s****6
发帖数: 7614 | 1 那里阳光猛，日照充足。以前没水，现在不缺水了。选最好的种子，给足化肥和水，试
试能不能亩产万斤:-) |
m**********e
发帖数: 12525 | 2 光合作用理论效率6%,假设日照时间每天12小时,太阳色温6000k,
你说吧,假设效率6%的理想热机,理论上能产多少能量?
【在 s****6 的大作中提到】
: 那里阳光猛，日照充足。以前没水，现在不缺水了。选最好的种子，给足化肥和水，试
: 试能不能亩产万斤:-)
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s****6
发帖数: 7614 | 3 海日~~快来救我！
【在 m**********e 的大作中提到】
: 光合作用理论效率6%,假设日照时间每天12小时,太阳色温6000k,
: 你说吧,假设效率6%的理想热机,理论上能产多少能量?
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S******D
发帖数: 8437 | 4 小六子被弃婴强暴，惊呼海日快来救我。。。
【在 s****6 的大作中提到】
: 海日~~快来救我！
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x*****q
发帖数: 2336 | 5 差点看成，海日~~快来日我！罪过，罪过。
【在 s****6 的大作中提到】
: 海日~~快来救我！
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f**o
发帖数: 12685 | 6 海日还在煤矿上配合邓铲党贪官发动工农进行新一轮斗争以暴露革命力量！
◇◇新语丝(www.xys.org)(xys5.dxiong.com)(www.xinyusi.info)(xys2.dropin.org)
◇◇
亩产万斤到底可不可行？
作者：Mayfly
亩产万斤曾是历史口号，也可能是一些人的理想或幻想。其虽然被多次批判
或捧红，至今也还有人相信其真实性，那么我们就需要对其进行科学考察一番。
即亩产万斤到底可不可行？尤其是随着科学技术的提高和改进，其会不会在将来
实现？乌托邦或桃花源到底存在不存在？
植物将光能转化为可供人类食用的粮食有好几个步骤或过程（主要参考Zhu
等2008的报道）：1）光照射到植物体上。实际上到达地面的很多光因被遮挡、
反射、照到植株之间的空地上等原因没有被利用；2）吸收光能中的有用部分，
即植物只能吸收太阳光中的部分能量。这个步骤相当于只有一部分光到达植物体
内；3）因植物本身有颜色，吸收进来的光中有一部分因不能参加光合作用而没
有用处，只能损失掉；4）光到达叶绿体、激活光合作用反应过程要损失掉一部
分；5）光合作用过程将光能转化为植物有机质，这里植物进行光合作用反应过
程也需要消耗部分太阳能，即被叶绿体吸收的光能不能全部转化为有机质，一部
分要用于光合作用本身；6）消耗有机质用于植物的光合作用，即维系光合作用
植物需要通过呼吸作用消耗一部分能量，如分子运输等；7）生长繁殖过程要通
过呼吸作用消耗掉部分能量，即植物生成的有机质只能部分积累。比如成年人每
天都吃东西但体重却不增加，就是因为我们所食用的能量全部消耗掉了。植物生
长也一样需要消耗能量；8）人类只能取用植物已积累有机质中的一部分，如树
干和树根等就不能食用。在这八个步骤中，每一个步骤都需要消耗能量，都有能
量的耗散，因此在计算粮食产量时必需要将这八个步骤中的转化率计算在内。另
外，这些步骤过程都还受到其它条件的限制，如温度、湿度、二氧化碳浓度、植
物本身状态、多少甚至病虫害等因素的影响。
在第一步中，植物能接受到的太阳能一般只有全部入射能量的1%左右，Odum
(1957)的实验显示水体可达到25%。据Zhu等（2008）的报道，在第二步中，植物
对光的吸收效率为48.7%；第三步的转化效率理论最大值为438×100%/487=90%；
第四步的效率为372×100%/438=85%；第五步中的理论光合作用最大效率在C3植
物（如大豆、小麦和水稻等）为65×100%/372=17.5%，在C4植物（如高梁、玉米、
甘蔗等）为85×100%/372=22.85%，平均为20%；第六步效率最大为70%；第七步
过程中的植物积累效率大约为70%－85%；第八步为30%左右（第一和最后两个数
据参考生态学教材）。
据钱学森1993年的说法，“据气象记录，在中国大地上每年每平方厘米上接
受的日光能量为120-200大卡，即每年每亩地接受日光能量为8-13.3×108大卡。
如百分之百地用空气中的CO2和从根吸取的水合成碳水化合物，则每亩地每年有
