作物栽培与环境.ppt

第四章 作物与生态环境,第一节作物的生态因子与生长调节一、生态因子1、生态因子的概念 与作物相关的所有环境因子，统称生态因子。作物存在的生态系统称为农田生态系统.农田生态系统也是由生物因子和非生物因子所组成。农作物本身是这个系统生物因子中的一个种群。,2、生态因子的分类（1）气候因子 光、温、水、气等，随地理位置和海拔而变化。（2）土壤因子 土壤理化性质、土壤生物和微生物等。（3）地形因子 高原、山地、平原、洼地、坡度、坡向等。（4）生物因子 动物如哺乳动物、昆虫等，昆虫影响较大；植物中除作物本身外还有各种杂草；有益微生物和有害病原菌等。（5）人为因子 栽培措施，整枝、打杈，耕地、施肥、灌水等。,3、生态因子的作用机制 主次效应 在一定条件下，众多的生态因子中总有一、两个因子起着主导性的、决定性的作用，其它因子处于次要地位。如春化阶段的低温、光周期现象中的日照长度，小麦灌浆期的干热风（气温30以上、大气相对湿度30%以下、风速3m/s）交互效应 当作物受到多个生态因子的作用时，各个因子对作物的效应会表现出某种交互作用。如同时给旱地施肥和灌水，效果要大于单独施肥和单独灌水。一般情况下，某一生态因子不能由其它因子代替，但在特殊条件下，某一因素量的不足可由其它因素的增加而得到调剂。如增加CO2浓度，可补偿由于光照减弱而引起的光合效率降低的效应。,直接作用和间接作用 在对作物生长发育状况和作物分布进行分析时，应区别于环境因子的直接和间接作用。如光、温、水、气和土壤养分等，直接影响作物的新陈代谢；如纬度、海拔、地形等则是通过影响上述因子起间接作用。生态因子作用的阶段性 同一环境因素或组合，对同一作物的不同发育阶段所起的生态作用是不同的；作物一生中，所需环境因素也是随着生长发育的推移而变化的。如低温在小麦春化时是必需条件，在小花分化时则会导致小花不孕，对作物有害。,4、生态因子的限制方式 最小因子律 德国化学家李比希提出了“植物的生长取决于数量最不足的那一种营养物质”的观点，即最小因子定律。（限制因子）应用条件：第一，这一定律只有相对稳定的条件下才能运用。第二，必须考虑因子间的相互作用。报酬递减律 从一定的土地上所得到的报酬随着向该土地投入的劳动和资本量的增大而有所增加，但随着投入的单位劳动和资本量的增加，报酬增加的幅度却在逐渐减少。,耐性定律 某些因子的过量也会成为限制因子。谢尔福德把最大量和最小量限制作用的概念合并为耐性定律。即对某作物而言，生态因子都存在着一个生物学上的上限和下限，它们之间的幅度就是该种生物对某一生态因子的耐性范围。,A、一种生物对各种生态因子的耐性范围不同；不同生物对同一生态因子的耐性范围也不同。B、同一种生物在不同发育阶段对生态因子的耐性范围不同 C、由于生态因子间的相互作用，在某个生态因子不是处于最适状态时，则生物对其它一些生态因子的耐性范围缩小。D、对主要生态因子耐性范围宽的生物种，其分布范围广。E、同一种内的不同品种，长期生活在不同的生态环境下，会形成对多种生态因子的不同耐性范围，从而形成生态型的分化。,二、作物的生态适应性 系指作物对环境的要求与实际环境的吻合程度。即作物生长发育和产量形成的节律与环境节律的吻合程度。作物的生态适应性具有地区性和季节性（核心）。环境条件综合作用于作物：不利的因子降低了其它适宜因子的作用，适宜的环境因子能部分弥补不利因子的不良作用。,如：山东半岛是优质苹果基地，种在沈阳附近，则果小味酸。云贵高原出名茶。,一般生态适应性可分为：强、中、弱和不适应四个等级。生态型（ecotype）：同一种生物的不同个体群，长期生活在不同的生态环境或人工培育条件下，发生趋异适应，经自然和人工选择分化形成了生态、形态和生理特性不同的基因型类群，称为生态型。（种以下，如早、中、晚熟水稻品种）,生活型(life form)：不同种的生物长期生长在相同的自然和人工培育环境条件下，会发生趋同适应。在自然和人工选择条件下，形成具有类似形态、生理和生态特性的生物（作物）类群，称为生活型。（种以上，如喜温作物、耐旱作物）,三、作物生长的环境调节1、环境因子在自然界中并非孤立存在，而是互相影响相互制约的。如光增强，温度就会升高，土壤湿度就会减小。2、采取各种应变措施，处理好作物与环境的关系，既要让作物适应当时当地的环境条件，又要使环境满足作物的要求。做到天时、地利、人和。,第二节作物与光照,2004年2月1日山东烟台出现海市蜃楼“蓬莱阁”,远处景物反射出的光线进入空气时，由于空气上下层的温度不同，密度不同，折射率也不同。