作物生長發(fā)育與環(huán)境.ppt

第6章作物生長發(fā)育與環(huán)境 第1節(jié)作物生長發(fā)育與光第2節(jié)作物生長發(fā)育與溫度第3節(jié)作物生長發(fā)育與水分第4節(jié)作物生長發(fā)育與大氣第5節(jié)作物生長發(fā)育與礦質(zhì)元素第6節(jié)作物生長發(fā)育與土壤 本章思考題 1 光飽和點和光補(bǔ)償點的概念 2 陽性作物和陰性作物各有何特點 3 能被作物葉綠素吸收利用的是哪個波段的光 4 積溫 活動積溫 有效積溫概念的區(qū)別 5 何謂溫度臨界期和無霜期 6 喜涼作物和喜溫作物對溫度要求有何不同 7 SPAC的中文意思 8 田間持水量 土壤有效水最大含量 相對含水量的概念及其與土壤質(zhì)地的關(guān)系 9 何謂蒸騰系數(shù) 10 通常作物的需水臨界期在何時 11 作物群體內(nèi)部CO2濃度在哪個高度層最低 在哪個高度層最高 在一天的24h內(nèi)哪個時間CO2濃度最低 形成這些現(xiàn)象的原因是什么 12 作物的大量 中量元素各包括哪幾種 13 作物吸收礦質(zhì)的部位和方式各有哪2種 14 為什么缺Fe時水稻心葉先失綠 第1節(jié)作物生長發(fā)育與光 一 作物的光飽和點和光補(bǔ)償點 1 光飽和點在一定范圍內(nèi) 光合作用隨光照強(qiáng)度提高而提高 但提高到一定強(qiáng)度后 光合作用不再提高 這時的光照強(qiáng)度稱為光飽和點 2 光補(bǔ)償點作物在進(jìn)行光合積累的同時也在進(jìn)行呼吸消耗 當(dāng)光照強(qiáng)度很低時 呼吸消耗大于光合積累 凈積累下降 隨光照強(qiáng)度提高 光合積累增加 當(dāng)光合積累增加與呼吸消耗相當(dāng)時 這時的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點 有問題玉米16萬 二 作物對光照強(qiáng)度的要求 由于光強(qiáng)在地球上的分布不均勻 作物長期適應(yīng)了不同的光強(qiáng)條件 就形成了不同類型 1 陽性作物在強(qiáng)光下才能生長發(fā)育良好 而在蔭蔽和弱光下生長發(fā)育不良的作物 這類作物葉綠素a和葉綠素b的比值較大 在紅光部分內(nèi)的最大吸收光譜較寬 能在直射光下強(qiáng)烈地利用紅光 光補(bǔ)償點較高 大部分作物屬陽性作物 2 陰性作物需要在較弱的光照條件下生長 不能忍耐高強(qiáng)度光照的作物 這類作物多生長在背陰或密林的下部 葉綠素a b值小 光補(bǔ)償點較低 其光合速率和呼吸速率都比較低 如茶葉等 3 耐陰作物介于陽性和陰性作物之間 既可以在強(qiáng)光下良好生長 又能忍受不同程度的遮蔭 對光照具有較廣的適應(yīng)能力 但最適宜的還是在完全的光照下生長 常見的許多葉菜類 一些豆科植物即屬此類 三 作物對光質(zhì)的要求 太陽可見光波長范圍是380 760nm 由一系列不同波長的單色光組成的 為光合作用的光譜范圍 不同的光質(zhì)對植物的光合作用 色素形成 向光性 形態(tài)建成的誘導(dǎo)等的影響不同 可見光 380 760 中紅外 3000 8000 近紅外 760 1300 熱紅外 8000 14000 短波紅外 1300 3000 遠(yuǎn)紅外 14000 紅橙光主要被葉綠素吸收 