农业概论第十一章作物与环境ppt课件.pptVIP

第十一章作物与环境 环境在农田作物栽培的生态系统中 环境是指作物生活空间的外界自然条件的总和 不仅包括对其有影响的种种自然环境条件 还包括生物有机体的影响和作用 自然环境环境人工环境 所有为作物正常生长发育所创造的环境 措施所采取的措施中 一部分直接作用于作物 环境作物体 但更多的 是用于改善作物的生理生化过程生物因子 产品产量 品质 环境与作物的关系 非生物因子 气候因子 光能 温度 空气 水分等 如光照强度 日照长度 光谱成分 温度 降水量 降水分布 蒸发量 空气 风速等 土壤 地形因子 土壤结构 土壤营养地势 地貌 坡向 坡度 生物因子 植物 动物 微生物 环境因子分类 人为因素 主要指栽培措施 直接作用于作物如整枝 打杈等 改善作物的环境条件 如耕作 施肥 灌水等 还包括环境污染的危害作用 主要内容光照与作物生长发育温度与作物生长发育水分与作物生长发育空气与作物生长发育土壤与作物生长发育 光照与作物生长发育太阳能是自然界中植物生产有机物质的唯一能源 绿色植物吸收太阳光能并通过光合作用将CO2和水合成有机物质 把光能转变为贮存于有机之中的化学能 实现能量的吸收 转换和贮藏 栽培作物的目的在于获取收获物 作物产量的95 以上来自光合作用 而来自土壤中的无机盐部分则不足5 所以光照强度与作物生长发育和产量形成有密切的关系 日本特殊光照技术培育农作物 一 作物的光周期现象光周期现象 作物对于白天和黑夜的相对长度的反映 根据大多数作物对光周期的不同反应 分为 分为长日照 短日照 中性作物和定日照作物 光周期现象在引种上的重要意义 纬度相近的地区 日照条件基本相同 引种成功的可能性大 短日照作物南种 短日照 高温 北引 长日照 低温 生育期延长 甚至不能正常开花结实 北种南引则相反 长日照作物南种北引 生育期缩短 应选择迟熟种 北种南引选择早熟种 例如 小麦南种北引 其生育期缩短 二 光照强度与作物的生长发育 光照强度 指物体被可见光照明的程度 简称光强 照度 光照强度大小取决于可见光的强弱 单位勒克斯 Lux或Lx 作物正常发育适宜的光照强度8000 12000lx 1 光照强度与作物生长光照强度对作物生长及形态建成有重要的作用 如作物种植过密 株内行间光照就不足 由于植株顶端的趋光性 茎秆的节间会过分拉长 这样一来 不但影响分蘖或分枝 而且影响群体内绿色器官的光合作用 导致茎秆细弱而倒伏 造成减产 2 光照强度与作物发育光照强度也影响作物的发育 如棉花在开花 结铃期遇长期阴雨天气 光照不足 影响碳水化合物的制造与积累 就会造成较多的落花落铃 3 光照强度与光合作用作物对光照强度的要求通常用 光补偿点 和 光饱和点 表示 光补偿点 光合作用过程中吸收CO2和呼吸作用过程中放出的CO2等量时的光照强度 光饱和点 随着光照强度的进一步增强 光合速率也逐渐上升 当达到一定值之后 光合速率便再不受光照强度的影响而趋于稳定 此时的光照强度叫做光饱和点 光补偿点和光饱和点分别代表光合对光强度要求的低限与高限 也分别代表光合对于弱光和强光的利用能力 可作为作物需光特性的两个重要指标 几种作物的需光特性 在作物生产上 常根据作物对光照强度要求的特点 采取适当措施 来提高产量和品质 有些光饱和点较低的作物 在较低的光照强度下 仍能正常进行光合作用 形成较多光合产物 如大豆 马铃薯 便可在一些高秆作物 玉米 高粱等 行间间作 种植麻类作物时 一般要求种得密一些 使行 株间的枝叶相互遮荫 促进植株往高生长 抑制分枝 这样有利于多收麻皮 提高品质 