我们可以把海面的空气看作是由折射率不同的许多空气组成的，海面温度较低，空气密度较大，折射率也较大；上层气温较高，空气密度较小，折射率也较小。入射角i小于折射角r。当i大于临界角时便会出现全反射而折下来。地面的景物的影像就会在空中形成，便是海市蜃楼，海滋。,一、光照度对作物的影响1、太阳光谱的性质 太阳光谱范围是2504,000nm之间。,(1)热效应：太阳能被作物截获后大部分转化为热能，用于蒸腾及维持体温，保证各代谢过程的顺利进行。(2)光合作用：作物吸收的太阳能一部分用于光合作用，它是作物将光能转化为化学能进行生产的基础。(3)光形态建成：太阳光强（辐射量）和光质（光谱成分），对作物的生长和发育的调整起着重要作用。(4)诱发性突变：紫外线、X-射线等波长很短的高能量辐射对生物有杀伤作用，同时也改变遗传物质的结构引起突变。,2、光照强度及其变化 太阳常数：地球上方垂直于太阳光的平面上所接受的辐射大约在1395.9 W/m2。太阳光通过大气层时，由于散射、反射和水气、尘埃的吸收，强度减弱，并且进行了重新分配。在穿过作物冠层时，太阳辐射又会大大减弱。海平面上只有907.3w/m2。光强和光合有效辐射(PAR)是随时随地变化的，与天气、太阳高度角、纬度、海拔、坡向等有密切关系。,3、光照度对作物的影响（1）光强与光合作用 作物对光强的要求通常用光补偿点（低限）和光饱和点（高限）表示。夜晚，光在0点，作物只有呼吸消耗，没有光合积累，光合速率为负值。随着光强的增强，CO2的吸收逐渐增加，在一定光强下，实际光合速率和呼吸速率达到平衡，表观光合速率等于0，此时的光强即为光补偿点。随着光强的增加，光合速率也逐渐上升，当达到一定值后，光合速率便再不受光强的影响而趋于稳定，此时的光强称为光饱和点。,(2)C3、C4和CAM作物,PGA：3-磷酸甘油酸，OOA：草酰乙酸，PEP：烯醇式磷酸丙酮酸，RuBP：核酮糖二磷酸,C4光呼吸弱，CO2补偿点低，净光合速率高。高温、强光和低CO2条件下，C4高光合效率更明显示。,（3）光强对作物生长的影响 弱光-黄化现象。节间伸长，叶片小，无侧枝，水分含量高，不能形成叶绿素，只形成胡萝卜素和叶黄素，植株黄色或黄白色。强光-光抑制。稻、麦、棉、豆中午前后经常出现光抑制，光合速率暂时降低，过后恢复或不能恢复。,（4）光强对作物发育的影响 光周期诱导后，开始花芽分化，光照时间越长，强度越大，有机物积累多，有利于花的发育。籽粒饱满，水果变红，含糖量和香味增加。,二、日照长度对作物的影响1、日照长度及其变化 自然界中一昼夜间的光暗交替称为光周期。,2、光周期现象和作物光周期类型 光周期现象：作物在发育的某一阶段，要求一定长短的昼夜交替，才能开花，这种现象叫作物的光周期现象。（1）长日照作物：24h昼夜周期中，日照长度长于某一个临界日长才能成花。小麦、黑麦、大麦、油菜、甜菜、菠菜、萝卜（2）短日照作物：24h昼夜周期中，日照长度短于某一个临界日长才能成花。水稻、玉米、大豆、高粱、烟草、大麻、黄麻（3）日中性作物：对日照长度不敏感，在任何长度的日照下均能开花。棉花、黄瓜、茄子、辣椒、番茄等。（4）中日照作物,3、光周期诱导的机理 在植物的光周期诱导中，暗期的长度是植物成花的决定因素，尤其是短日作物。对不同波长光的研究中发现，红光最为有效，而远红光的作用相反。,4、光周期理论的应用（1）引种：一般在同纬度地区，只要肥水条件相似，引种容易成功。不同纬度的地区引种时，一定要进行试验，忌盲目引进。（2）育种：促进花期相遇。南繁北育，加代繁殖。如北方红薯不能开花结实，短日处理后，正常开花结实。水稻、玉米海南岛，小麦夏季黑龙江、冬季云南。（3）控制花期（花卉）：菊花是短日照作物，一般秋季开花，遮光处理后，缩短了光照时间，可提前至夏季开花。再如杜鹃、山茶花是长日照作物，延长光照处理，也可提前开花。,（4）调节营养和生殖生长 营养器官为收获物：适当推迟开花能够提高产量和品质。“南麻北种”，即华南生产的大麻、黄麻及红麻的种子，运到北方种植，既提高产量，麻纤维的质量也相应提高。利用暗期的光间断处理，可以抑制甘蔗开花，从而提高产量。,三、光谱成分对作物的影响1、光谱成分的时空分布 太阳高度角增大，紫外线和可见光的比例增大，红外线所占的比例减小。低纬度地区短波光多，高纬度地区长波光多；海拔高的地区短波光多，海拔低的地区长波光多。夏季短波光多，冬季长波光多。