作物生态学试题参考答案 (1)

作物生态学 一、名词解释 1. 作物生态型：同种作物的不同个体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，形成了形态、生理功能和生态特性不同的基因型类群。 2. PAR:是光合有效辐射的简称，是绿色植物进行光合作用时的有效光谱成分（400- 700nm）的辐射量,约占太阳总辐射的 50%左右。 3. GDD：为有效积温的简称，作物某一发育时期或整个生长发育过程中大于生长下限温 度（B）的日平均温度（Tday）与生长下限温度之差的总和。 4. 光温生产力：作物生理状况处于最佳、水肥供应充足、无病虫草害时，只由光温条件 所决定的作物生产力。受作物遗传特性限制，又叫生理生产潜力。 5. VPD:是饱和水汽压差的简称，是 指 在 一 定 温 度 下 ， 饱 和 水 汽 压 与 空 气 中 的 实 际 水 汽 压 之 间 的 差 值 ， 它 表 示 的 是 实 际 空 气 距 离 饱 和 状 态 的 程 度 。 VPD 越大，蒸腾速率 越大，是合理灌溉的参考因素。 6-作物水分利用率：作物消耗单位水量生产的总干物质量，单位：KG/(ha mm ） 。 7.土壤有效含水量：土壤中能被作物吸收利用的水量，即田间持水量与凋萎系数之间的土 壤含水量。 8.农田潜在蒸散：指农田土壤水分供应充足，作物处于最佳生理状态时，封行作物田块的 蒸散量。其大小只取决于当地的气候条件（辐射能的多少和空气的干燥程度及风速） 。 9.土壤养分平衡：土壤中养分（主要是 N、P 、K ）的收入与支出处于一种动态平衡的状态。 10 作物生长的最小养分浓度：在作物生长过程中，其产量受土壤中相对含量最小的养分限 制。当作物对养分吸收量超过一定量时，产量随养分吸收量的增加而增加的速度减缓并逐 渐趋于零。此时养分在作物中达到饱和（最大养分含量） ，养分不再是产量限制因子，为作 物生长的最小养分浓度。 二、问答题 1. 试述有效积温对作物发育速率的预测指标有何优缺点？ 答：优点：用有效积温预测作物的发育速率具有简单易操作的特点。在实际生产中，特别 是大田作物生产中或可控温室中环境温度处于作物最适宜以下时（此时作物发育速率与温 度呈线性关系） ，有效积温法仍不失为一种行之有效的预测作物生育期的方法。 缺点：用有效积温预测作物的发育速率，一方面没有考虑日长对发育速率的影响；一方 面假定发育速率与气温在发育上、下限温度之间遵循同一线性关系，而没有考虑高温对发 育的迟滞作用。此外，在作物发育的最适下限和最适上限温度之间，发育速率是不变的， 而相应的有效积温却有很大的变化。因此，用有效积温预测作物发育，在应用到建模以外 的地区或品种时，预测误差较大。 试验采用 1 材料与方法 1.1 供试材料 选用小麦品种长武 134（旱地品种，抗旱性强）和陕 253（水地品种，抗旱性弱）为试材。 2 试验设计 随机区组设计，每小区在播前都灌足底墒水，以确保冬小麦生育前期水分充足，返青拔节 后设 2 个水分处理：适宜水分处理（对照，CK）：位于防雨棚外的小区中，土壤含水量达 到田间持水量的 70 %-80 % 干旱处理（T）：全部位于防雨棚内的小区中，全生育期防降水，使土壤含水量达到田间 持水量的 45 %-55 %。 2.1.4 测定项目及方法 （1）土壤含水量：用智能型中子水分仪和烘干法相结合测定土壤含水量。小麦返青后每隔 5 d 测定土壤含水量 1 次，根据 01 m 土层土壤含水量平均值，用人工补水方式使 各处理土壤含水量达到试验要求。此后一直维持该水平。 （3）叶水势测定：小麦返青后用水势仪每隔 5 d 测定凌晨叶水势 1 次， （2）光合特性：抽穗期、开花期每个处理每次重复每天测量光响应曲线（LI-6400 光合仪） （开花期测量光响应曲线是为了了解早稻抽穗期在高温胁迫下是产生的应激胁迫还是 生理胁迫） 。 （3）荧光参数：抽穗期、开花期每个处理每次重复每天测量荧光（荧光仪） （开花期测量 荧光是为了了解早稻抽穗期在高温胁迫下是产生的应激胁迫还是生理胁迫） 。 （4）进程调查：早稻每个处理每次重复抽穗期及以后每个生育期的生育期进程。 （5）植株总干重：花后 0、5、10、15、20、25、30、35 d 分别取样一次，每小区每次取 样 10 个主茎，迅速将样品分解为叶、茎、鞘、籽粒四部分，然后将样品放入鼓风干燥 箱中，烘干至恒重后立即称取其质量。 （6）产量调查：每平方米的有效穗数、每穗粒数、千粒重、实际产量。 2. 为研究早稻抽穗期高温胁迫对早稻产量及其构成因素的影响，请根据作物生长的温度 三基点设计高温胁迫试验（包括试验处理、观测项目与观测方法和使用的仪器）？ 答：1.试验处理：根据早稻抽穗期生长的温度三基点在大田早稻抽穗期通过控温装置设置 3 个温度梯度处理：分别是 TOD（早稻抽穗期生长最适温度）值左右一段温度范围 (A)、 TOD 值与 TCD（早稻抽穗期生长上限温度）值之间一段温度范围(B) 、TCD 值以上一段温 度温度范围(C)、对照(D)。每个处理设置三个重复。 2.观测项目、方法和仪器： （1).早稻抽穗期、开花期每个处理每次重复每天测量光响应曲线（LI-6400 光合仪） （开花期测量光响应曲线是为了了解早稻抽穗期在高温胁迫下是产生的应激胁迫还是生理 胁迫） 。 （2）. 早稻抽穗期、开花期每个处理每次重复每天测量荧光（荧光仪） （开花期测量 荧光是为了了解早稻抽穗期在高温胁迫下是产生的应激胁迫还是生理胁迫） 。 （3）.调查早稻每个处理每次重复抽穗期及以后每个生育期的生育期进程。 （4）.早稻收获每个处理每个重复调查：每平方米的有效穗数、每穗粒数、千粒重、 实际产量。 3. 试述根据土壤水分平衡原理计算作物灌水量的方法？ 答：1.土壤水分平衡是指土壤收入与支出的水分之差。土壤水分收入：降雨 P，毛管上升 水 C，灌溉 I。土壤水分支出：地表径流 R，作物截流 Int，作物吸收即蒸腾耗水 Tr，土壤 蒸发 SEv，和渗漏 D。则土壤水分平衡方程：S=P+I+C-Tr-Sev-R-Int-D。其中（Tr+Sev） 即为实际蒸散量。 2.要确定作物灌水量，需要确定作物实际需水量。作物实际需水量的估算方法：目标产 量法：作物实际需水量=目标产量/EY（作物水分利用率） ；潜在蒸散法：作物实际需水量 =PET（当地潜在蒸散量） ；也可以根据土壤水势的变化，来判断作物实际需水量。 3. 灌溉量=作物实际需水量- 降水量+渗漏量+径流量 对某一特定地区，生长期内的降水量可通过历史气候资料统计确定，而作物水分利用率、 土壤渗透率和地表径流均可以根据长期的实验资料确定，土壤水势也可以根据试验确定胁 迫的临界值。则根据上式可以确定不同种植制度下农田周年灌水量。 4. 试述大气 CO2 浓度升高对 C3 和 C4 作物生长的生理生态影响会有何不同？ 答：（1）.光合速率和光呼吸。一般而言，大气 CO2 浓度升高，可以增加叶片的光合速率。 原因是高 CO2 浓度可以增加 RuBp 羧化酶的底物，减少 O2 对 RuBp 的竞争氧化，C3 植物 的净光合速率有随 CO2 浓度的升高而升高的趋势，而 C4 植物不然，这可能是由于 C4 植 物具有浓缩 CO2 的 C4 途径，因而对环境中高 CO2 浓度响应较小的缘故。大气 CO2 浓度 升高，可以降低植物的光呼吸，同样对 C3 植物表现明显，而对 C4 植物影响较小。 （2）气孔导度、蒸腾作用。大气 CO2 浓度升高，通常可以引起 C3 植物和 C4 植物气 孔导度的降低。高 CO2 浓度引起叶片气孔关闭的现象并不是在所有 C3 植物上均有发 生，而对于一般的 C4 植物都能通过关闭气孔来对高 CO2 浓度做出反应。