190-320吨。光合作用的能量效率可达50%，而粮粒只占全部产物的1/3，故理想
最高年亩产是32-53吨。说亩产万斤，才5吨，远远小于理想数。所以充分发挥科
学技术的作用是可以实现的，现在我国的亩产最高记录为1.5吨。”
这里钱学森所讲的“每亩地每年有190-320吨”相当于全部光能；“光合作
用的能量效率可达50%”数值太高，且只相当于上述八步中的第五步； “粮粒只
占全部产物的1/3”相当于上述八步中的最后一步。可见钱氏所考虑的能量转化
过程太简单，数值也太高，其合理性值得怀疑。如果将钱氏所说的“光合作用的
能量效率可达50%”理解为植物将光能转化为有机质的实际转化率，即认为其包
括了上述五步中的5－7步，那么钱氏所述至少还缺少上述八步中的第1－4步。
如果以钱学森所讲的“每亩地每年有190-320吨”作为开始，依据上述八步
中的转化率计算，则年亩产为（第一步以20%计，第七步以90%计）：190×20%×
48.7%×90%×85%×20%×70%×90%×30%＝0.54吨或320×20%×48.7%×90%×85%
×20%×70%×90%×30%＝0.9吨。实际数值只有钱氏所讲的六十分之一左右。注
意，这里还是指理想条件下的状态。实际情况是：理想条件（如温度、湿度和二
氧化碳浓度等）极难达到最适，植物也不可能天天生长等原因，这个数值至少要
打半折。在自然条件下，实际光合作用效率或植物转化率只有0.1%－2%，极少数
植物如甘蔗可达到7%－8%。如果以1%计， “每亩地每年有190-320吨”入射光能，
实际亩产只可能达到1.9－3.2吨，这还是整个植株的重量，如果考虑种子只有其
三分之一左右，故实际粮食产量只有1吨左右，所以说亩产万斤是不可能的。另
一个直观一点的数据是：亩产万斤相当于666平方米的土地上产出一万斤的粮食，
即每平方米为15斤，这意味着一米见方的地上要产出一小袋的米或是铺着一层米，
似乎也不可能。还有，根据生态学定律，能量传递大致为10%左右，故“每亩地
每年有190-320吨”入射光能似乎只能变成19－32吨的植物有机质，我们人能够
利用的最多也只有1.9－3.2吨左右。
Zhu等（2008）根据光合作用过程和原理推算出，考虑到光合作用过程中光
的损耗，在温度为30摄氏度、二氧化碳浓度为380ppm的条件下，C3植物的理论光
合作用最大效率为4.6%，C4植物为6%。这个数值只有钱学森所说的光合作用能量
效率为50%的十分之一左右，况且这个数值计算的起点是从植物吸收进太阳光后
进行的，即为合成的有机质占吸收光能的比值，并不是有机质与所有照射到地面
的太阳光能的比值。如果以5%计，在理想条件下，据钱学森所言之数据推算出的
理想最高年亩产为：190吨（地面光能）×20%（吸收进的光能）×5%（光合作用
效率）×90%（有效积累）×30%（种子比率）＝0.513吨或 320吨×20%×5%×
90%×30%＝0.864吨。事实上，一些高产水稻的亩产也只达到1吨左右。
吕盘明（http://www.docin.com/p-35191260.html）也对此问题做过计算。
根据他的数据，到达地面的太阳能为其到达地球能量（1.384千瓦/平方米/秒）
的70%，一年的日照时间为2600－2900小时（青藏高原），而植物能够利用的太
阳能只占入射能量的30%左右，其中只有50%的有效辐射，光合作用理论效率为6%，
植物可食用部分占全部植物的20%，那么这些太阳能可转化而成的植物性粮食为：
1.384千瓦/平方米/秒×666平方米/亩×3600秒/小时×2600小时× 70%× 30%×
50%×6%×20%/（4.18千焦耳/大卡）/（4000大卡/公斤）＝650公斤/年/亩。 参
考Zhu等（2008）及其它数据，这个计算中的30%略偏高，但最后的20%略偏低，
两者相抵后与现实应该相差不远。
每年太阳入射到地面的光能基本是固定的，因而从上述由太阳光转化为植物
有机质的步骤来看，第一步似乎有提高的空间，比如密植、尽量减少漏光或反复
照射（用镜子反射等）、培养植物新品种可以有所提高，但幅度相信有限，最多
可能只会到达30%左右（自然条件下目前只有1%左右）；第二至第七步基本无法
提高，但考虑到第五步中C4植物的光合作用效率可达22.85%，理论光合反应最大
效率可达26%，姑且认为这一步也可提高到30%；第八步可通过培养新品种来提高
产量，假定可达50%。用吕盘明的数据和此处的估计，通过提高技术手段和植物
新品种，理论上的粮食亩产量可达：1.384千瓦/平方米/秒×666平方米/亩×
3600秒/小时×2600小时× 70%/（4.18千焦耳/大卡）/（4000大卡/公斤）×30%