中午短波光多，早晚长波光多。,2、不同光谱成分对作物的作用（1）光合作用 光合有效辐射：400-760nm。（约占总辐射的40-50%）生理有效光：红光、橙光，具有最大的光合活性。蓝光、紫光也能被叶绿素、胡萝卜素强烈吸收。生理无效光：绿光（反射和透射，很少被利用）长波光促进糖类的合成；短波光促进AA和蛋白质的合成和积累。,不同光谱成分对作物生育和产量形成的作用,（2）对作物生长的影响 蓝紫光与青光抑制作物伸长，促进变矮变粗；红光促进茎伸长。蓝光引起胚芽鞘的向光性、叶绿体的运动。红外线促进茎的伸长，促进种子萌发和提高作物体温度。紫外线抑制茎的伸长，促进花青素的形成，水果着色良好。,冬前，观察校园内人行道两侧梧桐树落叶的情况，并分析原因。,第三节作物与温度 环境温度包括大气温度和土壤温度。一、温度的变化节律及其对作物的影响 气温变化可分为:周期性变化(节律性变温)非周期性变化(非节律性变温)1、气温的时间变化 气温的日较差：日最高温度（午后2时）与日最低温度（日出之前）的差。热带平均为12，温带8，极地3-4。夏季较冬季数值大；晴天较阴天大；低海拔较高海拔大。,气温的年较差：最热月均温与最冷月均温之差。在北半球，最热月出现在7月（大陆）和8月（海洋），最冷月出现在1月（大陆）和2月（海洋）。气温的年较差随纬度增加（海拔升高）而增加（降低）。海洋比陆地小，沿海比内陆小，湿润地比干燥地方小。,2、气温的空间变化（1）气温的水平分布（水平地理分布）气温的水平分布与纬度、海陆分布等因素密切相关。一般纬度每增加1，年平均温度降低0.5。全球年平均温度为14.3，北半球为15.2，南半球为13.3。全球平均最高气温在北纬10附近。温度年较差由赤道向极地增大。,（2）气温的垂直分布 一般对流层的温度随海拔高度的升高而降低。海拔每升高100米温度降低的数值，称为气温直减率。对流层气温直减率平均为0.65/100m。但有时上层空气比接近地面的空气更热。称为“逆温”。形成逆温的原因主要是：辐射逆温:夜晚（或冬季）由于地面温度显著降低，近地空气层温度也随之冷却。往往导致出现低雾、霜、露等天气现象。地形逆温:山上冷空气顺坡下沉，谷底暖空气被近上升。发展热带、亚热带经济作物，通常要在南坡谷底以上3050m为宜。,3、土壤温度及其变化（1）土壤的热量特征 主要影响因素：土壤的热容量和导热率，土壤的热容量分为:重量热容量（土壤比热）：1g土壤增温1所需的热量，容积热容量：1cm3土壤增温1所需的热量。空气的容积热容量比水小，因此冬季灌水可以抵抗低温。土壤湿度高可增加土壤导热性。（2）土壤温度的变化 时间变化：日变化（下午1时左右土表温度最高,日出时最低）与年变化（1-2月低，7-8月最高）空间变化：越深，越低，变幅也越小。,二、温度对作物的影响及作物生育的温度范围1、温度对作物的影响(1)温度对生长的影响 035的范围内，温度上升，生长加速，温度降低，生长减慢。温度对生长的影响是建立在作物各种代谢过程共同作用的基础上的，代谢过程受影响时，作物生长也势必受影响。(2)温度对发育的影响 低温对成花的诱导效应（即春化作用）作物的感温性（暖季作物）较高的温度促进发育，提早抽穗开花，缩短营养生长期；反之，则反。这种现象称为作物的感温性。,2、作物生育的温度范围(1)温度三基点 最适、最低、最高温度。,作物的三基点温度有如下特征：不同作物的三基点温度不同。喜温作物适温较高，生长的起点温度10，主要有水稻、棉花、玉米、大豆、麻类、甘薯等春播作物；耐寒作物适温较低，生长起点温度一般在23，主要有小麦、大麦、油菜、蚕豆、甜菜等秋播作物。生育时期不同，三基点不同。如棉花苗期蕾期开花期不同器官三基点也不同。地上部分地下部分，种子营养器官生殖器官最适温度比较接近于最高温度，最高温度多在3040之间，生产中往往高温危害少。低温危害多。,(2)温度临界期 作物性细胞进行减数分裂和开花时，对外界温度最敏感，如遇低温或高温都会导致严重减产。这种对外界温度最敏感的时期称为温度临界期。,几种作物开花期的温度三基点（）,3、积温与无霜期（1）积温 指某一生育时期或某一时段内，逐日平均气温累积之和。通常用0及10期间的积温值来表示。活动积温：是指生物学零度的日平均温度的累积值。生物学零度一般指最低温度，喜温作物多用10，耐寒作物常用0。有效积温或生长度日(GDD)：它指日均温与生物学零度的差值的累加值。准确性较高。为了提高估算作物生育进程的准确度，有的学者提出了温光积。