第一章作物生产与环境

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1、第一章第一章作物生产与环境作物生产与环境 2 2 学时学时内容提要内容提要 一、作物生长环境与生态因子；（一、作物生长环境与生态因子；（0.5h0.5h） 二、生态因子对作物的作用；（二、生态因子对作物的作用；（0.6h0.6h） 三、环境与作物生产力；（三、环境与作物生产力；（0.6h0.6h） 四、提高作物产量的途径。（四、提高作物产量的途径。（0.3h0.3h） 第一章第一章 作物生产与环境作物生产与环境 第一章第一章 作物生产与环境作物生产与环境重点：重点： 影响作物生产力的主要环境因素及其作用。影响作物生产力的主要环境因素及其作用。难点：难点： 环境因素影响作物生产力的作用规律和机制

2、。环境因素影响作物生产力的作用规律和机制。 一、作物生长环境与生态因子一、作物生长环境与生态因子 作物的生长发育和形态表现从根本上讲，是基因表作物的生长发育和形态表现从根本上讲，是基因表达的结果，而基因的表达在时间和空间上受到环境的达的结果，而基因的表达在时间和空间上受到环境的影响。同一作物在不同环境条件下其生长发育、产量影响。同一作物在不同环境条件下其生长发育、产量和品质可能不同。和品质可能不同。 （一）环境（一）环境 广义而言，广义而言，环境环境是指某一主体周围一切事物的总和。是指某一主体周围一切事物的总和。图图 影影响响植植物物生生长长发发育育的的各各种种环环境境因因子子环环境境因因子子

3、及及其其强强度度都都能能分分别别被被植植物物感感受受并并引引发发相相应应的的信信号号转转导导过过程程。 一、作物生长环境与生态因子一、作物生长环境与生态因子（二）作物的环境：（二）作物的环境：作物外部的全部要素组成的整体；作物外部的全部要素组成的整体；或者说，是指某作物体或作物群体以外的空间，以或者说，是指某作物体或作物群体以外的空间，以及直接、间接影响该作物体或群体生活生存的一切及直接、间接影响该作物体或群体生活生存的一切事物的总和。事物的总和。u 由太阳辐射、大气、水体、土壤、生物所组成的作由太阳辐射、大气、水体、土壤、生物所组成的作物物自然空间环境自然空间环境；u 除自然环境外，还包括除

4、自然环境外，还包括人工环境人工环境，如各种温室、覆，如各种温室、覆盖物、人工气候室、辅助光源及灌溉设施等。盖物、人工气候室、辅助光源及灌溉设施等。 人工环境可克服自然环境的不利影响，创造出更人工环境可克服自然环境的不利影响，创造出更适于作物生活、发挥作物产量潜力的条件。适于作物生活、发挥作物产量潜力的条件。一、作物生长环境与生态因子一、作物生长环境与生态因子（三）作物环境因素（三）作物环境因素l气候因子：气候因子：光、温、水、气、热、风、气候四季变光、温、水、气、热、风、气候四季变化等；化等；l土壤因子：土壤因子：质地、结构、矿质元素、化学性质等；质地、结构、矿质元素、化学性质等；l地理因子：

5、地理因子：海拔、纬度、坡向等；海拔、纬度、坡向等；l生物因子：生物因子：动物、植物、微生物等有害和有益因素；动物、植物、微生物等有害和有益因素；l人为因子：人为因子：农业生产的干预措施。人为因子除影响农业生产的干预措施。人为因子除影响作物本身外，还影响其他环境因素。作物本身外，还影响其他环境因素。 一、作物生长环境与生态因子一、作物生长环境与生态因子（三）作物环境因素（三）作物环境因素 根据对作物的作用特点分为：根据对作物的作用特点分为：l生态因子：生态因子：环境中对作物的生长、发育、生殖、行环境中对作物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。为和分布有直接或间接影响的环境要

6、素。 各生态因子间的相互组合、相互制约及时空分布各生态因子间的相互组合、相互制约及时空分布的不同，可构成多种多样的作物生存环境。的不同，可构成多种多样的作物生存环境。l生存因子：生存因子：生态因子生态因子中对作物生存所不可缺少的因中对作物生存所不可缺少的因子，如光、温、水、气、热、肥等。子，如光、温、水、气、热、肥等。 对作物起作用的生态因子并非都是生存因子。对作物起作用的生态因子并非都是生存因子。二、生态因子对作物的作用二、生态因子对作物的作用（一）生态因子对作物的基本作用（一）生态因子对作物的基本作用1.1.提供作物生活所必需的提供作物生活所必需的能量和物质能量和物质来源；来源；2.2.环