三 光谱成分与作物的生长发育1 光合有效辐射 在光合作用中 作物只对可见光区 390 760nm 的大部分光波吸收 用于进行光合生产 这部分辐射称为光合有效辐射 约占太阳总辐射量的40 50 左右 2 光谱带 把太阳辐射对植物的效应 按波长划分为8个光谱带 各个光谱带对植物的影响大不相同 0 72 m的大致相当于远红光 0 71 0 61 m为红 橙光 0 6l 0 5l m为绿光 0 5l 0 40 m为蓝 紫光 3 光谱作用 红光有利于碳水化合物的合成 蓝光则对蛋白质合成有利 紫外线照射对果实成熟起良好作用 并能增加果实的含糖量 高山 高原上栽培的作物 由于接受青 蓝 紫等短波光和紫外线较多 一般植株矮 茎叶富含花青素 色泽较深 丰富的蓝紫光是高原春小麦屡出高产纪录的重要生态因素之一 不同的光谱成分对作物生育有不同的影响用浅蓝色薄膜育秧与用无色薄膜相比 前者秧苗及根系都较粗壮 插后成活快 分蘖早而多 生长茁壮 叶色浓绿 鲜重和干重都有增加 这是因为浅蓝色的薄膜可以大量透过光合作用所需要的380 760nm波长的光 因而有利于作物的光合过程和代谢过程 提高作物光能效率的途径 提高作物光能效率的途径1 选用高光效良种 应选用株型 叶型合理且高光效的高产稳产品种 株型紧凑 叶片挺直的品种 2 间作套种 通过不同作物群体的合理配置 从时间和空间上更好的利用光能和地力 间作套种田可以利用高矮杆 宽窄叶作物进行间套 3 合理密植 合理密植的增产机理主要是使叶面积指数处于最适宜的范围内 使太阳光的截获量增加 从而增加作物干物质积累 提高产量和品质 温度与作物生长发育 温度是一个状态函数 标志着物质分子平均动能水平 环境温度包括大气温度和土壤温度 一 温度的节奏性变化与作物生产二 温度对作物的影响及作物生育的温度范围三 积温及无霜期四 温度逆境对作物的危害及防御措 一 气温变化1 周期性变化非周期性变化温周期 作物生育与温度变化的同步现象 2 日变化及年变化 一 温度的节奏性变化与作物生产 二 土壤温度变化1 土壤热量特征 热容量 导热率 重量热容量 1g 度 容积热容量 1cm3 度 土壤的增热程度也受土壤导热性的影响 本身导热性不大 主要由土壤颗粒间隙中的空气与水分状态决定 二 温度对作物的影响及作物生育的温度范围 一 温度对作物的影响1 温度对作物生长的影响2 温度对发育的影响A 温度对成花的诱导效应春化作用 经过低温诱导植物开花的作用 B 作物的感温性 二 作物生育的温度范围 1 三基点温度 最低 最适 最高2 温度临界期 对外界温度最敏感的时期 作物维持生命的温度范围较宽 生育的温度范围窄些 最适发育的温度范围则更窄 作物对温度的适应范围 1976 三基点温度的特征 不同作物三基点温度不同 根据对温度的不同要求 分为喜温作物 生长起点 10 和耐寒作物 3 种子萌发的三基点低于营养生长期的 营养生长期又低于生殖器官发育期的 开花期对温度最为敏感 一般最适应温度接近于最高温度 最高温度多在30 40 之间 生产中也不常见 所以低温造成的危害较多 农业界限温度标志着某些重要物候现象或农事活动的开始 终止或转折 对农业生产有指示或临界意义的日平均温度 称为农业界限温度 0 土壤冻结或解冻 农事活动终止或开始 常用日平均气温0 以上持续时期表示农耕期 5 早春作物播种 小麦积极生长的界限温度 5 以上持续日数表示作物的生长期或生长季 10 喜温作物 玉米 棉花 开始播种生长 10 以上持续日数表示作物的生长活跃期 15 喜温作物开始快速生长 15 以上持续日数表示喜温作物的积极生长期 