藍(lán)紫光也能被葉綠素和類胡蘿卜素吸收 這部分光輻射叫生理有效輻射 綠光很少被吸收利用 被稱為生理無效輻射 紅光有利于糖的合成 藍(lán)光有利于蛋白質(zhì)的合成 藍(lán)紫光與青光對植物伸長有抑制作用 使植物矮化 青光誘導(dǎo)植物的向光性 紅光與遠(yuǎn)紅光是引起植物光周期反應(yīng)的敏感光質(zhì) 四 紫外輻射對作物的影響 紫外輻射對作物的影響分為直接影響和間接影響 第2節(jié)作物生長發(fā)育與溫度 一 作物三基點溫度 最適溫度 作物生長發(fā)育最快要求的溫度最低溫度 作物生長發(fā)育要求的起點溫度 低限 最高溫度 作物生長發(fā)育所能承受的高限溫度三基點溫度的特征1 不同作物的三基點溫度不同油菜最低3 5 最高28 30 最適20 小麥最低3 5 最高28 32 最適25 水稻最低10 12 最高38 42 最適30 棉花最低12 14 最高40 45 最適30 玉米最低8 10 最高40 44 最適32 2 同一作物不同生育時期所要求的三基點溫度不同種子萌發(fā)溫度 營養(yǎng)器官生長溫度 生殖器官發(fā)育溫度3 同一作物的不同器官也不同 地下部分 地上部分4 最適溫度比較接近于最高溫度 而離最低溫度較遠(yuǎn) 最高溫度多在30 40 自然界較少出現(xiàn) 因此 高溫危害少 低溫危害多 二 溫度臨界期 作物性細(xì)胞減數(shù)分裂期和開花期 對外界溫度最敏感 如遇低溫或高溫都會導(dǎo)致嚴(yán)重減產(chǎn) 這種對外界溫度最敏感的時期稱為溫度臨界期 幾種作物開花期三基點溫度 三 積溫 積溫作物一生或某一生育階段內(nèi)日平均氣溫累積之和 通常用 0 或 10 期間的溫度總數(shù)表示 如棉花早熟品種要求 10 的積溫2600 2900 中熟品種3400 3600 遲熟品種4000 積溫也用來表示一個地區(qū)的熱量條件 如 10 的積溫 哈爾濱是3000 北京是4200 濟(jì)南是5000 武漢是5300 廣州是8100 積溫常有兩種表達(dá)方式 活動積溫 有效積溫 活動積溫是將 生物學(xué)零度的日平均溫度逐日累加起來 生物學(xué)零度一般為三基點溫度的最低溫度 喜溫作物生物學(xué)零度溫度多用10 耐寒作物多用0 有效積溫是將 生物學(xué)零度的日平均溫度 生物學(xué)零度溫度后再逐日累加起來 也稱為生長度日 growingdegree days GDD 四 無霜期 某地春季最后一次霜凍到秋季最早一次霜凍出現(xiàn)所持續(xù)的天數(shù) 是衡量一個地區(qū)熱量資源的又一個指標(biāo) 五 作物對溫度的要求 由于溫度在空間和時間上的分布不均勻 作物長期適應(yīng)了不同的溫度條件 就形成了不同類型 1 喜涼作物喜涼耐寒作物 適溫15 20 可耐 20 的低溫 如冬小麥 黑麥 喜涼耐霜作物 適溫15 20 可耐短期 8 的低溫 如油菜 春小麥 碗豆等 2 喜溫作物溫涼型作物 適溫20 28 不耐10 以下低溫 高溫超過30 也不利于生長 如大豆 谷子 紅麻等 溫暖型作物 適溫25 30 不耐10 以下低溫 高溫超過35 也不利于生長 如水稻 棉花 玉米 黃麻等 六 栽培措施對溫度的影響 1 灌溉在高溫來臨時灌溉可降溫 在低溫來臨時灌溉可升溫 2 土壤耕作中耕松土可升溫 鎮(zhèn)壓土壤可降溫 3 土壤覆蓋地膜覆蓋和秸稈覆蓋可升溫 第3節(jié)作物生長發(fā)育與水分 