川农大农学概论讲义

PAGE1PAGE2农学概论讲义前言作物生产是农业生产系统的第一性生产，是国民经济建设中至关重要的领域。因而，农学是为作物生产实际服务的实践性学科。作物生产的发展水平直接影响人们的基本生活需求和质量，直接关系到国计民生和社会经济的发展。特别是在当今社会和现代农业力求解决人口、粮食、环境、效益等多重问题的发展进程中，了解和研究作物生产的理论和技术体系具有特别重要的意义。长期以来，作物栽培学和作物育种学作为农学类专业的主干课程，形成了各自的理论和教学体系，但不能满足非农学专业的教学需要。20世纪90年代各学校开始探索有关非农学专业的作物生产的教学和教材编写工作，并出版了各自相应的教材，但没能形成一个统一的适合全国的《农学概论》教材。面对国际经济一体化和我国加入WTO的新形势，随着高等农业院校教学内容和课程体系改革的不断深入，非农学专业开设《农学概论》课程十分必要，迫切需要新的综合性《农学概论》教材，以服务于非农学类专业的新型课程体系和知识结构。《农学概论》是全国高等农业院校“十五”规划教材和面向21世纪课程教材，主要对象是非农学专业学生，着重介绍了作物生产的共性规律、基本概念、理论、方法和技术，涉及作物学、植物保护学、植物营养学和土壤学等学科领域。内容上力求突出科学性、实用性、普遍性和前瞻性，结构体系上具有较好的系统性和全面性。本书各章的编写人员是：第1章，四川农业大学杨文钰和任万军；第2章，西南农业大学王季春；第3章，华南农业大学梁计南（第1～4节）和贵州大学农学院钱晓刚（第5～6节）；第4章，华中农业大学胡立勇（第1～2节）和沈阳农业大学谢甫绨（第3节）；第5章，西南农业大学王光明；第6章，湖南农业大学刘国华（第1～3节）和安徽农业大学黄义德、石英尧（第4节）；第7章，河北农业大学张建平（第1～3节）和中国农业大学王志敏（第4～6节）；第8章，四川农业大学李天（第1和4节）、樊高琼（第2～3节）；第9章，山东农业大学陈雨海、孙学振。全书由主编和副主编负责修改和统稿，由沈阳农业大学沈秀瑛（教授、博导）担任主审。由于编者水平有限，加之对新教材理解和把握的难度，书中缺点在所难免，恳请读者提出宝贵意见和建议。第一章绪论第一节农学的定义及作物生产的地位一、农学的定义农业是一个非常古老的产业，已有上万年的历史。早期的农业是耕作土地栽培作物，即作物种植业。随着生产的发展和分工，农业的范畴不断扩大，原来农业的概念已不完善，现在的农业是指人类通过社会生产劳动，利用自然资源提供的条件，调节生物体（包括植物、动物和微生物）的生命活动过程来取得人类社会所需要产品的生产部门。农业科学是研究农业生产理论和实践的一门科学，包括了农业基础科学、农业工程科学、农业经济科学、农业生产科学和农业管理科学。这就是所谓广义农学的内涵。中义的农学仅指农业生产科学，这里的农业生产是指种植业、畜牧业、林业和渔业，它所涉及的学科包括作物学、园艺学、农业资源利用学、植物保护学、畜牧学、兽医学、林学、水产学。狭义农学的研究对象就是早期的农业，即研究农作物生产的一门科学，它所涉及的学科包括作物学、园艺学、土壤学、植物营养学和植物保护学。本书涉及的农学是狭义的农学，它是研究农作物高产、优质、高效和可持续发展的理论和技术的科学。具体说来，农学是研究作物生长发育规律、产量形成规律、品质形成规律及其对环境条件的要求，并采取恰当的农业技术措施，实现作物的高产、优质、高效和可持续发展的目的，是一门综合性很强的应用学科。农学是一门古老的应用科学。自人类从事耕种活动以来，就开始积累农业生产实践经验，实际上这些早期农业科学知识的积累主要集中在农学的范畴，为农学的形成奠定了基础。而农学正式形成一门科学是19世纪后期的事，它与施旺（T.Schwann）的细胞学说、李比希（J.F.VonLiebig）的矿质营养学说、达尔文（C.R.Darwin）的进化论和孟德尔（G.J.Mendel）发现的遗传规律等分不开。二、农学的性质农学的研究对象是以作物为主的种植业，因此农学的性质很大程度上取决于种植业。概括起来有三个方面。（一）农学是以自然科学和社会经济科学为基础的一门应用科学作物生产是人类利用植物有机体的生命活动来取得产品的产业，与工业生产是不同的。工业生产是对原材料进行加工制作的劳动过程,其对象与条件都比较稳定，工作秩序和劳动程序都可以事先安排,只要照章操作，产量和质量都有一定的保证。而作物生产不仅取决于劳动的社会条件，更取决于生产对象—作物生长发育所需的自然环境条件，如土壤、温、光、水、肥等。因此，作物生产是自然再生产和经济再生产相结合的过程，是与社会经济水平和农业资源环境紧密相连的应用性科学。（二）农学是服务于种植业的一门综合学科作物生产系统是一个作物—环境—社会相互交织的复杂系统，作物生产的高产、优质和高效通常又是矛盾的和难于协调统一的整体，而且高产、优质和高效三者的主次关系也会随社会经济的发展水平而变化。可见，农学学科的研究对象不仅涉及自然因素，而且涉及了社会因素。要开展好农学学科的研究和发展作物生产，必然涉及自然科学和社会科学等多门学科的理论和技术，必须以系统学的观点来认识农学和作物生产体系，综合应用和集成相关学科的研究成果，才能推动我国作物生产的发展，满足国民经济发展的要求。（三）农学是以可持续发展为目标的一门应用生态学科人口、粮食、能源和环境是人类发展中难于解决的大问题。作物生产一方面既是人类食物安全的基础又对环境保护起着积极作用，另一方面既要消耗资源又会带来生态失衡和环境污染等问题。因此，在农学研究和作物生产发展中必须牢固树立生态平衡意识，兼顾生产力增长、资源高效利用和环境安全，实现作物生产的可持续发展。三、农学的特点农学作为农业科学的一个分支学科，具有其他农业学科的共同特征。与其他学科一样，它们都是一种复杂的以脑力劳动为主的社会劳动成果，具有探索性和创造性的特点；都是以植物或动物为对象，以自然环境条件为基础，以人工调控为手段，以社会经济效益为目标的社会性产业，具有生物性和社会性的特点。作物生产以土地为基本生产资料，受自然条件的影响较大，生产的周期较长，与其他社会物质生产相比，具有以下几个鲜明的特点。（一）系统的复杂性作物生产是一个有序列、有结构的复杂系统，受自然和人为的多种因素的影响和制约。它是由各个环节（子系统）所组成，既是一个大的复杂系统，又是一个统一的整体。因此，农学必须用整体观点和系统方法，采用多学科协作，运用多学科知识，采取综合措施，全方位研究如何处理和协调各种因素的关系，以达到高产优质高效，发挥作物生产的总体效益。（二）技术的实用性农学是把自然科学及农业科学的基础理论转化为实际的生产技术和生产力的科学。虽然农学也包括了一些应用基础方面的内容，如作物生长发育、产量形成和品质形成的生理生态规律，但它主要研究解决作物生产中的实际生产问题，所研究形成的技术必须具有适用性和可操作性，力争做到简便易行、省时省工、经济安全。（三）生产的连续性作物生产的每一个周期内，各个环节之间相互联系，互不分离；前者是后者的基础，后者是前者的延续。农业生产是一个长期的周年性社会产业。上一茬作物与下一茬作物，上一年生产与下一年生产，上一个生产周期与下一个生产周期，都是紧密相连和互相制约的。因此，农学家要有全面和长远的观点，做到前季为后季，季季为全年，今年为明年，实现持续的高产稳产。（四）生长的规律性农学的研究对象是作物。作物是有生命的生物有机体，在与生态环境相适应的长期进化中，作物生长发育过程形成了显著的季节性、有序性和周期性。首先，不同作物种类具有不同的个体生命周期，如水稻、玉米和棉花等为一年生，冬小麦、油菜为二年生作物。其次，作物个体的生命周期又有一定的阶段性变化，是一个有序的生长发育过程，需要特定的环境条件，如水稻的短日高温特性就是一个典型的例子。第三，由于作物生长发育的各个阶段是有序的、紧密衔接的过程，既不能停顿中断，又不能颠倒重来，因而具有不可逆性。