由于气孔导 度的降低，从而降低了蒸腾速率，减少了叶片的蒸腾量，提高植物光合作物的水分利 用率，由于 C3 植物的蒸腾系数较 C4 植物高，所以 C4 植物比 C3 在水分利用上更具有 优势。 （3）.温度、发育。随着 CO2 浓度的增加，能够提高大气温度，同时提高植株的 C/N，这些都会在一定程度上加速植株的发育，一般而言，C4 植物对高 CO2 浓度的反 应要比 C3 植物要弱。 （4）土壤呼吸活性。随 co2 浓度增加，c4 植物土壤呼吸活性无影响，c3 植物土壤呼吸 活性下降明显。 5. 试根据土壤氮素平衡原理和作物氮素需求量（作物生长的最小氮浓度） ，描述计算作物 生长季的氮肥施用总量的方法？ 答 1.土壤氮素平衡是指土壤中收入与支出的氮素之差达到动态平衡。作物生长的最小氮浓 度是指当作物对氮素吸收超过一定量时，产量随氮素吸收量的增加而增加的速度减缓并逐 渐趋于零。此时氮素在作物中达到饱和（最大氮素含量） ，氮素不再是产量限制因子。 2.首先确定该作物生长季对氮素的吸收需求量：需要明确该作物要实现的产量目标（Y） ， 该作物经济产品中的氮素的最低浓度（MCY） ，该作物秸秆中的氮素的最低浓度 （MCSTR） ，经济系数（EC） 。 则该作物生长季对氮素的吸收需求量（NUR）：NUR=Y*MCY+(1/EC-1)*Y*MCSTR。 3.确定该作物生长季氮肥施用总量（FA）：需要明确作物养分基础吸收量（Nu） 、该肥料 养分利用率（RF）及该肥料中氮素含量（FNC） 。 则 FA=（NUR-NU）/（RF*FNC ） 。 作物生理学作业 名词解释 4 光温生产力: 作物生理状况处于最佳、水肥供应充足、无病虫草害时，只由光温条件所 决定的作物生产力。受作物遗传特性限制，又叫生理生产潜力。 5 VPD:是饱和水汽压差的简称，是 指 在 一 定 温 度 下 ， 饱 和 水 汽 压 与 空 气 中 的 实 际 水 汽 压 之 间 的 差 值 ， 它 表 示 的 是 实 际 空 气 距 离 饱 和 状 态 的 程 度 。 VPD 越大，蒸腾速率越大， 是合理灌溉的参考因素。 6 作物水分利用率：作物消耗单位水量生产的总干物质量，单位：KG/(ha mm ） 。 7.土壤有效含水量：土壤中能被作物吸收利用的水量，即田间持水量与凋萎系数之间的土 壤含水量。 8.农田潜在蒸散：指农田土壤水分供应充足，作物处于最佳生理状态时，封行作物田块的 蒸散量。其大小只取决于当地的气候条件（辐射能的多少和空气的干燥程度及风速） 。 9.土壤养分平衡：土壤中养分（主要是 N、P 、K ）的收入与支出处于一种动态平衡的状态。 10 作物生长的最小养分浓度：在作物生长过程中，其产量受土壤中相对含量最小的养分限 制。当作物对养分吸收量超过一定量时，产量随养分吸收量的增加而增加的速度减缓并逐 渐趋于零。此时养分在作物中达到饱和（最大养分含量） ，养分不再是产量限制因子，为作 物生长的最小养分浓度。 二、问答题 6. 试述有效积温预测作物生育期的基本原理？ 可以用有效积温预测作物生育期，在作物生长的过程中尽管温度不同，作物完成某一 发育阶段的天数不同，但活动积温总为一固定常数，因此只要知道逐日的平均温度值，就 可以通过积温推算其发育进程。随后引入临界温度的概念，将日平均气温减去临界温度计 算有效积温，形成有效积温说，认为不同温度，不同生育期，活动积温不一定相同，但有 效积温是一个常数。用有效积温法预测的优点是简单易算，但他的缺陷在于对许多主要的 作物（例如水稻、小麦）往往并不适用，造成的误差较大。原因是：（1）它假定发育速度 与平均气温呈直线正相关，这与事实不符。 （2）积温法只考虑了温度的作用，而没有考虑 其他因子，特别是日长对发育的影响。 