第一章作物生產(chǎn)與環(huán)境

1、第一章第一章作物生產(chǎn)與環(huán)境作物生產(chǎn)與環(huán)境 2 2 學(xué)時學(xué)時內(nèi)容提要內(nèi)容提要 一、作物生長環(huán)境與生態(tài)因子；（一、作物生長環(huán)境與生態(tài)因子；（0.5h0.5h） 二、生態(tài)因子對作物的作用；（二、生態(tài)因子對作物的作用；（0.6h0.6h） 三、環(huán)境與作物生產(chǎn)力；（三、環(huán)境與作物生產(chǎn)力；（0.6h0.6h） 四、提高作物產(chǎn)量的途徑。（四、提高作物產(chǎn)量的途徑。（0.3h0.3h） 第一章第一章 作物生產(chǎn)與環(huán)境作物生產(chǎn)與環(huán)境 第一章第一章 作物生產(chǎn)與環(huán)境作物生產(chǎn)與環(huán)境 重點：重點： 影響作物生產(chǎn)力的主要環(huán)境因素及其作用。影響作物生產(chǎn)力的主要環(huán)境因素及其作用。 難點：難點： 環(huán)境因素影響作物生產(chǎn)力的作用規(guī)律和

2、機制。環(huán)境因素影響作物生產(chǎn)力的作用規(guī)律和機制。 一、作物生長環(huán)境與生態(tài)因子一、作物生長環(huán)境與生態(tài)因子 作物的生長發(fā)育和形態(tài)表現(xiàn)從根本上講，是基因表作物的生長發(fā)育和形態(tài)表現(xiàn)從根本上講，是基因表達的結(jié)果，而基因的表達在時間和空間上受到環(huán)境的達的結(jié)果，而基因的表達在時間和空間上受到環(huán)境的影響。同一作物在不同環(huán)境條件下其生長發(fā)育、產(chǎn)量影響。同一作物在不同環(huán)境條件下其生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)可能不同。和品質(zhì)可能不同。 （一）環(huán)境（一）環(huán)境 廣義而言，廣義而言，環(huán)境環(huán)境是指某一主體周圍一切事物的總和。是指某一主體周圍一切事物的總和。圖圖 影響植物生長發(fā)育的各種環(huán)境因子影響植物生長發(fā)育的各種環(huán)境因子環(huán)境因子及其

3、強度都能分別被植物感受并環(huán)境因子及其強度都能分別被植物感受并引發(fā)相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。引發(fā)相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。 Fig.1 各種 外部信號影響植物的生長發(fā)育重力光合作用的光光形態(tài)建成的光溫度風(fēng)光周期濕度病原體草食動物乙烯寄生蟲礦質(zhì)營養(yǎng)土壤微生物有毒物質(zhì)水分狀況土壤質(zhì)地一、作物生長環(huán)境與生態(tài)因子一、作物生長環(huán)境與生態(tài)因子（二）作物的環(huán)境：（二）作物的環(huán)境：作物外部的全部要素組成的整體；作物外部的全部要素組成的整體；或者說，是指某作物體或作物群體以外的空間，以或者說，是指某作物體或作物群體以外的空間，以及直接、間接影響該作物體或群體生活生存的一切及直接、間接影響該作物體或群體生活生存的一切事物的總和

4、。事物的總和。u 由太陽輻射、大氣、水體、土壤、生物所組成的作由太陽輻射、大氣、水體、土壤、生物所組成的作物物自然空間環(huán)境自然空間環(huán)境；u 除自然環(huán)境外，還包括除自然環(huán)境外，還包括人工環(huán)境人工環(huán)境，如各種溫室、覆，如各種溫室、覆蓋物、人工氣候室、輔助光源及灌溉設(shè)施等。蓋物、人工氣候室、輔助光源及灌溉設(shè)施等。 人工環(huán)境可克服自然環(huán)境的不利影響，創(chuàng)造出更人工環(huán)境可克服自然環(huán)境的不利影響，創(chuàng)造出更適于作物生活、發(fā)揮作物產(chǎn)量潛力的條件。適于作物生活、發(fā)揮作物產(chǎn)量潛力的條件。一、作物生長環(huán)境與生態(tài)因子一、作物生長環(huán)境與生態(tài)因子（三）作物環(huán)境因素（三）作物環(huán)境因素l氣候因子：氣候因子：光、溫、水、氣、熱、