作物生長發(fā)育過程中 水分經(jīng)由土壤到達(dá)植株根表皮 通過根系吸收后經(jīng)由莖稈到達(dá)葉片 再通過蒸騰作用擴(kuò)散到大氣層 形成連續(xù)系統(tǒng) 這個體系被稱為 土壤 作物 大氣連續(xù)體 SPAC soil plant atmospherecontinuum 一 土壤水分指標(biāo) 1 土壤含水量 土壤含水率 土壤濕度 質(zhì)量含水量 土壤中水分的重量與干土重量的比值 式中 m為土壤質(zhì)量含水量 W1為濕土重量 W2為干土重量 W2為將濕土在105 下烘干時獲得的土壤重量 容積含水量 土壤中水分的容積與土壤總?cè)莘e的比值 式中 v為土壤容積含水量 V1為土壤水容積 V2為土壤總?cè)莘e 由于水的密度近似等于1g cm3 可推算出質(zhì)量含水量 m 與容積含水量 v 的關(guān)系 P為土壤容重 2 土壤萎蔫系數(shù)土壤中的水分降到植物根系無法吸水而發(fā)生永久性萎蔫時的土壤質(zhì)量含水量 稱為凋萎系數(shù)或萎蔫點 一般土壤質(zhì)地越粘重 萎蔫系數(shù)越大 低于萎蔫系數(shù)的土壤水分 作物無法吸收利用 屬于無效水 3 田間持水量土壤中毛管孔隙中充滿水分時的土壤質(zhì)量含水量稱為田間持水量 4 土壤有效水最大含量田間持水量 萎蔫系數(shù) 稱為土壤有效水最大含量 5 相對含水量土壤質(zhì)量含水量與田間持水量的比值稱相對含水量 多數(shù)情況下稱為田間持水量的X 相對含水量表達(dá)了毛管懸著水的飽和程度 有效性和水氣比例 是確定灌溉 土壤耕作的依據(jù) 6 土壤水儲量或土壤儲水量指一定面積和厚度土壤中含水的絕對數(shù)量 一般用mm表示 二 作物需水量和需水臨界期 作物的需水量可根據(jù)蒸騰系數(shù)來估算 蒸騰系數(shù)是作物每形成1克干物質(zhì)所需要消耗的水分克數(shù) 作物全生育期內(nèi)對水分缺乏最敏感 最容易受害的時期被稱為作物需水臨界期 通常作物的需水臨界期是花粉母細(xì)胞四分體形成期 此時缺水會導(dǎo)致性器官發(fā)育不良而嚴(yán)重影響產(chǎn)量 三 栽培措施對土壤水分的影響 1 灌溉與曬田2 土壤耕作 中耕松土可保蓄水分3 土壤覆蓋 地膜覆蓋和秸稈覆蓋可保蓄水分 第4節(jié)作物生長發(fā)育與大氣 一 作物與大氣的關(guān)系 1 作物與CO2作物與CO2的關(guān)系具雙重性 光合吸收CO2 呼吸放出CO2 光合與呼吸的結(jié)果 使群體內(nèi)CO2濃度的變化具有規(guī)律性 光合作用進(jìn)行期間 白天 以中部CO2濃度最低 低部最高 在一天的24h內(nèi) 中午CO2濃度最低 2 作物與O2作物與O2的關(guān)系也具雙重性 光合放出O2 呼吸吸收O2 其表現(xiàn)與CO2相反 作物的呼吸分有氧呼吸和無氧呼吸 有氧呼吸將光合產(chǎn)物分解為CO2 H2O 無氧呼吸光合產(chǎn)物不能完全氧化 產(chǎn)生酒精等有害物質(zhì) 3 作物與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濃度對作物生長的影響 1 直接影響CO2濃度提高光合作用增強(qiáng) 呼吸作用削弱 氣孔開度變小 水分蒸騰減少 A 玉米B 小麥 2 間接影響大氣中CO2加倍 全球平均氣溫升高3 左右 