[科普中国]-光合生产潜力

简介

光合生产潜力是指当温度、水分、CO2、养分、群体结构和栽培技术等均处于最适状况下，由作物的光合效率所形成的群体最高产量，亦称作物产量的理论上限。研究光合生产潜力的重要意义在于探讨作物于物质生产的限制因素，以采取有效措施，充分利用太阳能，最大限度提高作物产量。通过光合生产潜力的计算，不仅可得出植物潜在光合生产力的地域分布规律，还可据以分析影响作物生长发育和干物质形成的限制因素，以便采取更合理的农业技术措施，最大限度地利用太阳能。1

涉及参数光合生产潜力的计算涉及多种参数值。植物的叶绿体吸收太阳辐射光谱中400～700纳米波段的能量（即光合有效辐射）参与光合作用，因此，计算光合生产潜力就要估算光合有效辐射 (Qp)占总辐射(Q)的比例、作物群体截获的太阳光能的数量、光饱和点以上未被利用的能量(Ls)，以及包括光呼吸消耗在内的呼吸作用所损耗的能量(Lr)。另外,太阳光能通过辐射到达作物层时,一部分被反射回宇宙空间(RA),一部分透射到土面(RT),还有一部分被作物非光合器官所吸收(An)。进入叶绿体光合作用反应中心的太阳光能,又受量子效率(Eg)的影响，所以太阳光能最终以有机物的形式储存于植物体内的能量，只占太阳光能的极少一部分。2

效率分析根据量子效率理论，可计算出光合作用的最大效率为22.4%。但实际上还要排除某些因素的影响。如除去光合作用中消耗于呼吸作用的物质损失等，并以上述计算结果的30%计，则吸收的光能在光合作用中用于形成有机物质的理论有效系数当为 0.224(1-0.3)=15.68%。如果再把大田反射、透射、接茬耗光和植物衰老期利用率下降等因素计算在内，则在最终形成产量的能量利用率约为10%，这一理论数值即是农业生产中有可能达到的产量上限。2

具体公式光合生产潜力Y1的计算式为：

式中，为投射到单位面积上的年辐射总量；为可用于光合作用的光合有效辐射占太阳总辐射的比率，一般取0.49；为作物群体吸收率。在作物整个生育期间，吸收率是叶片面积增长的函数，即=0.83Li/L0，其中L0为最大叶面积指数，Li为某时段的叶面积指数；ρ为非光合器官的无效吸收率，取0.1；γ为光饱和限制率，自然条件下，γ=0；φ为光合作用量子效率，取0.224；w为呼吸作用的耗损率，取0.3；x为含水率，一般取值0.14；H为形成1g干物质所需要的热量，取1.8×10-4J/g。

将各系数代入上式，得到：

当群体为最优结构时，即Li/L0=1时，有：

Y1单位为kg/hm2，显然，光合生产潜力表示作物处于最优的生活环境，最适状态下的光合生产量，这是产量的上限，目前大田很难达到。1