5、風(fēng)、氣候四季變光、溫、水、氣、熱、風(fēng)、氣候四季變化等；化等；l土壤因子：土壤因子：質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、礦質(zhì)元素、化學(xué)性質(zhì)等；質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、礦質(zhì)元素、化學(xué)性質(zhì)等；l地理因子：地理因子：海拔、緯度、坡向等；海拔、緯度、坡向等；l生物因子：生物因子：動物、植物、微生物等有害和有益因素；動物、植物、微生物等有害和有益因素；l人為因子：人為因子：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的干預(yù)措施。人為因子除影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的干預(yù)措施。人為因子除影響作物本身外，還影響其他環(huán)境因素。作物本身外，還影響其他環(huán)境因素。 一、作物生長環(huán)境與生態(tài)因子一、作物生長環(huán)境與生態(tài)因子（三）作物環(huán)境因素（三）作物環(huán)境因素 根據(jù)對作物的作用特點分為：根據(jù)對作物的作用特點分

6、為：l生態(tài)因子：生態(tài)因子：環(huán)境中對作物的生長、發(fā)育、生殖、行環(huán)境中對作物的生長、發(fā)育、生殖、行為和分布有直接或間接影響的環(huán)境要素。為和分布有直接或間接影響的環(huán)境要素。 各生態(tài)因子間的相互組合、相互制約及時空分布各生態(tài)因子間的相互組合、相互制約及時空分布的不同，可構(gòu)成多種多樣的作物生存環(huán)境。的不同，可構(gòu)成多種多樣的作物生存環(huán)境。l生存因子：生存因子：生態(tài)因子生態(tài)因子中對作物生存所不可缺少的因中對作物生存所不可缺少的因子，如光、溫、水、氣、熱、肥等。子，如光、溫、水、氣、熱、肥等。 對作物起作用的生態(tài)因子并非都是生存因子。對作物起作用的生態(tài)因子并非都是生存因子。二、生態(tài)因子對作物的作用二、生態(tài)因子

7、對作物的作用（一）生態(tài)因子對作物的基本作用（一）生態(tài)因子對作物的基本作用1.1.提供作物生活所必需的提供作物生活所必需的能量和物質(zhì)能量和物質(zhì)來源；來源；2.2.環(huán)境及其周期性變化，提供作物完成生長發(fā)育進環(huán)境及其周期性變化，提供作物完成生長發(fā)育進程所需的程所需的信息和條件信息和條件；3.3.環(huán)境脅迫環(huán)境脅迫危及危及作物正常生活乃至死亡；作物正常生活乃至死亡；4.4.環(huán)境的多種因素可能引起作物的環(huán)境的多種因素可能引起作物的遺傳變異遺傳變異改變其改變其遺傳本性。遺傳本性。二、生態(tài)因子對作物的作用二、生態(tài)因子對作物的作用（二）生態(tài)因子對作物的作用規(guī)律（二）生態(tài)因子對作物的作用規(guī)律1.1.限制因子定律限

8、制因子定律l 德國德國LiebigLiebig（18621862）提出，當(dāng)缺少或缺乏一種必需）提出，當(dāng)缺少或缺乏一種必需營養(yǎng)成分時，即使其他所有成分都充分存在，在這種營養(yǎng)成分時，即使其他所有成分都充分存在，在這種土壤中的作物仍生長不好。又稱為土壤中的作物仍生長不好。又稱為“木桶理論木桶理論”。l 作物的生活、生存必需滿足其對多種生態(tài)因子的需作物的生活、生存必需滿足其對多種生態(tài)因子的需求，當(dāng)某種生態(tài)因子不足或過量時，不僅直接影響作求，當(dāng)某種生態(tài)因子不足或過量時，不僅直接影響作物的生存發(fā)展，而且也限制其他因子的有效性。物的生存發(fā)展，而且也限制其他因子的有效性。二、生態(tài)因子對作物的作用二、生態(tài)因子對

