粮食生产与地球环境

粮食生产与地球环境

重点：1.影响作物生产的三个重要因素

2.认识作物生长的自然环境

3.认识作物生长的人文环境

4.环境对作物生产的影响 1-1.影响作物生产的因素

1-2.作物的生长环境

1-3.作物面临的环境问题作物的生长环境假设你是一种作物感受你生长的地方想象你生活中的需要感受一下亲身的体验植物为何而生？如何生？为了要延续个体与族群的生命各自独立、自由竞争、艰苦奋斗作物为何而生？如何生？作物为何而生？如何生？为了要得到依赖人类照顾、依计划而生最高的产量与质量以 的三边代表三个因素， 则 时可得到 。三角形三边相等最大收量产量的形成，受以下三个因素间的交互影响。

1.作物本身

2.生长环境

3.栽培管理技术 作物技术环境1-1.影响作物生产的因素

而每一个因素中，又各有许多项目，必须达到平衡。可以用木桶原理来解释，当其中一个项目不足的时候，就会变成限制因子，限制产量的提升。

产量的形成，受以下三个因素间的交互影响。

1.作物本身

2.生长环境

3.栽培管理技术

作物在大自然下的生长环境是完全不固定的变因

同时在自然条件下极难获得最理想的环境随着不同地区及时间均有变化地区之间：

年份之间：季节之间：对作物的生长与生产造成严格的限制，1-2.作物的生长环境

环境因子：是指任何会影响作物生长发育或最终产量的因素，包括物理，化学及生物各种因子。自然环境，人文环境，都会影响作物的生长与生产。

如何影响？

作物生长在大自然的状况下， 必须适应变化多端的环境，

首先要设法存活， 并且繁殖后代，延续族群的生命

因此，环境对作物的影响：

(1)作物在某地区内是否可以生长，并达到经济生产。

(2)对作物营养生长与生殖生长的转变，并进一步影响产量与质量。

1-2-1.环境对作物生长与生产的影响

由于这方面牵涉的范围甚广，无法一一详细说明，以下仅就一些有趣的例子加以介绍， 大家可以举一反三，在周遭的生活环境中观察到许多实例。1-2-2.自然环境–土壤想象一下土地的原貌，开发为农地有什么改变土壤环境：地形：

地势高低：坡度大小：北横拉拉山中横上的果园可怜青山…?宜兰县大同乡四季村在河床上种菜大雨来时….?人与天争地不当开发后果严重土壤环境：土壤：质地：肥瘠：透水性：保水性：

面积：

受的控制： 在某一土地上，以特定的生产技术栽培作物 当增加劳力或资本时，可以使生产量增加， 但是当达到某一限度后， 生产成果就不再与劳力或资本的增加成正比收益投资土壤环境：土地报酬递减率土地：国家的重要基础各类型土壤全球分布掌握土壤信息做好土壤保育1-2-3.气候环境：强弱长短光质光照

下一章详细解说高低季节变化昼夜变化累积温度1-2-4.气候环境：温度

作物生产和分布温度影响作物生活中每一个生理作用光合、呼吸、吸收、蒸散、转运等影响作物一生中每一个生长发育步骤种子发芽、生长发育、开花、结实等气温、水温、土温、变温、积温昼夜性变温：日夜温差差多少比较好？好在哪里？日或夜谁比较重要有利于大多数之作物生育有利于作物质量一般而言夜温是影响生长之主要因子，多数植物在冷夜情形下可促进生长，但少数植物则以暖夜有利于生长，例如大麦、小麦、红豆、豌豆、蚕豆等。温度影响植物的开花Thermoperiodicity:感温周期性

植物的生长及发育， 受温度周期变化之影响例：春天开花的植物看到杜鹃花了！看到樟树了吗？校园情报例：需要低温刺激后才开花例：需要低温刺激后才开花雨季长短雨季早晚雨量大小雨量密度溼度：霜：雾：