×48.7%×90%×85%×30%×70%×90%×50%＝3815公斤/年/亩。这可能是理论上
的粮食年产最大值或极限值。
如果是在室内增加光照（用强烈单色红光）、密植或立体种植、尽量减少漏
光或多重照射（用镜子反射等）、培养黑色植物（多吸光、不反射）、培养高产
植物品种如杂交水稻、保持湿度、温度等的最佳状态、时刻给予光照的情况下，
相信产量可进一步增加，如达到万斤左右。但这个过程中的能量消耗和成本可能
大于粮食产出值，人工光源也无法达到太阳的强度和效果。
另外一个选择是改变我们的食物成分。现在人类的主要粮食如水稻、小麦等
都是植物的种子，产量相对较小，因为植物只将三分之一左右的能量用于繁殖。
而土豆、萝卜、甘蔗、大白菜等的产量则较高，亩产一季可达到5吨以上。一是
因为这些作物含水量大，二是其可食用部分是植物粗大的根茎叶等而非较小且干
燥的种子。
主要参考文献
Odum HT. 1957. Trophic structure and productivity of Silver Springs.
Florida Ecological Monographs, 27: 55-112.
Zhu XG, Long SP, Ort DR. 2008. What is the maximum efficiency with
which photosynthesis can convert solar energy into biomass? Current
Opinion in Biotechnology, 19:153–159.
(XYS20110310)
◇◇新语丝(www.xys.org)(xys5.dxiong.com)(www.xinyusi.info)(xys2.dropin.org)
◇◇
【在 s****6 的大作中提到】
: 海日~~快来救我！
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s********a
发帖数: 16 | 7 色温跟上面的问题有半点关系？扯淡！
【在 m**********e 的大作中提到】
: 光合作用理论效率6%,假设日照时间每天12小时,太阳色温6000k,
: 你说吧,假设效率6%的理想热机,理论上能产多少能量?
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f**o
发帖数: 12685 | 8 确实
如果用理想热机效率+6000K去算效率就不是6%
【在 s********a 的大作中提到】
: 色温跟上面的问题有半点关系？扯淡！
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s********a
发帖数: 16 | 9 那是多少？
【在 f**o 的大作中提到】
: 确实
: 如果用理想热机效率+6000K去算效率就不是6%
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H**T
发帖数: 3007 | 10 大米产量高的不好吃。寒温带的米才好吃。东北的有些大米蒸出的米饭颗颗饱满，珠圆
玉润，口感层次丰富。
袁隆平的杂交籼稻产量高，但是口感极差，没人愿意吃。
【在 s****6 的大作中提到】
: 那里阳光猛，日照充足。以前没水，现在不缺水了。选最好的种子，给足化肥和水，试
: 试能不能亩产万斤:-)
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f**o
发帖数: 12685 | 11 卡诺循环啊
一塔=1-Tcool/Thot
太阳5770K
环境温度300K
【在 s********a 的大作中提到】
: 那是多少？
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s********a
发帖数: 16 | 12 色温是什么东西？
【在 f**o 的大作中提到】
: 卡诺循环啊
: 一塔=1-Tcool/Thot
: 太阳5770K
: 环境温度300K
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f**o
发帖数: 12685 | 13 黑体辐射的温度
【在 s********a 的大作中提到】
: 色温是什么东西？
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P**5
发帖数: 7467 | 14 弃婴物理最扎实，你懂个鸡巴。
有了色温，根据玻尔兹曼黑体辐射定律，算出到达大气层的太阳辐射， 大约 1366 w/m
^-2.
