第四章 植物生产与科学用水

植物生产与环境 授课教师 杨川 剑阁县武连七一中学 植物生产与科学用水 本章概述 内容简介 一 植物生长发育与水植物对水分的吸收 植物的蒸腾作用 植物的需水规律 二 植物生产与水环境降水 空气湿度 土壤水分 三 提高水分利用率的途径集水蓄水技术 少耕免耕技术 地面覆盖技术 保墒技术 水土保持技术 植物生产与科学用水 本章概述 学习目标 1 熟练掌握 土壤水分含量的表示方法 提高水分利用率的途径 2 掌握 降水 空气湿度 土壤水分类型的有关知识 植物需水规律 3 了解 植物对水分吸收原理与影响因素 植物蒸腾作用 4 学会 降水量与空气湿度的观测方法 植物生产与科学用水 本章概述 重点难点 1 植物细胞吸水和根系吸水原理 2 植物蒸腾作用的方式与调节 3 降水 空气湿度 土壤含水量的表示方法 4 提高水分利用率的途径 植物生长发育与水 水对植物的生理作用 水是植物的重要组成成分 水利是农业的命脉 水对植物的生命具有决定性作用 1 水是细胞原生质的重要成分原生质含水量在70 80 以上才能保持代谢活动正常进行 2 水是代谢过程的重要物质水是光合作用的主要原料 在呼吸作用以及许多有机物质的合成和分解过程中都必须有水分参与 3 水是各种生理生化反应和运输物质的介质植物体内的各种生理生化过程 如矿质元素的吸收 运输 气体交换 光合产物的合成 转化和运输以及信号物质的传导等都需要以水作为介质 4 水分使植物保持固有的姿态5 水分具有重要的生态作用由于水所具有的特殊理化性质 因此 水在植物生态环境中起着特别重要的作用 植物生长发育与水 植物根系吸水的动力 根系吸水的动力主要有根压和蒸腾拉力两种 根压可使根部吸进的水分沿导管输送到地上部分 同时土壤中的水分又不断地补充到根部 从而形成了根系的主动吸水 伤流和吐水是证明根压存在的两种生理现象 蒸腾拉力是比根压更强的一种吸水动力 可达到根压的十几倍压力 是植物吸水的主要动力 植物生长发育与水 植物的蒸腾作用 1 蒸腾作用的生理意义蒸腾作用既会引起水分亏缺 破坏植物水分平衡 甚至引起危害 但同时它又对植物的生命活动具有一定意义 一是蒸腾作用能产生蒸腾拉力 二是保进矿物质营养的运输和合理分配 三是降低植物体的温度 四是有利于CO2的同化 2 蒸腾作用的方式叶片的蒸腾作用方式有两种 一是角质蒸腾 二是气孔蒸腾 植物以气孔蒸腾为主 气孔开闭影响植物的蒸腾 光合 呼吸等生理过程 可以通过气孔的自行开闭调节植物蒸腾作用的强弱 3 蒸腾作用的指标蒸腾作用的强弱常用蒸腾速率 蒸腾效率和蒸腾系数来表示 大多数植物白天的蒸腾速率为15 250gm 2h 1 夜晚为1 20gm 2h 1 蒸腾效率为1 8gkg 1 蒸腾系数在125 1000之间 蒸腾系数越小 则表示该植物利用水分的效率越高 4 蒸腾作用的调节植物生产上 采取有效措施适当减少蒸腾消耗 一是减少蒸腾面积 二是降低蒸腾速率 三是使用抗蒸腾剂 如苯汞乙酸 桂酮 乳胶 聚乙烯蜡 高岭土等 减少蒸腾量 5 影响蒸腾作用的因素主要有光照 空气湿度 风速 温度 土壤条件等 植物生长发育与水 植物的需水规律 在植物生活的全过程中 需要大量的水分 不同植物或同一植物不同品种 同一植物不同生长时期 需水量也存在很大差异 植物生活全过程中 往往有两个关键需水时期 一是植物需水临界期 二是植物最大需水期 作物是否需要灌溉可依据气候特点 土壤墒情 作物形态 生理指标等加以判断 1 土壤指标适宜植物正常生长发育的根系活动层 0 90cm 其土壤含水量为田间持水量的60 80 如果低于此含水量 应及时进行灌溉 2 形态指标植物叶 茎颜色呈绿色或有时变红等情况下 要及时进行灌溉 3 生理指标常用植物叶片的细胞液浓度 渗透势 水势和气孔开度等作为灌溉的生理指标 1 降水形成的原因一是对流降水 一般为雷阵雨 雨区范围小 