智慧农业数字化关于日照时长耕作指导及耕作

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一、日照时长概念

日照时长（日照长度）是指从日出到日落的太阳可能照射时间，又称为可照时数或可照时间。

（1）日照时数是指太阳在一地实际照射的时数。在一给定时间内，日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过瓦/平方米的各段时间的总和，以小时为单位，取一位小数。日照时数也可称实照时数。

（2）可照时数（天文可照时数），是指在无任何遮蔽条件下，太阳中心从某地东方地平线到进入西方地平线，其光线照射到地面所经历的时间。可照时数由公式计算，也可从天文年历或气象常用表查出。

（3）日照百分率=（日照时数/可照时数）×%，取整数。日照时数主要用于表征当地气候、描述过去天气状况等，比较适宜值∶70-80%。

二、我国不同纬度的日照长度

中国北方的日照时数夏季多于南方。另外，纬度越高，昼夜长短变化幅度越大，夏季越向北昼长越长。而青藏高原是因为海拔高，空气稀薄，晴朗天气多，故日照时数多。与青藏高原相反的是四川盆地，纬度相近，但水汽多，受地形限制，所以多云，日照就少。

（1）在北半球从春分到秋分是昼长夜短，夏至昼最长。从秋分到春分是昼短夜长，冬至夜最长。

（2）在赤道附近，终年昼夜平分。纬度越高，夏半年（春分到秋分）昼越长而冬半年（秋分至春分）昼越短。

（3）在两极地区则半年是白天，半年是黑夜。

由于我国位于北半球，所以夏季的日照时间总是多于12小时，而冬季的日照时间总是少于12小时。随着纬度的增加，夏季的日照长度也逐渐增加，而冬季的日照长度则逐渐缩短。高纬度地区的作物虽然生长期很短，但在生长季节内每天的日照时间很长，所以我国北方的作物仍然可以正常地开花结果。

日照时长的变化对动植物都有重要的生态作用，由于分布在地球各地的动植物长期生活在具有一定昼夜变化格局的环境中，借助于自然选择和进化而形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式，这就是在生物中普遍存在的光周期现象。

例如：植物在一定光照条件下的开花、落叶和休眠以及动物的迁移、生殖、冬眠、筑巢和换毛换羽等。

三、光周期

（一）光周期与光周期现象

（1）光周期：即光期与暗期长短的周期性变化。是指一天中从日出到日落的理论日照时数，而不是实际有无直射光的时数。

（2）光周期现象：植物对日照长度发生反应的现象，称为光周期现象。在各种气象因子中，光周期变化是季节变化的可靠信号。

（3）临界日长：长光照植物在短光照环境下，或短光照植物在长光照环境下，都不会开花或延迟开花。这个短到足以引起短光照植物花原基发生的日照长度，叫做“临界日长”或“临界光周期”。

（二）根据对日照长度的反应类型可把植物分为：

（1）长日照植物：长日促进开花，只有当日照长度超过临界日长（14~17小时），或者说暗期必须短于某一时数才能形成花芽的植物。否则不能形成花芽，只停留在营养生长阶段。长日照植物有冬小麦、大麦、油菜、萝卜等，纬度超过60°的地区，多数植物是长日照植物。

（2）短日照植物：短日促进开花，只有当日照长度短于其临界日长（8~12小时）时才能开花的植物。在一定范围内，暗期越长，开花越早，如果在长日照下则只进行营养生长而不能开花。许多热带、亚热带和温带春秋季开花的植物多属短日照植物，如大豆、玉米、水稻、豇豆、茼蒿、扁豆、刀豆、苋菜、蕹菜等。

（3）中日性植物：对日长反应不敏感，指在任何日照长度条件下都能开花的植物（12小时左右），这类植物的开花日照长度的要求范围很广，只要温度合适，一年四季均能开花。如黄瓜、菜豆、茄果类等；

