一、太陽(yáng)總輻射概念

太陽(yáng)總輻射（TBQ）是地球表面某一觀測(cè)點(diǎn)水平面上接收太陽(yáng)的直射輻射與太陽(yáng)散射輻射的總和。太陽(yáng)發(fā)出波長(zhǎng)范圍在0.15~4.0μm的光線，稱為太陽(yáng)光譜。太陽(yáng)輻射到達(dá)地球大氣層的部分被稱為總輻射，也叫短波輻射?？傒椛浒ㄌ?yáng)的直接輻射和太陽(yáng)散射輻射，用水平安裝的總輻射表測(cè)量。

（1）太陽(yáng)直接輻射：經(jīng)過大氣散射和吸收的削弱之后，沿投射方向直接到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射。

（2）太陽(yáng)散射輻射：太陽(yáng)輻射通過大氣時(shí)，受到大氣中氣體、塵埃、氣溶膠等的散射作用，從天空的各個(gè)角度到達(dá)地表的一部分太陽(yáng)輻射。

就全球平均而言，太陽(yáng)總輻射只占到達(dá)大氣上界太陽(yáng)輻射的45％?？傒椛淞侩S緯度升高而減小，隨高度升高而增大。一天內(nèi)太陽(yáng)輻射中午前后最大，夜間為零，一年內(nèi)太陽(yáng)輻射夏季大冬季小。太陽(yáng)輻射能在可見光線、紅外線和紫外線中分別占50％、43％和7％，即集中于短波波段，故又將太陽(yáng)輻射稱為短波輻射。

二、輻射的度量和單位及換算關(guān)系

（一）輻射的度量和單位

輻射通量：單位時(shí)間通過任意面積上的輻射能。單位：J/s或W。

輻射通量密度：單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的輻射能量。單位：J/（s·m）或W/ m。

光通量：表征輻射通量而產(chǎn)生光感覺的量。單位：流明（lm）

光通量密度：單位面積上的光通量。單位：流明/米（lm/ m）

照度：單位面積上接受的光通量稱照度。單位：勒克斯（lx） 1lx = 1lm/m

（二）換算關(guān)系

太陽(yáng)輻射度與太陽(yáng)光照度是兩個(gè)不同的物理量，賦值的對(duì)象不同，所以沒有確定的轉(zhuǎn)換關(guān)系。太陽(yáng)輻射光照強(qiáng)度（單位：lux）與太陽(yáng)光輻射度（單位：W/m²）：

只有在確定的光譜能量分布情況下，才有明確的相關(guān)關(guān)系。一般天氣自然（太陽(yáng)）光照情況下幾種光照度量單位的近似換算關(guān)系

klx數(shù)×4≈ W/m²?，W/m×4≈μmol/m·s

三、全國(guó)各地太陽(yáng)能總輻射量與年平均日照當(dāng)量

（一）中國(guó)年太陽(yáng)輻射總量分布

太陽(yáng)輻射的日總量∶ 一日中，到達(dá)地面單位面積上的太陽(yáng)輻射的累積值，稱為太陽(yáng)輻射的日總量。

太陽(yáng)輻射年總量∶一年中，到達(dá)地面單位面積上的太陽(yáng)輻射累積值，稱為太陽(yáng)輻射年總量。

（二）影響太陽(yáng)總輻射的因素

太陽(yáng)輻射總量不僅取決于太陽(yáng)高度角、大氣透明度、海拔高度和天氣狀況等，還和日照時(shí)數(shù)有關(guān)。

（1）太陽(yáng)高度角：太陽(yáng)總輻射與太陽(yáng)高度角呈正相關(guān)。

（2）大氣透明度：大氣透明度差，到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射減少，從而減少太陽(yáng)總輻射。

（3）大氣質(zhì)量：大氣質(zhì)量越大，到達(dá)地面的太陽(yáng)總輻射就越少。

（4）海拔高度：海拔高度越高，地面接收到的太陽(yáng)總輻射就越強(qiáng)。

（5）坡度坡向：北半球北回歸線以北地區(qū)，緯度越高，越是表現(xiàn)出南坡向陽(yáng)，北坡背陰，冬季比夏季顯著。

（6）云量：一般云越厚、越多，太陽(yáng)直接輻射越弱。

（7）天氣狀況：晴天以直射輻射為主，散射約占總輻射的15%，陰天或太陽(yáng)被云遮擋時(shí)只有散射輻射。太陽(yáng)總輻射量通常按日、月、年為周期計(jì)算。

