光合作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

胡四新

文件編號：1003-7586(2006)09-0012-02

光合作用是自然界中的一個(gè)十分重要的物質(zhì)同化過程。植物通過光合作用制造的有機(jī)物，可供地球上所有異養(yǎng)生物之用。作為人類的糧食、油料、蔬菜、水果等，以及作為家畜飼料的有機(jī)物均是植物的光合產(chǎn)物。此外，人類生活所需的木材、纖維、棉、麻、橡膠以及糖等也是植物的光合產(chǎn)物。由此可見，光合作用與人類的生活，特別是與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有密切的關(guān)系。可以說，光合作用是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量均取決于光合作用的狀況。下面就光合作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系，以及如何利用光合作用的原理來提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量作一簡要概述。

1 增加CO₂的濃度，保證光合作用原料的供應(yīng)

二氧化碳是光合作用的主要原料之一，參與暗反應(yīng)階段的生物化學(xué)反應(yīng)。在一定范圍內(nèi)，隨著CO₂含量的提高，光合作用逐漸增強(qiáng)，當(dāng)CO₂含量提高到一定程度時(shí)，光合作用的強(qiáng)度不再隨著CO₂含量的提高而增強(qiáng)。然而，農(nóng)作物周圍空氣中CO₂濃度往往比較低，不能滿足作物生長的需要，農(nóng)作物經(jīng)常處于“CO₂饑餓狀態(tài)”。因此，經(jīng)常保證農(nóng)作物CO₂供應(yīng)，是提高農(nóng)作物產(chǎn)量的重要措施。那么，如何才能保證農(nóng)作物CO₂的供應(yīng)呢？主要有三個(gè)措施：一是要合理密植，因地制宜選好行向，確保通風(fēng)良好。我國古代農(nóng)書《齊民要書》中提到“正其行，通其風(fēng)”，就是這樣的道理；二是增施有機(jī)肥料，使土壤微生物的數(shù)量增多、活動(dòng)能力加強(qiáng)，分解有機(jī)物，放出CO₂；三是深施碳酸氫銨肥料，這種肥料含有約50％的CO₂。

2 延長光合作用的時(shí)間

延長單位土地面積上綠色植物進(jìn)行光合作用的時(shí)間，是合理利用光能的一項(xiàng)重要措施。延長光合作用時(shí)間的措施有：一是提高復(fù)種指數(shù)，它是指全年內(nèi)農(nóng)作物的收獲面積與耕地面積之比，提高復(fù)種指數(shù)就是增加收獲面積，延長單位土地面積上作物的光合時(shí)間，提高復(fù)種指數(shù)的措施有輪作、間作和套種等；二是延長作物的生育期。

3 增加光合作用的面積

光合作用面積指植物的綠色面積，主要是葉面積。合理密植是增加光合作用面積的一項(xiàng)重要措施，它能充分提高作物的光能利用率。在進(jìn)行作物栽培時(shí)，合理的密度就會(huì)有較適合的光合作用面積，充分利用日光能和地力。種植密度過稀，個(gè)體發(fā)展較好，但群體得不到充分發(fā)展，光能就得不到充分利用；種植密度過大，植株相互遮擋，特別是下層葉子得不到充足的陽光，植物也不能夠茁壯地生長。

此外，增加光合作用面積還可以通過改變植物的株型。研究發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的品種株型都具有共同特點(diǎn)，即矮桿、葉直而厚小，分蘗密集。

4 合理施肥，保證植物礦質(zhì)元素的供應(yīng)

合理施肥就是指根據(jù)植物的需肥規(guī)律，適時(shí)地、適量地施肥，以便使植物體茁壯生長，并且獲得少肥高效的效果。施肥的目的主要是為作物的生長提供必需的礦質(zhì)元素?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)植物生長必需的礦質(zhì)元素有14種，其中有很多種元素和光合作用都有密切的關(guān)系，例如Mg是合成葉綠素的原料，F(xiàn)e參與葉綠素的合成，N是光合作用酶、ATP、NADP＋的成分。由此可見，保證植物礦質(zhì)元素的供應(yīng)，是植物光合作用正常進(jìn)行的必要條件。