（4）限光性植物：一定日照长度范围，过长过短均不宜。野生菜豆12~16h。

◆长日照植物与短日照植物的临界日长，可以互相交叉。

◆长日照植物在短光照环境下，或短日照植物在长光照环境下，都不会开花或延迟开花。

◆短日照植物，并不要求较短的光照而是要求较长的黑暗，黑暗期的长短，对短日照植物发育的影响更为重要。

◆长日照植物，光照是重要的，黑暗是不重要的，甚至是不必要的。

（三）外界条件对光周期的影响

（1）温度：如果日照时数相同，在一定温度范围内，温度升高，可以促进花芽分化及开花。如白菜、萝卜、菠菜、芹菜等，温度过高、过低，即使在长光照条件下，也不会开花，或者开花期大为延迟。温度不仅影响光周期通过的早晚，而且可以改变植物对日照的要求。

（2）光强：弱光即可引发光周期效应，但不及强光效应大。

（3）光质：不同光质的光周期效应有很大差别。红黄光效应显着，蓝光次之，绿光几乎无效果。光周期作用光谱与叶绿素吸收光谱不同。

（4）植株年龄：植株生理年龄越大，对光周期的反应越敏感。发芽种子，不会对光周期起反应，而是必须要生长到一定的大。

（四）光周期的作用与利用

（1）光周期作用：

◆光周期影响植物在一年内的特定时期开花；

◆光周期影响植物的休眠、落叶；

◆光周期影响鳞茎、块茎、球茎等地下贮藏器官的形成。

（2）光周期利用：

◆光周期的反应特性与引种育种。

◆极少数植物必须在严格临界日长条件才能开花，称为“质的光周期反应”。

◆多数蔬菜植物对光周期的反应不是特别严格。如白菜、芥菜等在长日照下可以很快地开花，而在短光照下（8～10h/d）也可以开花，但开花时间延迟，这种现象可称为“量的光周期反应”。正是利用了这种量的反应特性，差不多所有蔬菜种类，都有对光周期要求严格及不严格的品种，可以选育成早、中、晚熟品种。

◆异地引种也必须考虑光周期反应特性。

◆光周期诱导：植物只要得到足够天数的适宜光周期后，即使以后处在不适宜的光周期条件下仍可开花的现象。光周期效应，主要是诱导花芽的分化，即诱导植物由营养生长向生殖生长转化。感受光周期刺激的部位是叶片，而不是生长点。

四、中国各地区全年太阳日照时间表

全国各地太阳能总辐射量与年平均日照（参照表）

五、辐照度与标准日照时间转换

（1）辐照单位∶MJ/m，标准日照小时数的单位是h（小时）。所谓标准日照小时数是根据太阳能组件在标准条件下（大气质量AM1.5，温度25°，辐照强度0W/m）的工作小时数，辐照强度是不断变化的，所以要进行折算。

（2）折算公式：1J=1Ws，1h=s；

0W/m=0J/s·m=0*j/s·m2=3.6MJ/m2

所以1KW·h/m=3.6MJ/m2同时1KW·h/m2相当于标准条件下，1小时标准日照小时数（1KW·h/m÷0W/m）。由此得出将太阳能资源（MJ/m2）换算为标准日照时数的系数为3.6。

