄色膜：据试验，用黄色膜覆盖芹菜和莴苣，植物 生长高大，豆类生长壮实；覆盖黄瓜，可促进现蕾 开花，增加产量1～1.5倍；覆盖茶树，茶叶品质上 乘，产量提高。
(4)特殊日照植物：甘蔗等少数热带植物
第十三章辐射光照与农业
第十三章辐射光照与农业
临界日照长度（临界日长）
临界日长就是界限长度，长于或短于这 个长度，长、短日照植物都不能开花结实， 始终保持原有的营养生长状态，这个界限长 度叫临界日照长度。
长日照植物要求日照时间不短于这个界限 长度，短日照植物要求日照时间不长于这个 界限长度。
动物的光周期现象
动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义
昆虫滞育的光周期
换毛换羽的光周期
第十三章辐射光照与农业
动物迁徙的光周期
夜植 变物 化光
合 作 用 的 昼
第十三章辐射光照与农业
小时
实验室恒定条件下生物的节律
第十三章辐射光照与农业
鸟 类 节 律
第十三章辐射光照与农业
植物对光周期反应的类型
第十三章 辐射、光照与农业
光谱成分与农业生产 光照时间与农业生产 光照强度与农业生产
第十三章辐射光照与农业
第十三章辐射光照与农业
第十三章辐射光照与农业
一、生理辐射：
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， 称生理辐射，又称光合有效辐射（380～ 710nm）。
b、较长部分对作物有刺激作用，可促进种子萌发。 紫外线还能促进果实成熟，提高蛋白质和维生素D含量；
c、紫外线对茶叶、生姜、芹菜、韭菜等和蔬菜类有 不良影响，所以，要设法减少紫外线的照射；
d、昆虫的趋光反应；
第十三章辐射光照与农业
3、可见光辐射的生物学意义：
a、波长为0．72-lμm的辐射，影响植物伸长，其中 0．72-0．80μm称为远红外光，对植物光周期及种子形 成有重要作用，并左右开花与果实颜色。
Q =0.43S' 十Fra bibliotek.57D 或 Q ≈0.5Q总
Q—生理辐射， S—直接辐射，D—散射辐射
h正午≥ 20度时，误差不超过5％。
第十三章辐射光照与农业
二、不同光谱（光质）的生物学意义
1. 太阳辐射光谱
第十三章辐射光照与农业
2、紫外线辐射的生物学意义：
a、波长较短部分能抑制作物生长（植物变矮、叶片 变厚），杀死病菌孢子；
？ 长日照植物临界日长大于短日照植物
临界日长 ？
第十三章辐射光照与农业
短日照 长日照
植物 苍耳 菠菜
临界日长 （h） 16 13
长日照植物的临界日长不一定长于短日照 植物； 短日照植物的临界日长不一定短于长日照 植物。
关键：超过还是短于其临界日长。
第十三章辐射光照与农业
光、暗期交替处理开花效应示意图
黑色膜：杂草严重的地块或高温季节栽培夏萝卜、 白菜、菠菜、秋黄瓜、晚番茄，选用黑色膜较好。
银色反光膜：主要用于温室蔬菜栽培，可悬挂在 温室内栽培畦北侧，改善温室内的光照条件。
银灰色膜：主要适用于夏秋蔬菜、瓜类、棉花和 烤烟栽培，有良好的防病、防蚜虫和白粉虱及改 良品质的作用。
第十三章辐射光照与农业
生物对光周期的适应
1、光周期效应决定于 暗期长度，而不决定于 光期长度或光暗期之比 2、即使给予足够长的 暗期，如暗期中途给以 “光中断”，暗期效果 即消失。
第十三章辐射光照与农业
光照长度与植物发育关系的几种解释
1、光周期学说（经典解释） 2、光照阶段学说（李森科）
长日性植物需要连续的光照（昼长夜短），是因为长 日性植物的茎生长点只有在光照条件下才能进行必要的阶段 质变。
2. 育种
人工调节花期 新品种
花期不遇
第十三章辐射光照与农业
3. 引种
短日照植物 :光温对发育速度的影响有相互迭 加的作用，因而增加了南北引种的困难。
北方→南方，提前开花，晚熟品种； 南方→北方，早熟品种。
⑴长日植物（LDP） 指在24h昼夜周期中， 日照长度长于某一临界日长，才能开花结实的 植物。如小麦、萝卜、白菜、天仙子等。
⑵短日植物（SDP） 指在24h昼夜周期中，日 照长度短于某一临界日长，才能开花结实的植物。 如水稻、大豆、苍耳、烟草、菊花等。
⑶中性植物（DNP） 在任何长度的日照下均能 开花结实。如月季、四季豆、番茄、黄瓜等。
紅
红外线 橙
400
500
600
700
波长nm
d、波长为0．4-0．51μm的光(主要为蓝，紫光)被 植物叶绿素和叶黄素强烈吸收，表现为强的光合作用，有 利于蛋白质合成。抑制植物的伸长生长，使植物向光性更 敏感。
第十三章辐射光照与农业
三、人工调节光质的尝试
第十三章辐射光照与农业
红色膜：在红色膜下培育的水稻秧苗生产旺盛； 甜菜含糖量高；胡罗卜直根长得更大；韭菜叶宽 而肉厚，收获期提前，产量增加。
3、光质学说（沙垠）
长日性植物的发育需要长波的光，短日性植物的发育需 要短波的光，这是植物在长期生活环境下自然选择的结果。
第十三章辐射光照与农业
光周期理论在农业生产上的应用
1. 植物的地理起源和分布与光周期特性
低纬度——短日照植物 ；高纬度——长日 照植物 ；中纬度——短日照植物或长日照 植物。
同一纬度，长日照植物 :春末和夏季开花 (小麦)；短日照植物:秋季开花，(菊花)。
生物的昼夜节律
光的周期性 生物的昼夜节律 外源性周期和内源性周期
生物的光周期现象
植物的光周期现象
植物的开花结果、落叶及休眠， 动物的繁殖、冬眠、迁徙和换 羽毛等，是对日照长短的规律 性变化的反映，为光周期现象 (photoeriodism)
植物光周期：长日照、短日照、中性植物、特殊日照植物
植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植
b、波长为0．61-0．72μm的光(主要为红、橙光)， 能被植物叶片的叶绿素强烈吸收，光合作用最强，某种 情况下表现为强的光周期作用。红光有利于碳水化合物 合成（糖）。
c、波长为0．51-0．61μm的光(主要为绿光)，表现
为低光合作用。
第十三章辐射光照与农业
叶绿素α的 吸收光谱
蓝
紫
绿
↑
相
对
吸
收