我國大部分地區(qū)將增加5 左右 若全球平均氣溫升高1 時 蒸發(fā)量將增加10 以上 干旱 半干旱地區(qū)面積將進(jìn)一步擴(kuò)大 全球氣溫升高 災(zāi)害性天氣 強(qiáng)降水 高溫 干旱 大風(fēng) 發(fā)生的概率增加 1 大氣污染類型氣體污染 硫化物 氟化物 氯化物 氮氧化物等 固體 顆粒 污染 粉塵 光化學(xué)煙霧等 溫室氣體 CO2 CH4 N2O2 對作物的影響可見性傷害 作物莖葉吸收較高濃度的污染物或長期暴露在被污染的大氣環(huán)境中而出現(xiàn)的可以看到的受害現(xiàn)象 根據(jù)受害程度分為急性型 慢性型和混合型3種類型 三 大氣污染對作物生長的影響 急性傷害 在污染物濃度很高的情況下 短時間內(nèi)造成的危害 如葉片出現(xiàn)傷斑 脫落甚至整株死亡 慢性傷害 低濃度的污染物在長時間作用下造成的危害 例如葉片褪綠 生長發(fā)育受影響 混合型傷害 介于急性傷害和慢性傷害之間 葉片出現(xiàn)黃白化癥狀 以后雖可恢復(fù)青綠 但會造成普遍減產(chǎn) 不可見性傷害 受害癥狀不明顯 但作物生理 生化方面受到不良影響 溫室氣體的間接傷害 溫室效應(yīng)主要由大氣中的CO2 CH4 N2O等氣體含量增加引起的 又稱為溫度氣體 CH4來源于稻田 自然濕地 天然氣的開采 煤礦等 土壤中的硝化和反硝化過程 導(dǎo)致N2O的生成與釋放 主要影響 地區(qū)間氣候差異變大 氣溫 降雨分布發(fā)生變化 1 地膜覆蓋地膜覆蓋栽培 改變了土壤結(jié)構(gòu)和土壤空氣狀況 提高了膜下CO2濃度 2 間套作合理的間套作 有利于通風(fēng)和透光 3 施肥增施優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥是提高農(nóng)田CO2濃度的現(xiàn)實措施 深施碳銨也可提高農(nóng)田的CO2濃度 4 長期淹水灌溉CH4增加 四 農(nóng)藝措施對大氣的影響 第5節(jié)作物生長發(fā)育與礦質(zhì)元素 一 作物必需的礦質(zhì)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 某些作物對特定的非必要元素需要量很大 如水稻對Si需求很大 茶樹產(chǎn)量和品質(zhì)與Al有很大關(guān)系 二 作物礦質(zhì)元素的生理功能1 氮作物含氮量約占干重的1 5 氮組成蛋白質(zhì)核酸 葉綠素 酶和多種維生素的重要成分 作物缺氮時 蛋白質(zhì) 酶 葉綠素合成少 下部葉片先開始退綠黃化 逐漸向上部葉片蔓延 導(dǎo)致生長延緩 植株瘦弱 出現(xiàn)早衰 氮肥過多時 徒長 貪青遲熟 易遭受病蟲害 易倒伏 氮素過多 還會降低甜菜 西瓜的含糖量 2 磷作物含磷量約占干重的0 2 1 1 磷是組成核酸 核蛋白 磷脂 高能化合物如ATP和許多酶等重要化合物的成分 缺磷正常 作物缺磷時 表現(xiàn)為生長遲緩 植株矮小 結(jié)實差 嚴(yán)重缺磷 植株會停止生長 某些作物對磷素營養(yǎng)反應(yīng)非常敏感 通常稱為喜磷作物 如油菜 大豆 花生 蠶豆 蕎麥等 3 鉀作物含鉀量約占干重的0 3 5 5 鉀是許多酶的輔基 鉀可促進(jìn)糖類物質(zhì)的形成 增加作物體內(nèi)的淀粉和纖維素含量 使作物生長健壯 鉀能促進(jìn)光合產(chǎn)物向貯藏器官運輸 