（3）举例，某地水平太阳辐射量为MJ/m，那么∶相当于MJ/m÷3.6=.2KW·h/m，相当于4.2KWh/m2÷1KW/m=4.2小时。

则日标准小时数4.2/=3.96小时。

六、日照时长适宜值范围参照

（1）长日照植物：只有当日照长度超过临界日长（14~17小时），或者说暗期必须短于某一时数才能形成花芽的植物。否则不能形成花芽，只停留在营养生长阶段。

（2）短日照植物：只有当日照长度短于其临界日长（8~12小时）时才能开花的植物。在一定范围内，暗期越长，开花越早，如果在长日照下则只进行营养生长而不能开花。

（3）中日照植物：对日长反应不敏感，指在任何日照长度条件下都能开花的植物（12小时左右），这类植物的开花日照长度的要求范围很广，只要温度合适，一年四季均能开花。

植物的光补偿点与光饱和点的大致数值如下：

七、耕作指导

（一）人工春化，加速成花

如将萌动的冬小麦种子闷在罐中，放在0～5℃低温下40～50天，可用于春天补种冬小麦；在育种工作中利用春化处理，可以在一年中培育3～4代冬性作物，加速育种进程；为了避免春季“倒春寒”对春小麦的低温伤害，可对种子进行人工春化处理后适当晚播，使之在缩短生育期的情况下正常成熟；春小麦经低温处理后，可早熟5～10天，既可避免不良的气候（如干热风）的影响，又有利于后季作物的生长。

（二）指导引种

南方品种植物临界日长一般比北方短一些，生长季节中春夏季的长日照偏南地区比偏北地区来得晚一点，夏秋的短日照偏南地区比偏北地区来得早一点，南北引种时开花期会提前或推后

（1）长日照植物南种北引∶生育期缩短，引迟熟种；

（2）长日照植物北种南引∶生育期延长，引早熟种；

（3）短日照植物南种北引∶生育期延长，引早熟种；

（4）短日照植物北种南引∶生育期缩短，引迟熟种；

（三）植物光照不足会产生哪些症状

（1）作物黄化

多数植物在黑暗中生长时呈现黄色和其他变态特征的现象。植物在黑暗中不能合成叶绿素，显现出类胡萝卜素的黄色；节间伸长很快；叶片不能充分展开和生长；根系、维管束和机械组织不发达。

（2）病虫害频发

由于日光温室环境密闭，光照强度低，植株光合作用受阻，致使植株生长衰弱，对病虫害抵抗力弱，也导致病虫害频发。日光温室蔬菜病虫害发生多、危害重，对生产影响极大，已成为制约蔬菜产量和质量提高的重要因素，是目前温室蔬菜生产急需解决的问题。

（3）作物徒长

徒长像这样失去原本矮壮的造型，茎叶疯狂伸长的现象，叫做“徒长”，缺少日照，光线过暗，浇水又相对较多是主因。已经徒长的植物，基本是没可能再变回去了，可以等春秋生长期，截下顶部晾干伤口后枝插。若是不能保证日照，浇水就略控制些。

（4）落花现象

造成蔬菜落花的原因是很多，比如营养生长过旺，植株长势过弱，湿度过干或过大，以及温度过高或光照不足都能造成茄子落花的现象。

（四）光抑制

光能不足可成为光合作用的限制因素，光能过剩也会对光合作用产生不利的影响。当光合机构接受的光能超过它所能利用的量时，光会引起光合速率的降低，这个现象就叫光合作用的光抑制。例如∶烟草是喜光作物，和煦而充足的光照对烟叶的生长发育及品质形成十分有利。过分强烈的日光则会引起日灼病，使叶尖、叶缘和叶脉产生褐色的枯死斑，使烟草的经济效益降低。

