太阳辐射通过植物拦截

太阳辐射是生物重要的三个方面。第一是强度的辐射,辐射能量的总量下降一个单位面积在单位时间。第二个是辐射的光谱分布管理光化学过程的光合作用。第三个方面是辐射分布,这对photo-periodic现象是很重要的。

量化的作物的树冠内的辐射强度和光谱分布是很重要的,因为它的控制光合作用过程和植物群落的小气候。raybet雷竞技最新光合作用的速率取决于的可用性光合有效辐射拦截了树叶。植物的蒸腾速率发生树冠也控制在很大程度上的辐射能量。因此,知识辐射传输通过植物的元素com易感性有必要知道的质量和数量入射辐射所使用的植物。

捕获的辐射及其使用的干物质生产的分数取决于入射光合成有效辐射(PAR)截获和效率用于干物质生产。拦截辐射(Si)通常是估计是入射辐射的数量之间的差异(S),通过土壤(St)的树冠。然而,这种方法有固有的技术和理论困难因为是不占入射辐射的反射从树冠表面(通常是5 - 20%取决于表面特征和含水率),或由中非光合辐射截获树冠元素。因此,拦截由photosyn-thetically主管组织可能大大高估了,尤其是对树冠开始衰老或含有大量的木质结构元素。

辐射截获的数量取决于实际拿到的树冠,树冠大小、持续时间、和部分拦截(f), f的季节性时间进程定义为Si /圣,很大程度取决于树冠结构和植被的物候学。因此,f增加谷物如高粱的更快比豆类如花生。此外,意味着f值计算作物的持续时间通常较低的短期谷物和豆类比常年物种,很大程度上是因为不同持续时间的地面覆盖(乡绅,1990)。

影响因素太阳辐射的分布在植物群落

辐射的分布植物树冠是由几个因素决定的,如遗传性的叶子,叶子安排和倾向,植物密度,株高,太阳高度角(Vorasoot Tienroj Apinakapong, 1996;科恩et al ., 1999;Courbaud、Coligny Cordonnier, 2003)。的叶子落叶乔木、草本植物和草(包括谷物)遗传性从5到10%。宽大的树叶常绿植物有2 - 8%的价值。遗传性与叶的年龄略有不同。的遗传性年轻的叶是相对较高的。叶的成熟,但又上升下降叶子变成黄色。

遗传性的叶叶绿素含量直接相关。遗传性的对数线性降低叶绿素含量的增加。如果叶子传递10%的辐射水平显示在连续层,只有1%的光,主要是在绿色区域,可以进入第二层。然而,叶子很少显示水平。的相对光截取水平和直立叶1到0.44的比率计算。因此,树冠内的实际光梯度陡不如传播性建议。平均,当总叶面积等于面积在地上,传播性是75%左右的更多直立叶和50%水平。在弱光,任何离开树叶的水平位置降低了净光合作用。在充足的阳光下,最优叶倾角的光的高效利用是81°(图2.6)。满阳光,一片树叶放在最优倾角为4.5倍有效使用光水平叶片(图2.7)。 For more efficient use of light, the upper leaves in a plant canopy should have a near-vertical orientation, whereas the lower foliage should be almost horizontal. An ideal arrangement of the plant canopy is for the lower 13 percent of the leaves to be oriented at an angle of 0 to 30°, the middle 37 percent of the leaves should be at 30 to 60°, and the upper 50 percent leaves should be at 60 to 90° with the horizontal (Chang, 1968).

对于年轻的植物,光拦截的比例不仅小,而且变量用一天的时间。至少是中午,在早上和晚上的时间最多。株高增加,树冠也增加光的拦截,只有一个小变化在不同的时间。

图2.6。最佳光合作用的光强度和叶角(来源:“蓝色马尔,1994)。

低光强度高

图2.7。一片叶子的光合作用速度放在两个不同的角度{来源:“蓝色马尔,1994年版。)

低光强度高

图2.7。一片叶子的光合作用速度放在两个不同的角度{来源:“蓝色马尔,1994年版。)

众多研究者研究了辐射分布在植物树冠和提出方程确定光在一个特定的高度在树冠(环球Elston, 1983;高尔和Kruijt, 1998;Mariscal Orgaz,维拉波斯,2000;品牌、球场,和Dallarosa, 2000)。到目前为止,比尔定律的方程被认为是最合适的。法律的方程写成

我是光的强度在一个特定的高度在树冠内,Ia顶部的强度,k是叶子的消光系数,f是叶面积指数(LAI),和e的基础是自然对数。的消光系数之间的比率可以被定义为光损失通过叶顶部的叶子。的消光系数随叶的方向。其价值低站在直立叶和高站在或多或少的水平。

Roujean(1999)实际测量太阳辐射资料在黑云杉的树冠在典型的夏日,相比那些比尔定律值(图2.8)。他观察到某些偏离比尔定律灭绝和分配这些季节性的影响,如太阳光线的角度。

图2.8。太阳辐射在云杉林(从AgriculturalandForestMeteorology来源:转载,93,j·l·Roujean PAR透光率测量在北方森林站在北风,页1 - 6,1999年,同意从爱思唯尔科学)。