（五）明显的季节性作物生产是依赖于大自然的生产周期较长的社会产业。而一年四季的光、热、水等自然资源的状况是不同的，所以作物生产不可避免地受到季节的强烈影响。由于作物的季节性很强，生产上误了农时，轻则减产，重则颗粒无收。因此，必须合理掌握农时季节，使作物的高效生长期与最佳环境条件同步。（六）严格的地域性地区不同，其纬度、地形、地貌、气候、土壤、水利等自然条件不同，其社会经济、生产条件、技术水平等也有差异，从而构成了作物生产的地域性。因此，作物生产必须根据各地的自然和社会条件，选择适合该地的作物、品种及相应的技术措施，使作物、环境、措施达到最佳配合，生产出高产优质的农产品。四、作物生产的地位与作用农业是国民经济的基础，这是由于农产品具有特殊的使用价值，是人类生存最基本、最必须的生活资料。作物生产又是农业生产的基础，这是由于作物生产不但直接供给人类所需的生活资料，而且还要供给农业中的畜牧业、渔业等所需的饲料。可见，作物生产的发展对整个国民经济的发展和社会的稳定均起着十分重要的作用，作物生产的产品数量和质量关系到我国十几亿人吃饭穿衣的大事，与人们物质生活水平的提高息息相关。农学和作物生产的地位和作用主要表现在以下几个方面。（一）人民生活资料的重要来源古人曰：“一日不再食则饥，终岁不制衣则寒”（西汉晁错），“人之情不能无衣食，衣食之道必始于耕织”（《淮南子》），可见农业生产是人类生存之本，衣食之源。我国是世界第一人口大国，解决吃饭问题是头等大事，人民生活中所消费的粮食、水果、蔬菜几乎全部由作物生产提供。穿衣在人民基本消费方面也占有重要的地位。目前，我国服装原料的80%来自作物生产，合成纤维仅占20%左右。随着人类生活水平的提高，资源可持续利用和环保安全意识的加强，人们将会越来越喜欢可以再生的、经济的植物纤维。由此可见，作物生产具有举足轻重的地位和作用。（二）工业原料的重要来源农产品为工业生产提供了重要的原材料。目前，我国约40%工业原料、70%的轻工业原料来源于农业生产。随着我国工业的发展和人民消费结构的变化，以农产品为原料的工业产值在工业产值中的比重会有所下降，但有些轻工业，如制糖、卷烟、造纸、食品等的原料只能来源于农业，且主要来自作物生产业，所以农产品在我国工业原料中占有较大比例的局面短期内不会改变。随着人民生活水平的提高，对未加工的农产品的需求将不断下降，对农产品加工品的需求会不断增加，也就是说，目前人们直接消费的某些农产品今后需要加工后才能进入消费。可以预计，在今后一个相当长的时期内，我国轻工业的发展仍然受制于农业生产，特别是经济作物的生产状况。因此，发展作物生产业，必将推动我国工业和轻工业的发展，后者的发展反过来必将促进作物生产业进步。（三）出口创汇的重要物资目前，我国工业与世界先进水平还有相当大的差距，在世界市场上的竞争力还较弱，而农副产品及其加工产品在国家总出口额中占有较大的比重。从未来的发展趋势看，农副产品及其加工产品的出口比重会有所下降，但仍将是出口物资的重要来源之一。可见，作物生产在农业增效和农民增收方面起到主要作用。（四）农业的基础产业农业是由种植业、畜牧业、林业和渔业组成。畜牧业和渔业的发展极大程度上依赖于种植业即作物生产的发展。在我国，种植业占的比重最大，是农业的基础，具有举足轻重的地位和作用。虽然，近年来由于养殖业（畜牧业和渔业）的发展，种植业在农业中的比重有所下降。但是，由于我国人口压力大、口粮任务重，加上养殖业的发展在很大程度上依赖于作物生产业提供饲料，因此我国种植业在农业中的比重及其基础地位是不会动摇的。（五）农业现代化的组成部分实现农业现代化是我国社会主义现代化的重要内容和标志，是体现一个国家社会经济发展水平和综合国力的重要指标。作物生产业是农业的基础，没有现代化的作物生产，就没有现代化的农业和现代化的农村。因此，随着社会的发展和科技的进步，作物生产业也会得到现代科技的武装和改造，从而实现作物生产的现代化、科学化和产业化。第二节作物生产概况及发展趋势一、作物生产概况（一）世界作物生产概况近年来，世界人口的迅猛增长对农业生产带来巨大的压力和动力。据统计，1975年世界人口为40亿，耕地面积为15.07亿hm2，到1999年仅24年时间，人口已增加到了60亿，耕地面积却减少到了13.13亿hm2。各国都十分重视依靠科技进步提高复种指数和作物单产来保持农产品总量的增加，以应付人口压力的严重挑战。在农产品的生产中，粮食生产被列为首要任务。但进入20世纪90年代后，世界粮食总产量增加速度放慢，从1960年到1990年，世界谷物收获量从8.47亿t增加到19.52亿t，增长了两倍多，年均增长3%，从1990年到1999年，谷物收获量年均增长率下降到1%以下（表1-1）。1999年粮食作物中收获面积最大的依次为小麦、稻谷与玉米，但总产则依次为玉米、稻谷与小麦，主要原因在于近年来玉米单产提高迅速，与1990相比，玉米的单产增加了16.61%，而同期小麦、水稻的增产率分别为6.97%、9.14%。油料作物中，种植面积较大的有大豆、油菜、花生、向日葵，与1990相比，大豆的收获面积、总产、单产分别增加25.81%、41.89%、12.80%，油菜的收获面积、总产、单产分别增加56.13%、74.30%、11.58%。糖料作物中，仍以甘蔗和甜菜种植面积最大，甘蔗的收获面积、总产、单产比1990年增加了13.85%、20.43%、5.78%。棉花、红麻、黄麻等纤维作物的收获面积与总产在90年代以来稳中略有增长。表1-1世界谷物生产变化情况年份196119701980199019951996199719981999总产（亿t）8.8512.0515.6519.5218.9620.5020.9620.5620.43面积（亿hm2）6.386.957.257.046.957.107.066.956.68单产（kg/hm2）138817332158277227292885297129593058作物总产的增加主要得益于单产的提高，而单产的提高主要有赖于现代农业科学技术的进步和农业生产条件的改善，特别是下列6个方面的因素起了决定性的作用。1．品种改良近30年来世界主要作物新品种的培育着重于高产、优质和高抗，特别是在矮秆、抗性和品质方面取得了显著进步。许多国家因品种改良在这一期间的累计增产效益在30%以上。目前，世界大多数国家种植的小麦、水稻品种，株高已普遍由以前的110～140cm降为70～110cm，基本解决了过去不耐肥水易倒伏的高产障碍，单产有了显著的提高。特别是近年来出现的超高产水稻和小麦，每公顷单产可分别达到10500kg和9000kg以上。由于植株的矮化，经济系数已由过去的0.35左右提高到0.45以上。此外，杂种优势已在多种作物上得到应用，如玉米、高粱杂交种目前已普及80%以上，水稻、油菜、向日葵等作物也有很大面积的应用。在抗性育种方面，小麦的抗锈病、抗穗发芽、抗寒和抗干热风，水稻的抗稻瘟病、抗白叶枯和抗稻飞虱，玉米的抗大斑病，棉花的抗枯萎病、抗黄萎病和抗棉铃虫等育种都取得了不同程度的进展。在品质改良方面，提高小麦、玉米的蛋白质含量与增加必需氨基酸比例，降低油菜芥酸、硫代葡萄糖苷、亚麻酸含量和提高亚油酸含量等方面均已有较大进展。在品种改良的过程中，遗传育种技术也有了较大的突破。目前，全世界已有1000多种植物通过花粉培养法获得了单倍体植株，其中小麦、水稻、玉米、烟草、马铃薯等10多种作物已由单倍体育成优良品种，其育种年限比常规育种方法缩短了一半以上。植物幼胚离体培养已成为作物育种中克服远缘杂交不实性的有效手段，通过这一途径已获得100多种作物远缘杂交后代。20世纪60年代以来，迅速崛起的体细胞杂交和基因工程技术，为不同种、属的优良性状结合和基因导入开辟了更为广阔的前景。近年来，转基因技术及分子育种技术发展迅速，目前已有一些转基因作物品种进入生产示范和推广应用。