降水时间短 强度大 二是地形降水 地形降水一般出现在山地的迎风坡上 三是锋面降水 当暖湿空气沿锋面上升 因绝热冷却 水汽凝结而形成的降水 四是台风降水 在台风影响下 因空气绝热上升 水汽凝结后而产生的降水 2 降水类型按降水性质降水可分为连续性降水 间隙性降水 阵性降水和毛毛状降水 按降水物态形式可分为雨 雪 霰 雹 按降水强度可分为小雨 中雨 大雨 暴雨 大暴雨 特大暴雨 小雪 中雪 大雪等 3 降水的表示方法一是降水量 如降水日总量 旬总量 月总量和年总量 二是降水强度 见表 三是降水变率 四是降水保证率 降水等级表mm 植物生长与水环境 空气湿度 空气湿度常用水气压 绝对湿度 相对湿度 饱和差和露点温度来表示 近地面空气湿度有一定的日变化和年变化规律 成尤以水气压和相对湿度最为明显 1 水气压的时间变化水气压的日变化有两种基本形式 单峰型的日变化与气温日变化相似 一日中水汽压最大值出现14 15时 最低值出现日出之前 双峰型有两个极小值和两个极大值 极小值出现在日出之前和15 16时 极大值出现在8 9时和20 21时 水汽压的年变化与气温年变化相似 在陆地上 最大值出现在7月 最小值出现在1月 在海洋上 最大值出现在8月 最小值出现在2月 2 相对湿度的时间变化在大陆内部 其日变化与气温日变化相反 最大值出现在日出前后气温最低的时候 最小值出现在气温最高的14 15时 沿海地区相对湿度的日变化表现为日高夜低 与气温日变化一致 相对湿度年变化的位相 一般与气温年变化的位相相反 最大值出现在夏半年的雨季或雨季之前 最小值出现在冬季 植物生长与水环境 土壤水分 1 土壤水分的存在形态一是吸湿水 二是膜状水 三是毛管水 四是重力水 2 土壤水分的有效性常用的水分常数有土壤吸湿系数 萎蔫系数 毛管持水量 田间持水量 全蓄水量等 通常情况下将萎蔫系数看作土壤有效水的下限 将田间持水量看作土壤有效水的上限 3 土壤含水量的表示方法一是质量含水量 即土壤水分质量与烘干土质量的比值 烘干土质量是以105oC 110oC下烘干土质量为基数 二是容积含水量 即土壤中水的容积占土壤容积的百分数 三是相对含水量 即土壤质量含水量占田间持水量的百分数 四是土壤贮水量 指土壤中的水分含量相当于多少水层厚度 mm 或每公顷土壤在一定深度内贮水体积 m3 hm 2 提高水分利用率的途径 集水蓄水技术 蓄积自然降水 除了拦河筑坝 修建水库 修筑梯田等大型集水蓄水和农田基本建设工程外 在干旱少雨地区 采取适当方法 汇集 积蓄自然降水发展径流农业是十分重要的措施 1 沟垄覆盖集中保墒技术基本方法是平地 或坡地沿等高线 起垄 农田呈沟 垄相间状态 垄作后拍实 紧贴垄面覆盖塑料薄膜 降雨时雨水顺薄膜集中于沟内 渗入土壤深层 2 等高耕作种植 截水增墒基本方法是沿等高线筑埂 改顺坡种植为等高种植 埂高和带宽的设置即要有效地拦截径流 又要节省土地和劳力 适宜等高耕作种植的山坡要厚1m以上 坡度在60 100 带宽10 20m 3 微集水面积种植我国的鱼鳞坑就是其中之一 在一小片植物 或一棵树周围 筑高15 20cm的土埂 坑深40cm 坑内土壤疏权 覆盖杂草 以减少蒸腾 目前 节水灌溉技术在植物生产上发挥着越来越重要作用 主要有喷灌 微灌 膜上灌 地下灌等技术 提高水分利用率的途径 少耕免耕和地面覆盖技术 1 少耕少耕的方法主要有以深松代翻耕 以旋耕代翻耕 间隔带种等 2 免耕国外免耕法一般由三个环节组成 利用前作残茬或播种牧草作为覆盖物 采用联合作业的免耕播种机开沟 喷药 施肥 播种 覆土 镇压一次完成作业 采用农药防治病虫 杂草 3 沙田覆盖沙田覆盖在我国西北干旱 半干旱地区十分普遍 它是由细沙甚至砾石覆盖于土壤表面 起到增墒 保墒作用 4 秸秆覆盖利用麦秸 玉米秸 稻草 绿肥等覆盖于已耕过或免耕的土壤表面 