【在 s********a 的大作中提到】
: 色温跟上面的问题有半点关系？扯淡！
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P**5
发帖数: 7467 | 15 卡诺循环个鸡巴，让你算太阳短波辐射，你把他当成蒸汽机？
【在 f**o 的大作中提到】
: 卡诺循环啊
: 一塔=1-Tcool/Thot
: 太阳5770K
: 环境温度300K
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f**o
发帖数: 12685 | 16 傻逼
【在 P**5 的大作中提到】
: 卡诺循环个鸡巴，让你算太阳短波辐射，你把他当成蒸汽机？
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h***i
发帖数: 89031 | 17 辐射通量跟色温这里完全不相干啊
你是物理盲么？
/m
【在 P**5 的大作中提到】
: 弃婴物理最扎实，你懂个鸡巴。
: 有了色温，根据玻尔兹曼黑体辐射定律，算出到达大气层的太阳辐射， 大约 1366 w/m
: ^-2.
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x********e
发帖数: 35261 | 18 扯淡吧
你是不是还要考虑大气云层散射系数纬度海拔因素慢慢算啊？直接测日照到达地表的能
量值啊
/m
【在 P**5 的大作中提到】
: 弃婴物理最扎实，你懂个鸡巴。
: 有了色温，根据玻尔兹曼黑体辐射定律，算出到达大气层的太阳辐射， 大约 1366 w/m
: ^-2.
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s********a
发帖数: 16 | 19 sb！
【在 f**o 的大作中提到】
: 黑体辐射的温度
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f**o
发帖数: 12685 | 20 http://adsabs.harvard.edu/abs/1981SoEn...26..231J
The thermodynamic properties of the direct component radiation are
considered, and the concept of essergy (the potential work of a system) and
availability in steady flow are employed in the ideal-work determination.
The maximum efficiency for the continuous conversion of extraterrestrial
radiation to work is given by the Carnot efficiency. The emission and
propagation of solar energy is shown to be equivalent to a heat interaction
with a thermal energy reservoir at the solar temperature. The essergy of the
resultant radiation at the earth's orbit, the extraterrestrial solar
radiation (ESR), is equivalent to the essergy of heat. A formula for the
maximum conversion efficiency for a system with ESR as its input is given.
卡诺热机效率是最简单的估算，就像我用灵长类给他分类一样，他非要说他是猴子。 |
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s********a
发帖数: 16 | 21 蠢材！
/m
【在 P**5 的大作中提到】
: 弃婴物理最扎实，你懂个鸡巴。
: 有了色温，根据玻尔兹曼黑体辐射定律，算出到达大气层的太阳辐射， 大约 1366 w/m
: ^-2.
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f**o
发帖数: 12685 | 22 你跟P235一样
不是灵长类
是猴子
【在 s********a 的大作中提到】
: sb！
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P**5
发帖数: 7467 | 23 没学过大气物理的生物傻逼滚一边去。
【在 x********e 的大作中提到】
: 扯淡吧
: 你是不是还要考虑大气云层散射系数纬度海拔因素慢慢算啊？直接测日照到达地表的能
: 量值啊
:
: /m
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h***i
发帖数: 89031 | 24 这个问题上
是物理索男露怯啊
你不要悲愤
【在 P**5 的大作中提到】
: 没学过大气物理的生物傻逼滚一边去。
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P**5
发帖数: 7467 | 25 弃婴给了太阳温度6000k(其实绝对温度5700k), 就能算出 Top of Atmosphere的短波辐
射。
我说弃婴物理最扎实，你是嫉妒还是老糊涂了？
【在 h***i 的大作中提到】
: 这个问题上
: 是物理索男露怯啊
: 你不要悲愤
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h***i
发帖数: 89031 | 26 弃婴是老糊涂了
可是你那这个骂人家生物干什么
你不是瞎悲愤么
【在 P**5 的大作中提到】
: 弃婴给了太阳温度6000k(其实绝对温度5700k), 就能算出 Top of Atmosphere的短波辐
: 射。
: 我说弃婴物理最扎实，你是嫉妒还是老糊涂了？
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u*****a
发帖数: 9489 | 27 要用LED灯管照射
--海日
【在 s****6 的大作中提到】
: 海日~~快来救我！
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m**********e
发帖数: 12525 | |
T******y
发帖数: 14506 | |