20 热带作物开始积极生长期 作物的温周期现象1 温周期概念 作物生长发育与温度变化的同步现象称为温周期 作物的温周期包括年温周期和日温周期两种 2 为什么日夜变温对作物生长有很大的影响 这是因为白天温度较高 有利于光合作用 夜间温度较低 可减少呼吸消耗 昼夜温差越大 有利于有机物质的积累 作物产量越高 品质越好 日夜温差越大 籽粒蛋白质含量越高 一 积温1 概念 指某一生育时期或某一时段内 逐日平均气温累积之和 三 积温及无霜期 2 积温两种表达方式 A活动积温B有效积温 大于或等与生物学零度的日平均温度逐日累加起来 将日平均温度与生物学零度的差值累加 2020 1 25 35 3 积温在农业生产中的应用可以估计作物的生育速度和各生育期到来的时间 并可确定作物安全播种期 可以对某一个地区某年产量进行预测 确定丰收年还是歉收年 一个地区的积温代表了此地区的热量资源 为正确制定农业计划 安排作物布局 确定种植制度提供了依据 以棉花为例 早熟品种要求 10 的积温3000 3300 中熟品种3400 3600 晚熟品种3700 4000 2020 1 25 36 无霜期长短是衡量一个地区热量资源的又一个指标 春季最后一次霜冻 秋季最早一次霜冻 作物布局和确定种植制度的依据 二 无霜期 2020 1 25 37 四 温度逆境对作物的危害及防御措施 温度逆境 对作物生长发育不利的温度 2020 1 25 38 一 低温对作物的危害 低温 对作物的危害有冷害和霜冻1 寒害 0 以上的低温对作物的伤害 水分合成失调 蛋白质合成受阻 碳水化合物减少 代谢紊乱 2 霜冻 指春秋季节气温下降到0 以下 组织内部发生冰冻而引起的伤害 原生质失水 冰融速度 蛋白质沉淀 原生质的机械损伤 2020 1 25 39 间接伤害 高温使呼吸加强 蒸腾加速 水分平衡和物质供需平衡被破坏 植株萎蔫 二 高温对作物的危害 直接伤害间接伤害 蛋白质合成受阻 有毒物质生成 饥饿 旱害 蛋白质变性 脂溶 2020 1 25 40 三 对逆境温度的防御 培育和选育抗寒或耐热的品种 低温锻炼 甘薯育苗化学诱导 玉米 棉花种子福美双处理合理肥料配比 磷肥 钾肥提高抗寒力 水分与作物生长发育 2020 1 25 42 第四节作物与水分 水分对生命的存在起起决定性的作用 他的多少在很大程度上决定了作物的种植制度 一 作物对水分的需求特点二 水分逆境对作物的影响 2020 1 25 43 一 作物对水分的需求特点 一 水对作物的生理生态作用1 生理作用 1 原生质的主要成分 2 光合作用的基本原料 3 代谢过程的反应物质 4 作物生化反应和物质吸收 运输的溶剂 5 维持细胞的膨胀状态 6 细胞分裂与伸长的必需因子 2020 1 25 44 生态作用 改善田间小气候 如大气湿度 土壤及其表面的空气温度 土壤空气含量 微生物状况 土壤养分利用率等 二 水与作物生长及产量的关系 缺水对作物形态 生理产生不良影响 最终导致产量降低 作物光合作用和蒸腾作用与作物生产关系极大 水分缺乏对光合作用的影响是对叶绿素合成及气孔影响的综合结果 大田作物中比较抗旱的是糜子 粟 高粱 甘薯 绿豆等 但在水分充足时同样生育更好并增产 作物的水分平衡在正常的情况下 作物一方面蒸腾失水 同时又不断地从土壤中吸收水分 这样就在作物生命活动中形成了吸水与失水的连续运动过程 一般把作物吸水 用水 失水三者的动态关系叫做水分平衡 只有当吸水 输导和蒸腾三方面的比例适当时 才能维持良好的水分平衡 1 供应不足 失衡 气孔关闭 蒸腾减小 平衡2 失水 吸水 