7、境及其周期性变化，提供作物完成生长发育进环境及其周期性变化，提供作物完成生长发育进程所需的程所需的信息和条件信息和条件；3.3.环境胁迫环境胁迫危及危及作物正常生活乃至死亡；作物正常生活乃至死亡；4.4.环境的多种因素可能引起作物的环境的多种因素可能引起作物的遗传变异遗传变异改变其改变其遗传本性。遗传本性。二、生态因子对作物的作用二、生态因子对作物的作用（二）生态因子对作物的作用规律（二）生态因子对作物的作用规律1.1.限制因子定律限制因子定律l 德国德国LiebigLiebig（18621862）提出，当缺少或缺乏一种必需）提出，当缺少或缺乏一种必需营养成分时，即使其他所有成分都充分存在，在

8、这种营养成分时，即使其他所有成分都充分存在，在这种土壤中的作物仍生长不好。又称为土壤中的作物仍生长不好。又称为“木桶理论木桶理论”。l 作物的生活、生存必需满足其对多种生态因子的需作物的生活、生存必需满足其对多种生态因子的需求，当某种生态因子不足或过量时，不仅直接影响作求，当某种生态因子不足或过量时，不仅直接影响作物的生存发展，而且也限制其他因子的有效性。物的生存发展，而且也限制其他因子的有效性。二、生态因子对作物的作用二、生态因子对作物的作用（二）生态因子的作用规律（二）生态因子的作用规律l Blackman Blackman（19051905）指出，当一个过程的进行速度）指出，当一个过程的

9、进行速度以若干个别的因子为条件时，这一过程的速度受这以若干个别的因子为条件时，这一过程的速度受这些因子中的最慢因子的节律所限制。些因子中的最慢因子的节律所限制。 2.2.耐性定律耐性定律l 作物对任一生态因子的适应，均存在生态、生理作物对任一生态因子的适应，均存在生态、生理上的上的最小最小和和最大量最大量的界限，超越此界限则会危及生的界限，超越此界限则会危及生存。如存。如“温度三基点温度三基点”、“协调生长最适温度协调生长最适温度”。 图图 生物对生态因子的耐受曲线生物对生态因子的耐受曲线（PutmanPutman等，等，19841984） 二、生态因子对作物的作用二、生态因子对作物的作用（二

10、）生态因子的作用规律（二）生态因子的作用规律3.3.报酬递减律报酬递减律l MitscherlichMitscherlich（19091909）：当生长在仅一种养分为）：当生长在仅一种养分为限制因子的土壤中，作物的生长速率与这种元素的供限制因子的土壤中，作物的生长速率与这种元素的供应量成正比，但这种元素成为应量成正比，但这种元素成为非限制因子非限制因子时，生长量时，生长量不与供应量成正比。不与供应量成正比。二、生态因子对作物的作用二、生态因子对作物的作用（二）生态因子的作用规律（二）生态因子的作用规律4.4.临界百分率理论临界百分率理论l Macy Macy（19361936）：以产量和植株养

11、分含量来表达提）：以产量和植株养分含量来表达提供养分与植株反应之间的关系。供养分与植株反应之间的关系。 在在最低养分百分率范围最低养分百分率范围内，增加养分可提高产量，内，增加养分可提高产量，但不提高组织养分百分率；在但不提高组织养分百分率；在贫乏调节范围贫乏调节范围内，增加内，增加养分可提高产量和组织养分百分率；在养分可提高产量和组织养分百分率；在奢侈消耗范围奢侈消耗范围内，增加养分不提高产量，但增加组织养分百分率。内，增加养分不提高产量，但增加组织养分百分率。二、生态因子对作物的作用二、生态因子对作物的作用（二）生态因子的作用规律（二）生态因子的作用规律 上述理论虽可解释某些因素影响作物生

12、长的情况，上述理论虽可解释某些因素影响作物生长的情况，但由于作物的生长过程是复杂的，而且不同因素间但由于作物的生长过程是复杂的，而且不同因素间存在相互影响，或相互替代的作用关系。因此，在存在相互影响，或相互替代的作用关系。因此，在多数情况下，尚不能全面反映生态因素对作物生长多数情况下，尚不能全面反映生态因素对作物生长的普遍规律。的普遍规律。 二、生态因子对作物的作用二、生态因子对作物的作用（二）生态因子的作用规律（二）生态因子的作用规律5.5.生态因子综合作用定律生态因子综合作用定律 诸因子的综合效应：诸因子的综合效应：作物最终表现是多种因素综作物最终表现是多种因素综合作用的结果。合作用的结果

13、。 相互促进或制约的交互作用：相互促进或制约的交互作用：如作物吸水和吸肥如作物吸水和吸肥的关系。的关系。 作用的主次性：作用的主次性：如种子的萌发过程。如种子的萌发过程。 作用的阶段性：作用的阶段性：如作物的光周期反应。如作物的光周期反应。 直接和间接作用：直接和间接作用：如水对作物的作用。如水对作物的作用。 不可代替性和补偿作用：不可代替性和补偿作用：如如COCO2 2和光照对光合作用和光照对光合作用的影响。的影响。图图 在在光光照照、土土壤壤湿湿度度和和肥肥料料同同时时影影响响下下春春黑黑麦麦的的产产量量变变化化 三、环境与作物生产力三、环境与作物生产力 作物的实际产量是由其作物的实际产量