另外，一些作物的茎尖试管苗和脱毒种苗繁殖技术也在良种繁殖上取得显著效益。2．增施肥料与施肥技术据联合国粮农组织估计，30多年来在提高作物产量的诸多因素中，肥料的贡献率要占到30%～60%。目前，大多数国家农田施肥均以化肥为主，这期间世界化肥生产量与作物产量基本呈现同步增长趋势。从全世界化肥生产量来看，1997年为1970年的2.1倍；其中，氮、磷、钾肥所占的比例分别为60%、24%和16%。全世界1997年的化肥消费量为1970年的2.0倍，氮、磷、钾肥比例为1:0.4:0.3。施入农田的化肥因施用技术不同及多种原因，利用率存在很大差异，发达国家一般在50%～60%之间，发展中国家在30%左右。因此，提高化肥利用率是许多国家多年来的研究重点。例如氮肥深施可有效地抑制氮肥的硝化和反硝化过程，提高肥效20%以上；复合肥和专用肥、缓释肥和长效肥、科学配方施肥、增施磷钾等合理施肥技术的运用也表现了良好的效果。3．扩大灌溉与节水技术1996年全世界灌溉面积比1961～1965年的平均值增加了4.8×107hm2。灌溉面积占世界总耕地的比例为17.5%，生产的作物产量占世界总产量的一半左右。由于水资源在许多国家和地区都很匮乏，节约用水以扩大现有灌溉面积、改善灌溉设施以增加灌溉效益和防止盐渍化等为发展重点。地面灌溉的用水效率差异很大，发达国家为50%以上，而发展中国家仅为25%左右。喷灌、滴灌等高效率的灌水方法，由于成本高、技术难、耗能大，目前仍主要在一些发达国家和一些园艺作物上使用。4．设施栽培在光、热资源不够充裕的地方，温室特别是塑料薄膜温室有了很大的发展，保证了蔬菜和花卉等四季生产。20世纪70年代以来，地膜覆盖栽培发展非常迅速。在纬度或海拔较高的地区、旱地和盐碱地上，由于覆盖地膜克服了地温低、无霜期短和水分不足对产量的限制，增产效果显著。在一般地区，由于地膜覆盖具有防霜、防寒、防草、保温、保水和促进种子发芽等作用，使一些喜温作物的分布区域的纬度向北推移了2～4º，使作物早熟或相当于延长了无霜期10～15d，旱地水分利用率提高了30%～50%。目前，在作物生产中，地膜蔬菜、地膜棉花、地膜玉米、地膜小麦、地膜水稻等在水、热资源受到限制的地区都得到了不同程度的应用。5．作物病虫草害的防治在作物收获前，由病、虫、草害造成的作物产量损失平均为15%～20%，水果、蔬菜和油料作物则往往达25%。农产品贮藏中的病虫损失，在亚洲和非洲的一些国家也常达到收获量的1/5～1/4。综合防治已成为世界大多数国家植保工作的指导方针，但其中化学防治仍是最主要的防治手段。近年来农药应用以高效低毒、低用量、广谱性和选择性为特点。在发达国家中除草剂的用量已占农药使用量的40%～60%，但在发展中国家比例尚很小。选用抗病虫品种被普遍认为是经济有效的途径。目前，世界各国主要农作物的许多原有毁灭性的病害，都已通过抗病育种的方法得到了基本控制，在抗虫育种上也有了不少重大进展。另外，生物防治也日益受到重视。6．高新技术的推广应用农业高新技术种类繁多，有普遍应用推广意义的除基因工程技术外，主要有遥感技术、计算机信息技术和化学调控技术等。遥感技术从20世纪60年代起步，经过70年代的发展，80年代进入了商业应用。农业是遥感技术的应用大户，主要包括作物长势监测和估产、植被识别分类、土地资源调查与制图、自然灾害预测与灾情评估、农业生态系统监测等。随着计算机硬件、软件技术的发展和计算机价格的降低，微型计算机大量进入市场，这一形势正好适合农业经营管理的需要，于是计算机应用日趋普及，并逐步推广到农场。近年来，计算机在农业生产上的应用已涉及到农业信息服务、生产管理决策、模拟生长研究等多个领域。利用人工合成的植物生长调节剂来调控作物生长发育的技术，是在发现和研究植物激素的基础上发展起来的新技术。目前，用于不同作物和不同目的的植物生长调节剂已有几百种之多。有些化学调控技术已成为作物生产中一种必不可少的常规技术。随着研究的深入和新产品的开发，化学调控技术必将成为作物生产中的一个重要技术环节。（二）我国作物生产概况新中国成立以来，我国作物生产取得了举世瞩目的成绩，扭转了粮、棉、油等主要农产品供给长期短缺的局面，实现了供求基本平衡。目前，我国栽培面积最大的作物是水稻和小麦，其次是玉米和油料作物；单产和总产最高的作物依次是水稻、玉米、小麦。由于新开垦耕地和复种指数的提高弥补了因工业化、城市化和交通网络建设而减少的耕地，保证了作物生产的播种面积。50年来，作物总播种面积增加了10.7%，其中，经济作物如糖料、油料、烤烟、蔬菜等播种面积有较大幅度的增加。据统计，建国50年来，我国粮食总产从1949年的1.13×108t增加到1999年的5.08×108t，增长了3.5倍，年均增长3%左右。特别是改革开放以来粮食产量增幅较大，年均增加9.67×106t，比改革开放前29年年均增加量多5.27×106t。1999年棉花总产3.83×106t、糖料总产8.33×107t和油料总产2.60×107t，分别是1949年的12.9倍、44.1倍和15.2倍。近几年，我国的谷物、棉花、油菜、花生等作物的总产量位居世界第一位。从单产来看，粮、经作物也有了显著的提高，特别是改革开放以来，提高幅度较大。1999年与1978年相比，小麦增产115%、玉米增产74.0%、稻谷增产59.0%、大豆增产56.9%、薯类增产30.2%、棉花增产128%、油菜籽增产104%、甘蔗增产48.9%、黄、红麻增产92.4%。1949年以来我国作物生产的迅速发展，也主要归功于农业科学技术的进步和作物生产条件的改善，但与世界作物生产的发展相比，又具有一些不同的特点。1．作物品种的改良1949年以来，我国40多种作物育成新品种共计4000个以上，其中通过审定的就有2000个左右。粮食作物已经进行过4～5次良种大更换，每次更换一般可增产10%左右，高的可达20%以上。目前，我国优良品种的覆盖率一般都在90%以上，而且品种更新换代的周期已缩短到3～5年。优良品种的选育途径，包括国外引种、系统育种、杂交育种、杂种优势利用、诱变育种、远缘杂交和生物技术等，在不同时期为作物品种改良做出了显著贡献。近10多年来，生物技术开始向一些作物的育种工作中渗透，但迄今仍以常规育种为主，其中杂交育种和杂种优势利用占2/3左右。2．间、套作多熟制种植技术1949年我国的作物复种指数为128%，1952年为131%，1999年达到155.1%。1999年与1952年相比，虽然耕地面积减少，但由于复种指数的提高，作物总播种面积增加了1.51×107hm2。在20世纪50年代和60年代，北方的黄淮海地区，主要是改一年一熟为二年三熟，南方则改单季稻为双季稻或稻、麦两熟。到70年代，华北的一熟有余、两熟不足地区进一步发展了间、套复种，南方的间、套复种面积也进一步扩大。进入80年代后，多熟制种植方式日趋多样化，种植方式从作物的间、套作发展到粮、经、饲、菜等多元多熟的复合种植模式。3．作物栽培技术作物栽培科学的发展大致经历了4个阶段。第一阶段是20世纪50～60年代初，侧重总结农民劳模的栽培经验，如江苏陈永康单季晚稻“三黄三黑”的看苗诊断，河南刘应祥小麦“马耳朵、驴耳朵、猪耳朵”的叶片诊断等。第二阶段是20世纪60年代中期至70年代中期，主要围绕单项高产栽培技术开展研究，如育苗移栽技术、合理密植技术、土壤耕作技术、覆盖栽培技术、氮肥深施技术等。第三阶段是20世纪70年代后期至80年代，主要围绕作物规范化、指标化进行综合栽培技术研究，如水稻叶龄指标栽培法、小麦叶龄指标促控法、大豆三垄栽培技术、小麦玉米平播吨粮技术等。第四阶段从20世纪80年代末期开始，主要研究作物持续增产和优质高效的综合栽培技术以及作物生产管理的计算机决策系统，如小麦节水高产栽培技术、多元高效立体种植模式、作物栽培专家系统等。4．