（三）全國(guó)各地太陽(yáng)能總輻射量與年平均日照當(dāng)量

（單位換算1W=1J/s，所以1KWh/m²=1×1000×W×3600s=3600000W/m²）

四、太陽(yáng)輻射與植物生長(zhǎng)

太陽(yáng)輻射對(duì)植物的影響∶熱效應(yīng)、光合效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)，決定了植物產(chǎn)量、形成及地理分布。

（一）太陽(yáng)輻射光譜成分對(duì)植物的影響

（1）不同光譜成分對(duì)植物的影響

植物生長(zhǎng)是在日光的全光譜作用下進(jìn)行的，不同光譜成分對(duì)植物的光合作用、色素形成、向光性、形態(tài)形成的誘導(dǎo)等影響是不同的。

① 植物吸收最多的是紅橙光和藍(lán)紫光，以參與光合作用。

② 光譜對(duì)植物的影響有三個(gè)作用和三個(gè)效應(yīng)；

可見光的光效應(yīng)，產(chǎn)生光合作用；

紅外線的熱效應(yīng)，促進(jìn)果實(shí)成熟；

紫外線的化學(xué)效應(yīng)，起成型作用。

（根據(jù)不同光譜成分對(duì)植物的影響，可以通過人工改變光譜來改善植物的生長(zhǎng)。）

（2）光合有效輻射（PAR）

① 定義∶太陽(yáng)光譜中對(duì)植物光合作用有效的光譜成份稱為光合有效輻射，大致包括380～710nm波段的太陽(yáng)輻射（以符號(hào)Q代表，單位為瓦/米²）。

葉綠素吸收光譜的最強(qiáng)吸收只有兩個(gè)：一個(gè)在波長(zhǎng)為640—660納米的紅光部分，另一個(gè)在波長(zhǎng)為430—450納米的藍(lán)紫光部分。類胡蘿卜吸收光譜主要是藍(lán)紫光。色素對(duì)其他波長(zhǎng)的光一般不吸收。

光合有效輻射計(jì)算公式∶PAR（Q）= 0.43 S+ 0.57D（S表示直接輻射強(qiáng)度，D表示天空散射輻射強(qiáng)度）。

②?太陽(yáng)輻射中光合有效輻射的含量

光合光量子通量密度（PPFD）：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過單位面積的光合光量子數(shù)，數(shù)值單位是 μmol/m²·s，測(cè)量?jī)x器為光量子輻射儀。

（二）光照強(qiáng)度與植物生長(zhǎng)發(fā)育

（1）光強(qiáng)與光合作用

綠色植物的光合作用是在一定的光照條件下進(jìn)行的光飽和點(diǎn)；光合作用的速度達(dá)到最大時(shí)光的強(qiáng)度。

光補(bǔ)償點(diǎn)∶光合速度與呼吸速度相等時(shí)的光照強(qiáng)度。

不同植物對(duì)光強(qiáng)的要求不同，根據(jù)對(duì)光照強(qiáng)度的要求∶

喜光植物- 陽(yáng)生植物（強(qiáng)光照下才能正常生長(zhǎng)，如白樺、刺槐）

耐陰植物-陰生植物（一定的蔽陰條件下生長(zhǎng)，如云杉、冷杉）

中性植物-（介于兩者之間，如紅松、椴樹、杉木、毛竹等，幼苗期較耐陰，隨著樹齡的增長(zhǎng)，逐漸表現(xiàn)出不同程度偏陽(yáng)的特性）

（2）光照強(qiáng)度對(duì)植物的影響

生長(zhǎng)發(fā)育∶營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)要有弱光，生殖生長(zhǎng)要有強(qiáng)光。

產(chǎn)量∶光飽和點(diǎn)要高，光補(bǔ)償點(diǎn)要低，才能增產(chǎn)。

品質(zhì)∶強(qiáng)光有利于淀粉、蛋白質(zhì)的形成，弱光不利糖分的形成。

形態(tài)∶空曠地的稀疏樹木樹干粗矮、樹冠較大;密林中樹干細(xì)長(zhǎng)，樹冠狹窄

（三）光照時(shí)間與植物的發(fā)育

（1）植物的光周期現(xiàn)象∶光周期現(xiàn)象是植物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)晝夜長(zhǎng)短的不同反應(yīng)。