9、作物的作用（二）生態(tài)因子的作用規(guī)律（二）生態(tài)因子的作用規(guī)律l Blackman Blackman（19051905）指出，當(dāng)一個過程的進行速度）指出，當(dāng)一個過程的進行速度以若干個別的因子為條件時，這一過程的速度受這以若干個別的因子為條件時，這一過程的速度受這些因子中的最慢因子的節(jié)律所限制。些因子中的最慢因子的節(jié)律所限制。 2.2.耐性定律耐性定律l 作物對任一生態(tài)因子的適應(yīng)，均存在生態(tài)、生理作物對任一生態(tài)因子的適應(yīng)，均存在生態(tài)、生理上的上的最小最小和和最大量最大量的界限，超越此界限則會危及生的界限，超越此界限則會危及生存。如存。如“溫度三基點溫度三基點”、“協(xié)調(diào)生長最適溫度協(xié)調(diào)生長最適溫度”。

10、 圖圖 生物對生態(tài)因子的耐受曲線生物對生態(tài)因子的耐受曲線（PutmanPutman等，等，19841984） 二、生態(tài)因子對作物的作用二、生態(tài)因子對作物的作用（二）生態(tài)因子的作用規(guī)律（二）生態(tài)因子的作用規(guī)律3.3.報酬遞減律報酬遞減律l MitscherlichMitscherlich（19091909）：當(dāng)生長在僅一種養(yǎng)分為）：當(dāng)生長在僅一種養(yǎng)分為限制因子的土壤中，作物的生長速率與這種元素的供限制因子的土壤中，作物的生長速率與這種元素的供應(yīng)量成正比，但這種元素成為應(yīng)量成正比，但這種元素成為非限制因子非限制因子時，生長量時，生長量不與供應(yīng)量成正比。不與供應(yīng)量成正比。二、生態(tài)因子對作物的作用二、

11、生態(tài)因子對作物的作用（二）生態(tài)因子的作用規(guī)律（二）生態(tài)因子的作用規(guī)律4.4.臨界百分率理論臨界百分率理論l Macy Macy（19361936）：以產(chǎn)量和植株養(yǎng)分含量來表達提供）：以產(chǎn)量和植株養(yǎng)分含量來表達提供養(yǎng)分與植株反應(yīng)之間的關(guān)系。養(yǎng)分與植株反應(yīng)之間的關(guān)系。 在在最低養(yǎng)分百分率范圍最低養(yǎng)分百分率范圍內(nèi)，增加養(yǎng)分可提高產(chǎn)量，內(nèi)，增加養(yǎng)分可提高產(chǎn)量，但不提高組織養(yǎng)分百分率；在但不提高組織養(yǎng)分百分率；在貧乏調(diào)節(jié)范圍貧乏調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，增加內(nèi)，增加養(yǎng)分可提高產(chǎn)量和組織養(yǎng)分百分率；在養(yǎng)分可提高產(chǎn)量和組織養(yǎng)分百分率；在奢侈消耗范圍奢侈消耗范圍內(nèi)，增加養(yǎng)分不提高產(chǎn)量，但增加組織養(yǎng)分百分率。內(nèi)，增加養(yǎng)分不提

12、高產(chǎn)量，但增加組織養(yǎng)分百分率。二、生態(tài)因子對作物的作用二、生態(tài)因子對作物的作用（二）生態(tài)因子的作用規(guī)律（二）生態(tài)因子的作用規(guī)律 上述理論雖可解釋某些因素影響作物生長的情況，上述理論雖可解釋某些因素影響作物生長的情況，但由于作物的生長過程是復(fù)雜的，而且不同因素間但由于作物的生長過程是復(fù)雜的，而且不同因素間存在相互影響，或相互替代的作用關(guān)系。因此，在存在相互影響，或相互替代的作用關(guān)系。因此，在多數(shù)情況下，尚不能全面反映生態(tài)因素對作物生長多數(shù)情況下，尚不能全面反映生態(tài)因素對作物生長的普遍規(guī)律。的普遍規(guī)律。 二、生態(tài)因子對作物的作用二、生態(tài)因子對作物的作用（二）生態(tài)因子的作用規(guī)律（二）生態(tài)因子的作用規(guī)