病虫草鼠害防治技术植物保护技术的发展趋势大致为：20世纪50年代以农艺防治为主（包括轮作换茬、耕作和人工防治等），60年代到70年代中期以化学药物防治为主，70年代以后生物防治技术迅速发展，80年代以后进入了单项防治与综合防治并重时期。病虫测报对象从50年代的几种增加到目前的50种以上，地区性测报对象达到100种以上，对重大迁飞性害虫还建立了异地测报网，80年代又增加了鼠情预报。目前，一些重大病虫害如蝗虫、锈病、螟虫等已完全得到控制。近10多年来，由于除草剂的大面积推广，杂草为害程度显著减轻。5．作物生产条件的改善据1952年至1999年的统计，农业机械总动力年平均递增1042万kW，特别是20世纪90年代以来，平均每年递增达2029万kW；农田有效灌溉面积年平均递增2.15%，1998年全国节水灌溉面积已达1.52×107hm2，占有效灌溉面积的28.66%，化肥用量年均递增14.3%。新中国成立以来，在堤防、水库和配套机井的修建以及洼涝、盐碱、渍害低产田及水土流失的治理方面都取得了杰出的成就。目前，已建立了500多个国家级商品粮基地、100多个优质棉基地，极大地改善了基地的生产条件。自1988年实施农业综合开发以来，中低产田改造、荒地开垦及防沙、治沙工作也取得了很大成就。二、作物生产的发展趋势（一）作物生产发展的目标1．生产率目标今后作物生产的中心任务仍是提高耕地的生产力。没有作物产量的大幅度提高则不可能解决饥饿问题及环境问题。农作物产量的提高可来自两个途径，一是通过改善和提高作物的管理水平以及选用抗虫、抗病和抗各种不良环境的品种，从而缩小现实产量与潜在产量的差距；二是通过遗传改良提高作物的产量潜力。利用常规育种、株型改良、杂种优势利用、生物技术等方法可提高产量潜力。提高产量的措施主要依靠综合的栽培管理技术的改进与应用，包括养分管理、水分管理、土壤管理、综合的病虫害防治、作物高产适用种植技术等。2．可持续性目标今后的农作物生产必须建立在可持续发展的基础上，在提高生产率的同时，要保护、改善和合理利用农业环境和资源。要继续发展良种、化肥、灌溉和农药等行之有效的技术，但这些技术必须根据持续性目标进行改进，并开发出新的高产优质高效综合技术。3．营养安全目标国际上关于农产品安全的认识正在发生变化，从单纯注重饮食能量安全转向能量安全和营养安全的结合。因为20世纪90年代初，一些营养学家发现在以往作物品种改良中，没有同步改善营养价值，致使许多品种产量很高，但微量元素含量很低，这些高产作物品种的推广，取代或减少了那些富含铁和其它微量营养的传统作物或品种，致使世界上40%以上的人口已受到微量元素缺乏的影响。今后农作物生产应全面实现产品安全、环境安全和营养安全。4．经济高效目标象其它经济活动一样，作物生产必须服从本身内在的经济规律和市场规律，做到生态、技术、经济上的统一，形成效益型的生产结构。在稳定粮食的基础上，通过调整农业结构，发展多元化生产，推广应用简化轻型栽培技术等提高作物生产的效益。（二）作物生产发展的途径从全球范围来看，随着世界人口的继续增长、人均耕地面积日益下降、农业资源的减少和农业生态环境的恶化，如何保持农业生产的可持续增长是各国面临的共同问题。就我国的情况而言，几十年来农业生产虽然取得了巨大的成就，但与发达国家相比仍有不少差距。今后作物生产将主要通过增加投入和发展科学技术来保持其可持续性增长，在提高资源利用效率的同时，不断提高作物的单产、品质和效益。提高作物产量、品质和效益的具体途径可分为良田、良制、良种、良法四个方面。1．建设高产农田据全国第二次土壤普查资料，我国低产田约占耕地面积的21.5%。这些低产田大多存在严重的障碍因子，又主要分布在边远地区，交通不便，环境恶劣，生产条件差，经济水平低，因而改造的难度大，投资高，见效慢。所以，低产田的改造是一项长期的任务，需要有计划地分期、分批实施。我国中产田面积约占总耕地面积的57%。这些田土大多数只存在轻度的障碍因子，而且大多数具有较好的光热条件，只是投入偏少，土壤贫瘠，耕作粗放，所以产量没能达到应有的水平。据统计，全国约有2×107hm2的中产田有灌溉条件，只要能够增加物质投入，培肥地力，调整作物布局，针对性地推广和普及先进技术，都能在短期内变为高产田。高产田约占我国总耕地面积的21.5%。高产田的特征是自然条件和生产条件优越，种植水平高，只要合理地增加物质投入，推广适用技术，充分利用光热资源，即可持续获得高产。高产田的开发和建设，是土地集约化经营的典型，也是农业现代化的具体体现，更是我国作物生产发展的方向之一。2．改革种植制度预计在未来的20～30年内，我国的种植制度改革仍将以合理利用耕地资源、增加复种指数为中心。提高复种指数的潜力主要在自然条件较好的南方。具体途径为：开发晚秋及冬季农业，发展冬闲田的种植业，在南方丘陵地区，发展旱地多熟制种植及再生稻。间、套作是提高复种指数、增产稳产的有效方法。近几年，北方冬小麦与玉米、花生、大豆等的套作发展迅速，在一年一熟麦区和一年一熟玉米区，实行小麦间作玉米也已获得成功。将来的发展趋势是间、套作模式逐步规范化，为农业机械作业创造条件；间、套作物中增加经济作物的比重；发展“粮食作物—经济作物—饲料绿肥作物”三元复合结构，促进生态环境的良性循环。3．普及优良品种今后的育种目标要多样化，除继续加强高产育种外，品质改良、抗性育种等将得到相应的重视和发展。另外，一些高新技术将在育种中得到进一步的应用，主要有杂种优势利用、杂交技术和生物技术等。转基因技术和分子育种技术与常规育种技术的结合，已极大地提高了作物遗传改良的效率和效果，为优质、高产、高效、多抗作物品种的培育展示了新的前景，并将逐步发展成为选育新品种的重要手段。进一步完善种子产业化工程，要求育种、制种、种子加工、贮藏、运输、销售以及配套服务等相关产业以市场为导向、效益为中心来组织和发展，成为产业实体。在产业化过程中，逐步使种子管理法制化、生产专业化、加工机械化、质量标准化、经营集团化、育繁加销推一体化，达到生产用种全面良种化的目标。4．发展先进适用技术（1）作物信息技术20世纪90年代以来，作物信息技术的快速发展和应用，显著提高了作物生产的综合效益和生产水平。作物生产受土地、气候、技术和作物等多方面的影响，表现为时空变异大、经验性和地域性强，定量化和规范化程度低。计算机和信息技术可对复杂的作物生产成分进行系统的分析和综合，实现作物生产的科学决策。因此，作物信息技术必将有助于实现作物生产的模型化、知识化和科学化。在作物信息技术中，以3S（GIS、GPS、RS）为核心的精确农业已成为发达国家高新技术集成应用于农业生产的热门领域，必将对我国农作物生产产生重大的影响。（2）优质高产高效技术目前我国的作物生产已由产量型向产量、质量、效益并重型发展。作物生产除继续发展高产栽培技术外，还应加强优质、高效栽培技术的研究与应用。主要包括优化施肥技术、简化轻型栽培技术、设施栽培技术、机械化配套栽培技术、优质专用农产品的生产技术，作物生产的化学调控技术，这些技术将逐步走向标准化、机械化、安全化和智能化。（3）可持续生产技术未来的作物生产日益注重人类、生物、环境的协调发展，以较少的投入得到最大的产出以及质和量的统一，以获取最大的社会效益、经济效益和生态效益。可持续生产技术要求对病、虫、杂草进行综合管理，并通过生物农药进而替代化学农药，或推广低毒高效农药，避免农药污染；通过有机肥与无机肥的最佳配合，减少化肥污染，生产清洁安全的食品。还包括节水灌溉技术、安全施肥及用药技术、秸秆还田技术等。【复习思考题】1．什么是农学？农学的性质和特点是什么？2．试述作物生产的地位和作用。3．了解世界和我国作物生产的概况。4．谈谈作物生产的未来发展目标和途径。第二章作物的起源、分类与分布第一节作物的起源与传播一、作物的起源（一）栽培作物的起源和意义为了生存，古人类主要是通过采集野生植物和渔猎来获取食物。