提高光能利用率的途径

人气 1806   2005-4-18 10:10

(1)充分利用生长季节,改革种植制度与方式,推广间作套种。作物在苗期往往较稀,有大量的太阳光漏射到地面上而浪费了,而苗期往往占作物整个生育期的1/3左右,为了充分发挥这一阶段的光能潜力,间作套种是解决这个问题的有效措施。它延长了生长季节,较充分地利用了各种小气候条件,从而提高了光能与土地利用率。套种作物的生长盛期在春、夏、秋复种指数达200%以上,田间光合效率的旺盛期延续到整个生长季节,这就大大提高群体的全年光能利用率。

间作套种还把单作的间歇用光变为套作的延续交替用光,延长群体的光合时间,同时加大总体光合面积,例如三茬套种比两茬套种或单作,一般全年累积叶面积系数增加1/3~1/5,间、套复种的作物群体叶面积指数保持持续、匀称、协调的状态,这种良好的群体结构可以延续交替用光,也有利于群体光合速率的提高。

 例如小麦、玉米与高粱三茬套作,其全年的叶面积是此起彼伏、交替兴衰的。这就是说间套复种增加了“光合势”。京津地区三茬套种叶面积动态见图2-8。

另一方面间套作的边际优势的作用是很大的。在同一种植密度下,由于增加边行与多层受光,因而增加了直接照光面,把单作时光照分布的上强下弱形势变成边行光照强、光照比较均匀的形势,改善了农田通风透光条件。

(2)选育合理的株型、叶型、高产不倒伏品种。从叶型上来说,一般斜立叶较利于群体中光能的合理分布与利用。如果叶片平铺,显然只有一层叶片用光。并且斜立叶向外反射光较少,向下漏光较多,使下面有更多叶片见光。在太阳高度角大时,斜立叶每片叶受光强度不如垂直叶片,但光合作用一般并不需要太强的光照,同样的光能分配到更大的叶面积上,使更多的叶面充分利用光能。据研究,叶片角度为15°的斜立叶型小麦,中午12—13时的总光合速率比叶片角度80°的平铺叶要大10—15mgCO2/(m2•h)。

徐庆章(1995),研究了玉米株型对群体光合速率的影响,他以叶茎夹角与叶向值(叶向值=(90°—叶茎夹角)×叶片下垂高度/叶长)表征株型紧凑程度,结果如表2—12所示。

可见在高密度下,株型对群体光合速率影响显著,株型紧凑的光合速率大,该作者认为以茎叶夹角为10°叶向值为64.6为最佳。

(3)提高单位面积的光合生产率,创造合理的叶面积,是提高光能利用率的重要措施。这里合理的水肥措施是创造适宜的叶面积的重要基础,另外它也影响群体的通风透光条件,对于高产群体,这个问题尤其突出,所以水肥措施对提高光能利用率有明显作用。

沈秀瑛(1993)研究了不同玉米群体对太阳辐射的截获量,研究结果表明:当叶面积指数达到4.25时,光截获达94%以上,再增大叶面积指数,光截获增辐很小,绝对生长率出现平稳状态。当冠层已经达到充分截取光照后,群体光合作用不可能进一步提高,当F>5.0以后,截光率无明显增加,相反下部光照变劣,光合作用和净同化率下降。该作者认为F=5.0是最佳指标,这一结论与国外某些报道较一致。董树亭(1991)也指出冬小麦群体合理的F值应使前期截光率≥95%,中后期不应少于<90%,故建议精播高产,使前期壮苗,稳长;中后期叶面积适宜,以保证群体有高而持久的光合速率。

另外平叶,直叶对光合速率的影响与叶面积指数有关,在叶面积指数较小时平叶多反而能增加光合量,叶面积指数大时则反之。平叶与直叶的上下分布对光能利用率有一定的影响。叶面积小时,平叶在上,差异不太明显;叶面积较大时,以直叶在上为好。

株型紧凑的矮秆品种,群体互相遮荫少,耐弱光照抗倒,生育期短,形成较大的叶面积,叶绿素含量高,光能利用率高。所以,培育光呼吸率低的品种,也是提高光能利用率的途径。

20世纪中叶以来,人们提出了光合产物分配策略的概念。植物生长过程中营养器官通过光合作用制造有机物,这有机物可以分配给营养器官,供给生长以形成更多的营养器官,从而增加制造有机物质的能力;但也可以分配给生殖器官,供其生长形成种子,繁衍后代。因此,存在一个根据人们的需要将光合产物向营养器官还是向生殖器官分配的最优策略。显然如果这个问题搞清楚,对培育高效高产品种有指导意义。1971年Cochen提出的最优分配策略是先给营养器官后及给生殖器官。1990年陈建新等提出一年生作物最优分配策略模式应是,生长前期全部给营养器官,然后按一定的比例分配给营养器官和生殖器官,最后一段时间分配给生殖器官。

农业气象工作者应为各地区高产的水肥措施提出相应的农业气象指标,以指导农业生产。另外,也可确定不同时期高产作物的光能利用率的指标。据北京市农林科学院农业气象室研究,要将小麦经济产量的光能利用率达到0.4%~0.5%,即每hm2产量6000~ 7500kg,必须在生长盛期全株光能利用率达到3%~5%,否则难以高产。

栽培管理上还常采用育苗移栽(如水稻)以充分利用季节与光能;采用中耕、镇压与施用化学激素等,以调整株型,改善群体光条件;或抑制光呼吸,以提高光能利用率;用化学药剂整枝以调整株型叶色;精量播种,机械间苗以减少郁蔽等等,对提高作物光能利用率均起到一定的作用。

(4)趋利避害,充分利用光能资源,我国生理辐射资源很丰富,据龙斯玉研究,大部分地区都在209kJ/cm2·d以上,最高值在青藏高原,大部分地区都在209kJ/cm2·d以上,居世界的前列。要解决热量不足的问题,充分利用辐射资源是大有潜力的,海南岛生理辐射丰富,水热条件优越,生产潜力最大,藏南各地及广大东南部的沿海地区仅次于海南。赣江流域,鄱阳湖盆地,柴达木盆地等生理辐射条件均较好,如解决红壤改良及水源灌溉等问题,则可充分利用太阳能成为高产区。

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