提高結(jié)實率 粒重 鉀可以促進(jìn)根系發(fā)達(dá) 莖桿堅韌 增強(qiáng)抗倒伏及抗病蟲害的能力 增強(qiáng)作物的抗逆性 作物缺鉀時 根系不發(fā)達(dá) 植株矮小 莖桿細(xì)弱 分枝少 葉片下披 葉色暗綠 水稻缺鉀 玉米缺鉀 4 其他重要元素硫 十字花科作物需硫較多 是半胱氨酸 甲硫氨酸和蛋氨酸的組成元素 鎂 豆科作物需鎂較多 是核蛋白體的結(jié)構(gòu)組分和葉綠素的中心元素 硼 油菜對硼敏感 對花器形成和生殖過程尤其重要 油菜缺硼 花而不實 鋅 是吲哚乙酸 生長素 合成必須的 對根系生長有較好作用 鉬 豆科作物需鉬較多 是硝酸還原酶的金屬成分 又是生物固氮參與元素 三 作物對礦質(zhì)元素的吸收與利用1 礦質(zhì)元素吸收部位根吸收 根毛從土壤溶液或土壤顆粒表面獲得 葉吸收 通過葉片角質(zhì)層和氣孔進(jìn)入 2 礦質(zhì)元素吸收方式被動吸收 通過擴(kuò)散 質(zhì)流和離子交換等方式進(jìn)入細(xì)胞 是一種順電化學(xué)勢梯度且不消耗能量的吸收過程 主動吸收 是一種逆電化學(xué)勢梯度且消耗能量的吸收過程 3 礦質(zhì)元素的運輸木質(zhì)部運輸 指礦質(zhì)元素通過木質(zhì)部導(dǎo)管移動 主要運輸無機(jī)離子 驅(qū)動力主要為蒸騰作用和根壓 隨質(zhì)流從下向上單向運輸 韌皮部運輸 指礦質(zhì)元素通過韌皮部篩管移動 主要運輸有機(jī)物質(zhì)和再利用的礦質(zhì)元素 完成養(yǎng)分從老組織向新組織的轉(zhuǎn)移 4 礦質(zhì)元素的再分配利用作物老器官在死亡前將光合產(chǎn)物和礦質(zhì)元素通過韌皮部轉(zhuǎn)移到新生器官 生長中心 稱為再分配利用 養(yǎng)分再轉(zhuǎn)移能力是不同的 N P S Mg K較易轉(zhuǎn)移和被再利用 而B Ca Fe很難被再利用 因此 缺B Ca Fe的癥狀首先表現(xiàn)在最幼嫩的葉子或莖尖或花上 1 作物營養(yǎng)臨界期作物在生長發(fā)育過程中 常常有一個時期對某種元素要求的絕對量雖不多但很迫切 如缺乏該營養(yǎng)元素 生長發(fā)育就會受到很大的影響 以后很難糾正或彌補(bǔ)損失 這個時期叫做營養(yǎng)臨界期 各種作物對磷臨界期為幼苗期 氮的臨界期一般是在營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長的時候 如水稻 小麥在分蘗期和幼穗分化期 玉米在穗分化期 棉花在現(xiàn)蕾期 四 作物營養(yǎng)的臨界期和最大效率期 2 營養(yǎng)最大效率期在作物一生中養(yǎng)分需求量和吸收速度都很大的時期 稱為作物營養(yǎng)的最大效率期 營養(yǎng)最大效率期往往都在作物生長最旺盛的中期 例如 小麥在拔節(jié)至抽穗 玉米在大喇叭口至抽雄 棉花在盛花至結(jié)鈴等 但有些作物的營養(yǎng)最大效率期也因養(yǎng)分不同而異 如甘薯生長初期 氮營養(yǎng)的效果較好 而塊根膨大時 磷 鉀營養(yǎng)的效果較好等 1 施肥是補(bǔ)充土壤礦質(zhì)元素的最有效方法 2 耕作耕翻和中耕加快土壤養(yǎng)分風(fēng)化釋放和有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化 