当未食完的植物器官被遗弃或被埋藏在其临时住地后，发现其能不断繁衍，于是人类开始注意并将其果实、种子、块根、块茎等收集起来集中种植，且就近获取食物。随着人口的增加，对食物的需求量越来越大，人们开始有意识地选取那些果形大、生产多、成熟后脱落损失少、易保存的植物进行集中小规模栽培。随着人类长期地种植野生植物，对野生植物的生长习性有了进一步的了解。则不断改进栽培技术，创造适合植物生长发育的条件，同时进行选择和培育。伴随着自然选择和人工选择，使野生植物逐步驯化、演化成为有经济价值的栽培作物。而栽培作物与野生植物祖先相比，其人类利用的器官变得巨大和迅速生长；产品有用成分大大改进和提高；成熟期一致，生长整齐；传播手段退化以及休眠性减弱或缩短，栽培作物的自我保护机能减弱等。野生种变为栽培种的动力首先是有机体的变异能力，其次才是人工选择有利的变异类型。通过研究作物的起源，人类可以了解众多的植物遗传资源并建立“基因库”，利用有用的基因改造现有的作物并选育新品种为人类所利用；同时通过了解作物起源地的生态地理条件，达到人为控制作物生长的目的。不仅如此，还可以进一步研究人类的农耕文化。如不少文字中将“文化”和“栽培”视为同义词，英文中的文化为“culture”，也是栽培含义。业已研究表明，人类通过作物的栽培，形成了四大类农耕文化，它们分别是中东地区兴起的地中海农耕文化，非洲兴起的农耕文化，东南亚、马来半岛为中心的农耕文化以及中美洲、南美洲兴起的新大陆农耕文化。至今发现，地球上大致有50万种以上的植物，其中被人类利用的约在5000种以上，被人类栽培种植的约1500种，属大面积种植的约200种。中国种植的作物约有600种，其中粮食作物30多种，经济作物70种，蔬菜110多种，牧草约50种，花卉130余种，药用作物50余种。（二）栽培作物的地理起源中心最早研究作物地理起源中心问题的学者是瑞士植物学家康多尔，在他1883年出版的《栽培植物的起源》一书中，对477种栽培植物的起源地进行了划分。其后在20世纪的20～30年代，前苏联植物学家瓦维洛夫等，借助于植物形态分类、杂交验证、细胞学和免疫学等手段，对他们在世界六大洲60多个国家采集到的30多万份作物品种材料进行了详细比较研究，于1926年写成《栽培植物的起源中心》一书。其后为了更准确地确定作物起源和最初形态建成中心，他还补充查明遗传上相近的野生和栽培种的多样性地理分布中心，把遗传变异最为丰富的地方作为该物种的起源中心。最后以考古学、历史和语言学的资料，对植物地理的划分加以修正。认为全世界栽培植物的起源有8大起源中心，并于1935年出版了《育种的植物地理基础》一书，该书的一些基本理论至今仍有着重要的指导作用。1968年茹可夫斯基提出大基因中心观念，他将瓦维洛夫确立的8个起源中心扩大到12个。1975年瑞典的泽文和茹可夫斯基共同编写了《栽培植物及其变异中心检索》，重新修订了茹可夫斯基提出的12个基因中心，扩大了地理基因中心起源概念，现简介如下。1．中国—日本起源中心中国基因中心是主要的、初生的，由它发展了次生的日本基因中心。中国的中部和西部山区及其毗邻低地是世界第一个最大农业发源地和栽培植物的起源中心。中国起源地的特点是栽培植物的数量极大，包括了热带、亚热带和温带作物的代表。在栽培植物种和属的数量上，中国超过其他起源地，如黍、稷、粟、大麦、荞麦、大豆、裸燕麦等作物，中国是初生基因中心；普通小麦和高粱等是次生中心。该学说确认中国是栽培稻的起源中心之一，纠正了瓦维洛夫认为水稻仅仅起源于印度的说法。2．印度支那—印度尼西亚起源中心是爪哇稻和芋的初生基因中心。这里还具有丰富的热带野生植物区系。3．澳大利亚中心除美洲外，这里也是烟草的初生基因中心之一。并有稻属的野生种。4．印度斯坦中心起源的作物有稻、甘蔗、绿豆、豇豆等，还有许多热带果树。5．中亚细亚中心该中心起源的作物有小麦、豌豆等。6．近东起源中心起源的作物有栽培小麦、黑麦等。7．地中海中心从许多作物品种和种群组成来看，这里是次生起源地，很多作物在此区被驯化，如燕麦、甜菜、亚麻、三叶草、羽扇豆等属的种。8．非洲中心起源的作物有高粱、棉、稻等属的种。此中心对世界作物影响很大，许多作物起源于非洲。9．欧洲—西伯利亚中心起源的作物有二年生的糖用块根和饲用甜菜、苜蓿、三叶草等。10．南美洲中心起源的作物有马铃薯、花生、木薯、烟草、棉、苋菜等。11．中美洲—墨西哥中心起源的作物有甘薯、玉米、陆地棉等。12．北美洲中心该中心驯化的主要作物有向日葵、羽扇豆等。目前，许多学者仍在继续探索，如小麦就有可能起源于中国。但不论作物起源于哪个中心，其地理上均有两个特点：一是多在热带、亚热带或温带；二是起源地多是山地。二、作物的传播各种作物均有其自己传播后代的方式，有的借自然力，如风力传播、水流传播等；有的借自力作用传播，如果实成熟后炸裂将种子散出，或以地下茎或匍匐枝向四周伸展等，但这种传播距离极为有限、数量也较少；有的则依靠动物的活动，如动物驭运植物至异地或动物吃植物后的迁移活动，将未消化的植物种子、果实等随粪便排到异地。而更多地则依靠人类的活动，如人们引种及其它活动如民族迁移、贸易、战争、传教、探险、外交活动等，使作物迅速传播。栽培作物的传播于史前时期即已开始。据考证，通过人类活动传播某种作物的途径或通过陆路或通过海路，或通过海路和陆路相结合的路径进行传播，无论哪种方式或途径，均使起源中心的作物逐渐向世界各地传播和栽培。如普通小麦发源于近东，新石器时代由于民族大迁移，将小麦向西传播到欧洲，以后进一步远传到非洲北部，15世纪末，从西班牙经海路传入印度群岛，18世纪英国移民者将小麦引入澳大利亚。起源于中国的栽培稻，以云南高地为中心呈放射状，沿着大河川的河谷及河谷之间的小路漫长曲折地向东、向南、向西传播。约公元前一、二世纪向东传到日本，在公元前1千年以前向南传至菲律宾。玉米则由美洲传到西班牙，再扩展到欧洲、非洲，16世纪30年代又由陆路从土耳其、伊朗和阿富汗传入东亚，另外又经非洲好望角传到马达加斯加岛、印度和东南亚各国。传入我国的途径可能由西班牙到麦加再经中西亚传入我国西北部和内陆，也可能从麦加传入印度和我国云南、贵州、四川等地，再向北、向东传入各省。甘薯是16世纪由美洲传入西班牙的，17世纪在西班牙扩大种植。16世纪西班牙人将甘薯传播到东方的马尼拉、摩鹿加和印度尼西亚等地。明朝万历28年（1594），首次从吕宋经海路传到中国的福建，后又由陆路经越南传到广东。栽培作物通过传播、交流，有些作物在新的地区比原产地生长更好，发展更快。如大豆原产于中国，但现在北美洲面积最大，单产最高；花生原产于南美，现在种植面积最大的是印度和中国；马铃薯原产南美，现在已成为东欧、中国重要的粮食作物之一。第二节作物的分类目前世界上栽培的作物种类、品种繁多。广义的作物包括粮、棉、油、麻、烟、糖、茶、桑、果、菜、药、杂（草坪、花卉、瓜类、饲料作物等）等十二大类，狭义的作物主要指大田大面积栽培的农作物，一般称大田作物或庄稼。加上人类长期培育和选择，品种则更多，仅目前我国就收集保存着各种作物品种资源材料20多万份。为了便于比较、研究和利用，有必要对不同的作物进行分类。有关大面积栽培的作物常见的分类方法如下。一、植物学分类即按植物科、属、种分类，一般用双名法对植物进行命名，称为学名。例如小麦属禾本科，其学名为TriticumaestivumL.,第一个字为属名，第二个字为种名，第三个字为命名者的姓氏缩写。这种分类对了解和认识作物的植物学特征的异同以及研究其器官发育有重要意义。常见作物的学名见表2-1。