,（2）积温在农业生产上的应用：1）确定作物安全播种期，估计作物的生育速度和各生育期到来的时间。2）预测产量。可确定是属于丰收年还是歉收年。3）制定种植制度。一个地区的积温代表了此地区的热量资源，根据积温确定农业区划，安排作物布局。如10的积温在3600以下的地区只适于一年一熟，36005000可以一年两熟，5000以上可以一年三熟。,（3）无霜期 是指某地春季最后一次霜冻至秋季最早一次霜冻出现的这一段时间。无霜期的长短是衡量一个地区热量资源的又一个指标，也是作物布局和确定种植制度的依据。无霜期又是满足作物生长安全温度的一个指标，在无霜期内，各种作物能够正常生长，而在有霜期，由于温度较低，并经常出现霜冻，喜温作物会受到冻害。,4、温度逆境对作物的危害及防御措施 对作物不利的温度（低温或高温）叫做温度逆境。(1)低温对作物的危害 冷害（寒害）：零度以上的低温引起喜温作物的伤害。水分平衡失调，蛋白质合成受阻，碳水化合物减少，代谢紊乱。如水稻、棉花、花生在0.55温度中，3436h便可死亡。冻害：冰点以下的低温，引起作物组织结冰造而成伤害或死亡。(分为细胞间隙结冰和细胞内直接结冰)原生质失水危害，冰融速度，蛋白质沉淀，原生质的机械损伤。冬小麦在越冬期间-20左右的气温中，不易受冻，拔节期在-2-3的低温中，便可冻死。霜害（白霜）：霜的出现而使植物受害。黑霜：无霜使作物受害的天气。（即冻害天气）,(2)作物对低温的适应（主要表现为原生质特性的变化：即细胞水分的减少及细胞液浓度的增加）在低温下，一方面是细胞中水分的减少，细胞汁浓度增加；另一方面，淀粉的水解，细胞液内糖类逐渐积累。同时，作物生长减慢，糖类等物质的消耗减少，提高了细胞液的渗透压，减少了细胞间隙的脱水。细胞内糖类、脂肪和色素物质增加，能降低作物的冰点，防止原生质萎缩和蛋白质的凝固。抗寒锻炼：秋播作物在冬前气温逐渐下降，体内发生抗寒的生理生长变化过程。,作物不同生育时期的耐寒能力,（3）高温对作物的危害 高温对作物的伤害，可以分为间接伤害和直接伤害。间接伤害:蛋白质合成受阻;有毒物质生成;饥饿;高温引起的旱害 直接伤害:蛋白质变性;脂溶（4）作物对高温的适应 降低含水量，细胞内原生质浓度的增加，增强了抗凝结能力。作物代谢减慢，增强了抗高温能力。促进作物进入休眠状态，干燥的种子更能抵抗高温。加强蒸腾作用，降低体温，避免高温对作物的伤害，当气温升到40以上，气孔关闭，作物失去蒸腾能力而受害。,高温对水稻开花的影响,高温对水稻结实率的影响,高温对水稻千粒重的影响,（5）逆温防御措施培育和选用抗寒或耐热的品种。低温锻炼：将作物在一定的低温条件下，经过一定时间的适应，提高其抗寒能力。如育苗移栽时低温炼苗。化学诱导：如对玉米、棉花种子播前用福美双处理可提高幼苗的抗寒性。合理的肥料配比：适当增施磷和钾肥，少施速效氮肥，有明显提高作物抗寒力的作用。改善田间小气候：防风林带，覆盖，水分管理。调节播种期：避开逆境。,第四节 作物与水分一、作物对水分的需求特点、水对作物的生理、生态作用生理需水：直接用于作物正常生理活动和保持体内水分平衡所需的水分。生态需水：利用水作为生态因子，造成一个适于作物生长发育的良好环境所需要的水分。（如水稻）生理生态作用：原生质的主要成分；光合作用的基本原料；代谢过程的反应物质；物质吸收、运输的溶剂；保持作物固有姿态；改善土壤温度，提高肥料效率,2、土壤作物大气系统中水分传输 主要来源：大气降水。主要散失：径流、渗漏、作物吸收。平原地区主要是作物吸收。3、水对作物生长及产量的影响 影响叶的伸展和生长，影响叶绿素的合成和气孔的开度，从而影响光合作用。“有收无收在于水，收多收少在于肥”,4、作物的需水量和需水临界期(1)作物的需水量（常用蒸腾系数表示）蒸腾系数：指作物每形成1g干物质所消耗的水分的克数。需水量：生育前期和后期需水较少，中期需水较多。影响作物需水量的因素：气象条件：大气干燥、气温高、风速大，蒸腾作用强，作物需水量多，反之则需水量少。土壤条件：土壤肥沃或施肥后，作物生长良好，干物质积累多，而水分蒸腾并不相应增加，因此需水量增加，尤以缺磷和缺氮时需水量最多，缺钾、硫、镁次之，钙最少。,（2）作物的需水临界期 作物一生中对水分最敏感的时期，称需水临界期。作 物 需水临界期 小麦、大麦 孕穗抽穗水稻 抽穗扬花玉米 开花乳熟豆类、花生、油菜 开花期棉花 花铃期马铃薯 开花块茎形成,二、水分逆境对作物的影响 1、干旱对作物的影响和作物的抗旱性 干旱分为：土壤干旱和大气干旱。