2 为研究干旱对小麦生长和产量的胁迫影响，请设计小麦水分处理胁迫实验方案（包括试 验处理、观测项目与观测方法和使用的仪器） 试验采用 1 材料与方法 1.1 供试材料 选用小麦品种长武 134（旱地品种，抗旱性强）和陕 253（水地品种，抗旱性弱）为试材。 2 试验设计 随机区组设计，每小区在播前都灌足底墒水，以确保冬小麦生育前期水分充足，返青拔节 后设 2 个水分处理：适宜水分处理（对照，CK）：位于防雨棚外的小区中，土壤含水量达 到田间持水量的 70 %-80 % 干旱处理（T）：全部位于防雨棚内的小区中，全生育期防降水，使土壤含水量达到田间 持水量的 45 %-55 %。 2.1.4 测定项目及方法 （1）土壤含水量：用智能型中子水分仪和烘干法相结合测定土壤含水量。小麦返青后每隔 5 d 测定土壤含水量 1 次，根据 01 m 土层土壤含水量平均值，用人工补水方式使 各处理土壤含水量达到试验要求。此后一直维持该水平。 （3）叶水势测定：小麦返青后用水势仪每隔 5 d 测定凌晨叶水势 1 次， （2）光合特性：抽穗期、开花期每个处理每次重复每天测量光响应曲线（LI-6400 光合仪） （开花期测量光响应曲线是为了了解早稻抽穗期在高温胁迫下是产生的应激胁迫还是 生理胁迫） 。 （3）荧光参数：抽穗期、开花期每个处理每次重复每天测量荧光（荧光仪） （开花期测量 荧光是为了了解早稻抽穗期在高温胁迫下是产生的应激胁迫还是生理胁迫） 。 （4）进程调查：早稻每个处理每次重复抽穗期及以后每个生育期的生育期进程。 （5）植株总干重：花后 0、5、10、15、20、25、30、35 d 分别取样一次，每小区每次取 样 10 个主茎，迅速将样品分解为叶、茎、鞘、籽粒四部分，然后将样品放入鼓风干燥 箱中，烘干至恒重后立即称取其质量。 （6）产量调查：每平方米的有效穗数、每穗粒数、千粒重、实际产量。 3. 试述根据土壤水分平衡原理计算作物灌水量的方法？ 答：1.土壤水分平衡是指土壤收入与支出的水分之差。土壤水分收入：降雨 P，毛管上升 水 C，灌溉 I。土壤水分支出：地表径流 R，作物截流 Int，作物吸收即蒸腾耗水 Tr，土壤 蒸发 SEv，和渗漏 D。则土壤水分平衡方程：S=P+I+C-Tr-Sev-R-Int-D。其中（Tr+Sev） 即为实际蒸散量。 2.要确定作物灌水量，需要确定作物实际需水量。作物实际需水量的估算方法：目标产 量法：作物实际需水量=目标产量/EY（作物水分利用率） ；潜在蒸散法：作物实际需水量 =PET（当地潜在蒸散量） ；也可以根据土壤水势的变化，来判断作物实际需水量。 3. 灌溉量=作物实际需水量- 降水量+渗漏量+径流量 对某一特定地区，生长期内的降水量可通过历史气候资料统计确定，而作物水分利用率、 土壤渗透率和地表径流均可以根据长期的实验资料确定，土壤水势也可以根据试验确定胁 迫的临界值。则根据上式可以确定不同种植制度下农田周年灌水量。 4. 试述大气 CO2 浓度升高对 C3 和 C4 作物生长的生理生态影响会有何不同？ 答：（1）.光合速率和光呼吸。一般而言，大气 CO2 浓度升高，可以增加叶片的光合速率。 原因是高 CO2 浓度可以增加 RuBp 羧化酶的底物，减少 O2 对 RuBp 的竞争氧化，C3 植物 的净光合速率有随 CO2 浓度的升高而升高的趋势，而 C4 植物不然，这可能是由于 C4 植 物具有浓缩 CO2 的 C4 途径，因而对环境中高 CO2 浓度响应较小的缘故。大气 CO2 浓度 升高，可以降低植物的光呼吸，同样对 C3 植物表现明显，而对 C4 植物影响较小。 （2）气孔导度、蒸腾作用。大气 CO2 浓度升高，通常可以引起 C3 植物和 C4 植物气孔导 度的降低。高 CO2 浓度引起叶片气孔关闭的现象并不是在所有 C3 植物上均