根據(jù)光照的長(zhǎng)短與開花的關(guān)系，植物可分為∶長(zhǎng)日照植物、短日照植物、中性植物三類。

北半球生長(zhǎng)季節(jié)里，南方光照時(shí)間短于北方，故南方多為短日照植物，而北方多為長(zhǎng)日照植物。

長(zhǎng)日照植物∶光照時(shí)間大于某一時(shí)數(shù)才可開花，一般原產(chǎn)中高緯（溫帶）地區(qū)，多為耐寒植物，如落葉松、小麥、大麥、燕麥、甜菜、菠菜等。

短日照植物∶光照時(shí)間小于某一時(shí)數(shù)才可開花，一般原產(chǎn)熱帶或亞熱帶地區(qū)，多為喜溫植物，如茶樹、晚稻、大豆、棉花等。

中性植物∶對(duì)日照長(zhǎng)短并不敏感，只要生長(zhǎng)正常，就不影響開花。如早稻、西紅柿、黃瓜等。

（2）光周期現(xiàn)象對(duì)植物的影響∶

對(duì)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)∶影響光合作用的時(shí)間，從而影響到植物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。

對(duì)生殖生長(zhǎng)∶對(duì)植物開花有誘導(dǎo)效應(yīng)，從而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量。

對(duì)分布地域∶植物只能定居在完成生命過程最有效的地理范圍內(nèi)（有些品種經(jīng)過異地長(zhǎng)期馴化，會(huì)在一定程度上失去對(duì)光長(zhǎng)的敏感性）。

（3）光周期學(xué)說在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

① 植物引種∶避免引種的盲目性

緯度和海拔相近地區(qū)間引種較易成功，同一地區(qū)的平原與高原間引種，其延長(zhǎng)或縮短生育期的日數(shù)，決定于高度差引起的溫度變化。

② 調(diào)控生育期∶采用人工光照處理調(diào)節(jié)花期等。

園藝工作中通常利用改變光周期現(xiàn)象人為控制開花時(shí)間，以滿足觀賞需要。

五、太陽(yáng)總輻射最適宜值范圍參照表

光合有效輻射（PAR）

部分植物的光補(bǔ)償點(diǎn)與光飽和點(diǎn)的大致數(shù)值如下：

北京地區(qū)冬季晴天正午溫室內(nèi)外光照強(qiáng)度條件與植物對(duì)光照強(qiáng)度要求的比較

六、耕作指導(dǎo)

（一）光能利用率

（1）定義：光能利用率是指太陽(yáng)光中的能量被植物光合作用轉(zhuǎn)化成化學(xué)能而儲(chǔ)藏于光合產(chǎn)物中的部分與生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)到達(dá)水平面的太陽(yáng)輻射總量的百分?jǐn)?shù)。

（二）光能利用率的計(jì)算方法

按單位面積上作物產(chǎn)量所貯存的能量與該面積在作物生長(zhǎng)季節(jié)中所吸收到的太陽(yáng)輻射總能量的百分比。

上式中，1．67X10⁷焦耳／公斤為每公斤干物質(zhì)燃燒所產(chǎn)生的熱量，生長(zhǎng)季節(jié)是指生產(chǎn)上述物質(zhì)所需的時(shí)間長(zhǎng)度。

m為單位面積上作物產(chǎn)量的干重；h為單位干物重燃燒所產(chǎn)生的熱量；（S＋D）是到達(dá)單位面積上的太陽(yáng)總輻射的日總量?！疲⊿＋D）是生長(zhǎng)季內(nèi)各日太陽(yáng)總輻射日總量的總和。

一般將全田的根、莖桿、葉、果實(shí)全部干重叫做生物學(xué)產(chǎn)量。經(jīng)濟(jì)價(jià)值部分，如稻、麥的籽粒，甘薯的塊根等，稱經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量。

太陽(yáng)輻射能的計(jì)算：

① 太陽(yáng)輻射總量是太陽(yáng)日總輻射量的逐日累積值。

② 生理輻射是太陽(yáng)日總輻射量中的生理輻射部分的逐日積累值，生理輻射約為太陽(yáng)總輻射的50％。

例如：畝產(chǎn)500公斤稻谷，收獲生物學(xué)產(chǎn)量約為1000公斤，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量約為500公斤。在水稻的生長(zhǎng)季節(jié)，每畝面積上接受太陽(yáng)輻射能約為1.67X10¹²焦耳。則太陽(yáng)輻射能利用率為：

生物學(xué)產(chǎn)量計(jì)算：

經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量計(jì)算：

目前，農(nóng)作物對(duì)太陽(yáng)輻射能的利用率較低，僅占太陽(yáng)總輻射的0.5％左右，某些作物稍高些，但也只有5％，根據(jù)國(guó)外的研究資料，作物對(duì)太陽(yáng)輻射能的利用可超過12％。因此，在我國(guó)提高農(nóng)作物光能利用率，增加單位面積產(chǎn)量，潛力是很大的。