大气干旱：温度高而空气的相对湿度低(10%20%)，作物的蒸腾大于水分的吸收，破坏了作物的水分平衡。土壤干旱：土壤中缺乏作物能吸收的水分，作物生长困难甚至停止。受害程度比大气干旱严重。大气干旱如果长期存在，便会引起土壤干旱。,(1)旱害对作物的影响 降低作物的各种生理过程。如气孔关闭，原生质脱水，引起作物体内各部分水分的重新分配。如幼叶和老叶。水分不足影响作物产品的品质。如油料种子含油率降低。(2)作物的抗旱性 干旱常伴随高温发生，作物的抗旱与抗热常有密切关系。作物的抗旱性包括抗脱水的能力和抗高温伤害的能力。如玉米抗高温不抗脱水，向日葵抗脱水不抗高温。应加强抗旱锻炼。,2、水涝对作物的影响 水分过多对作物的不利影响称为湿害。（明涝暗渍）渍害：土壤含水量超过田间最大持水量，土壤水分处于饱和状态，对作物造成的不利影响。涝害：田间地面积水，作物的局部或全部被淹没。(1)水涝对作物的危害（主要是缺氧）对作物形态与生长的损害：植株生长矮小，抑制种子萌发，叶片黄化，根尖变黑。代谢损害：抑制光合，限制有氧呼吸。营养失调：降低根对离子吸收活性。产生大量还原性物质，H2S、Fe2、Mn2+以及有机酸（如丁酸）影响品质：烟叶中尼古丁和柠檬酸含量下降。,2003年,(2)作物的抗涝性 逐步淹水引起土壤中的氧慢慢下降，引起作物根系木质化，限制了还原物质的侵入。不同作物的耐涝能力也有所差别。地上部分茎叶向根系供氧能力的大小，是决定抗涝性的主要因素。有些旱地作物的耐涝性也较强，如高粱。,铬对水稻生长的影响,三、水污染对作物的影响 水体污染源有：工矿废水、农药、生活污水。临界浓度：1mg/L和0.1mg/L分别是小麦生长和种子萌发的临界浓度。污水灌溉：铅、汞、砷等高于清水灌溉。,第五节作物与空气,一、作物与CO21、田间CO2浓度的变化（1）CO2浓度的时间变化午夜与凌晨 高；中午 低；生长季节CO2浓度较低；非生长季节CO2浓度高。,（2）CO2浓度的空间变化 作物群体内部，午夜和凌晨近地面，CO2浓度高。白天中上部，CO2浓度较小，下部稍大一些。通风透光的原因：群体上层光照充足，但CO2浓度相对较低，下层CO2浓度较大，光照却又较弱。,（3）CO2浓度与作物产量 CO2补偿点：当光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。CO2饱和点：开始达到最大光合速率时的CO2浓度。C4作物CO2补偿点和饱和点均低于C3作物。随CO2浓度的增加，作物的呼吸速率减弱，光补偿点降低，蒸腾系数减小，水分利用率提高。,增施CO2的方法：CO2肥，成本高，应用难度大。增施优质有机肥是提高CO2浓度现实措施。,二、作物与O2 O2直接影响作物呼吸速率与呼吸性质。不足时，呼吸速率下降，无氧呼吸升高。作物受涝死亡，就是由于无氧呼吸过久。过高的O2浓度对作物反而有毒。多数情况下O2浓度在10以下就已足够了。三、作物与风 大风会引起作物倒伏或器官脱落，土壤风蚀。干热风常导致小麦后期高温逼熟，或花粉死亡。农田冠层CO2交换速率随风速加大而增加，群体同化率提高。湿度低光照强的条件下，高风速区的光合作用强度会降低。,五、其他气体*1、氮气 豆类作物通过与它们共生的根瘤菌可以利用空气中的氮，但在根瘤菌生长前期需吸收作物的氮素，一般占豆类作物所需氮总量的1/41/3。在作物的幼苗期和籽实充实阶段，还是需要适量施用氮肥。根瘤菌所固定氮只占豆类作物需氮的1/41/2.根瘤菌消耗的能量大致相当于大豆光合产物的12%14%。,2、有毒气体 SO2：改变细胞液pH值，使叶绿素失去镁而丧失功能；与细胞中的羟酸形成羟基磺酸，破坏细胞结构和功能，抑制代谢过程。HF：植物慢性氟中毒的症状，首先出现在叶尖和叶缘，后发展至内。O3：与细胞膜接触后，能将质膜上的氨基酸、蛋白质的活性基因和不饱和脂肪酸的双键氧化，使细胞膜丧失选择半透性功能，内含物质大量外渗。当空气中O3与SO2和NO2同时存在时，不良影响更大。,3、温室效应 主要由大气中的CO2、CH4、N2O等气体含量的增加引起。CH4来源于稻田、自然湿地、天然气的开采、煤矿等。土壤中的硝化和反硝化过程，导致N2O的生成与释放。主要影响：（1）地区间气候差异变大。气温上升，高纬度地区比赤道地区增温明显。两极冰帽消融引起海平面上升。降雨分布发生变化。赤道及50度以上地区降雨增加，1050地区减少，土壤含水量减少。（2）大气中CO2浓度增加。产量增加，但作物与野生植物竞争加剧。