葡萄栽培学――第一章 葡萄与光照

第一章太阳辐射太阳辐射主要讲授内容：1光的基本性质2光照对葡萄的影响3葡萄对光能的利用●太阳能源绿色植物生物。●光：光照强度、日照长度和光谱成分等影响植物的生长发育。●光是葡萄栽培的生存因子（限制性）之一。●提高光能利用率是增加产量、提高品质的主要途径之一。太阳辐射1光的基本性质1.1太阳辐射光谱1.2太阳辐射强度与光照强度1.3太阳辐射的变化1.4地面和大气的长波辐射1光的基本性质1.1太阳辐射光谱●太阳辐射辐射：物质以电磁波的形式向周围空间放射能量的过程。辐射能：电磁波中电场能量和磁场能量的总和，也叫做电磁波的能量。太阳辐射：太阳以电磁波或粒子形式向周围放射或输送能量的过程。（solarradiation）太阳辐射又称为短波辐射。任何温度在绝对零度以上的物质都在不停地放射和吸收着辐射能。1光的基本性质●太阳辐射光谱（简称：太阳光谱）太阳辐射光谱：在太阳辐射中，各种不同波长射线的排列顺序，简称太阳光谱。C=λfC：光速，在真空中为3×108米/秒。f：电磁波的频率。λ：波长。太阳辐射光谱是连续的，大气上界太阳辐射能量的99％集中在0.15μm－4.00μm的范围内。1光的基本性质太阳光谱示意图表1-1太阳辐射各光谱段光谱段波长范围（μm）占总能量比例（％）紫外光0.3906.3紫光0.390-0.455蓝光0.455-0.480青光0.480-0.492绿光0.492-0.577黄光0.577-0.597橙光0.597-0.622可见光红光0.622-0.76052.1红外线0.76041.6注：太阳辐射中能量极大波长，即辐射能力最大的波长为0.475μm，是可见光中的蓝光。1光的基本性质●太阳辐射能的生物学效应表1-2不同波长太阳辐射能的生物学效应光谱段波长（μm）生物学效应1.001.不参加生物化学作用2.增热效应主要转化为热能，提高果园土壤和葡萄植株的温度，提供蒸发和蒸腾所需热量红外线1.00-0.76红色光0.76-0.721.促进植株的延伸生长远红光0.80-0.701.对种子形成有重要作用2.控制葡萄的开花与果实着色红橙光0.72-0.611.被叶绿素强烈吸收2.光合作用最强绿色光0.61-0.511.光合作用低2.成形作用弱蓝紫光0.51-0.401.被叶绿素和黄色素强烈吸收2.光合作用强3.成形作用强紫外线0.40-0.321.抑制茎的延伸2.促进着色、提高品质3.减少病虫害的传布光合有效辐射：绿色植物吸收并参与光合作用的光谱成分成为光合有效辐射（PAR）。大致包括0.40-0.70μm波段的辐射。1光的基本性质1.2太阳辐射强度与光照强度●太阳辐射强度辐射通量：单位时间内通过或到达某一表面的辐射能总量（Ф）。单位是焦耳/秒。其中dQ是时间dt内通过或到达某一表面的辐射能。辐照度（辐射通量密度）：单位面积上的辐射通量，即单位时间内通过或到达单位面积的辐射能。单位是瓦/米2太阳辐射强度：在农业生态中，将辐射能通量密度称为辐射强度。大气层上限一带：8.1169-8.1588（焦耳/平方厘米·分）dAdSdtdQ＝1光的基本性质●光照强度可见光：0.40－0.76μm。光通量：单位时间内到达某一表面的可见光能的量，单位为流明（Lm）。光通量密度：单位面积上的光通量，单位为勒克斯（Lx）。1Lx＝1Lm/㎡光照强度：在实际中，将光通量密度称作光照强度或光照度。1光的基本性质●太阳常数：日地处于平均距离时，在大气上界，垂直于太阳光线的平面上，单位时间内到达单位面积上的太阳辐射能。目前，世界气象组织推荐的太阳常数实测值为1367±7瓦/米2。●在大气层上界，与太阳常数相对应的光照度约为135000Lx,称为太阳光量常数。1光的基本性质●光饱和点光照度….临界值…..光合强度….光饱和点。●光补偿点光照度….临界值…..光合强度….光补偿点。葡萄的光饱和点：32－54千勒克斯；光补偿点：0.5－1.2千勒克斯。强光照：有利于植物生殖器官的发育；弱光照：有利于营养生长。