13、律5.5.生態(tài)因子綜合作用定律生態(tài)因子綜合作用定律 諸因子的綜合效應(yīng)：諸因子的綜合效應(yīng)：作物最終表現(xiàn)是多種因素綜作物最終表現(xiàn)是多種因素綜合作用的結(jié)果。合作用的結(jié)果。 相互促進或制約的交互作用：相互促進或制約的交互作用：如作物吸水和吸肥如作物吸水和吸肥的關(guān)系。的關(guān)系。 作用的主次性：作用的主次性：如種子的萌發(fā)過程。如種子的萌發(fā)過程。 作用的階段性：作用的階段性：如作物的光周期反應(yīng)。如作物的光周期反應(yīng)。 直接和間接作用：直接和間接作用：如水對作物的作用。如水對作物的作用。 不可代替性和補償作用：不可代替性和補償作用：如如COCO2 2和光照對光合作用和光照對光合作用的影響。的影響。圖圖 在光照、土

14、壤濕度和肥料同時影響在光照、土壤濕度和肥料同時影響下春黑麥的產(chǎn)量變化下春黑麥的產(chǎn)量變化 三、環(huán)境與作物生產(chǎn)力三、環(huán)境與作物生產(chǎn)力 作物的實際產(chǎn)量是由其作物的實際產(chǎn)量是由其遺傳潛力遺傳潛力與所處與所處環(huán)境條件環(huán)境條件的相互作用所決定的，即作物的生產(chǎn)潛力（遺傳潛的相互作用所決定的，即作物的生產(chǎn)潛力（遺傳潛力），只有在保持最適環(huán)境條件下，才能充分表達。力），只有在保持最適環(huán)境條件下，才能充分表達。 然而，在作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成過程中，其綜然而，在作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成過程中，其綜合環(huán)境因素并非始終處于最適狀態(tài)，其潛在生產(chǎn)力合環(huán)境因素并非始終處于最適狀態(tài)，其潛在生產(chǎn)力受到不良環(huán)境的極大制約，產(chǎn)量損失

15、可達受到不良環(huán)境的極大制約，產(chǎn)量損失可達60-70%60-70%。 三、環(huán)境與作物生產(chǎn)力三、環(huán)境與作物生產(chǎn)力1.1.潛在產(chǎn)量（潛在產(chǎn)量（Potential yieldPotential yield）：）：在最適環(huán)境條件下在最適環(huán)境條件下作物的生產(chǎn)產(chǎn)量，或在不受技術(shù)限制的情況下作物可作物的生產(chǎn)產(chǎn)量，或在不受技術(shù)限制的情況下作物可能達到的產(chǎn)量。能達到的產(chǎn)量。 “不受技術(shù)限制不受技術(shù)限制”：包括可以獲得的最優(yōu)良品種、包括可以獲得的最優(yōu)良品種、最佳栽培、管理方式和最佳勞動力因素等?？梢杂米罴言耘?、管理方式和最佳勞動力因素等?？梢杂糜浻涗涗洰a(chǎn)量（最高觀測產(chǎn)量）作為標(biāo)準。產(chǎn)量（最高觀測產(chǎn)量）作為標(biāo)準。2.