（三）提高太陽(yáng)能利用率的途徑

（1）改進(jìn)耕作制度及種植方式，在熱量條件許可的地區(qū)，一年中盡可能長(zhǎng)的時(shí)間在耕地上生長(zhǎng)作物，減少土地空閑時(shí)間。

（2）選育高光效品種，培育光呼吸作用弱、耐肥、抗倒伏的優(yōu)良品種。

（3）合理密植，構(gòu)成最有利的葉面積系數(shù)，以利于通風(fēng)透光及保證充足的二氧化碳供應(yīng)。

（4）改造自然（如興修水利、溫室、塑料棚、地膜等）使光、熱、水資源配合最佳。

（5）及時(shí)預(yù)測(cè)和防治病蟲害及其他自然災(zāi)害。

（6）果林方面，可采用林糧間作，撫育間伐，合理修剪，小株密植等措施。

（7）提高葉綠素的光合效能。利用人造光源補(bǔ)充田間光照，可提高光合效能，還可以通過調(diào)節(jié)播種時(shí)間，改變光照時(shí)段，也能影響作物的開花和結(jié)實(shí)時(shí)間，有效地增加產(chǎn)量。

七、耕作改善

（一）人工調(diào)節(jié)光質(zhì)

紅色膜：在紅色膜下培育的水稻秧苗生產(chǎn)旺盛；甜菜含糖量高；胡蘿卜直根長(zhǎng)得更大；韭菜葉寬而肉厚，收獲期提前，產(chǎn)量增加。

藍(lán)色膜：主要適用于水稻育秧，有利于培育矮壯秧苗，還可用于蔬菜、棉花、花生、草莓、菜豆、茄子、甜椒、番茄、瓜類等蔬菜和其他經(jīng)濟(jì)作物，可較好地起到防除雜草的作用。

紫色膜：該膜主要適用于冬春季溫室或塑料大棚的茄果類和綠葉類蔬菜栽培，可增進(jìn)品質(zhì)，提高產(chǎn)量。

黃色膜：據(jù)試驗(yàn)，用黃色膜覆蓋芹菜和萵苣，植物生長(zhǎng)高大，豆類生長(zhǎng)壯實(shí)；覆蓋黃瓜，可促進(jìn)現(xiàn)蕾開花，增加產(chǎn)量1～1.5倍；覆蓋茶樹，茶葉品質(zhì)上乘，產(chǎn)量提高。

黑色膜：雜草嚴(yán)重的地塊或高溫季節(jié)栽培夏蘿卜、白菜、菠菜、秋黃瓜、晚番茄，選用黑色膜較好。

銀色反光膜：主要用于溫室蔬菜栽培，可懸掛在溫室內(nèi)栽培畦北側(cè)，改善溫室內(nèi)的光照條件。

銀灰色膜：主要適用于夏秋蔬菜、瓜類、棉花和烤煙栽培，有良好的防病、防蚜蟲和白粉虱及改良品質(zhì)的作用。

（二）光照調(diào)控

（1）光量調(diào)控——遮光，降低光照的強(qiáng)度；補(bǔ)光，提高光照的強(qiáng)度。

（2）光周期調(diào)控——遮光，延長(zhǎng)暗期；補(bǔ)光，延長(zhǎng)明期；改變明期、暗期交替的規(guī)律。

（3）光質(zhì)調(diào)控——采用滿足要求的具有特定光譜分布的人工光源補(bǔ)光采用滿足要求的具有特定光譜透過率的覆蓋材料。

（三）遮光

（1）光合遮光調(diào)控，降低溫度，縮短光照時(shí)間和縮短光強(qiáng)度

夏季強(qiáng)光、高溫會(huì)使某些植物光合強(qiáng)度降低，某些陰性植物或幼苗甚至產(chǎn)生葉片灼傷現(xiàn)象，需要進(jìn)行光合遮光，以削減光強(qiáng)，減少太陽(yáng)熱負(fù)荷。遮光材料應(yīng)具有一定的透光率、較高的反射率和較低的吸收率。

光合遮光主要目的是削減部分光熱輻射，溫室內(nèi)仍需具有保證植物正常光合作用的光強(qiáng)，遮陽(yáng)幕無需嚴(yán)密搭接，遮陽(yáng)率40％~70％。