表2-1常见作物中名、学名、英文名对照表中名学名英文名主要用途禾本科Gramineae稻OryzasativaL.Rice子实食用小麦TriticumaestivumL.Wheat子实食用大麦HordeumsativumJess.Barley子实食用、饲用黑麦SecalecerealeL.Rye子实食用燕麦AvenasativaL.Oat子实食用玉米ZeamaysL.Corn(Maize)子实食用、饲用高梁Sorghumbicolor（L）MoenchSorghum子实食用、饲用黍（稷）PanicummiliaceumL.Prosomillet子实食用粟SetariaitalicaL.Foxtailmillet子实食用薏苡CoixlacrymajobiL.Joba-tears子实食用甘蔗SaccharumofficinarumＬ.Sugar-cane榨糖蓼科Polygonaceae荞麦FagopyrumMillBuckwheat子实食用豆科Leguminosae大豆Glycinemax(L.)Merr.Soybean种子油用、食用花生ArachishypogaeaL.Peanut种子油用、食用蚕豆ViciafabaL.Broadbean种子食用豌豆Pisumspp.Gardenpea种子食用豇豆Vignaspp.Commoncowpea种子食用饭豆PhaseoluscalcarausRox.Ricebean种子食用绿豆PhaseolusaureusL.Mungbean种子食用紫云英AstragalussinicusL.ChineseMilkvetch全株绿肥、饲料苜蓿MedicagosativaL.Alfalfa全株绿肥、饲料田菁SesbaniacannabinaPers.Sesbania全株绿肥草木樨Melilotusspp.Sweetclover茎叶绿肥旋花科Convolvulaceae甘薯IpomoeabatasLam.Sweetpotato块根食用薯蓣科Dioscoreaceae山药DioscoreabatatasDecne.Chineseyam块根食用天南星科Araceae芋Colocasiaantrquorumsschott.TaroDasheen球茎食用茄科Solanaceae马铃薯SolanumtuberosumL.Potato块茎食用烟草NicotianatabacumL.Tobacco叶、制烟锦葵科Malvaceae棉花Gossypiumspp.Cotton种子纤维、纺织用红麻HibiscuscannabinusL.Kenaf韧皮纤维用苘麻AbutilonavicennaeGaertn.Chinajute韧皮纤维用椴树科Tiliaceae黄麻Corchorusspp.Jute韧皮纤维用荨麻科Urticaceae苎麻Boehmeriaspp.Ramie韧皮纤维用大麻科Cannabinaceae大麻CannabissativaL.Hemp韧皮纤维用亚麻科Linaceae亚麻LinumusitatissimumL.CommonFlax韧皮纤维用龙舌兰科Agaraceae剑麻Agavesisalinaperr.Sisal叶、纤维用芭蕉科Musaceae蕉麻MusatextilisNess.ManilaHemp叶、纤维用十字花科Cruciferae油菜Brassicaspp.Rape种子油用胡麻科Pedaliaceae芝麻SesamumindicumDC.Sesame种子油用、食用菊科Compositae向日葵HelianthusannusL.Sunflower种子油用菊芋H．TuberosusL.Jerusalemartichoke块茎食用大戟科Euphorbiaceae木薯ManihotutilissimaPohl.Cassava块茎食用藜科Chenopodicea糖甜菜BetavulgarisL.Sugarbeet块根糖用二、根据作物的生物学特性分类（一）按作物感温特性分类可分为喜温作物和耐寒作物。喜温作物在全生育期中需要的积温都较高，生长发育的最低温度为10℃左右，最适温度为20～25℃，最高温度为30～35℃，如水稻、玉米、高粱、甘薯、棉花、烟草、甘蔗、花生、粟等。耐寒作物全生育期需要的积温比较低，生长发育最低温度在1～3℃左右，最适12～18℃，最高26～30℃，如小麦、大麦、马铃薯、黑麦、油菜、蚕豆等。（二）按作物对光周期反应特性分类可分为长日照作物、短日照作物、中日照作物和定日照作物。凡适宜在日长变长时开花的作物称长日照作物，如麦类作物、油菜等。凡适宜在日长变短时开花的作物称短日照作物，如水稻、大豆、甘薯、棉花、烟草等。开花与日长没有关系的作物称中日照作物，如荞麦、豌豆等。定日照作物要求有一定时间的日长才能完成其生育周期，如甘蔗的某些品种只有在12ｈ45min的日长条件下才能开花，长于或短于这个日长都不开花。（三）按作物对二氧化碳同化途径分类可分为C3作物、C4作物和CAM（景天酸代谢）作物。C3作物光合作用最先形成的中间产物是带三个碳原子的磷酸甘油酸，其光合作用的CO2补偿点高，有较强的光呼吸，如水稻、麦类、大豆、棉花等。C4作物光合作用最先形成的中间产物是带四个碳原子的草酰乙酸等双羧酸，其光合作用的CO2补偿点低，光呼吸作用也低，在强光高温下光合作用能力比Ｃ３作物高，如玉米、高粱、甘蔗等。ＣＡＭ作物，除凤梨科外，仅有龙舌兰麻、菠萝麻等少数纤维作物，但在花卉植物中却很多。三、根据作物用途和植物学系统相结合分类（一）粮食作物1．禾谷类作物属禾本科，主要作物有稻、小麦、大麦、燕麦、黑麦、玉米、高梁、粟、黍（稷）、薏苡等。蓼科的荞麦因其籽实可供食用，习惯上也列入此类。一般将稻谷、小麦以外的禾谷类作物称为粗粮。2．豆类作物或称菽谷类作物属豆科，主要作物有大豆、蚕豆、豌豆、绿豆、红小豆（赤豆）、饭豆等。除大豆以外的几种作物又称杂豆类作物。3．薯类作物或称为根茎类作物植物学上的科属不一。主要有甘薯、马铃薯、木薯、豆薯、山药（薯蓣）、菊芋、芋、蕉藕等。（二）经济作物或称工业原料作物1．纤维作物包括粒用纤维、韧皮纤维和叶用纤维三大类。主要有棉花、黄麻、红麻、苎麻、亚麻、大麻、蕉麻、龙舌兰麻、苘麻等。2．油料作物主要作物有油菜、花生、芝麻、向日葵、胡麻、苏子、红花、油茶、油棕、油椰、甘蓝等食用油料作物和蓖麻、油桐等工业用油料作物。此外，大豆也可列为油料作物。3．糖料作物主要有甘蔗、甜菜等。4．嗜好类作物主要有烟草、茶叶、咖啡、可可等。5．其他作物主要有桑、橡胶、香料作物（如薄荷、留兰香等）、编织原料作物（如席草、芦苇）等。（三）饲料及绿肥作物主要有苜蓿、苕子、紫云英、草木樨、水葫芦、水浮莲、红萍、绿萍、三叶草、田菁等。（四）药用作物主要作物有三七、天麻、人参、黄连、贝母、枸杞、白术、白芍、甘草、半夏、红花、百合、何首乌、五味子、茯苓、灵芝等。以上有些作物可以有几种用途，例如玉米可食用，又可作优质饲料；马铃薯可作为粮食，又是蔬菜和加工原料；大豆可食用，又可榨油；亚麻既是纤维，种子又是油料；红花种子是油料，其花是药材。因此上述分类不是绝对的，同一作物，根据需要可划分为不同的类型。此外，还有按作物播种季节分为春播（夏播）作物和秋播（冬播）作物。按收获季节分为夏熟作物和秋熟作物。按播种密度和田间管理可分为密植作物和中耕作物等。第三节作物的分布和我国种植业分区一、作物的分布（一）作物的分布与环境作物的分布是指作物通过扩散，并在不同地理区域位置上种植后的空间配置情况。作物的分布与作物的生物学特性、气候土壤条件、社会经济条件、生产技术水平、人们的习惯和社会需求状况等各种因素有关，但主要还是受自然生态环境的制约。当作物分布和生长在不同的环境里，由于受到不同环境的影响，在其形态结构和生理生化特性上会发生改变，那些最能适应的变异有机体被保留，由此形成新的类型和品种，产生生活型和生态型的变异。不同作物生长在相同的环境条件下，形成具有相似特征的结构和生物学特性，称为生活型，如水生植物、陆生作物等。同一作物不同品种长期生长在不同的环境条件或人工选择条件下，形成不同的生态型，包括气候生态型、水分生态型、土壤生态型等等。例如大豆是短日照作物，由于长期分布生长在地理纬度不同的地区，形成一些对日照反应不同的类型。在长日照的北方形成了短日性弱的品种，而日照短的南方，形成了短日性强的品种。