作物栽培学总论-第6章.ppt

第6章作物生长发育与环境,第1节作物生长发育与光第2节作物生长发育与温度第3节作物生长发育与水分第4节作物生长发育与大气第5节作物生长发育与矿质元素第6节作物生长发育与土壤,本章思考题,1、光饱和点和光补偿点的概念？2、阳性作物和阴性作物各有何特点?3、能被作物叶绿素吸收利用的是哪个波段的光？4、积温、活动积温、有效积温概念的区别？5、何谓温度临界期和无霜期？6、喜凉作物和喜温作物对温度要求有何不同?7、SPAC的中文意思？8、田间持水量、土壤有效水最大含量、相对含水量的概念及其与土壤质地的关系？,9、何谓蒸腾系数？10、通常作物的需水临界期在何时？11、作物群体内部CO2浓度在哪个高度层最低？在哪个高度层最高？在一天的24h内哪个时间CO2浓度最低？形成这些现象的原因是什么？12、作物的大量、中量元素各包括哪几种？13、作物吸收矿质的部位和方式各有哪2种？14、为什么缺Fe时水稻心叶先失绿？,第1节作物生长发育与光,一、作物的光饱和点和光补偿点,1、光饱和点在一定范围内，光合作用随光照强度提高而提高，但提高到一定强度后，光合作用不再提高，这时的光照强度称为光饱和点。2、光补偿点作物在进行光合积累的同时也在进行呼吸消耗。当光照强度很低时，呼吸消耗大于光合积累，净积累下降。随光照强度提高，光合积累增加，当光合积累增加与呼吸消耗相当时，这时的光照强度称为光补偿点。,二、作物对光照强度的要求,由于光强在地球上的分布不均匀，作物长期适应了不同的光强条件，就形成了不同类型。1、阳性作物在强光下才能生长发育良好，而在荫蔽和弱光下生长发育不良的作物。这类作物叶绿素a和叶绿素b的比值较大，在红光部分内的最大吸收光谱较宽，能在直射光下强烈地利用红光，光补偿点较高。大部分作物属阳性作物。,2、阴性作物需要在较弱的光照条件下生长，不能忍耐高强度光照的作物。这类作物多生长在背阴或密林的下部，叶绿素a/b值小，光补偿点较低，其光合速率和呼吸速率都比较低。如茶叶等。3、耐阴作物介于阳性和阴性作物之间，既可以在强光下良好生长，又能忍受不同程度的遮荫，对光照具有较广的适应能力，但最适宜的还是在完全的光照下生长。常见的许多叶菜类、一些豆科植物即属此类。,三、作物对光质的要求,太阳可见光波长范围是380760nm，由一系列不同波长的单色光组成的，为光合作用的光谱范围。不同的光质对植物的光合作用、色素形成、向光性、形态建成的诱导等的影响不同。,可见光（380-760）；中红外（3000-8000）近红外（760-1300）；热红外（8000-14000）短波红外（1300-3000）；远红外（14000）,红橙光主要被叶绿素吸收，蓝紫光也能被叶绿素和类胡萝卜素吸收，这部分光辐射叫生理有效辐射。绿光很少被吸收利用，被称为生理无效辐射。红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成；蓝紫光与青光对植物伸长有抑制作用，使植物矮化。青光诱导植物的向光性。红光与远红光是引起植物光周期反应的敏感光质。,四、紫外辐射对作物的影响,紫外辐射对作物的影响分为直接影响和间接影响。,第2节作物生长发育与温度,一、作物三基点温度,最适温度：作物生长发育最快要求的温度最低温度：作物生长发育要求的起点温度（低限）最高温度：作物生长发育所能承受的高限温度三基点温度的特征1、不同作物的三基点温度不同油菜最低3-5，最高28-30，最适20小麦最低3-5，最高28-32，最适25水稻最低10-12，最高38-42，最适30,棉花最低12-14，最高40-45，最适30玉米最低8-10，最高40-44，最适322、同一作物不同生育时期所要求的三基点温度不同种子萌发温度营养器官生长温度生殖器官发育温度3、同一作物的不同器官也不同。地下部分地上部分4、最适温度比较接近于最高温度，而离最低温度较远。最高温度多在30-40，自然界较少出现。因此，高温危害少，低温危害多。,二、温度临界期,作物性细胞减数分裂期和开花期，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。