常用遮陽(yáng)幕材料：竹簾、白色聚乙烯紗網(wǎng)、黑色遮陽(yáng)網(wǎng)、屋面涂白等（室外）無紡布、綴鋁膜（室內(nèi)）等。

（2）光周期遮光調(diào)節(jié)

光周期遮光的目的是延長(zhǎng)暗期，保證短日照作物對(duì)連續(xù)暗期的要求。常用的材料有黑布與黑色塑料兩種，在溫室頂面及四周鋪設(shè)、嚴(yán)密搭接。使室內(nèi)光照降到臨界光周期照度以下，一般不高于22lx。遮光的時(shí)間一般應(yīng)使連續(xù)暗期大于14h，通常從黑夜向傍晚和清晨?jī)深^延長(zhǎng)。

（四）補(bǔ)光

抑制或促進(jìn)花芽的分化，調(diào)節(jié)花期；補(bǔ)充自然光源的不足。

照度：人工光周期補(bǔ)光是作為調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)發(fā)育的信息提供的，需用的照度較低，一般大于22lx，最好是50lx左右。

光譜：660~665nm，可用富含紅光的白熾燈。

補(bǔ)光方式：（一般長(zhǎng)日照作物要求連續(xù)暗期短于7h）

整夜連續(xù)補(bǔ)光；早晚延長(zhǎng)補(bǔ)光；夜間間斷補(bǔ)光；

（如北京地區(qū)冬季，光照時(shí)間為9h，黑夜為15h。為了節(jié)省電能，可用50lx光照在午夜補(bǔ)光4h，連續(xù)暗期變?yōu)閮啥?.5h，可節(jié)電50％。若用110lx照度，每30min補(bǔ)光6min，或用220lx照度每1min中補(bǔ)光3s，均可收到同樣的光周期補(bǔ)光效果，但可節(jié)電60％~80％。）

（五）光源選取

熱輻射光源?：白熾燈、鹵鎢燈鎢絲中通過電流產(chǎn)生高溫（2400～3000℃）發(fā)光。

氣體放電光源：熒光燈、高壓水銀熒光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈。

物質(zhì)原子受電子激發(fā)產(chǎn)生光輻射。

① 白熾燈

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，光照強(qiáng)度易于調(diào)節(jié)；輻射光譜主要在紅外范圍，可見光比例很小，發(fā)光效率低，且紅光偏多，藍(lán)光偏少；壽命短（1000小時(shí)）。

不宜用作光合補(bǔ)光的光源，但可作光周期補(bǔ)光的光源。

② 熒光燈

低壓氣體放電燈，玻璃管內(nèi)充有水銀蒸氣和惰性氣體，管內(nèi)壁涂有熒光粉，光色隨管內(nèi)所涂熒光材料而異。

目前在園藝設(shè)施補(bǔ)光中使用較多，尤其是用于無遮擋自然光問題產(chǎn)生的組培室等設(shè)施內(nèi)的人工光照，但不適用于以自然采光為主的園藝設(shè)施。

③ 金屬鹵化物燈

在高壓水銀燈的基礎(chǔ)上，在放電管內(nèi)添加各種金屬鹵化物（溴化錫、碘化鈉、碘化鉈等），依靠激發(fā)不同元素產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的輻射，改善光色和發(fā)光效率。

在對(duì)光質(zhì)與效率均有較高要求的設(shè)施中（例如科研溫室）使用。

④ 高壓鈉燈

結(jié)構(gòu)與金屬鹵化物燈類似，在放電管內(nèi)充高壓鈉蒸氣，并添加少量氙和汞等金屬的鹵化物幫助起輝。目前在生產(chǎn)性園藝設(shè)施的補(bǔ)光中使用最多。

⑤ 發(fā)光二極管（LED）

單色性，波譜域?qū)拑H±20nm左右；避免中、長(zhǎng)波部分的紅外輻射（對(duì)光合作用無效）的能量浪費(fèi)；可組合不同單色（如紅色＋藍(lán)色）的LED滿足植物光合作用對(duì)光譜的需要；發(fā)熱少，可實(shí)現(xiàn)近距離補(bǔ)光（提高光利用效率）。單體尺寸小，便于組合和使設(shè)備小型化；使用壽命長(zhǎng)（5萬小時(shí)以上）；發(fā)光效率低，僅為熒光燈的50%～70%；價(jià)格高，尤其是藍(lán)色LED目前價(jià)格昂貴。

幾種常用人工光源的發(fā)光效率及光照強(qiáng)度換算

注∶ ① 發(fā)光二極管光效率高于白熾燈、低于熒光燈；② 微波放電燈效率最高