16、2.可獲得產(chǎn)量（可獲得產(chǎn)量（Attainable yieldAttainable yield）：）：合理運用合理運用現(xiàn)有現(xiàn)有條件達到的產(chǎn)量，即在一般生產(chǎn)條件下，通過改善水、條件達到的產(chǎn)量，即在一般生產(chǎn)條件下，通過改善水、肥等耕作條件而獲得的產(chǎn)量?？捎梅实雀鳁l件而獲得的產(chǎn)量?？捎卯?dāng)?shù)禺?dāng)?shù)刈魑锔弋a(chǎn)栽培作物高產(chǎn)栽培試驗產(chǎn)量為標(biāo)準。試驗產(chǎn)量為標(biāo)準。三、環(huán)境與作物生產(chǎn)力三、環(huán)境與作物生產(chǎn)力3.3.實際產(chǎn)量（實際產(chǎn)量（Actual yieldActual yield）：）：在現(xiàn)有自然、生產(chǎn)條在現(xiàn)有自然、生產(chǎn)條件和平均技術(shù)水平下獲得的產(chǎn)量，或者指由于件和平均技術(shù)水平下獲得的產(chǎn)量，或者指由于逆境逆境條件條件

17、的存在和的存在和一般栽培技術(shù)水平一般栽培技術(shù)水平而得到的實際產(chǎn)量。而得到的實際產(chǎn)量?？梢砸粋€地區(qū)的平均產(chǎn)量為標(biāo)準?？梢砸粋€地區(qū)的平均產(chǎn)量為標(biāo)準。 逆境條件造成作物產(chǎn)量的損失可達逆境條件造成作物產(chǎn)量的損失可達70%70%以上；其中，以上；其中，干旱造成作物產(chǎn)量的損失，可達非生物逆境損失總干旱造成作物產(chǎn)量的損失，可達非生物逆境損失總量的量的50%50%以上。以上。 生物逆境：生物逆境：如病蟲害、雜草、鼠害等生物因素；如病蟲害、雜草、鼠害等生物因素； 非生物逆境：非生物逆境：如高溫、冷害、干旱、水澇、冰暴如高溫、冷害、干旱、水澇、冰暴和環(huán)境污染等。和環(huán)境污染等。圖圖 不同生產(chǎn)水平下作物潛在產(chǎn)量、可不

18、同生產(chǎn)水平下作物潛在產(chǎn)量、可獲得產(chǎn)量、實際產(chǎn)量與影響因子的關(guān)系獲得產(chǎn)量、實際產(chǎn)量與影響因子的關(guān)系 四、提高作物產(chǎn)量的有效途徑四、提高作物產(chǎn)量的有效途徑 Boyer Boyer（19821982）：美國主要農(nóng)作物潛在產(chǎn)量和實際）：美國主要農(nóng)作物潛在產(chǎn)量和實際產(chǎn)量二者差距大產(chǎn)量二者差距大3-73-7倍之多，因此提高作物的產(chǎn)量有倍之多，因此提高作物的產(chǎn)量有著巨大的潛力。著巨大的潛力。 1. 1.新品種選育新品種選育 培育產(chǎn)量生產(chǎn)潛力大和對逆境適應(yīng)性強、資源利用培育產(chǎn)量生產(chǎn)潛力大和對逆境適應(yīng)性強、資源利用效率高的作物品種。效率高的作物品種。 2. 2.改善栽培條件改善栽培條件 改善作物生長環(huán)境，使其充分發(fā)揮最大生產(chǎn)潛力，改善作物生長環(huán)境，使其充分發(fā)揮最大生產(chǎn)潛力，其中關(guān)鍵是解決作物生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境脅迫。其中關(guān)鍵是解決作物生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境脅迫。本章思考題本章思考題1.1.什么是作物生長的生態(tài)因子、生存因子和環(huán)境？什么是作物生長的生態(tài)因子、生存因子和環(huán)境？ 2.2.生態(tài)因子對作物的基本作用及作用規(guī)律是什么？生態(tài)因子對作物的基本作用及作用規(guī)律是什么？3.3.為何作物的實際產(chǎn)量遠低于潛在產(chǎn)量？為何作物的實際產(chǎn)量遠低于潛在產(chǎn)量？本章主要參考資料本章主要參考資料1.1.生態(tài)學(xué)概論生態(tài)學(xué)概論，曹湊貴主編，曹湊貴主編，20022002高等