辐射的光谱成分植物树冠

由于太阳辐射穿透树冠,其质量受到转型不同的层(费利克斯,1973)。每一个反射和传输后,红色和红外辐射增加相对于其他波长。在树冠的内部有一个相对大的光的减少叶绿素吸收乐队在0.45 nm和0.65 |„im,和一个相对较小的绿色下降为0.55红外0.80 ^ ^ m和m。在高大的作物如苜蓿、约30%的总辐射和20%的光线到达地面。高的玉米作物,红外辐射的传输到地面是30至40%。在光谱的可见部分,传输只有5 - 10%。

弗林特和考德威尔(1998)全球(总)和散射太阳辐射测量树冠semideciduous热带森林在巴拿马的差距。相比通畅测量森林外,阳光照射的部分缺口耗尽在uv - b的比例相对于票面价值,特别是在中午。阴影区域,相比之下,在uv - b相对于票面总是富裕,但改变的大小变化很大。认为这种变化是由于不同的定向扩散太阳uv - b辐射和扩散的本质标准。在间隙的测量显示比例显著减少漫射光的辐射波段紫外线和票面价值。然而,由于大比例的uv - b的扩散,它在阴影区域往往占主导地位。类似的模式出现在测量在温带。

太阳辐射的组成与太阳高度角变化。最大的可见光谱渗透是中午。渗透的红外辐射较高后不久日出之前和日落。清晨和晚上值更高,因为更大数量的漫射光。Anisimov和Fukshansky(1997)测量入射太阳能和天空漫射PAR的光谱成分以及光谱散射系数的PAR绿叶。结果如图2.9和2.10所示。

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波长(nm)

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图2.9。日光直射阳光和天空漫射辐射的光谱(来源:转载农业和森林气象学、85、o . Anisimov和l . Fukshansky光学植被:影响辐射平衡和光合性能,pp, 33-49 1997爱思唯尔科学许可)。

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图2.10。光电池的光谱散射系数(来源:转载来自农业和森林气象学,85年,o . Anisimov和l . Fukhansky光学植被:影响辐射平衡和光合性能,22-49,页。1997年,同意从爱思唯尔科学)。

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图2.10。光电池的光谱散射系数(来源:转载来自农业和森林气象学,85年,o . Anisimov和l . Fukhansky光学植被:影响辐射平衡和光合性能,22-49,页。1997年,同意从爱思唯尔科学)。

光合有效辐射(PAR)

可见区域(约0.385到0.695 m ^)太阳光谱通常称为光合成有效辐射。虽然全球辐射表达的W m - 2,标准测量的单位是^ E m - 2 s - 1。光合光量子通量密度(PPFD)是光子的数量在太阳辐射的光合成有效的乐队。它通常是定义在单位时间单位表面和摩尔光子(摩尔m - 2 s - 1)。1 ^摩尔光子光子m - 2 s - 1 = 6.022 x 1017 m - 2 s - 1 = 1 ^ E m - 2 s - 1。为了转换,2.02 ^摩尔光子m - 2 s - 1的标准被视为等同于1 W m - 2的全球辐射(Berbigier Hassika, 1998;Alados et al ., 2002)。

票面价值经常被计算为一个常数之比宽带太阳能辐照度。在文献中有许多报道更多的常规测量参数的估计PAR太阳辐射、光强度和云。其中的几个报告显示的本地校准标准和太阳能辐照度之间的关系占当地气候和地理差异如阴沉,一天的长度,和日的太阳辐射模式。大范围的值已经被引用的比率(fe) (W m - 2)不相上下全球太阳辐射(W m - 2)。一些研究人员认为,这种变化可以归因于不同的波段范围选择部分定义标准,不同的方法用来测量或计算铁(奥尔森,2000)。另一方面,许多人认为不同的上下波段范围无显著影响比收到在地球表面。

在更高的中纬度地区,平均每日铁的价值是小受大气影响和天空条件。日常系统的区别主要是阴沉的函数。甚至在热带地区,菲应该晴天一个保守的数量。晴朗的日子,fe = 0.51,很多云的天空,铁= 0.63一直在测量热带国家雷竞技手机版app。

Udo和Aro(1999)测量太阳辐射(Rs)和全球光合成有效辐射在台一段12个月,尼日利亚,找到它们之间的关系。测量的结果表明,今年的平均PAR比Rs是2.08 E MJ-1,干燥和雨季的值2.02和2.12 E MJ-1,分别。最低月平均每天比1.92 E MJ-1今年1月,代表一个典型的旱季,而最大是2.15 E MJ-1今年5月,代表一个雨季。值比旱季雨季月甚至几个月保持不变在约2.1 E MJ-1。每天,最大和最小比值分别为1.86和2.31 E MJ1,分别。每小时的比率值增加天空条件由“清晰”改为“多云”。

Hassika和Berbigier(1998)连续测量全球和弥漫性全年持平,在以上森林。在晴朗天空的日子里,大约65%的事件一样吸收了针,茎,和树枝,20%反映,下层植被吸收剩余的15%(图2.11)。

PAR拦截积极种植小麦作物研究了普拉萨德和Sastry (1994)。两个小麦品种种植灌溉在1985 - 1986年冬季和评估太阳辐射拦截PAR,净辐射和反照率。最大的太阳辐射和PAR拦截在播种后100天(乳熟阶段)。对于高价值作物净光合作用,更重要的是在高亮度的行数比在低光,而作物高度是更重要的在低光比高(Thornley、手和威尔逊,1992)。叶角的分布(比水平垂直角度)是重要的全植物光合作用最大化(赫伯特,1991)。

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