14、是由其遗传潜力遗传潜力与所处与所处环境条件环境条件的相互作用所决定的，即作物的生产潜力（遗传潜的相互作用所决定的，即作物的生产潜力（遗传潜力），只有在保持最适环境条件下，才能充分表达。力），只有在保持最适环境条件下，才能充分表达。 然而，在作物生长发育和产量形成过程中，其综然而，在作物生长发育和产量形成过程中，其综合环境因素并非始终处于最适状态，其潜在生产力合环境因素并非始终处于最适状态，其潜在生产力受到不良环境的极大制约，产量损失可达受到不良环境的极大制约，产量损失可达60-70%60-70%。 三、环境与作物生产力三、环境与作物生产力1.1.潜在产量（潜在产量（Potential yiel

15、dPotential yield）：）：在最适环境条件下在最适环境条件下作物的生产产量，或在不受技术限制的情况下作物可作物的生产产量，或在不受技术限制的情况下作物可能达到的产量。能达到的产量。 “不受技术限制不受技术限制”：包括可以获得的最优良品种、包括可以获得的最优良品种、最佳栽培、管理方式和最佳劳动力因素等。可以用最佳栽培、管理方式和最佳劳动力因素等。可以用记记录录产量（最高观测产量）作为标准。产量（最高观测产量）作为标准。2.2.可获得产量（可获得产量（Attainable yieldAttainable yield）：）：合理运用合理运用现有现有条条件达到的产量，即在一般生产条件下，通

16、过改善水、件达到的产量，即在一般生产条件下，通过改善水、肥等耕作条件而获得的产量。可用肥等耕作条件而获得的产量。可用当地当地作物高产栽培作物高产栽培试验产量为标准。试验产量为标准。三、环境与作物生产力三、环境与作物生产力3.3.实际产量（实际产量（Actual yieldActual yield）：）：在现有自然、生产条在现有自然、生产条件和平均技术水平下获得的产量，或者指由于件和平均技术水平下获得的产量，或者指由于逆境条逆境条件件的存在和的存在和一般栽培技术水平一般栽培技术水平而得到的实际产量。可而得到的实际产量。可以一个地区的平均产量为标准。以一个地区的平均产量为标准。 逆境条件造成作物产

17、量的损失可达逆境条件造成作物产量的损失可达70%70%以上；其中，以上；其中，干旱造成作物产量的损失，可达非生物逆境损失总量干旱造成作物产量的损失，可达非生物逆境损失总量的的50%50%以上。以上。 生物逆境：生物逆境：如病虫害、杂草、鼠害等生物因素；如病虫害、杂草、鼠害等生物因素； 非生物逆境：非生物逆境：如高温、冷害、干旱、水涝、冰暴和如高温、冷害、干旱、水涝、冰暴和环境污染等。环境污染等。图图 不不同同生生产产水水平平下下作作物物潜潜在在产产量量、可可获获得得产产量量、实实际际产产量量与与影影响响因因子子的的关关系系 四、提高作物产量的有效途径四、提高作物产量的有效途径 Boyer Bo

18、yer（19821982）：美国主要农作物潜在产量和实际）：美国主要农作物潜在产量和实际产量二者差距大产量二者差距大3-73-7倍之多，因此提高作物的产量有倍之多，因此提高作物的产量有着巨大的潜力。着巨大的潜力。 1. 1.新品种选育新品种选育 培育产量生产潜力大和对逆境适应性强、资源利用培育产量生产潜力大和对逆境适应性强、资源利用效率高的作物品种。效率高的作物品种。 2. 2.改善栽培条件改善栽培条件 改善作物生长环境，使其充分发挥最大生产潜力，改善作物生长环境，使其充分发挥最大生产潜力，其中关键是解决作物生态系统的环境胁迫。其中关键是解决作物生态系统的环境胁迫。本章思考题本章思考题1.1.

19、什么是作物生长的生态因子、生存因子和环境？什么是作物生长的生态因子、生存因子和环境？ 2.2.生态因子对作物的基本作用及作用规律是什么？生态因子对作物的基本作用及作用规律是什么？3.3.为何作物的实际产量远低于潜在产量？为何作物的实际产量远低于潜在产量？本章主要参考资料本章主要参考资料1.1.生态学概论生态学概论，曹凑贵主编，曹凑贵主编，20022002高等教育出高等教育出版社，版社，45-6145-612.2.植物生态生理学植物生态生理学，LacherLacher著（翟志席等译），著（翟志席等译），19971997北京农业大学出版社北京农业大学出版社3. Boyer. Plant productivity and environment.3. Boyer. Plant productivity and environment. ScienceScience, 1982, 218: 443, 1982, 218: 4434.4.作物生理学作物生理学，加德纳等著（于振文等译），加德纳等著（于振文等译）， 19931993，农业出版社，农业出版社