光合作用與農業生產

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十分重要的物質同化過程。植物通過光合作用制造的有機物，可供地球上所有異養生物之用。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物均是植物的光合產物。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物。由此可見，光合作用與人類的生活，特別是與農業生產具有密切的關系。可以說，光合作用是農業生產的基礎，農作物的產量和質量均取決于光合作用的狀況。下面就光合作用與農業生產的關系，以及如何利用光合作用的原理來提高作物產量和質量作一簡要概述。

1 增加CO₂的濃度，保證光合作用原料的供應

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

2 延長光合作用的時間

延長單位土地面積上綠色植物進行光合作用的時間，是合理利用光能的一項重要措施。延長光合作用時間的措施有：一是提高復種指數，它是指全年內農作物的收獲面積與耕地面積之比，提高復種指數就是增加收獲面積，延長單位土地面積上作物的光合時間，提高復種指數的措施有輪作、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重要措施，它能充分提高作物的光能利用率。在進行作物栽培時，合理的密度就會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，個體發展較好，但群體得不到充分發展，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。研究發現，高產優質的品種株型都具有共同特點，即矮桿、葉直而厚小，分蘗密集。

4 合理施肥，保證植物礦質元素的供應

合理施肥就是指根據植物的需肥規律，適時地、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元素。現在發現植物生長必需的礦質元素有14種，其中有很多種元素和光合作用都有密切的關系，例如Mg是合成葉綠素的原料，Fe參與葉綠素的合成，N是光合作用酶、ATP、NADP＋的成分。由此可見，保證植物礦質元素的供應，是植物光合作用正常進行的必要條件。

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。光呼吸是一個消耗有機物的過程，一般認為光呼吸對作物的生長是不利的。據報道，葡萄的光呼吸幾乎消耗光合產物的40％～50％。尤其在夏季，光呼吸作用因溫度提高而急劇增強，從而嚴重影響光合產物的積累，影響葡萄的品質。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。例如生產葡萄可用亞硫酸氫鈉，在果實膨大后每隔7～10 d全株噴施亞硫酸氫鈉300 mL/g，連續噴2～3次即可收到明顯的效果。據報道，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度下降近三分之一，從而使大豆的產量得到提高。二是通過改變環境成分，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占優勢，以減少氧化反應的比例（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，如果能采取適當的措施降低光呼吸，將會大大提高其光合效率。

6 改善光照條件，提高作物的產量和品質

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力。光照對光合作用的影響表現在3個方面：① 光照強度；② 光質；③ 光照時間。光照時間上面已經討論過，這里主要說明光照強度和光質對光合作用的影響。

6.1 光照強度

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

6.2 光質

光質不同也影響植物的光合作用強度。一般來說，在紅、橙光下，光合作用強度最大，藍、紫光次之，綠光最差。光質不僅會影響光合作用強度，還影響光合作用的產物，和作物的品質有直接關系。例如，紅光能提高作物的含糖量，藍光能增加作物的蛋白質含量。對于黃瓜來說，藍光下其維生素C的含量會顯著提高。

7 應用植物生長調節物質，提高光合作用強度

1977年美國農業部水果蔬菜化學研究所研究員哈利首先發現并研制了DCPTA，其化學名稱為2-（3，4－二氯苯氧基）－乙基－二乙胺，在我國也稱為增產胺、顆粒豐。據報道，DCPTA可使豆類增產50％，甜菜增產60％，可使人參長得像香蕉一樣粗大，具有很大的增產潛力。其作用機理主要是能提高光合作用強度，增加植物對CO₂的吸收和利用，因而，能提高作物的產量和改善作物的品質。