如葡萄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。1光的基本性质Ω•光饱和点:是指在一定的光强范围内，植物的光合强度随光照度的上升而增加，当光照度上升到某一数值之后，光合强度不再继续提高时的光照度值。•光补偿点:光强降低至一定水平时，植物光合吸收的CO2与呼吸放出的CO2相等，此时的光强值。Pn=0•光饱和点超过光补偿点后，随着光照强度增强，光合强度逐渐提高，这时光合强度就超过呼吸强度，植物体内积累干物质。Ω050010001500200025007:009:0011:0013:0015:0017:0019:00时间/TimePAR/µmol•m-2•s-1开花期(Anthesis)膨大期(Berryexpandingstage)转色期(Turning-colorperiod)赤霞珠光合作用生理因子-有效辐射（PAR）的日变化1光的基本性质456789101112137:009:0011:0013:0015:0017:0019:00时间/TimePn/µmol•m-2•s-1山地（Hillyarea)平地(Plainarea)赤霞珠浆果膨大期叶片的净光合速率（Pn）日变化1光的基本性质MiddayDepressionofPhotosynthesisPAR,温度、空气湿度、大气二氧化碳浓度、蒸腾速率、叶片结构因子等。●光照时间可照时数：日出至日落，白昼的长度（小时）；纬度和季节的影响。实照时数：一日中太阳光照射地面的实际小时数；云层、地形和地表物体的影响。日照百分率：实照时数与可照时数的百分率。实照时数和日照百分率是常用来表示一个地区光照条件优劣的指标。光照时间：农业气象中把可照时数与曙暮光时数之和称为光照时数，即光照时间。1光的基本性质Ω日照时间长短只和纬度有关，和经度无关。当太阳直射北半球时：北半球纬度越大昼越长，夜越短；南半球纬度越大昼越短，夜越长。当太阳直射南半球时：北半球纬度越大昼越短，夜越长；南半球纬度越大昼越长，夜越短。当太阳直射赤道时：全球昼夜等长。Ω表1－3不同纬度可照时数（上行）与光照时数（下行）（小时）纬度月份0°10°20°30°40°50°60°N12.111.611.110.49.78.66.8112.912.411.911.310.79.88.512.111.811.511.110.610.09.0212.912.612.312.011.711.310.712.112.112.012.011.911.811.7312.912.812.812.812.813.013.112.112.312.612.913.213.714.5412.813.113.413.814.214.916.112.112.613.113.614.315.417.1512.913.413.914.615.516.819.312.112.713.314.015.016.318.7612.913.514.215.016.117.822.312.112.613.213.914.715.918.0712.913.414.114.815.917.420.812.112.512.813.213.814.515.7812.913.213.614.114.815.817.612.112.212.312.412.512.713.0912.812.913.013.013.413.814.412.111.911.511.511.210.810.31012.912.713.512.312.112.011.712.111.711.210.710.09.17.71112.912.412.011.511.010.39.412.111.610.910.39.48.26.11212.912.411.811.210.49.47.912.1012.1312.1312.1712.1912.2512.3812.8812.9013.0413.0313.2213.5314.