在两茬植物间的休闲期覆盖 或在植物生育期覆盖 可以将秸秆粉碎后覆盖 也可整株秸秆直接覆盖 播种时将秸秆扒开 形成半覆盖形式 5 地膜覆盖有提高地温 防止蒸发 湿润土壤 稳定耕层含水量 起到保墒作用 从而有显著增产作用 6 化学覆盖利用高分子化学物质制成乳状液 喷洒到土壤表面 形成一层覆盖膜 抑制土壤蒸发 并有增湿保墒作用 本章小结 本章小结 一 水对植物的生理作用水是植物的重要组成成分 水对植物的生命具有决定性作用 水是细胞原生质的重要成分 水是代谢过程的重要物质 水是各种生理生化反应和运输物质的介质 水分使植物保持固有的姿态 水分具有重要的生态作用 二 植物对水分的吸收植物的细胞吸水主要有三种方式 即吸胀吸水 渗透吸水和降压吸水 植物根系吸水的主要区域是根毛区 吸水动力为根压和蒸腾拉力 水分在根内的径向运转有质外体途径和共质体途径 影响根系吸水的因素主要有土壤水分 土壤温度 土壤通气状况 土壤溶液浓度 三 植物蒸腾作用植物蒸腾水分部位主要是叶片 叶片的蒸腾作用方式有角质蒸腾和气孔蒸腾两种 蒸腾作用的强弱常用蒸腾速率 蒸腾效率和蒸腾系数来表示 植物生产上通过减少蒸腾面积 降低蒸腾速率 是使用抗蒸腾剂等适当减少蒸腾消耗 影响蒸腾作用的因素主要有光照 空气湿度 风速 温度 土壤条件等 四 植物需水规律植物生活全过程中 往往有两个关键需水时期 植物需水临界期和植物最大需水期 作物是否需要灌溉可依据气候特点 土壤墒情 作物形态 生理指标等加以判断 五 降水降水形成的原因主要是对流降水 地形降水 锋面降水和台风降水 按降水性质降水分为连续性降水 间歇性降水 阵性降水和毛毛状降水 按降水物态形式可分为雨 雪 霰和雹 按降水强度可分为小雨 中雨 大雨 暴雨 大暴雨 特大暴雨 小雪 中雪 大雪等 降水的表示方法有降水量 降水强度 降水变率和降水保证率 六 空气湿度空气湿度常用水汽压 绝对湿度 相对湿度 饱和差和露点温度来表示 水汽压的日变化有两种基本形式 单峰型和双峰型 水汽压的年变化 在陆地上最大值出现在7月 最小值出现在1月 在海洋上最大值出现在8月 最小值出现在2月 在大陆内部 相对湿度日变化的最大值出现在日出前后气温最低的时候 最小值出现在气温最高的14 15时 相对湿度年变化的位相 一般与气温年变化的位相相反 七 土壤水分土壤水分的存在形态有吸湿水 膜状水 毛管水和重力水等 通常情况下将萎蔫系数看作土壤有效水的下限 将田间持水量看作土壤有效水的上限 土壤含水量的表示方法有质量含水量 容积含水量 相对含水量和土壤贮水量等 八 提高水分利用率的途径提高水分利用率的途径主要有 集水蓄水技术 节水灌溉技术 少耕免耕技术 地面覆盖技术 保墒技术 水土保持技术等 本章小结 复习思考 1 简述水分对植物生产的重要作用 2 描述植物细胞 根系吸水的主要过程 3 表述植物蒸腾作用的方式与调节措施 4 能说出蒸腾拉力 蒸腾速率 蒸腾效率 蒸腾系数等概念 5 举例说明植物的需水规律 并能根据有关指标确定是否需要灌溉 6 简述降水的形成 类型及表示方法 7 能表述降水量 降水强度 降水变率 降水保证率等概念 8 描述空气湿度的表示方法 9 描述空气湿度的变化规律 10 描述土壤水分的表示方法 11 能说出田间持水量等水分常数概念 12 能根据当地情况 运用合理有效措施提高水分利用率 在线自测 一 判断1 当土壤的水势大于根细胞的水势是 根细胞吸水 2 溶液的浓度越大 水势就越大 3 干燥种子都是靠吸胀作用吸水 4 由蒸腾拉力引起的根细胞吸水为主动吸水 5 水总是由水势高的部位向水势低的部位移动 6 从刚刚切断的南瓜茎基部的伤口处 可以看到流出的汁液 这种现象叫吐水 7 风是影响蒸腾作用的因素之一 风力越大 蒸腾越强 8 由于空气常处于未饱和状态 故露点温度常高于气温 9 在温度相同时 水汽压较大的空气 露点温度低 10