5 降低光呼吸，提高作物的光合效率

光呼吸是植物綠色組織在光下吸收氧氣和釋放二氧化碳的過程，其底物是乙醇酸。光呼吸是一個(gè)消耗有機(jī)物的過程，一般認(rèn)為光呼吸對作物的生長是不利的。據(jù)報(bào)道，葡萄的光呼吸幾乎消耗光合產(chǎn)物的40％～50％。尤其在夏季，光呼吸作用因溫度提高而急劇增強(qiáng)，從而嚴(yán)重影響光合產(chǎn)物的積累，影響葡萄的品質(zhì)。降低光呼吸，主要有兩種措施一是利用光呼吸抑制劑抑制光呼吸。例如生產(chǎn)葡萄可用亞硫酸氫鈉，在果實(shí)膨大后每隔7～10 d全株噴施亞硫酸氫鈉300 mL/g，連續(xù)噴2～3次即可收到明顯的效果。據(jù)報(bào)道，用一定濃度的亞硫酸氫鈉噴灑大豆，可以使大豆光呼吸的強(qiáng)度下降近三分之一，從而使大豆的產(chǎn)量得到提高。二是通過改變環(huán)境成分，尤其是增加CO₂的濃度，使核酮糖二磷酸羧化酶氧化酶的羧化反應(yīng)占優(yōu)勢，以減少氧化反應(yīng)的比例（即減少光呼吸）。C₃植物（水稻、小麥、葡萄、大豆等）光呼吸比C₄植物明顯，因此，如果能采取適當(dāng)?shù)拇胧┙档凸夂粑?，將?huì)大大提高其光合效率。

6 改善光照條件，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)

光照是影響光合作用的主要因素之一，它是光合作用的原動(dòng)力。光照對光合作用的影響表現(xiàn)在3個(gè)方面：① 光照強(qiáng)度；② 光質(zhì)；③ 光照時(shí)間。光照時(shí)間上面已經(jīng)討論過，這里主要說明光照強(qiáng)度和光質(zhì)對光合作用的影響。

6.1 光照強(qiáng)度

在其他條件都適宜的情況下，在一定范圍內(nèi)，光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度提高而加強(qiáng)。當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值后，光照強(qiáng)度再提高而光合作用強(qiáng)度不再加快，這種現(xiàn)象稱為光飽和現(xiàn)象。開始達(dá)到光飽和現(xiàn)象時(shí)的光照強(qiáng)度稱為光飽和點(diǎn)。在光飽和點(diǎn)以下，隨著光照強(qiáng)度減弱，光合作用強(qiáng)度也減弱，當(dāng)光照強(qiáng)度減弱到一定程度時(shí)，光合作用吸收的CO₂量與呼吸作用釋放的CO₂量處于動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)，此時(shí)，植物制造的有機(jī)物量和消耗的有機(jī)物量相等，不能積累干物質(zhì)，而夜間還要消耗干物質(zhì)。因此，從全天來看，植物所需的最低光照強(qiáng)度，必須高于光補(bǔ)償點(diǎn)，才能使植物正常生長。

6.2 光質(zhì)

光質(zhì)不同也影響植物的光合作用強(qiáng)度。一般來說，在紅、橙光下，光合作用強(qiáng)度最大，藍(lán)、紫光次之，綠光最差。光質(zhì)不僅會(huì)影響光合作用強(qiáng)度，還影響光合作用的產(chǎn)物，和作物的品質(zhì)有直接關(guān)系。例如，紅光能提高作物的含糖量，藍(lán)光能增加作物的蛋白質(zhì)含量。對于黃瓜來說，藍(lán)光下其維生素C的含量會(huì)顯著提高。

7 應(yīng)用植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，提高光合作用強(qiáng)度

1977年美國農(nóng)業(yè)部水果蔬菜化學(xué)研究所研究員哈利首先發(fā)現(xiàn)并研制了DCPTA，其化學(xué)名稱為2-（3，4－二氯苯氧基）－乙基－二乙胺，在我國也稱為增產(chǎn)胺、顆粒豐。據(jù)報(bào)道，DCPTA可使豆類增產(chǎn)50％，甜菜增產(chǎn)60％，可使人參長得像香蕉一樣粗大，具有很大的增產(chǎn)潛力。其作用機(jī)理主要是能提高光合作用強(qiáng)度，增加植物對CO₂的吸收和利用，因而，能提高作物的產(chǎn)量和改善作物的品質(zhì)。