3 灌溉增加土壤水分 增強(qiáng)礦質(zhì)元素有效性 4 輪作輪換種植不同作物 平衡消耗或補(bǔ)充礦質(zhì)元素 五 農(nóng)藝措施對礦質(zhì)元素的影響 1 缺N 六 作物缺素的癥狀 自學(xué) 2 缺P 3 缺K 4 缺硼植物矮小 莖節(jié)間短粗 頂端生長受阻而枯死 莖和葉柄表面增厚并木栓化 有時只開花不結(jié)實 果肉出現(xiàn)褐色斑點等 如油菜的 花而不實 棉花的 蕾而不花 大豆的 芽枯病 蘋果的 縮果病 柑桔的 硬化病 甜菜的 心腐病 芹菜的 莖裂病 等 5 缺鋅植物缺鋅的共同特點是葉片失綠 節(jié)間縮短 植物矮小 生長受抑制 6 缺錳首先在作物新葉葉脈間失綠黃化 而葉脈和葉脈附近保持綠色 脈紋較清晰 嚴(yán)重缺錳時 葉脈間出現(xiàn)黑褐色斑點 進(jìn)而斑點增多擴(kuò)大 布及整個葉片 7 缺鉬首先在植物中部和較老葉片上出現(xiàn)黃綠色 葉片邊緣向上卷曲 形成杯狀 葉片變小 葉面帶有壞死斑點 由于硝酸鹽積累的緣故 花生缺鉬 8 缺鐵首先從上部幼葉開始顯現(xiàn) 幼葉葉脈間失綠黃化 而葉脈仍保持綠色 黃綠相嵌呈網(wǎng)紋狀 以后完全失綠 甚至整個葉片呈黃白色 而下部的老葉仍保持正常綠色 9 其他缺素 第6節(jié)作物生長發(fā)育與土壤 一 土壤物理和化學(xué)特性 1 土壤物理特性指標(biāo)土壤母質(zhì) 土層厚度 土壤顏色 土壤質(zhì)地 土壤結(jié)構(gòu) 土壤孔性 土壤容重 土壤通氣性 土壤水分 土壤溫度等 2 土壤化學(xué)特性指標(biāo)土壤有機(jī)質(zhì) 土壤酸堿度 離子的交換 保肥供肥 能力 土壤礦質(zhì)元素等 二 土壤顏色對作物生長的影響 土壤顏色常常作為判斷土壤肥瘦的一種依據(jù) 一般呈黑色的土壤有機(jī)質(zhì)含量較高 能獲得較高的產(chǎn)量和品質(zhì) 三 土壤質(zhì)地對作物生長的影響 土壤質(zhì)地指土壤中各種大小土粒的配合比例 1 砂土類 Sand 質(zhì)地通透性好 排水通暢 不易受澇 作物易發(fā)根和深扎 但根系固著不牢 保水保肥性差 施化肥易流失 潛在養(yǎng)分含量低 但礦質(zhì)養(yǎng)分和有機(jī)養(yǎng)分易分解轉(zhuǎn)化 作物生育前期發(fā)苗快 中后期容易脫水脫肥 易早衰 2 粘土類 Clay 質(zhì)地通透性差 排水不暢 易澇 作物扎根差 保水保肥性好 有利于有機(jī)質(zhì)積累 潛在養(yǎng)分含量高 作物生育前期發(fā)苗慢 中后期易旺長 不早衰 3 壤土類 Loam 質(zhì)地介于砂土和粘土之間 兼有二者優(yōu)點 有利于作物發(fā)小苗和后期生長 主要作物的適宜土壤質(zhì)地范圍 四 土壤有機(jī)質(zhì)對作物生長的影響 土壤有機(jī)質(zhì)是指動物 植物的殘體以及它們分解 合成的產(chǎn)物 我國耕地土壤耕層有機(jī)質(zhì)含量一般為10 50g kg 1 土壤有機(jī)質(zhì)提供作物需要的養(yǎng)分 2 土壤有機(jī)質(zhì)能增強(qiáng)土壤的保水保肥能力 腐殖質(zhì)疏松多孔 是親水膠體 能吸持大量水和養(yǎng)分 3 促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成 改善物理性質(zhì)