,几种作物开花期三基点温度（）,三、积温,积温作物一生或某一生育阶段内日平均气温累积之和。通常用0或10期间的温度总数表示。如棉花早熟品种要求10的积温2600-2900；中熟品种3400-3600；迟熟品种4000。积温也用来表示一个地区的热量条件。如10的积温，哈尔滨是3000，北京是4200，济南是5000，武汉是53000，广州是8100。积温常有两种表达方式：活动积温、有效积温。,活动积温是将生物学零度的日平均温度逐日累加起来。生物学零度一般为三基点温度的最低温度。喜温作物生物学零度温度多用10，耐寒作物多用0。有效积温是将生物学零度的日平均温度-生物学零度温度后再逐日累加起来。也称为生长度日（growingdegree-days，GDD）。,四、无霜期,某地春季最后一次霜冻到秋季最早一次霜冻出现所持续的天数。是衡量一个地区热量资源的又一个指标。,五、作物对温度的要求,由于温度在空间和时间上的分布不均匀，作物长期适应了不同的温度条件，就形成了不同类型。1、喜凉作物喜凉耐寒作物：适温15-20，可耐-20的低温。如冬小麦、黑麦。喜凉耐霜作物：适温15-20，可耐短期-8的低温。如油菜、春小麦、碗豆等。,2、喜温作物温凉型作物：适温20-28，不耐10以下低温，高温超过30也不利于生长。如大豆、谷子、红麻等。温暖型作物：适温25-30，不耐10以下低温，高温超过35也不利于生长。如水稻、棉花、玉米、黄麻等。,六、栽培措施对温度的影响,1、灌溉在高温来临时灌溉可降温，在低温来临时灌溉可升温。2、土壤耕作中耕松土可升温，镇压土壤可降温。3、土壤覆盖地膜覆盖和秸秆覆盖可升温。,第3节作物生长发育与水分,作物生长发育过程中，水分经由土壤到达植株根表皮，通过根系吸收后经由茎秆到达叶片，再通过蒸腾作用扩散到大气层，形成连续系统，这个体系被称为“土壤-作物-大气连续体（SPAC，soil-plant-atmospherecontinuum）”。,一、土壤水分指标,1、土壤含水量（土壤含水率、土壤湿度）质量含水量：土壤中水分的重量与干土重量的比值,式中：m为土壤质量含水量（）；W1为湿土重量；W2为干土重量。W2为将湿土在105下烘干时获得的土壤重量,容积含水量：土壤中水分的容积与土壤总容积的比值,式中v为土壤容积含水量（）；V1为土壤水容积；V2为土壤总容积。由于水的密度近似等于1g/cm3，可推算出质量含水量(m)与容积含水量(v)的关系：,P为土壤容重,2、土壤萎蔫系数土壤中的水分降到植物根系无法吸水而发生永久性萎蔫时的土壤质量含水量，称为凋萎系数或萎蔫点。一般土壤质地越粘重，萎蔫系数越大。低于萎蔫系数的土壤水分，作物无法吸收利用，属于无效水。,3、田间持水量土壤中毛管孔隙中充满水分时的土壤质量含水量称为田间持水量。,4、土壤有效水最大含量田间持水量-萎蔫系数，称为土壤有效水最大含量。5、相对含水量土壤质量含水量与田间持水量的比值称相对含水量。多数情况下称为田间持水量的X%。相对含水量表达了毛管悬着水的饱和程度、有效性和水气比例，是确定灌溉、土壤耕作的依据。6、土壤水储量或土壤储水量指一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量，一般用mm表示。,二、作物需水量和需水临界期,作物的需水量可根据蒸腾系数来估算，蒸腾系数是作物每形成1克干物质所需要消耗的水分克数。,作物全生育期内对水分缺乏最敏感、最容易受害的时期被称为作物需水临界期。通常作物的需水临界期是花粉母细胞四分体形成期，此时缺水会导致性器官发育不良而严重影响产量。,三、栽培措施对土壤水分的影响,1、灌溉与晒田2、土壤耕作：中耕松土可保蓄水分3、土壤覆盖：地膜覆盖和秸秆覆盖可保蓄水分,第4节作物生长发育与大气,一、作物与大气的关系,1、作物与CO2作物与CO2的关系具双重性，光合吸收CO2，呼吸放出CO2。,光合与呼吸的结果，使群体内CO2浓度的变化具有规律性，光合作用进行期间（白天）以中部CO2浓度最低，低部最高。在一天的24h内，中午CO2浓度最低。,2、作物与O2作物与O2的关系也具双重性，光合放出O2，呼吸吸收O2。其表现与CO2相反。作物的呼吸分有氧呼吸和无氧呼吸。