第三章 作物与生态环境 本章重点： 作物生长发育对光、温、水、气、土、肥的生态资源的适应性和抗逆性 难 点： 作栽学总 论 第三章 作物与生态环境 第三章 作物与生态环境 本章重点： 作物生长发育对光、温、水、气、土、肥的生态资源的适应性和抗逆性 难 点： 光补偿点、光饱和点、光周期现象及应用；温度三基点、温周期现象及应用；温度逆境与防御；需水特性，水分逆境与防御；作物群体通风的作用；作物营养临界期与最大效率期；土壤肥力要素及调控途径。

第一节 作物生产系统的生态因子 1、生态因子是作物生产系统的重要组分 作物：系统主体。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 第一节 作物生产系统的生态因子 1、生态因子是作物生产系统的重要组分 作物：系统主体。 生态因子：系统客体（即环境条件），为作物提供生存的空间、能源和物质。 作物生产系统 2、生态因子的分类及作用方式 2.1 生态因子（ecological factors） 2.1.1 气候因子（climatic elements） 包括光照、温度、水分、空气资源及活动现象。 直接影响作物的生长发育代谢活动和形态变异，决定作物的地理分布。 气候因子与其它生态因子密切相关，例如：随地理经、纬度和海拔而变化；随植被类型和人为变化而变化 。

包括土壤理化性状、土壤肥力和土壤生物结构及活动现象。 直接影响作物的生长发育代谢活动，决定作物的地理分布。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 2.1.2 土壤因子（soil elements） 包括土壤理化性状、土壤肥力和土壤生物结构及活动现象。 直接影响作物的生长发育代谢活动，决定作物的地理分布。 2.1.3 生物因子（living things） 包括除作物本身外的动物、植物、微生物种类及活动现象。 与作物生长发育和生存竞争生态资源形成有害生物 害虫 杂草 病原物 与作物互利共生形成有益生物 益虫：如蜜蜂 有益微生物：如根瘤菌 2.1.4 人为因子（anthropogenic factors） 包括调节作物与生存资源相适应的技术和维持作物生产系统正常运行提供的经济、物质投入。 干预作物生产的最活跃条件。

——主次作用效应：即诸因子中的主导因子和副因子。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 2.2 生态因子的作用方式 作用机制： ——主次作用效应：即诸因子中的主导因子和副因子。 例如：作物生长速度的主导因子为温度，其它因子辅助影响。 ——互换作用效应：即多因子中各因子的作用效应的累加现象。 例如：施肥的同时进行灌溉产生的效果高于单独施肥或单独灌溉的效果 例如：自然光照增强的同时也提高了气温

——阶段作用效应：即不同生育阶段对同一生态组分的不同反映和同一生育阶段对不同生态季节的不同反应。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 ——阶段作用效应：即不同生育阶段对同一生态组分的不同反映和同一生育阶段对不同生态季节的不同反应。 例如：0~5℃温度对幼苗期半冬性小麦可促进通过春化阶段而开始穗分化，对拔节期半冬性小麦可能伤害幼穗。 ——直接与间接作用效应 直接效应：如光、温、水、气、土壤直接参与作物 代谢活动。 间接效应：如纬度、海拔等通过影响光源、温度进 而影响作物代谢活动。

——最小因子定律（李比希）：即作物生长取决于数量供给量不足的那一种因子。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 生态因子作用的限制方式： ——最小因子定律（李比希）：即作物生长取决于数量供给量不足的那一种因子。 例如：当某一营养物质不足于满足作物生长需要时，不但限制作物生长，同时也将限制其它足于满足作物生长需要的因子的效应发挥。 ——耐性定律（谢尔福德）：即某种作物生长对某一生态因子适应的从高限到低限的范围。 ——报酬递减规律：即投入到单位土地面积上的生态因子量不断增加，作物报酬的增加幅度逐渐减少的趋势。

生态适应性（ecological adaptation）是指作物生存对生态环境条件的要求与实际生态环境节律的吻合程度。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 3、作物的生态适应性 3.1 生态适应性意义 生态适应性（ecological adaptation）是指作物生存对生态环境条件的要求与实际生态环境节律的吻合程度。 作物生存与环境的统一 吻合程度高 生态适应性强 距高产、优质、高效、生态平衡目标近 吻合程度低 生态适应性弱 距高产、优质、高效、生态平衡目标远 生态适应性表现地区性、季节性，以季节性为核心。

——强，吻合程度最好，最适于某种作物生长、生存； ——中，吻合程度较好，比较适于某种作物生长、生存； 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 3.2 生态适应性等级划分 划分为强、中、弱、不适应四个等级 ——强，吻合程度最好，最适于某种作物生长、生存； ——中，吻合程度较好，比较适于某种作物生长、生存； ——弱，吻合程度次适应，可种植某种作物； ——不适应，作物对生态环境的要求与实际环境不吻合，不适宜种植某种作物。 作物的生态适应性具有相对性 ——改善生产条件，提高科技水平可增强适应，反之则减弱适应性（例反季节栽培图示）； ——人为需要和选择是作物生态适应性变化的根本动力。