（二）作物的分布全世界种植作物的种类繁多，分布遍及全球。粮食作物中以谷物的生产面积最大，分布最广，占世界粮食作物总面积的2/3以上；中国的谷类作物占其农作物播种总面积的2/3以上。谷物中又以小麦、水稻和玉米为最多，号称世界三大作物；其次是大豆和蔬类。经济作物中以棉花和油菜为最多；其次为甘蔗和甜菜；烟草和苎麻及黄麻类纤维为最少。中国各大作物种植面积依序为水稻、小麦、玉米、薯类、大豆、油菜、花生、棉花、烟草、甘蔗、甜菜和麻类（表2-2、表2-3）。小麦喜冷凉湿润气候，营养丰富、品质好，适宜制作各种食品，深受人们的喜爱。全世界小麦面积最大，主要分布于亚洲、北美洲和欧洲，占世界小麦面积的86.9%；其中又以印度、中国、俄罗斯和美国分布为最多，占世界小麦面积的45.8%。中国小麦种植分南方冬麦区、北方冬麦区和北方春麦区，广泛分布于6大行政片区，面积大小顺序为华东、华南、华北、西北、西南和东北。分布最多的省市是河南和山东，河北、江苏、安徽、四川、陕西、甘肃和湖北也有较大面积分布。水稻是高温短日照作物，营养丰富，粗加工简单，适口性好，成为世界上第二大粮食作物。由于受积温、降雨和灌溉的影响，目前主要分布于亚洲尤其是东南亚国家，占全世界水稻面积的90%；其中以印度面积为最大，其次为中国，再次为印度尼西亚、孟加拉和泰国，上述5个地区水稻面积占全世界水稻面积的70%左右。其次为非洲和南美洲，欧洲和大洋洲种植较少。中国水稻种植南方主要为籼稻，北方主要为粳稻。广泛分布于6大行政片区，其中以华东、华南为最多，占全国面积的74.9%；次为西南地区，华北和西北最少。面积较大的省市有湖南、江西、广东、江苏、广西、湖北、四川、安微和浙江。其中湖南达3984.47khm2为最多。玉米是高产的C4作物，又是营养丰富的优质饲料作物，有“饲料之王”的美誉。玉米主要分布于亚洲和北美洲，占世界玉米面积的59.4%；次为非洲，再次为欧洲和南美洲，大洋洲分布最少。其中以美国面积为最大，其次为中国，再次为巴西。上述3国玉米面积占全世界玉米面积的46.5%。中国玉米主要分布于自东北黄淮海平原至西南的一条狭长型的地带上，主产区为华北和东北地区，华北和东北玉米面积则占全国面积的47.2%。主要分布于山东、河北、黑龙江、吉林、河南，辽宁和内蒙古。薯类作物包括甘薯和马铃薯，薯类作物其块根块茎内含有丰富的淀粉及维生素，是贫困山区农民的主食和主要饲料作物，也是重要的工业原料作物。甘薯喜温，主要分布于亚洲和非洲，马铃薯喜凉，主要分布于亚洲、欧洲和美洲，中国是薯类的最大生产国，其次为尼日利亚，俄罗斯居第三。３个国家的面积占全世界薯类面积的39.5%。中国甘薯主要分布于南方，马铃薯主要分布于东北、西北和西南地区。其中以四川面积为最大，占全国薯类面积的12.4%。此外分布较多的省市有重庆、贵州、河南、内蒙古、安微和山东。表2-2世界主要农作物的面积分布单位：khm2作物世界总计亚洲非洲北美洲南美洲欧洲大洋洲谷物6756343180958998915353459912499316424小麦2151809676585323278581215743211545稻谷153458137272770719935712620155玉米137549412102539240473176191277679大豆73553168669043092123610119952薯类514941765019475128336639150273棉花3211419452467953871580527487油菜籽268451479217254484748711514黄麻类1944186722161621/烟叶421627723803464282873甘蔗1936886641402285459651.2480甜菜6236121788575484306/蔬菜41616282944396235813405055173（据FAO，2000）表2-3中国主要农作物的面积分布（1999）单位：khm2作物总计华北东北西北华南西南华东谷物91616.8612780.2911233.47730.8622293.712962.917536.28稻谷31283.56357.82581.6308.1612115.244616.611304.16小麦28854.264898.211173.54151.066123.773724.38782.52玉米25903.945524.46705.22252.673724.393767.53929.1薯类10354.651350.28546.41033.322408.83127.41888.45大豆7961.661466.32666.9443.31362.5466.02552.92棉花3725.57327.726.901054.61203.6399.61033.12油菜6898.75216.773.10583.552122.911396.32506.19甘蔗1302.86000.10887.87334.580.39甜菜341.0287.4149.8102.4200.50.9烟草1373.9519.06103.872.24339.87689.0148.58花生4268.44470.48129.737.51729.81307.91592.15麻类205.094.4350.27.9573.3137.531.7（引自《中国农业年鉴》，2000）大豆是人类主要的植物蛋白来源，其营养丰富，用途广泛。起源于中国，但在美洲有较大发展。北美洲种植面积最大，次为南美洲，再次为亚洲，大洋洲分布极少，仅美洲大豆种植面积就占全世界大豆种植面积的74.1%。其中以美国种植面积为最大，占世界种植面积的42%；次为巴西、中国和阿根廷，４个国家大豆面积占全世界大豆面积的82.5%。中国大豆主要分布于东北和华东地区，占全国面积的65.6%。西南和西北地区种植较少。其中以黑龙江为最多，占全国总面积的27.0%左右，其次为内蒙古、河南、山东、安微和河北。棉花是重要的工业原料。主要分布于亚洲，占世界棉花面积的60.6%；其次为北美洲和非洲，再次为南美洲、欧洲和大洋洲。棉花生产面积最大的国家为印度，其次为美国，再次为中国和菲律宾。４个国家的棉花生产面积占全世界面积的63.6%。中国棉花主要分布于华东、华南和西北地区，占全国棉花种植面积的88.3%。其中以新疆和河南分布最多，其次为山东、湖北、安微、河北、江苏和湖南。油菜喜冷凉，是四大油料作物之一，是人类食用油的主要来源。主要分布于气候冷凉的国家和地区，亚洲分布最多，占总面积的55.1%，其次为北美洲和欧洲，南美洲和非洲分布最少。其中又以中国为最多，其次为印度和加拿大。上述3个国家油菜面积占全世界油菜面积的70.7%。中国油菜主要分布于华东和华南地区，占全国面积的67.1%，其次为西南地区，东北与华北油菜分布较少。主要分布在湖北、安微、湖南、四川、江西、江苏和贵州，其中以湖北为最多。甘蔗主要分布于亚洲和南美洲，且以印度和巴西为最多，其次为中国。中国甘蔗以华南地区为最多，占甘蔗总面积的68.1%；其次为西南地区；华北、东北和西北地区几乎无甘蔗种植。广西种植面积为最大，其次为云南和广东，其它省市均较少。甜菜主要分布于欧洲，占世界面积的69.1%，其次为亚洲。主要分布于俄罗斯、乌克兰，其次为美国、土耳其、德国和法国。中国甜菜仅在华北、东北和西北地区种植，其中以黑龙江种植为最多，其次为新疆和内蒙古，其它省市均较少。烟叶是嗜好类作物，主要分布于亚洲，占全世界面积的65.7%，除大洋洲极少种植外，欧洲、北美洲、南美洲和非洲的面积差不多。其中以中国的烟叶面积为最大，占全世界烟草面积的30.9%。其次是印度、巴西和土耳其。中国烟草主要分布于西南地区，占全国烟草总面积的50.1%，其次为华南地区，华北地区种植最少，其中以云南为最多，其次为贵州和河南。此外四川、重庆、湖南、湖北、黑龙江、山东、福建也有种植。