露：1-2-5.气候环境：水分降水量与农业经营之关系降水量/年区域农业经营＜250mm 干旱区(aridregion)勉强放牧250–500mm半干旱区(semi-aridregion)适于放牧有灌溉下可栽培作物500–750mm半湿润区(semi-humidregion)栽培作物应采取适当防旱措施或灌溉750–1000mm湿润区(humidregion)适合大部分作物栽培1000–2000mm热带水稻区每年可栽培水稻1–2次1.年降水量：2.降水量之分配：例如在热带、亚热带区常有明显的干季与湿季，在干季中，作物无法生长，需要适当灌溉。3.降水密度：单位时间，单位面积的降水量处处土石流水流的冲刷力量令人敬畏地震后形成的大峡谷所有拦沙坝都被冲毁所有拦沙坝都被冲毁坡度大的山区宜以梯田开发菲律宾吕宋岛上的稻梯田中国云南元阳梯田为何亚洲热带地区开发后。适宜水田方式栽培？

溼度霜雾

露哪些植物喜欢？哪些植物不喜欢？喜欢云雾的茶树我是…..?云雾太多会生病呵呵呵！我是爱尔兰飢荒的主角马铃薯台湾大学刘丽飞1-2-6.气候环境：风：强弱方向哇！这里一定风大需要这么坚强的防风林空气二氧化碳含量污染物含量1-2-7.气候环境：微生物：细菌、真菌、病毒动物：线虫、昆虫、鸟类、囓齿类、人类植物：杂草1-2-8.生物环境：唉！美丽，却是哀愁虫虫大战植物阵亡最难缠是福寿螺逐水草居鸟害：鸟害防除：杂草防除：耕作第一步骤清除杂草农田中没有杂草只有单一整齐的作物人口密度与分布民族生活习惯劳力投资交通市场资本1-2-9.社会环境：1-2-10.经济环境：气候环境变迁农业生产

Climatechange

1-3-1.全球暖化–温室气体，海平面上升

1-3-2.水资源枯竭

1-3-3.沙漠化

1-3-4.酸雨Acidrain

1-3-5.污染

Pollution

1-3-6.

臭氧

Ozone

?1-3.作物面临的环境问题

/wiki/Global_warming

地球温度1-3-1.全球暖化–温室气体，海平面上升1988年，世界气象组织（WMO）和联合国环境规划署（UNEP）建立联合国气候变迁跨政府委员会（IPCC）。根据

IPCC第三次评估报告指出，二十世纪全球平均地表温度已增加0.6℃，若人类再不采取任何防制措施，到了2100年，全球平均地面气温将比1990年增加1.4～5.8℃。

地球环境变迁-地表温度改变1880-2007暖化警讯／北极气温2千年来最高2009.09.05发表在最新一期《科学》期刊的论文显示，在阳光和温室气体双重影响下，北极气温在过去一百年间迅速上升，已达两千年来最高点。英国广播公司（BBC）报导，研究人员分析23件取自冰核、树木年轮和湖泊沉积物的样本，发现原已持续冷却千余年的北极，气温从上世纪初开始上升，过去50年间尤其剧烈，以致两千年来的北极气温变化曲线图，看似顶尖向上翘的曲棍球球棍。美国北亚利桑纳大学研究人员考夫曼表示，过去半世纪是北极两千年气候纪录上最温暖的时期，「过去十年间尤其剧烈」。由于地球轨道摆动使北极夏季阳光逐渐变弱，在公元1900年之前，北极是以每千年平均下降摄氏0.2度的速率持续冷却。20世纪起，由于温室效应，北极气温忽然转以每千年平均上升摄氏1.2度的速率暖化。导致全球气候变迁的重要原因之一，是肇因于世人滥用煤炭、瓦斯和石油，这些化石燃料燃烧释出大量的温室气体（Greenhousegases）◎二氧化碳（CO2）◎甲烷（methane,CH4）◎氮氧化物（NOx）◎冷煤–氟氯碳化物等温室气体来源工业生产32%交通运输14%民生12%废弃物2%火力发电厂20%农业20%1760年以前 280ppm1958年 328ppm1997年 350ppm2100年 600ppm