有氧呼吸将光合产物分解为CO2+H2O；无氧呼吸光合产物不能完全氧化，产生酒精等有害物质。3、作物与N2作物不能直接利用N2，但伴生或共生的微生物能利用。如豆科作物共生的根瘤菌。,二、CO2浓度对作物生长的影响,1、直接影响CO2浓度提高光合作用增强，呼吸作用削弱，气孔开度变小，水分蒸腾减少。,A、玉米B、小麦,2、间接影响大气中CO2加倍，全球平均气温升高3左右。我国大部分地区将增加5左右。若全球平均气温升高1时，蒸发量将增加10%以上。干旱、半干旱地区面积将进一步扩大。全球气温升高，灾害性天气（强降水、高温、干旱、大风）发生的概率增加。,1、大气污染类型气体污染：硫化物、氟化物、氯化物、氮氧化物等。固体（颗粒）污染：粉尘、光化学烟雾等。温室气体：CO2、CH4、N2O2、对作物的影响可见性伤害：作物茎叶吸收较高浓度的污染物或长期暴露在被污染的大气环境中而出现的可以看到的受害现象。根据受害程度分为急性型、慢性型和混合型3种类型。,三、大气污染对作物生长的影响,急性伤害：在污染物浓度很高的情况下。短时间内造成的危害。如叶片出现伤斑、脱落甚至整株死亡；慢性伤害：低浓度的污染物在长时间作用下造成的危害。例如叶片褪绿、生长发育受影响；混合型伤害：介于急性伤害和慢性伤害之间。叶片出现黄白化症状，以后虽可恢复青绿，但会造成普遍减产。不可见性伤害：受害症状不明显，但作物生理、生化方面受到不良影响。,温室气体的间接伤害：温室效应主要由大气中的CO2、CH4、N2O等气体含量增加引起的，又称为温度气体。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：地区间气候差异变大。气温、降雨分布发生变化。,1、地膜覆盖地膜覆盖栽培，改变了土壤结构和土壤空气状况，提高了膜下CO2浓度。2、间套作合理的间套作，有利于通风和透光。3、施肥增施优质有机肥是提高农田CO2浓度现实措施。深施碳铵也可提高农田CO2浓度。4、长期淹水灌溉CH4增加。,四、农艺措施对大气的影响,第5节作物生长发育与矿质元素,一、作物必需的矿质元素,大量元素：C、H、O、N、P、K中量元素：Ca、Mg、S微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl,某些作物对特定的非必要元素需要量很大。如水稻对Si需求很大，茶树产量和品质与Al有很大关系。,二、作物矿质元素的生理功能1、氮作物含氮量约占干重的1%5%。氮组成蛋白质核酸、叶绿素、酶和多种维生素的重要成分。作物缺氮时：蛋白质、酶、叶绿素合成少，下部叶片先开始退绿黄化，逐渐向上部叶片蔓延，导致生长延缓，植株瘦弱，出现早衰。氮肥过多时：徒长，贪青迟熟，易遭受病虫害，易倒伏。氮素过多，还会降低甜菜、西瓜的含糖量。,2、磷作物含磷量约占干重的0.2%1.1%。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。,缺磷正常,作物缺磷时：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。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。,3、钾作物含钾量约占干重的0.3%5.5%。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。,水稻缺钾,玉米缺钾,4、其他重要元素硫：十字花科作物需硫较多，是半胱氨酸、甲硫氨酸和蛋氨酸的组成元素。镁：豆科作物需镁较多，是核蛋白体的结构组分和叶绿素的中心元素。硼：油菜对硼敏感，对花器形成和生殖过程尤其重要，油菜缺硼“花而不实”。锌：是吲哚乙酸（生长素）合成必须的，对根系生长有较好作用。钼：豆科作物需钼较多，是硝酸还原酶的金属成分，又是生物固氮参与元素。,三、作物对矿质元素的吸收与利用1、矿质元素吸收部位根吸收：根毛从土壤溶液或土壤颗粒表面获得。叶吸收：通过叶片角质层和气孔进入。2、矿质元素吸收方式被动吸收：通过扩散、质流和离子交换等方式进入细胞，是一种顺电化学势梯度且不消耗能量的吸收过程。主动吸收：是一种逆电化学势梯度且消耗能量的吸收过程。