（3）病虫害影响。导致气温与降雨变化，进而影响病虫害的发生。,第六节作物与肥料（矿质营养）一、作物必需的营养元素 大量元素（占干重的0.1%以上）C、H、O、N、P、K、S、Ca、Mg（后三种也称中量元素）微量元素（0.1%以下）：Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl C主要来自空气（CO2），O和H来自水（H2O），其它元素都来自土壤矿物质或有机质的矿化分解，称为矿质营养元素。某些作物对特定的非必要元素需要量很大：如水稻对Si的需求很大，茶树产量和品质与Al有很大关系，Co，是豆科作物根瘤菌固氮时必需的元素，称农业上的必需元素（增益元素），钠(Na)、碘(I)、硒(Se)、锶（Sr）钒(V)等也是有益元素。超微量元素是指那些在植物体中含量很少很少的(在十万分之几以下)非必需元素，其中有些是有益元素，如硒、镉、汞等元素。,二、作物矿质营养生理1、氮 一般作物含氮量占干重的0.35%，是含量较高的元素之一，常限制作物的的产量、品质（如蛋白质）的提高。组成蛋白质（生命元素）氮素还是组成核酸、叶绿素、酶和多种维生素的重要成分。在作物缺氮时，蛋白质和酶含量减少，叶绿素合成少，叶片黄化，导致生长延缓，植株瘦弱，叶薄、黄、小，出现早衰，产量、品质降低。缺氮时：下部叶片先开始退绿黄化，逐渐向上部叶片蔓延。氮肥用量过多：易遭受病虫害等各种逆境影响。易于倒伏，徒长，贪青迟熟。氮素过多，还会降低甜菜、西瓜的含糖量。,水麦、玉米、棉花以及以生产茎叶为主的作物如甘蔗、烟草、麻类作物，对氮素要求较多，水稻、油菜、高梁、粟、甘薯、马铃薯等相对耗氮较少。大豆、花生等豆科作物因生物固氮作用，对氮的需求更少。根系从土壤溶液中吸收NO3态氮后，输送到叶片，在硝酸还原酶的作用下，进入体内氮素代谢过程。吸收NH4态氮后，先合酰胺，再运输到地上部。氮在土壤中的含量一般很少，而且多为有机态存在，难被作物直接利用。在我国广大农田中，除黑土、暗粟钙土含量稍多以外，其它类型的土壤大多数缺乏氮素，需要施用氮肥。,2、磷 有机态磷，约占全磷量的85%，以核酸、磷脂等形态存在。无机态磷，仅占全磷量的15%，主要以钙、镁、钾的磷酸盐形态存在。磷是组成核酸、核蛋白、磷脂、高能化合物如ATP和许多酶等重要化合物的成分。磷参与作物体内的各种代谢过程。磷具有提高作物抗逆性和对外界环境条件适应性的作用。作物缺磷，表现为生长迟缓，植株矮小，结实差。严重缺磷，植株会停止生长。,作物根系吸收土壤溶液中的无机磷（H2PO4-），直接进入磷素代谢过程。某些作物对磷素营养反应非常敏感，通常称为喜磷作物，如油菜、大豆、花生、蚕豆、荞麦等。这些作物施用磷肥都有不同程度的增产效果。缺磷土壤和氮肥过多的田块施磷的肥效也很显著。土壤中含磷一般也不多，许多土壤缺乏磷素，特别是南方的红壤、黄壤。,3、钾 K2O占干重的0.3%5%。钾离子容易流动，再分配和再利用的能力很强，主要集中在幼嫩、生命活动旺盛的部位和茎、根的尖端。钾是许多酶的辅基。钾可促进糖类物质的形成，增加作物体内的淀粉和纤维素含量，使作物生长健壮。钾能促进氮素的吸收利用，促进蛋白质的合成，提高产品品质。维持细胞膨压、调节气孔开闭、促进叶绿素合成。钾促进光合产物向贮藏器官的运输，提高结实率、粒重。钾可以促进根系发达，茎杆坚韧，增强抗倒伏及抗病虫害的能力，增强作物的抗逆性。,作物缺钾时，根系不发达，植株矮小，茎杆细弱，分枝少，叶片下披，叶色暗绿，形成蛋白质少，可溶性氮积累；严重缺钾时，根茎生长点枯死，叶片皱缩、枯焦。钾与蛋白质合成有关，所以某些籽粒富有蛋白质的作物，籽粒含钾量高，如豆科作物大豆、花生的籽粒含钾量较禾谷类作物高。含糖丰富的作物，如糖、淀粉、纤维类作物对钾肥的反应敏感（喜钾作物），如甘薯、甜菜、甘蔗、烟草、大豆、花生等。随着作物产量的提高，对钾的需求也不断增加。另外，红黄壤是缺钾严重的土壤。一般情况下，氮、磷、钾肥时施用，效果是最好的。,4、硫 硫是AA（半胱氨酸、甲硫氨酸）的组成元素。谷胱甘肽（含硫）是作物细胞的第二信使，也是清除体内超氧化物等有毒物质的重要的保护性非酶类物质之一（其他非酶类物质主要是VC等），因此硫与氧化还原过程和细胞保护系统活性有关。硫也是辅酶A（CoA）的成分之一，其为作物体内生物合成、转化的非常活跃的又非常重要的能量化合物，如脂肪、淀粉、生长素等的生物合成离不开辅酶A。硫也是许多维生素的组成元素之一。