3210.0410.8711.9413.0414.0314.5914.3413.5112.4611.3310.369.8011.0711.9312.8914.0415.2015.9715.6114.5713.3312.4611.3610.86表1-4我国不同纬度处的日照时数（小时）地点纬度夏至日长冬至日长年变幅齐齐哈尔长春北京南京昆明广州海口47°2043°5339°5732°0425°0223°10°15.9815.6815.0114.5513.8213.7313.218.278.949.2010.0310.7510.4310.457.716.745.814.523.073.302.661光的基本性质0°？1.3太阳辐射的变化1光的基本性质（一）太阳辐射在大气层中的减弱●大气的吸收O2：小于0.26微米的远紫外线；发生光化反应，分解成氧原子或合成O3。O3：0.22－0.34微米的紫外线。水汽：红外线部分。CO2：大于2.7微米的红外线。大气对太阳辐射的吸收量:16％左右。1光的基本性质吸收、散射、反射●大气的散射大气散射：太阳辐射穿过大气层遇到气体分子、尘埃、水滴等微小的粒子时，部分辐射能保持着原来的波长，以这些微粒为中心向各个方向辐射，这种现象称为大气散射。散射系数：被散射的辐射能与射入的辐射能之比称为散射系数。就全球平均而言，射入大气层的太阳辐射约有12％被散射，其中5％仍可到达地面，7％返回宇宙空间。1光的基本性质●大气对太阳辐射的反射云和大颗粒尘埃对射入辐射有很强的反射作用。如高云的反射率为20％，中云约50％，低云达65％以上。全球平均，射入大气层的太阳辐射约有27％被返回太空而不能到达地面。综上所述，从全球的平均情况来看，射入大气层的太阳辐射，约16％被大气吸收，7％和27％分别被大气层散射和反射回太空。1光的基本性质（二）到达地面的太阳辐射在大气层：反射（宇宙）；吸收；散射，直射。到达地面：太阳直接辐射；天空散射辐射。直接辐射：经过大气的各种减弱之后仍以平行光线的形式投射到地面的太阳辐射。散射辐射：经过大气散射作用以后而到达地面的太阳辐射。反射辐射：投射到地面的总辐射中，被地面反射的部分称为反射辐射。一般情况下，平均约有47%的太阳辐射到达地面，其中直接辐射占24%，散射辐射占23%，而4%又被地球表面反射。1光的基本性质Ω1、太阳直接辐射太阳高度角：太阳平行光线与水平面之间的夹角。●太阳高度角越小，到达地面的太阳直接辐射越？●太阳高度角越大，到达地面的辐射总量就越？●90度？1光的基本性质我国太阳年总辐射最高，夏季太阳辐射最强烈的地区？纬度、海拔、大气状况●地面太阳直接辐射辐照度的大小—太阳高度角—大气透明度●太阳直接辐射的日变化最大？最小？●太阳直接辐射的年变化最大？最小？1光的基本性质2、散射辐射散射辐射来自于天空各个方向，又称为天空散射。散射辐射的波长一般不超过1微米。影响散射辐射的因子：—太阳高度角—下垫面反射率—大气中水汽和杂质的含量—云及海拔高度●太阳高度角增大时，直接辐射增强，散射辐射也随之增大。●散射辐射的日变化和年变化主要决定于太阳高度角。1光的基本性质下垫面：指与大气下层直接接触的地球表面。表1-4不同高度的地面辐射量太阳高度（度）9080706050403020105总辐射量（J/cm2.min）7.947.077.036.956.866.746.536.236.314.44射程距离（比例）1.01.22.05.610.4可见光相对强度45.343.943.742.741.038.61光的基本性质中午热，早、晚凉；夏季热，冬季冷。太阳高度角越大，太阳射程距离越短，太阳辐射被大气团吸收、散射和反射就越少，到达地球表面也就越多。葡萄篱架的高低与当地生长季太阳高度角密切相关。1光的基本性质3、总辐射总辐射=太阳直接辐射+太阳散射辐射●总辐射的大小—太阳高度角（主要因素）—大气透明度、云的状况●总辐射的日变化总辐射的年变化1光的基本性质Ω4、地面反射辐射地面反射辐