八、耕作改善

（一）提高光能利用率可以通过改善栽培措施和培育新品种来实现

（1）充分利用生长季采取间作套种和轮作制度，合理安排茬口，改善农田群体结构，使田间作物保持有旺盛的群体，提高群体的光能利用率。

（2）选育高效的作物品种选育光合作用强、呼吸消耗低、叶面积适当、株型和叶型合理的品种。

（3）采取合理的栽培技术措施在不倒伏和不妨碍通风透光的前提下，扩大群体的叶面积指数，并维持较长的功能期，使之有利于作物光合产物的积累和运输。

（4）提高叶片的光合效率如抑制光呼吸作用，补施CO2肥料，人工调节光照时间等，均可增加光合能力，提高光合效率。

（5）加强田间管理，改善作物群体的生态环境包括水肥管理、及时除草、及时消灭病虫害、有效防御各种农业气象灾害等具体措施，都可以增加产量，提高光能利用率。

（二）设施光照条件及人工调节光质

红色膜：在红色膜下培育的水稻秧苗生产旺盛；甜菜含糖量高；胡萝卜直根长得更大；韭菜叶宽而肉厚，收获期提前，产量增加。

蓝色膜：主要适用于水稻育秧，有利于培育矮壮秧苗，还可用于蔬菜、棉花、花生、草莓、菜豆、茄子、甜椒、番茄、瓜类等蔬菜和其他经济作物，可较好地起到防除杂草的作用。

紫色膜：该膜主要适用于冬春季温室或塑料大棚的茄果类和绿叶类蔬菜栽培，可增进品质，提高产量。

黄色膜：据试验，用黄色膜覆盖芹菜和莴苣，植物生长高大，豆类生长壮实；覆盖黄瓜，可促进现蕾开花，增加产量1～1.5倍；覆盖茶树，茶叶品质上乘，产量提高。

黑色膜：杂草严重的地块或高温季节栽培夏萝卜、白菜、菠菜、秋黄瓜、晚番茄，选用黑色膜较好。

银色反光膜：主要用于温室蔬菜栽培，可悬挂在温室内栽培畦北侧，改善温室内的光照条件。

银灰色膜：主要适用于夏秋蔬菜、瓜类、棉花和烤烟栽培，有良好的防病、防蚜虫和白粉虱及改良品质的作用。

（三）光照调控

（1）光量调控——遮光，降低光照的强度；补光，提高光照的强度。

（2）光周期调控——遮光，延长暗期；补光，延长明期；改变明期、暗期交替的规律。

（3）光质调控——采用满足要求的具有特定光谱分布的人工光源补光采用满足要求的具有特定光谱透过率的覆盖材料。

（四）遮光

（1）光合遮光调控，降低温度，缩短光照时间和缩短光强度

◆夏季强光、高温会使某些植物光合强度降低，某些阴性植物或幼苗甚至产生叶片灼伤现象，需要进行光合遮光，以削减光强，减少太阳热负荷。遮光材料应具有一定的透光率、较高的反射率和较低的吸收率。

◆光合遮光主要目的是削减部分光热辐射，温室内仍需具有保证植物正常光合作用的光强，遮阳幕无需严密搭接，遮阳率40％~70％。

◆常用遮阳幕材料：竹帘、白色聚乙烯纱网、黑色遮阳网、屋面涂白等（室外）无纺布、缀铝膜（室内）等。

（2）光周期遮光调节

光周期遮光的目的是延长暗期，保证短日照作物对连续暗期的要求。常用的材料有黑布与黑色塑料两种，在温室顶面及四周铺设、严密搭接。使室内光照降到临界光周期照度以下，一般不高于22lx。遮光的时间一般应使连续暗期大于14h，通常从黑夜向傍晚和清晨两头延长。

（五）补光

◆补光：抑制或促进花芽的分化，调节花期；补充自然光源的不足。

照度：人工光周期补光是作为调节作物生长发育的信息提供的，需用的照度较低，一般大于22lx，最好是50lx左右。光谱：~nm，可用富含红光的白炽灯。

◆补光方式：（一般长日照作物要求连续暗期短于7h）整夜连续补光；早晚延长补光；夜间间断补光；

（如北京地区冬季，光照时间为9h，黑夜为15h。为了节省电能，可用50lx光照在午夜补光4h，连续暗期变为两段5.5h，可节电50％。若用lx照度，每30min补光6min，或用lx照度每1min中补光3s，均可收到同样的光周期补光效果，但可节电60％~80％。）

（六）光源选取

热辐射光源：白炽灯、卤钨灯钨丝中通过电流产生高温（～℃）发光。气体放电光源：荧光灯、高压水银荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯、低压钠灯。物质原子受电子激发产生光辐射。

几种常用人工光源的发光效率及光照强度换算

注∶①发光二极管光效率高于白炽灯、低于荧光灯；②微波放电灯效率最高

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农卷风编辑：林伟涛