年度 CO2浓度CO2浓度之变化工业20%交通运输

24%民生14%火力发电42%CO2来源各国因燃烧化石燃料所排放的二氧化碳量(蓝色为最高)-2006CO2提高农业的影响?增加光合作用减少光呼吸产量增加产量减少地球升温气候改变Q:如何控制大气中CO2浓度? 研究二氧化碳对植物的影响FreeAirCarbondioxideEnrichment(FACE)为什么去年石门水库的枫叶特别美丽？海平面高度VeniceUnderSiege联合国推估：世纪末海升1公尺台北泡水里2009.09.02八八水灾让台湾了解到极端气候的威力及隐忧。开始注意到全球强降雨（指该年度时雨量排名前百分之十的降雨事件）增加的情形；台湾每年前百分之十的强降雨都是台风带来，但现在的强降雨足足比五十年前增加了近一倍，未来廿五年，强降雨出现频率可能会再增加一倍。「小雨却比五十年前减少了一半」。联合国政府间气候变迁小组(IPCC)三月预估，世纪末海水因全球暖化上升的高度，从原本的四、五十公分上修到一公尺，台湾是受冲击最大地区的前十名。如果海平面继续升高，台湾沿海平原至少有一成的土地被淹没，到时候彰化、云林、嘉义、宜兰，甚至台北盆地都将泡在水里。水资源

20年内数亿非洲人与拉丁美洲人缺水

2050年前10亿亚洲人缺水

2080年时全球会有11亿人缺水疫病

2030年前腹泻、疟疾、登革热死亡率升高冰河

2050年前欧洲小冰河消失，大冰河缩减北极熊

2050年前野生北极熊濒临灭絶霾害

2050中期美国霾害恶化水灾

2080年前每年1亿人失去家园饥饿

2080年前2亿到6亿人閙饥饿物种

2100年欧洲植物半数濒絶或絶种全球暖化影响简表1-3-2.水资源枯竭2025年前2/3人口将面临缺水或水质降低问题过去100年中，全世界耗水量比人口增长速度还快两倍从1900年到1995年，全世界耗水量增加了6倍。大自然的水资源水的总体积约14亿Km3海水约97.5%淡水约1.7%地下水约0.72%河川水约0.0001%可供生活、农业及工业利用的水只有约2.5%，其中比较容易利用的河川、湖泊及地下水只有约0.8%。水的三害1.多水2.少水3.污染位于中亚的咸海曾是世界第四大湖，但由于苏联实施乌兹别克旱地棉田灌溉计划，从咸海源头大量引水，咸海面积严重缩减，20世纪末，咸海就分裂成三个残余湖泊，去年，东南方的湖区干涸消失，西南湖区也只剩南北狭长带状，且因为太咸，鱼类已经消失。如今只剩下50年前的一成。风把干涸湖床的盐、砂和有毒物质吹起，远至日本、北欧，都受来自咸海的沙尘暴所苦。19602008贵州226天无雨84县重灾区2010.03.22百年之最从中国干到东南亚2010.03.24中国百年大旱在中国，有2/3的城市严重缺水。【祖国云南的旱灾造成农业经济损失已逾35亿。内蒙古、宁夏、甘肃、山西、辽宁等地，干旱造成作物籽粒发育不良，严重减产。】【考古新推论两世纪干旱灭了马雅帝国？】考古学家研究冰河冰雪核心及树木年轮指出水源枯竭谷物不生饿死马雅人也许干旱也是吴哥文明衰微原因之一据说，维京人在欧洲气候温暖时袭取冰岛、格陵兰和北美洲，但到了1300年和1880年之间，气候恶化，天气最糟糕的时候也正是爱尔兰发生大饥荒、西班牙无敌舰队被歼灭以及法国大革命爆发之时，维京人在北美和格陵兰的殖民地也宣告瓦解。天气小幅波动对人类文化也有影响。举例言之，1816年夏天的气候有如寒冬，诗人拜伦、雪莱以及雪莱的妻子玛丽得设法自娱，于是玛丽的名著「科学怪人」就在阴暗潮湿的天气中应运而生。小说家狄更斯的寒冬经验也影响了他的作品。资料来源︰EM-DAT:TheOFDA/CREDInternationalDisasterDatabase,UniversiteCatholiquedeLouvain,Brussels,Belgium.世界自然基金会（WWF）2007.03.21发表报告指出，未来数十年，污染、兴建水库、气候变迁等因素可能毁掉一些世上最重要的河流，造成严重的水荒，并使一些淡水物种灭绝报告特别提及全球十大濒临危机的河流流域，而亚洲就占了五条。

