《作物生产与大气》PPT课件

第六章作物生产与大气的关系,2学时,内容提要一、大气成分的历史动态与植物的生活；二、田间小气候及CO2传导；三、作物对CO2和O2浓度的反应；四、风与作物；五、大气污染与作物生活。,第六章作物生产与大气的关系,第六章作物生产与大气的关系,大气是指从地表至1400km范围内存在的空气层（大气层）。在大气层中空气的分布随大气柱高度的增加而递降，95%的空气存在于低于约12km的范围内，并因温度下高上低及水平方向气压的差异引起活跃的空气对流，而形成风、云、雨、雪、雾等各种天气现象，深刻影响作物的生活。而且，大气还为作物提供了CO2、O2、H2O及N素的来源。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.1大气CO2和O2的历史动态与植物的进化适应,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.2目前大气的组成与变化趋势目前，对流层干燥空气的主要成分（按体积计）为：N2：78%；O2：21%；稀有气体（O3、CH4等）：0.95%；CO2：0.036%。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.2目前大气的组成与变化趋势大气组成成分变化的趋势主要是CO2和稀有气体（包括O3、CH4、SO2、NOX等）的含量增加。虽然这些气体增加的相对值很小，但足以对人类生存和作物生产带来深刻影响。CO2和CH4的倍增：加剧大气温室效应、导致全球气候变暖；O3：在对流层增加则加剧生物的强氧化伤害，而在平流层局部减少则增强紫外线伤害；SO2、NOX的增加：加剧空气污染伤害等。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.3大气成分含量的变化与全球温暖化（1）大气各种气体的吸收光谱0.7m短波及长波辐射线:能被大气中的H2O、CO2、N2和CH4呈带状强烈吸收。来自太阳辐射和地球反射的长波辐射几乎不能透过大气层，起着维持地表温度的作用，称之为“温室效应”。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.3大气成分含量的变化与全球温暖化（1）大气各种气体的吸收光谱伴随全球经济的发展，造成往大气的CO2排放日益加剧，1850年大气CO2含量约290ppm，1950年约320ppm，2000年达360ppm，预计至2050年可达600ppm左右，并可使气温上升3.5-4。若年均气温上升1，可使海平面升高1m，这将使人类面临地球温暖化带来的一系列紧迫后果。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,（2）CO2倍增、全球温暖化对作物生产的可能影响,1.3大气成分含量的变化与全球温暖化（3）全球温暖化对我国农业影响的预测*增加热量资源：10积温，全国平均增15%*延长无霜期：全国平均延长1个月，多熟制北移，复种面积扩大*水分条件：北方降水量可能增加，但地面水分蒸发将增加7.5-15%，水、旱灾害发生机率增加*辐射能：变化不大，但紫外辐射会增加,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.3大气成分含量的变化与全球温暖化（3）全球温暖化对我国农业影响的预测*病虫害、杂草害：更趋严重*C3作物产量增加，C4作物产量提高不大但对C3作物增产尚有争议：（1）CO2浓度提高虽对C3作物提高光合速率有利，然而气温上升，特别是夜温的上升必将增强作物的维持呼吸消耗，甚至造成作物减产；（2）CO2浓度提高会改变作物对CO2的适应性。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.3大气成分含量的变化与全球温暖化（4）作物生产应对全球温暖化的策略顺应气候变化，及时调整耕作制度和作物布局；有计划地选育抗逆品种；保护和整治生态环境，发展生态农业，减少水土流失；加强病虫害、草害的研究及预测、预报和防治。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,二、田间小气候及CO2传导,2.1田间小气候田间小气侯是由太阳辐射作用于作物群体，而使群体中空气特性（温度、蒸气压、CO2浓度、风速及辐射）的垂直分布发生变化而形成的特殊气候。