作物从土壤溶液中吸收SO42-，直接进入体内硫代谢。,5、钙 作物直接从土壤溶液中吸收钙离子。钙主要存在于成熟器官组织中，一般不易移动。钙是作物细胞壁的组分之一，是重要的结构元素。植株受到逆境胁迫时，钙调蛋白和ABA共同完成一系列复杂的生理过程，调控基因表达，调动体内物质，进行适应性变化。钙和钾一样，也是体内重要的离子平衡元素。钙也是体内清除毒害的重要元素，如有机酸（主要是草酸）过多而产生伤害时，钙即可与其形成钙盐，免除伤害；钙也与植株抗病性有关。,6、镁 作物直接从土壤溶液中吸收镁离子。镁和钾、磷一样，主要分布于幼嫩器官和组织中，成熟时集中于种子中。镁是叶绿素组分之一，是作物的叶绿体的重要组成元素。DNA和RNA的合成以及蛋白质合成过程中的氨基酸活化，以及核蛋白体（组装合成蛋白质的结构）的功能，需镁的参与。镁也是许多酶（如己糖激酶）的辅基，可促进呼吸作用等。镁可促进作物对磷的吸收，故需磷多的作物需镁也多。一般土壤虽不缺乏，但施用钙镁磷肥对许多作物增产显著。,7、微量元素（1）铁 作物从土壤溶液中主要吸收氧化态的铁。铁进入体内后，不易移动。铁有两个重要功能：酶的辅基和合成叶绿素必须元素。如：铁氧还原蛋白、血红蛋白、铁蛋白、钼铁蛋白。（2）锰 锰是糖酵解和三羧酸循环中的许多酶的活化剂，所以能提高呼吸作用。缺锰或铁时，叶绿素生物合成受阻，叶绿体结构会破坏解体。（3）硼 硼与糖结合，使糖能够通过质膜，促进糖运输。对花器形成，生殖过程尤其重要。油菜是对硼敏感的作物，甘蓝型油菜“花而不实”就是缺硼的缘故。,（4）锌 锌是吲哚乙酸（生长素）合成必须的。锌是碳酸酐酶的活化剂，也是许多脱氢酶的活化剂。（5）铜 是许多氧化酶的成分，也是参与光合作用中电子传递体系的一种重要元素。（6）钼 钼是硝酸还原酶的金属成分，又是生物固氮参与元素，钼对花生、大豆等豆科作物的增产作用明显。（7）氯 氯是活化光合作用的水光解过程中的重要元素，促进氧的释放和NADP还原。,总结：必需矿质元素在作物体内的主要功能有：（1）细胞结构物质的组成成分；（2）作物生命活动的调节者，参与酶的活动；（3）电化学作用，即离子平衡、胶体稳定、电荷中和等；（4）能量代谢。大多数大量元素具有以上所有生理作用，而微量元素一般只有酶促功能。每一种必需元素都有特殊作用，不能被其他元素替代，如钙和镁理化性质很相似，却不能互相替代；但是，锰可部分地替代铁；有些非必需元素还能部分替代必须元素，如钠能部分替代钾等。,微量元素参与许多代谢过程，是作物体内酶的组分之一。微量元素还能提高作物对不良环境条件的抵抗能力：如硼、锰、锌能提高作物的抗旱、抗热性。当土壤微量元素含量过高时，也会引起伤害。如盐土地氯离子的毒害，锰、锌、铜毒害常发生在酸性土壤上。一般情况下，土壤微量元素的含量均能满足作物需要，但不同的土壤有一定的差异，特别是微量元素的有效性。如碱性土壤容易缺硼、锌、铜；在酸性土壤中，有效铜较少；在水分多的条件下，有效钼较少；当然有的作物还有对某些微量元素的特殊要求。,三、作物的需肥规律（一）作物的需肥量和需肥特性 1、不同作物对营养元素的需要量是不同的。一般地，产品器官和生物器官含蛋白质、脂肪高的作物，对氮、磷、钾的需求量大于含淀粉类物质的作物。2、同一作物的不同品种，对养分的要求也不一样。水稻的矮杆籼稻耐肥，粳稻次之，高杆籼稻耐肥性最差甘蓝型油菜品种比白菜型品种耐肥。小麦矮杆品种与匍匐性品种，比高杆或直立性品种易受缺钾的影响；,马铃薯的早熟品种应用相对地多施氮而少施些磷，否则易因早衰而减产，晚熟品种则反之，磷能使其营养生长及时停止有利于薯的形成和膨大。3、同一种作物在不同的生育期对养分的需要也不相同。作物生长初期吸收养分很少，将近开花结果时吸收营养物质最多，其后又衰退，到了种子成熟时，养分停止进入，衰老时甚至有部分营养物质从根部“倒流”。,作物对N、P、K的需求(kg),（二）营养临界期 作物生育过程中，常常有一个时期对某种元素的要求绝对量虽不多但很迫切，如果缺乏该营养元素，生长发育就会受到很大的影响，以后很难纠正或弥补，该时期称为营养临界期。如各种作物对磷临界期为幼苗期，棉花、油菜出苗后1020天内，对缺磷特别敏感，此时缺磷对后期生长影响很大，为磷的临界期。玉米则在出苗后一周进入磷的临界期，其他作物也有类似情况。一般作物苗肥早施，增产效果常比同样肥料迟施好。也说明前期需肥的迫切性。氮的临界期，一般要晚于磷，往往是在营养生长转向生殖生长的时候，如水稻、小麦在分蘖期和幼穗分化期，玉米在穗分化期，棉花在现蕾期。