吐水 陡长 倒伏3 蒸腾 吸水 萎焉 三 作物的需水量和需水临界期作物的需水量作物的需水量通常用蒸腾系数来表示 蒸腾系数是指作物每形成l克干物质所消耗水分的克数 它表示作物利用水生产干物质的效率 作物蒸腾系数水稻500 800小麦450 600玉米250 300棉花300 600 50 各种作物的蒸腾系数 2 需水临界期作物一生中对水分的需要量 一般前期和后期较少 中期较多 苗期耗水量占全生育期的1 4以下 生育中期50 60 作物一生中对水分最为敏感的时期 称为需水临界期 所谓对水的敏感期 就是说在这一时期若水分过多或不足 对作物的生长发育和最终的产量和品质有很不利的影响 以后即使水分供应适宜了 损失也难以弥补 麦类作物在孕穗到抽穗 黍类作物在抽穗 或开花 至灌浆 其他作物也多在开花到产量形成的盛期 几种作物的水分临界期作物水分临界期水稻孕穗 抽穗小麦孕穗 抽穗玉米开花 乳熟大豆开花棉花开花 成铃花生开花 提高水分利用率的途径 提高水分利用率的途径1 选好品种 C4作物比C3作物具有较高的水分利用效率 在水源紧缺的地区宜种植C4作物 2 地面覆盖 利用地膜 秸秆 沙子等覆盖农田 可减少水分消耗而增加产量 3 节水灌溉 采用喷灌 滴灌 渠道防渗等措施 合理用水 提高水分利用率 4 栽培措施 精耕细作 增施肥料 合理灌溉等 2020 1 25 55 二 水分逆境对作物的影响 waterstress 一 旱灾1 干旱分大气干旱 土壤干旱和生理干旱土壤干旱 在长期无雨或少雨的情况下 土壤含水量少 土壤颗粒对水分的吸收力加大 植物根系难以从土壤中吸收到足够的水分来补偿蒸腾的消耗 造成植株体内水分收支失去平衡 从而影响生理活动的正常进行 植物生长受抑制 甚至枯死 二 水分逆境对作物的影响 大气干旱 空气干燥 大气蒸发力强促使植物蒸腾过快 根系从土壤吸收的水分难以补偿 水分收支失衡而造成的危害 生理干旱 是由于土壤环境条件不良 使根系的生理活动遇到障碍 导致植物体内水分失去平衡而发生的危害 例如作物被淹根系缺氧不能正常吸收水分而发生萎蔫 盐碱地常因幼苗根系渗透压低于土境溶液而不能吸收水分 大气干旱是空气过度干燥 相对湿度低到20 以下 或因大气干旱伴随高温 土壤中虽有一定水分 但因蒸腾强烈 造成体内水分平衡失调 使作物生长近乎停止 产量降低 土壤干旱是指土壤中缺乏作物可利用的有效水分 对作物危害极大 我国北方春旱 3 5月 影响冬小麦拔节 抽穗 开花及棉花等春播作物的播种或育苗 伏旱易引起棉花蕾铃脱落 造成玉米 晒花 小麦生长后期如遇干热风为害 常常 青干 这些干旱常造成生长停滞 产量降低 2 危害 1 各部位间水分重新分配 2 改变各种生理过程 3 蛋白质含量减少 干旱对作物的伤害 一般不会导致植株死亡 但是在高温和迅速干旱时 可能对作物产生直接伤害导致作物死亡 干旱引起作物死亡的原因 干旱引起作物死亡的原因第一 代谢作用紊乱 第二 干旱时细胞脱水变形 原生质受到机械伤害而死亡 第三 干旱缺水 蒸腾减弱 植株不能降温 如何进行抗旱锻炼 通过 蹲苗 进行抗旱锻炼 所谓蹲苗 就是在作物苗期减少水分供应 使之经受适度缺水的锻炼 促使根系发达下扎 根冠比增大 叶绿素含量增多 光合作用旺盛 干物质积累加快 经过锻炼的作物如再次碰上干旱 植株体保水能力增强 抗旱能力显著增加 通过种子处理进行抗旱锻炼 增加作物抗旱性的其他措施 如增施磷 钾肥 以提高植株的抗旱性 多施厩肥能增加土壤中腐殖质含量 有利于增强土壤持水能力 涝害 水分过多对作物的不利影响称为涝害 水分过多一般有两层含义 