田间小气候极大制约作物群体的生理机能，而作物对所处的小气候也有很强的调控作用。在湿润的作物群体中，可使各种小气候变量限定在一定范围内，有利于作物生理机能的发挥。在缺水的条件下，便会削弱作物对小气候的调节作用，使作物处于不利的干热环境中。,图6-3,2.2CO2传导（1）作物群体消耗CO2的估算按生长率中等（30g生物量/m2d）的作物计：30g生物量按含碳量44%计，折合13.2g碳或48.4gCO2，加上12%的呼吸消耗，作物必须同化至少55gCO2/m2d。以大气CO2浓度0.6g/m3计：相当于（55gCO2/m2）/(0.6gCO2/m3)=92m大气柱的全部CO2，因CO2很少降低1/6以下，为此需926=542m大气柱才能供应55gCO2/m2d。由此可见，CO2传导速率是保证作物群体CO2供应的关键。,二、田间小气候及CO2传导,2.2CO2传导（2）CO2传导途径与阻力大气气孔叶肉细胞间隙叶肉细胞原生质叶绿体基质,re,rs,ri,rm,二、田间小气候及CO2传导,2.2CO2传导re：边界层扩散阻力，与叶面积大小、叶面构造和风速有关；rs：气孔阻力，与气孔开度和气孔密度有关；ri：叶肉阻力，与细胞间隙大小有关；rm：羧化阻力，与羧化酶活性有关；Ca：大气CO2；Cc：叶绿体基质中CO2；K：系数，与羧化酶对CO2的亲和性有关。,二、田间小气候及CO2传导,三、作物对CO2和O2浓度的反应3.1对CO2含量倍增的反应（1）干物质生产的反应,表6-1增加空气中CO2浓度对作物干重的影响（施定基，1978）,（2）光合速率和光呼吸的反应,（3）生长和物质分配的反应CO2倍增促进生长发育，但缩短生育期，加速衰老，并改变物质分配，特别在C3作物中尤为明显。,三、作物对CO2和O2浓度的反应3.2作物对低氧的反应空气中O2含量达21%，作物地上部不会缺氧。土壤空气的含O2量一般为10-12%，但在土壤板结、透气不良时，可降至10%以下，特别是在渍水条件下土壤会严重缺氧。O2浓度低于10%便会明显抑制有氧呼吸，并对生长发育产生深刻影响。地下部低氧：抑制种子萌发引起烂种或死苗，抑制根系对矿质的吸收，抑制株高和叶面积的增长。大气低氧：促进C3植物干物重的积累，但严重影响所有作物的生殖生长，特别是种子的形成（试说明其原因）。,四、风与作物4.1风速与作物生活光合：风速1.5m/s，可保障群体内CO2交流补充；15m/s，蒸腾失水过量，气孔关闭，光合速率下降,四、风与作物,呼吸：风速3.6m/s，呼吸速率明显增强；生长：风速4m/s，抑制地上部生长，植株矮化，叶面积缩小，根/冠比扩大。花粉传播,4.1风速与作物生活,4.2作物的风灾大风造成作物倒伏和机械损伤干热风伤害：最高气温35，相对湿度60%，风速5m/s干冷风伤害：早稻苗期，气温12，相对湿度60%，风速5m/s晚稻抽穗扬花期，气温3-5ppm，接触时间4-8h便引起细胞的H+过高伤害，其症状与SO2相似。敏感作物：扁豆、莴苣、芥菜、烟草和向日葵等。抗性作物：石刁柏、石楠、藜等。,五、大气污染与作物生活,5.2作物受害症状（3）酸雨大气中SO2、NO、NO2、Cl2等溶于水形成含H2SO4、HNO3和HCl的pH5.6的降水，称酸雨。其伤害机理是低pH引起的酸害。直接伤害：叶片的酸损伤，叶缘出现枯斑，叶角质层和细胞壁溶解，光合作用和代谢机能受损。间接伤害：土壤酸化使理化性质恶化，加速营养元素淋失，活化有毒元素（Al3+、Mn2+），加强磷对其他元素的固定等。,五、大气污染与作物生活,5.2作物受害症状（3）酸雨主要作物对酸雨的敏感性大小顺序：油菜、小麦、玉米、大豆、水稻、烟草、黄麻酸雨危害程度与其它气象因子、地形、土壤等也密切相关。,五、大气污染与作物生活,5.3影响大气污染伤害的因素温度：随温度升高而加剧。湿度：随空气湿度的提高而加重。光照强度：随光强的提高而加重（与气孔的开度有关）。大气稳定度：随水平和垂直气流运动速度的加大而减轻。,五、大气污染与作物生活,5.3影响大气污染伤害的因素地形：盆地、山谷气流停滞，接触时间长而受害严重。土壤：水、肥充足作物生长旺盛比干旱缺肥时受害重。农田防护林：能减轻作物的大气污染伤害。,五、大气污染与作物生活,5.4植物对大气污染的净化作用从另一方面讲，植物对大气污染又