,（三）营养最大效率期 在作物一生中，还有一个养分需求量和吸收速度都很大的时期，施肥作用最明显，增产效果最好，这一时期称为作物营养的最大效率期。作物营养最大效率期往往都在作物生长最旺盛的中期，此时作物吸收养分能力最强，表现出的生长速度也最快。例如，小麦在拔节至抽穗，玉米在大喇叭口至抽雄，棉花在盛花至结铃等。营养最大效率期也因养分不同而异:如甘薯生长初期，氮营养的效果较好，而块根膨大时，磷、钾营养的效果较好等。,（四）营养的特殊性 某些作物对某些特定的营养元素需求特别敏感，或吸收特别多，如：水稻对硅元素需求量大，硅有利于水稻形成壮秆大穗；甘蓝型油菜对硼素有特殊要求，从苗期至花角期都对土壤有效硼含量要求较高；花生对钙需求量大，钙有利于花生果壳生长发育，形成饱果。所以花生施钙肥，增产效果显著。作物的肥料运筹应与作物的需肥规律相符合，发挥最大肥效，减少肥料流失。,第七节作物与土壤 一、土壤的基本概念及其作用 土壤是指覆盖在地球陆地表面，能够生长植物的疏松层。1、我国土壤主要类型有:南方的红、黄壤 东北平原的黑土类型 温带草原的钙质土和荒漠土壤 黄淮平原的棕壤类型 盐碱土壤、山地土壤等。2、地力（土壤肥力）：是衡量土壤好坏的指标，是指土壤不断提供满足作物对水、肥、气、热的需求的能力。,3、土壤是种植业生产力形成和发展速度的限制性因素（1）大气中环境因子的自由度大于土壤中，土壤中诸因素的改变、交换、分配均匀度都很小。（2）对作物的生育条件的改善，基本上都要在土壤中进行，如对旱、涝、盐碱土壤的改良利用，农田灌溉、排水等。（3）作物的生长发育需要土壤经常不断地供给一定的水分、养分、空气和热量。（4）在作物生长的初期，生长好坏取决于土壤的理化条件。这时整个作物能否发育并不在于地上部分的光、热和CO2，而只取决于父代所累积光合产物的能量向子代的转化是否顺利，即依靠播于土层内种子的发育程度。,二、土壤性质及其对作物的影响 土壤性质包括土壤的物质组成、质地、结构及空气、水分、热量等物理性状，矿物质营养、有机质、酸碱度等化学性质，以及土壤微生物等。影响作物生长的土壤条件还包括土层厚度（耕作层熟土的厚度）、土壤物理机械性质等。（一）土壤物质组成和结构1、土壤组成组成土壤的基本成分是矿物质、有机质、水分和空气：土壤矿物质 固体部分 土壤有机质（动植物残体的转化产物和土壤微生物土壤组成 液体土壤水分（溶有离子、水分、胶体态有机、无机物）孔隙部分 气体土壤空气,2、土壤结构 土壤结构是指土壤中固体部分和孔隙部分所占的比例以及空间上的分布。（1）团粒结构：土壤颗粒在腐殖作用下形成的近似球形、多孔、较疏松、直径0.2510mm的小土团。团粒结构数量的多少和分布，在一定程度上标志着土壤肥力水平。（2）块状结构：在有机质含量少、质地粘重的土壤中，土壤颗粒粘连成为较坚实的土块，直径在10mm以上。这种结构，土块间的孔隙大，既漏风跑墒，又蒸发失墒，而土块内部孔隙太小，既不保水，也不透气，微生物活动弱，养分不易释放。也会抑制根系生长和影响种子萌发出苗。（3）片层结构：水稻田和旱地的犁底层，土壤颗粒粘结成坚实紧密的薄土片，成层排列，片状分布，称为片层结构。水稻田的片层结构可防止水肥渗漏，旱地犁底层的片层结构则影响作物根系生长和水、气、热的交换。因此，建立合理的土壤结构，团粒结构多，固、液、气三相比例、垂直分布合理，孔隙度、土壤容重适中，有利于土壤其他理化性状的改善，提高通气性和保肥保水能力，促进微生物活动，加快物质转化，就可以为作物根系生长提供良好的环境条件，而作物根系的生长又改善了土壤结构。,（二）土壤质地 土壤质地：土壤中各级土粒相互组合的百分数。土壤质地的轻重是影响土壤肥力和耕性好坏的决定性因素。根据土粒直径的大小，可将土粒分为：粗砂（土粒直径2.00.2mm）细砂（土粒直径0.2 0.02mm）粉砂（土粒直径0.02 0.002mm）粘粒（0.002mm以下）,按照土壤质地的不同，一般可以把土壤区分为三类：质 地 组 质 地 号 质 地 名 称各粒级百分含量/%砂 粒/mm 粗粉粒/mm 胶 粒/mm 10.05 0.050.001 20 40 40 20 40 7 胶性两合土 40胶泥土组 8 泥 土 3035 9 胶泥 土-3540 10 胶 土 40,1、砂土类 质地砂性。通透性好，排水通畅，不易受涝，作物易发根和深扎，但根系固着不牢，保水保肥性差，施化肥易流失。潜在养分含量低，但矿质养分和有机养分易分解转化。耕作省力、耕作