一是指土壤含水量超过了田间最大持水量 土壤水分处于饱和状态 淹土 根系完全生长在沼泽化的泥浆中 这种涝害也叫湿害 另一种含义是指水分不仅充满土壤 而且田间地面积水 作物的局部或整株被淹没 淹作物 这才是涝害 二 涝害 2020 1 25 63 水涝对作物的影响 根系涝害土壤孔隙被水充满 通气受阻 抑制有氧呼吸 阻止水分和矿物元素吸收高温季节 积累H2S Fe2 M2 及有机酸 直接毒害根系 2 地上部分涝害光合停止 植株内部含氧量降低 无氧呼吸增加 呼吸停止无氧呼吸产物酒精积累毒害细胞 2 危害 水分过多 土壤缺氧 使植物根系的有氧代谢受阻 形成还原性有毒物质 最终引起植物受害 CO2积累 抑制好氧性细菌的活性 促进嫌气性细菌的存活 造成有机质不能彻底分解 产生甲酸 乙酸 硫化氢等有毒物质 抑制根系呼吸代谢 最后导致死亡 养分失效或流失 2020 1 25 65 3 作物对水涝的适应 根系逐渐木质化耐涝作物 水稻 高粱 黑豆一般作物 小麦苗期耐涝 玉米后期耐涝 怕涝作物 棉花 甘薯 粟 孕穗期除外 花生 芝麻 不同作物对水分的反应大不相同 但总的看来 在大田作物中 除了水稻属于湿生性作物外 多数都为中生性的 中生性作物根系和输导系统比湿生性作物发达 以满足植株对水分的需要 中生性作物没有完整的通气组织 不能在积水条件下发育 作物的抗涝性作物抗涝性的强弱决定于对氧的适应能力 如果具有发达的通气系统 地上部吸收的O2通过胞间空隙系统可输送到根或者缺O2部位 防涝措施 搞好农田排灌设施 加速排除地面水 降低地下水和耕层滞水 保证土壤水气协调 采取开沟 增施有机肥料以及田间松土通气等综合措施 2020 1 25 68 一 作物与二氧化碳的关系二 作物与氧气的关系三 空气中其他气体与作物的关系 空气与作物生长发育 作物与空气的关系 实际上主要是作物与二氧化碳的关系 因CO2是光合作用的原料 对于豆科作物来说 与空气中的氮气关系也很密切 一 CO2浓度的变化规律 1 周年变化规律 一年之内 在田间有作物生长的季节 由于光合作用固定CO2数量增加 空气中的CO2浓度较低 群体下部供应的CO2约占供应总量的20 作物群体上层光照充足 但CO2浓度相对较低 下层恰相反 因此 生产上十分重视田间的通风透光 一 作物与二氧化碳的关系 一年中 非作物生长季节 CO2浓度较高 冬高夏低 一天中以中午CO2浓度最低 2 周日变化规律 在一天之内 作物群体内CO2浓度有明显的规律性变化 午夜和凌晨 群体内CO2浓度很高 这是由于在此期间CO2有补充而无消耗的缘故 清晨日出之后 光合作用逐渐加强 浓度逐渐下降 接近中午 光合作用旺盛 CO2浓度降至最低值 傍晚日落后 光合作用停止 CO2浓度又复上升 3 田间群体内的CO2浓度变化及运动方向 作物进行光合作用所需要的CO2不但来自群体以上空间 而且也来自群体下部 其中包括土壤表面枯枝落叶分解 土壤中活着的根和微生物呼吸 已死的根系和有机质腐烂等释放出来的CO2 4 CO2浓度的垂直分布在作物群体内部 接近地面的CO2浓度经常是比较高的 在一天之中 午夜和凌晨 越接近地表面 CO2浓度越高 白天 由于光合作用消耗 群体上部和中部的CO2浓度较小 下部稍大一些 作物群体上层光照充足 但CO2浓度相对较低 下层的CO2浓度较大 光照却又较弱 各自都成了增加光合成的限制因子 这便是在作物生产上要十分重视通风透光的原因所在 由于提高CO2浓度可以促使某些作物增加产量 于是也就出现了CO2施肥的问题 迄今为止 CO2施肥多半还是在温室中或在塑料薄膜保护下进行的现实的提高CO2浓度的措施是增施有机肥 