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如何有效提高作物的----光合作用效率?

有效提高作物的----光合作用效率?

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2010-02-17

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    提高农作物的光合作用效率 提高农作物产量的重要条件之一,是提高农作物对光能的利用率。要提高农作物对光能的利用率,除了高中生物必修课本中介绍过的延长光合作用时间和增加光合作用面积以外,还应当提高农作物的光合作用效率。
  光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量,与光合作用中吸收的光能的比值。  那么,怎样才能提高农作物的光合作用效率呢? 光照强弱的控制 光照是光合作用的条件之一,直接影响农作物光合作用效率的提高。
  但是,不同的农作物,对光照强弱的需求不同。有些农作物如水稻、玉米、向日葵等,进行光合作用时需要强的光照,只有强的光照才能生长发育良好,才能提高光合作用效率,这类农作物属于阳生植物,阳生植物应当种植在阳光充裕的地方。
    有些农作物如胡椒(如图)等,进行光合作用时不需要太强的光照,太强的光照不利于生长发育,也就不利于提高光合作用效率,这类农作物属于阴生植物,阴生植物应当种植在荫蔽的地方。
   光的不同成分 太阳光经过三棱镜后,形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫次序连续分布的彩色光谱,这是人眼能够感觉到的可见光。  不同颜色的光,对农作物的光合作用效率有一定的影响。
  科学研究证明,当绿色植物在能量相等的不同单色光下进行光合作用时,红光和蓝紫光有利于提高光合作用效率,而黄绿光则不利于提高光合作用效率。有趣的是,不同颜色的光对光合作用产物的成分也有影响:在蓝紫光的照射下,光合产物中蛋白质和脂肪的含量较多;在红光的照射下,光合产物中糖类的含量较多。
    这一发现在塑料大棚和人工光照的温室中具有应用价值。例如,在培育水稻秧苗时,蓝色的塑料薄膜有利于培育壮秧。 二氧化碳的供应 科学家通过研究绿色植物周围空气中二氧化碳浓度与光合作用强弱的关系,绘制出图。
  分析左图可以看出,二氧化碳的浓度很低时,绿色植物不仅不能制造有机物,而且还要消耗体内的有机物;随着二氧化碳浓度的提高,光合作用逐渐增强;当二氧化碳浓度提高到一定程度时,光合作用的强度不再随二氧化碳浓度的提高而增强;如果继续提高二氧化碳的浓度,光合作用的强度反而明显减弱。
    可见,绿色植物周围空气中二氧化碳的浓度,直接影响绿色植物的光合作用效率。农作物周围空气中二氧化碳的浓度通常比较低,而且随着光合作用的进行还会降低,使植株经常处于“二氧化碳饥饿”的文本框: 我国北魏时期的农书《齐民要术》中,就有关于栽种农作物要“正其行,通其风” 的记载。
    状态,这显然不利于提高光合作用效率。对于农田里的农作物来说,确保良好的通风透光,既有利于充分利用光能,又可以使空气不断地流过叶面,有助于提供较多的二氧化碳,从而提高光合作用效率。
  对于温室里的农作物来说,通过增施农家肥料或使用二氧化碳发生器等措施,可以增加温室中二氧化碳的浓度,同样可以提高农作物的光合作用效率。   必需矿质元素的供应 绿色植物进行光合作用时,需要多种必需的矿质元素。
  例如,氮是催化光合作用过程中各种酶以及NADP+和ATP的重要组成成分,磷也是NADP+和ATP的重要组成成分。科学家发现,用磷脂酶将离体叶绿体膜结构上的磷脂水解掉后,在其他原料和条件都具备的情况下,这些叶绿体的光合作用过程明显受到阻碍。
    可见,磷在维持叶绿体膜的结构和功能上起着重要的作用。又如,绿色植物通过光合作用合成糖类,以及将糖类运输到块根、块茎和种子等器官中,都需要钾。再如,镁是叶绿素的重要组成成分。
  可见,只有保证植物必需矿质元素的供应,才能使光合作用顺利地进行下去。需要指出的是,必需矿质元素的供应过量时,也会给农作物的生长发育带来危害,例如氮肥施用过多时,会造成农作物倒伏,从而影响农作物光合作用效率的提高。
     。

2010-02-17

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    据气象学研究,到达地球外层的太阳辐射平均能量为1。353kJ·m-2·s-1 。但由于大气中水汽、灰尘、 CO2、O3等吸收,到达地面的辐射能,即使在夏日晴天中午也不会超过1kJ·m-2·s-1 ,并且只有其中的可见光部分的400~700nm能被植物用于光合作用。
    对光合作用有效的可见光称为光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)。如果把到达叶面的日光全辐射能定为100%,那么,经过若干难免的损失之后,最终转变为贮存在碳水化合物中的光能最多只有5%。
  通常把植物光合作用所积累的有机物中所含的化学能占光能投入量的百分比作为光能利用率(efficiency for solar energy utilization)。   在所有的传输能量中仅有5%的能量转化为碳水化合物。
   试计算年产粮食为每公顷15t(年亩产为吨粮)的光能利用率。已知年太阳辐射能为5。0×1010kJ·hm-1 (按长江中下游地区年总辐射为5。0×106kJ·m-2计算),假定谷草比为1∶1(即经济系数为0。
    5),那么每公顷年产生物产量为30t(3×107g,忽略含水率),光能利用率为: Eu(%)=3×107g×17。2kJ·g-1/5。0×1010kJ×100≈1。
  03% 如要测定某一时刻单叶的光能利用率,也可根据当时投射在叶片的辐射量及叶片光合速率来计算,已知每同化1μmol。   CO2贮能0。47J。 Eu(%)=光合速率(μmol。
   CO2·m-2·s-1)×0。47J·μmol-1/叶片接受的辐射能(J·m-2·s-1 )×100(4-44) 如果按前述例子,光能利用率为1。03%估算,在长江中下游地区,当光能利用率达到了4%时,每公顷土地上年产粮食可达58t(亩产3。
    9t),这是十分诱人的产量。然而,目前高产田的年光能利用率在1%~2%之间,而一般低产田块的年光能利用率只有0。5%左右。实际的光能利用率为何比理论光能利用低呢?主要原因有二个:一是漏光损失,作物生长初期植株小,叶面积不足,日光的大部分直射于地面而损失。
  有人估算水稻与小麦等作物漏光损失的光能可在50%以上,如果前茬作物收割后不马上种后茬,土地空闲时间延长,则漏光损失就会更大。  二是环境条件不适,作物在生长期间,经常会遇到不适于作物生长与进行光合的逆境,如干旱、水涝、低温、高温、阴雨、强光、缺。
   CO2、缺肥、盐渍、病虫草害等。在逆境条件下,作物的光合生产率要比顺境下低得多,这会使光能利用率大为降低。 。

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