,3、矿质元素的运输木质部运输：指矿质元素通过木质部导管移动。主要运输无机离子，驱动力主要为蒸腾作用和根压，随质流从下向上单向运输。韧皮部运输：指矿质元素通过韧皮部筛管移动。主要运输有机物质和再利用的矿质元素，完成养分从老组织向新组织的转移。,4、矿质元素的再分配利用作物老器官在死亡前将光合产物和矿质元素通过韧皮部转移到新生器官（生长中心）称为再分配利用。养分再转移能力是不同的。N、P、S、Mg、K较易转移和被再利用，而B、Ca、Fe很难被再利用。因此，缺B、Ca、Fe的症状首先表现在最幼嫩的叶子或茎尖或花上。,1、作物营养临界期作物在生长发育过程中，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损失，这个时期叫做营养临界期。各种作物对磷临界期为幼苗期；氮的临界期一般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。,四、作物营养的临界期和最大效率期,2、营养最大效率期在作物一生中养分需求量和吸收速度都很大的时期，称为作物营养的最大效率期。营养最大效率期往往都在作物生长最旺盛的中期。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。但有些作物的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。,1、施肥是补充土壤矿质元素的最有效方法。2、耕作耕翻和中耕加快土壤养分风化释放和有机质转化。3、灌溉增加土壤水分，增强矿质元素有效性。4、轮作轮换种植不同作物，平衡消耗或补充矿质元素。,五、农艺措施对矿质元素的影响,1、缺N,六、作物缺素的症状（自学）,2、缺P,3、缺K,4、缺硼植物矮小，茎节间短粗，顶端生长受阻而枯死，茎和叶柄表面增厚并木栓化，有时只开花不结实，果肉出现褐色斑点等。如油菜的“花而不实”，棉花的“蕾而不花”，大豆的“芽枯病”，苹果的“缩果病”，柑桔的“硬化病”，甜菜的“心腐病”，芹菜的“茎裂病”等。,5、缺锌植物缺锌的共同特点是叶片失绿，节间缩短，植物矮小，生长受抑制。,6、缺锰首先在作物新叶叶脉间失绿黄化，而叶脉和叶脉附近保持绿色，脉纹较清晰。严重缺锰时，叶脉间出现黑褐色斑点，进而斑点增多扩大，布及整个叶片。,7、缺钼首先在植物中部和较老叶片上出现黄绿色；叶片边缘向上卷曲，形成杯状；叶片变小，叶面带有坏死斑点（由于硝酸盐积累的缘故）。,花生缺钼,8、缺铁首先从上部幼叶开始显现，幼叶叶脉间失绿黄化，而叶脉仍保持绿色，黄绿相嵌呈网纹状，以后完全失绿，甚至整个叶片呈黄白色，而下部的老叶仍保持正常绿色。,9、其他缺素,第6节作物生长发育与土壤,一、土壤物理和化学特性,1、土壤物理特性指标土壤母质、土层厚度、土壤颜色、土壤质地、土壤结构、土壤孔性、土壤容重、土壤通气性、土壤水分、土壤温度等。2、土壤化学特性指标土壤有机质、土壤酸碱度、离子的交换（保肥供肥）能力、土壤矿质元素等。,二、土壤颜色对作物生长的影响,土壤颜色常常作为判断土壤肥瘦的一种依据。一般呈黑色的土壤有机质含量较高，能获得较高的产量和品质。,三、土壤质地对作物生长的影响,土壤质地指土壤中各种大小土粒的配合比例。,1、砂土类（Sand）质地通透性好，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。作物生育前期发苗快，中后期容易脱水脱肥，易早衰。,2、粘土类（Clay）质地通透性差，排水不畅，易涝，作物易扎根差。保水保肥性好，有利于有机质积累，潜在养分含量高。作物生育前期发苗慢，中后期易旺长，不早衰。,3、壤土类（Loam）质地介于砂土和粘土之间，兼有二者优点，有利于作物发小苗和后期生长。,主要作物的适宜土壤质地范围,四、土壤有机质对作物生长的影响,土壤有机质是指动物、植物的残体以及它们分解、合成的产物。我国耕地土壤耕层有机质含量一般为1050g/Kg。,1、土壤有机质提供作物需要的养分2、土壤有机质能增强土壤的保水保肥能力腐殖质疏松多孔，是亲水胶体，能吸持大量水和养分。3、促进团粒结构的形成，改善物理性质，