全球十大濒临危机的河流亚洲：印度河、恒河、长江、湄公河、

萨尔温江澳洲：墨瑞河/达令河东非：尼罗河/维多利亚湖欧洲：多瑙河美国与墨西哥：格兰德河/布拉瓦河南美：拉不拉他河石门水库上游淤塞的荣华坝石门水库上游淤塞的霞云坪【雪山隧道断水脉北宜闹水荒】千年水脉流失恐怕难以回复山泉水减量，威胁农产业和休闲产业

梯田一年两获变一获石碇山泉变少又变脏

头城洗衣池水位减半坪林活水不见了锦鲤养不活

隧道边开挖茶树边枯死

新店广兴里菜园喝不饱收获掉九成宜兰：下一个缺水桃园

隧道通风竖井污染环境

纯净健康的水1-3-3.沙漠化沙尘暴世界四大沙尘暴多发区：北美、澳洲、中亚、中东。伊拉克在入夜前爆发的沙尘暴

中国祖国造成重大损失的沙尘暴年代次数60年代8次70年代13次80年代14次90年代23次2000年12次2001年15次2002年11次次数历年沙尘暴侵台次数1-3-4.酸雨Acidrain污染来源大致可分为两类：

1.自然物质：如：火山爆发喷出大量之硫化物及悬浮固体物，自然水域表面释放之硫化氢，动植物分解产生有机酸，土壤微生物及海藻释放之硫化氢、二甲基硫及氮化物等，都会使雨水之pH值降至5.0左右;2.人为物质：工业化后，燃料之大量使用，燃烧过程中产生CO2、HF、SO2、NOX及悬浮固体物，排放至大气环境中，经光化学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质使得雨水pH值降低。雨水的pH＜5.6

人为干沈降干沈降溼沈降自然大气中气体污染物大气中粒状污染物在云雾与降雨中的污染物酸雨形成过程广州雨水比醋还酸

2008.03.27

广东环境质量持续恶化，广州雨水比醋还酸。该省日前发表的2007年环境质量公报显示，珠三角地区空气质量呈下降趋势，全年有11个城市出现过污染天气。珠三角地区部分城市水质重度污染，广州、深圳饮用水质仍未达标，名列黑榜。酸雨污染严重程度超过前年，广州、韶关、深圳、珠海、佛山等九个城市属重酸雨区。其中广州每下10场雨竟然八场是酸雨，首季降雨几乎百分百为酸雨，而且酸度愈来愈浓。台湾地区酸雨严重

【2008.01.15】

北部酸雨较南部明显，北部酸雨频率占七成五、高雄六成二。雨水最酸的地区在阳明山鞍部测站，pH值只有4.4。台湾酸雨每年直接经济损失达十亿元，间接的生态损失达一百亿元。经济损失评估包括森林、河川与湖泊、生物多样性、农作物、建筑与材料、以及人体健康。以农作物为例，酸性污染物质（如二氧化硫）的直接影响是造成农作物生长不良，间接影响指的是二氧化硫的沉积造成土壤酸化。