有机肥施入土壤后 能增加土壤中好气性细菌的数量 增强其活力 释放出更多的CO2 空气中CO2的富集虽然能促进作物增产 但其温室效应等带来的气候变化对作物生产的不良影响也是严重的 二 CO2体积分数与作物产量 图为近1000年和近1万年的大气CO2含量变化 CO2补偿点 光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2体积分数 CO2饱和点 开始达到最大光合速率时CO2体积分数 在CO2 光合曲线的比例阶段 CO2体积分数是光合作用的限制因子 C4植物CO2的补偿点和饱和点均低于C3植物 说明其可利用较低浓度的CO2 但对于高浓度CO2利用效率较差 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 CO2浓度对光合作用的影响也受温度和风速等其他条件的影响 2020 1 25 82 二 作物与氧气的关系 一 作物的呼吸作用有氧呼吸和无氧呼吸无氧呼吸在无氧条件下有机物进行不彻底的氧化分解 同时释放出部分能量的过程 2020 1 25 83 二 氧气与作物的呼吸作用 1 长时间无氧呼吸会使作物死亡 1 酒精引起蛋白质变性 2 产生能量少 物质消耗多 3 没有丙酮酸氧化过程 许多中间产物不能合成 2 过高的氧浓度反而对作物有毒 以不超过10 为宜 2020 1 25 84 三 空气中其他气体与作物的关系 一 氮气豆类作物通过与它们共生的根瘤菌 能固定并利用空气中的氮 但固氮量一般只有其需氮量的1 4 1 2 因此 除绿肥外 其他豆类并无养地作用 因为其带走的氮远比固定的多 在作物栽培中 强光 稀植 单作 施有机肥都有助于根瘤菌固氮 相反 遮荫 与高秆作物间作 密植 施无机氮 都抑制固氮 二 有毒气体 SO2 HF O3等 SO2危害 1 使细胞液PH降低 导致叶绿素失镁而丧失功能 2 形成有毒物质羟基磺酸 破坏细胞结构 抑制代谢 HF 1 较低浓度下发生慢性中毒 2 高浓度下叶肉组织发生酸型伤害 O3 使细胞膜丧失选择半透性功能 内含物外渗 2 共生固氮什么叫共生固氮 豆科作物通过与它们共生的根瘤菌能够固定并利用空气中的氮素 根瘤菌所固定的氮大约只占豆类作物需氮总量的l 4 1 2 并不能完全满足要求 在栽培措施中 加强光照 稀植 单作 施有机肥 都有助于根瘤菌固氮 相反 遮荫 与高秆作物间作 密植 施无机肥 都抑制根瘤菌固氮 土壤与作物生长发育 一 土壤物理性质与作物的生态关系1 土壤质地 按照土壤质地进行分类 一般可以把土壤区分为3类9级 即砂土类 粗砂土 细砂土 壤土类 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 黏土类 轻黏土 中黏土 重黏土 由于土壤质地对水分的渗入和移动速度 持水量 通气性 土壤温度 土壤吸收能力 土壤微生物活动等各种物理 化学和生物性质都有很大影响 因而又直接影响作物的生长和分布 2 土壤水分土壤水分主要来自降雨 降雪和灌水 如地下水位较高 地下水也可上升补充土壤水分 3 土壤空气土壤空气的组成80 是氮 20 是氧和二氧化碳等 土壤通气性程度影响土壤微生物的种类 数量和活动 并进而影响作物的营养状况 4 土壤温度一般说来 土温比气温高 以年平均温度而言 一般土温约比气温高2 3 左右 夏季明显 冬季相差较小 土温影响作物的发芽 土温影响根系的生长 呼吸和吸收能力 土温还制约各种盐类的溶解速度 土壤气体交换和水分的蒸发 各种土壤微生物的活动以及土壤有机