中国麻类作物主要以苎麻为最多。麻类种植以华南地区为最多，其次为东北地区，再其次为西南和华东地区，华北和西北地区种植较少，其中以黑龙江生产面积最大（主要是亚麻），其次为四川、湖南和湖北（以苎麻为主），河南为黄红麻的主产区。各种作物的分布是受多种因素制约的，随着社会经济的发展，农业科技进步、政治因素、市场因素的影响，作物的分布也会随之发生变化。二、我国种植业分区（一）自然条件与种植业地域分异种植业地域分异，主要表现在种植业生产条件、种植业专业化方向、种植业部门结构、种植业经营方式、生产水平、集约化水平和技术措施体系等方面。形成这种分异的因素，主要是自然条件以及相关的社会经济条件、技术条件和人为因素等。其中自然条件是决定种植业地域分异的主要因素。我国地域辽阔、地形地貌复杂。在地理上明显呈现出纬度地带性、经度地带性和垂直地带性三大特点，引起温度、降水、光照等的巨大变化。因其温度的变化，形成了12大温度带，即寒温带、中温带、暖温带、北亚热带、中亚热带、南亚热带、热带、干旱中温带、干旱暖温带、高原寒带、高原亚寒带和高原温带；因其降水量的差异，自东南沿海至西北内陆形成了湿润（年降雨量700mm以上），半湿润易旱（年降雨量在500～700mm），半干旱（250～500mm）和干旱（年降雨量250mm以下）等四个湿度带。温度、降水和光照三者综合作用，使种植业形成了东部季风区、西北干旱区和青藏高原区三大自然区域。不同的自然区域分布着不同的作物。（二）我国种植业分区为了充分合理地利用我国农业资源，因地制宜，发挥各地区优势，有必要对地区的各种条件和特点进行研究、作出种植业区划。70年代末，由全国农业区划委员会领导，组织若干单位进行全国综合农业区划，将全国划分为10个具有不同特点的一级综合农业区和38个二级农业区。80年代初，由中国农业科学院等单位在此基础上，依据发展种植业的自然条件和社会经济条件；作物结构、布局和种植制度；种植业发展方向和关键措施等的相对一致性，并保持县级行政区界的完整性，将全国种植业划分为10个一级区和31个二级区。一级区是以地理位置、农业地貌类型和在全国所占地位命名，二级区则仅以地理位置及地貌类型命名。各区简介如下。1．东北大豆、春麦、玉米、甜菜区本区包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古的大兴安岭地区和哲里木盟中部的西辽河灌区，共180个县（旗）市。总耕地占全国的16.5%。大部地区一年一熟，南部地区可二年三熟或一年两熟。主要作物有大豆、玉米、高梁、谷子、春小麦、马铃薯、水稻、甜菜、亚麻及早熟棉花等。其中大豆、春小麦、高梁的产量和质量均居全国之冠，玉米面积居首位。是我国甜菜和亚麻基地。该区北部是马铃薯集中产区，也是全国种薯基地。2．北部高原小杂粮、甜菜区本区位于我国北部，包括内蒙古包头以东地区，辽宁西部朝阳、铁岭地区和阜新等11个县。冀、晋、陕西北部，甘肃中、东部，青海东部和宁夏南部，共275个县（旗）市。总耕地占全国的14.4%。大部分地区一年一熟，粮食作物以旱粮为主，经济作物有甜菜、油菜、胡麻和向日葵等，是我国旱地农业较为集中的地区之一，也是农牧交替区。本区盐碱、滩川荒地较多，日照充足，温度日较差大，有利甜菜生长和糖分积累，播种面积和产量居全国第三位。3．黄淮海棉、麦、油、烟、果区本区位于长城以南，太行山以东，渭北高原以南，秦岭淮河以北，包括京、津、山东全省，河北、河南大部，苏、皖两省淮河以北，山西南部和关中平原，共456个县（市）。总耕地占全国的25.6%。作物二年三熟或一年二熟。本区作物种类繁多，粮食作物中冬小麦、棉花、花生、芝麻面积和产量均占全国的二分之一左右，烤烟产量占60%，是我国重要的粮、棉、油、烟、果等集中产区。4．长江中下游稻、棉、油、桑、茶区本区位于秦岭淮河以南，南方丘陵山地以北，西接鄂西山地，东临黄海，地跨上海市、安徽、江苏、湖北省大部，浙江、江西、湖南省3省北部的太湖、鄱阳湖、洞庭湖平原，共243个县（市）。耕地中主要以水田为主。该区素有鱼米之乡的称号，是我国粮、棉、油、麻、丝、茶等重要产地，稻谷、棉花、油菜播种面积和总产量分别都占全国的三分之一左右，麻类作物面积占全国麻类种植面积的18%，总产量的30%左右。5．南方丘陵双季稻、茶、柑桔区本区位于长江中下游平原区以南，华南区以北，雪峰山脉以东至东海之滨，包括湘、浙、赣、闽四省大部，皖南、鄂东南、粤北、桂东北区297个县（市），耕地以水田为主。双季稻栽培面积占水田面积的73%，是我国双季稻比重最高的一个区。6．华南双季稻、甘蔗、热带作物区包括福建南部，广东中部和南部，广西、云南南部及台湾省，共191个县市（不包括台湾省）。作物种类繁多，粮食作物中双季稻占90%以上，甘蔗面积和产量占全国的2/3，龙舌兰麻、香茅、咖啡等热带作物都分布在这一地区。7．川陕盆地稻、玉米、薯类、桑、柑桔区本区包括陕西秦岭以南地区，鄂西山区，四川盆地，甘肃东南部，豫西的西峡、淅川两县，共199个县市。本区丘陵、山地约占全区土地总面积的90%左右，耕地中旱地占58%，水田占42%。粮食作物中，水旱粮并重，水稻占主要地位，其次是玉米、甘薯、小麦等。经济作物以油菜、桑、柑桔为主，其次是甘蔗、烤烟、药材等。8．云贵高原稻、玉米、烟草区本区包括黔、云中北部，湘西及桂西北、川西南，共247个县。山地高原占总面积的95%左右，海拔1000～2000m之间，丘陵起伏，地形复杂，气候差异大，有高寒山地，也有温暖盆地，立体农业明显，种植制度复杂多样，烤烟品质较佳。9．西北绿洲麦、棉、甜菜、葡萄区本区包括新疆全省，甘肃河西走廊，青海柴达木盆地，宁夏西北部及内蒙古西部，共137个县市。土地大，耕地少。必须灌溉才能种植，全区90%左右的耕地是灌溉区，有灌溉水源的地被垦为农田，种植作物，成为绿洲。粮食作物以小麦为主，南疆有长绒棉，北疆有甜菜基地，葡萄总产约占全国的一半。10．青藏高原青稞、小麦、油菜区本区包括西藏自治区，青海南部和东北部，川西、甘南、云南西北德钦、中甸两县，共129个县市。土地总面积大，可耕地少。主要为牧区，农作物一年一熟，作物多为喜凉耐寒作物，其中青稞、小麦、豌豆、油菜4种作物的面积最大，占播种面积的90%左右。【复习思考题】１．研究作物的地理起源有什么意义？２．世界作物起源于哪些地理中心？３．稻、小麦、玉米、甘薯、马铃薯、大豆、油菜、棉花等主要农作物的起源地分别在什么地方？４．按作物的生物学特性，怎样对作物进行分类？５．按用途和植物学系统相结合，怎样对作物进行分类？６．简述作物分布与环境条件的关系。７．简述水稻、小麦和玉米３大作物在世界及其中国的分布状况。８．简述我国种植业区划的依据及其各大区的种植业特点。第三章作物的生长发育与产量、品质第一节作物的生长发育作物的生长是指植物细胞的增大与增多，是植物体或某一器官体积和重量增加的量变过程。发育是指作物从营养器官阶段转到生殖生长的质变过程。由于细胞有序地进行一系列复杂的变化，形成了具有不同结构和机能的细胞、组织、器官。生长和发育常常是交织在一起的。一、作物的一生（一）作物的生育期作物完成从播种到收获的整个生长发育所需的时间称为作物的生育期，以天数表示。对于以收种子为主的作物是指从种子出苗到作物成熟的天数。如棉花一般将出苗至开始吐絮的天数作为生育期。经常采用育苗移栽的作物，如水稻、甘薯、烟草等，通常还将其生育期分为苗床（秧田）生育期和大田生育期。对于以营养体为收获对象的作物，如麻类作物、牧草、绿肥、甘蔗、甜菜等，生育期是指出苗到产品适宜收获期的总天数。（二）作物的生育时期在作物的一生中，其外部形态特征总是呈现若干次显著的变化，根据这些变化，可以划分为若干个生育时期。目前，各种作物的生育时期划分方法尚未完全统一。几种主要作物的生育时期如下：禾谷类出苗期，分蘖期，拨节期，孕穗期，抽穗期，开花期，成熟期豆类出苗期，分枝期