酸雨农业生产?◎

伤害植物外观，根系及微生物◎

植物体组成分变化◎

植物体生理反应异常◎

生长阻滞，产量降低1-3-5.污染pollution

污染的来源主要为工业、农业和

生活

工业污染

废气：二氧化碳、二氧化硫、苯、硫化氢、氮氢化物、氟氧化物、氟化氢、氯化氢、

甲醛、氨等。(2)重金属：铬、镉、镍、铜、汞等。(3)原油、石油制品等。（1）耕地不当开发、土壤流失（2）化学肥料、农药之施用， 使河川湖泊优养化，氮化合物使饮水中硝酸盐增加，危害人体健康。

农业污染（1）消耗能源，排出废气，造成大气污染。（2）生活污水。（3）厨房垃圾，塑胶用品、废纸、废家具等

生活污染这些污染，不仅危害作物生产，对于人类生活也产生极大威胁，应速谋解决之道。全球净滩一天清出千万余件垃圾100414环保组织海洋保育协会（OceanConservancy）13日发布的报告指出，去年9月19日的每年一度国际净滩行动，发动六大洲约50万名志工清理各地海滩河边垃圾，共捡到近1024万件。垃圾无处不有，种类五花八门，连挪威北部靠近北极圈的岛屿海滩，都捡到理应温暖地方才有人穿的人字拖。污染：中横环山部落中横环山部落梨树下的悲哀土地的悲哀故事桃园县芦竹乡镉污染良田

休耕废弃自1978年开始的十年内，全球各纬度平流层的臭氧含量降低约1.2%至10%，最严重的地区是南极上空，甚至在春季会出现臭氧洞。

目前全球臭氧层削减率正以每年2%至3%的速度在进行

1-3-6.臭氧南极臭氧层破洞超过北美面积

1957-2001臭氧层流失自1990年代开始，地球上空臭氧层的破坏愈来愈严重，尤其是北极与南极上空。温室废气肯定是造成臭氧层破坏的元凶。飞机排放的废气北极上空的臭氧层流失将持续恶化下去，并在2010年至2019年之间达到颠峰。气温上升使产量下降国际稻米研究中心：分析1979–2003年间温度与日射量的变化，发现夜温增温趋势比日温显著，日射量也明显提高，而水稻单位面积产量、地上部生物量、颖花数，都随夜温上升而下降，估计日温每上升1oC，产量将降低7%，夜温每上升1oC，产量将降低10%。另外，在小麦、玉米、大豆等，也有类似的研究结果。日温夜温气候变迁导致非南粮食严重短缺

【2007/03/10中央社】世界粮食计划组织(WFP)发布新闻稿指出，受到气候变迁影响，非洲南部地区天候异常现象将使数百万人面临粮食短缺，安哥拉、马达加斯加、莫桑比克、纳米比亚和尚比亚，数万公顷农作物在最重要的成长期却遭到洪水重创；赖索托、莫桑比克南部、史瓦济兰和津巴布韦，却因长期干旱导致多数农作物枯死或产量降低，以赖索托为例，去年农作物收成便减少60%。【法国大革命「圣婴造成的」】过去五千年间，重大政治与疾病事件都和圣婴现象有关科学家指出，1785年和1788年发生圣婴现象，冬天酷寒、春雨太多而夏季干旱，导致农作物严重歉收，产生法国大革命效应。圣婴现象使带病原的跳蚤蚊蚋丛生，老鼠数量也告增加，造成1340年代末期的黑死病和几次疾病大流行。1557年至1900年间几次流行感冒的全球大流行似乎与圣婴现象有关；天花、疟疾的大流行与之亦有关系。十七世纪时东南亚的圣婴现象令印尼爪等地区人口减半，其原因几可确定是疟疾蔓延而导致人口遽减。在圣婴现象很明显的1845年，爱尔兰异常的天候也许迼成马铃薯枯萎而引起当年的爱尔兰饥荒，以史为鉴，圣婴现象一直造成重大的经济冲击。圣婴现象影响农作物价格！

2009-01-30圣婴现象每三到五年出现一次，是指东太平洋海水温度明显上升，造成气候改变，有些地方会出现大旱灾，有些地方则可能闹水灾，连带使粮食价格大幅波动。由于今年出现圣婴现象的机率超过五成，可能是10年来最严重一次，比2002-03