生态型（ecotype），即经自然和人工选择分化形成不同基因型类群。包括： 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 3.3 生态适应性的主要类型： 生态型（ecotype），即经自然和人工选择分化形成不同基因型类群。包括： ——气候生态型：对光周期、温周期、降雨量适应形成的作物型。 例如：水稻 早稻——对日照长度不敏感生态型 中稻——居于早稻、晚稻中间生态型 晚稻——高温、短日照生态型 ——土壤生态型：对土壤结构、肥力、水分等适应形成的作物型。 例如：沙枣是对干旱沙漠土壤适应形成的生态型作物 生活型（life type），即经自然和人工选择形成的适应于相近环境条件的作物类群。 例如：喜温作物、耐旱作物、耐盐作物、耐湿作物

第二节 作物与光辐射 1、光辐射对作物的意义 1.1 光是作物生命活动的能量源 作物光合作用光量源 ——作物截获太阳能 化学能 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 第二节 作物与光辐射 1、光辐射对作物的意义 1.1 光是作物生命活动的能量源 作物光合作用光量源 ——作物截获太阳能 化学能 （作物产量的95%来自于光合作用） ——光能利用率高（低） 作物产量高（低） 作物生命代谢活动的热量源 ——作物截获太阳能 热能 ——热能用于作物蒸腾和维持作物体体温 1.2 光调节作物生长发育和诱变遗传物质结构 光强、光质、光谱调节作物生长发育。 光谱诱变作物遗传物质结构。

光补偿点（light compensation point）：指光合作用过程吸收CO2量和呼吸作用释放CO2量相等时的光照强度。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 2、作物对光照强度的反应 2.1 光补偿点 光补偿点（light compensation point）：指光合作用过程吸收CO2量和呼吸作用释放CO2量相等时的光照强度。 ——光补偿点时的净光合率为零，即光合作用生产的干物质量与呼吸消耗的干物质量相等。 ——阳生植物光补偿点，为全日照量3~5% 阴生植物光补偿点，为全日照量1%以下 开花结实光补偿点 小麦1.8~2.0千LX 玉米0.8千LX 豌豆1千LX 作物正常生长要求高于光补偿点的光照强度。

作物正常生长发育和产量形成要求不高于光饱和点的光照强度。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 2.2 光饱和点 光饱和点（light saturation point）：指光合作用开始达到最大光合速率（photosynthetic rate）值时的光照强度。 ——阳生作物光饱和点，为全日照量100% 阴生作物光饱和点，为全日照量10~50% ——水稻、棉花光饱和点40~50千Lx 小麦、菜豆、玉米光饱和点30千Lx 大豆光饱和点27千Lx 作物正常生长发育和产量形成要求不高于光饱和点的光照强度。 ——作物群体中一般仅顶层叶可能处于光饱和点或以上，顶层叶以下必然低于光饱和点。

作物在黑暗中不进行光合作用，光强增高 光合速 率提高； 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 2.3 作物光合效率 作物在黑暗中不进行光合作用，光强增高 光合速 率提高； 光补偿点时的光强 光饱和点时的光强 光合效率随光强增高而提高； C4作物和景天类作物的光补偿点较C3作物低。 2.4 光强对作物生长发育的影响 黑暗条件作物生长呈现“黄化现象” 光照抑制作物生长，充足光照促进作物健壮生长； 光强有利于花发育和果实的成熟。

光能利用与作物增产 作物增产途径： 理论推算：作物体保存于有机物的化学能占有效辐射能的12﹪，目前一季夏玉米的光能利用率约2.4﹪； 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 光能利用与作物增产 理论推算：作物体保存于有机物的化学能占有效辐射能的12﹪，目前一季夏玉米的光能利用率约2.4﹪； 作物增产途径： 作物经济产量＝〔光合面积×光合能力×光合时间－消耗〕×分配利用

3、作物对光照长度的反应 3.1 光周期现象 3.1.1 自然界的光周期规律 我国的光周期规律表现： 夏至 冬至：昼长（夜短） 昼短（夜长） 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 3、作物对光照长度的反应 3.1 光周期现象 3.1.1 自然界的光周期规律 我国的光周期规律表现： 夏至 冬至：昼长（夜短） 昼短（夜长） 冬至 夏至：昼短（夜长） 昼长（夜短） 北方 南方：昼长（夜短） 昼短（夜长） 南方 北方：昼短（夜长） 昼长（夜短） 高海拔 低海拔：昼长（夜短） 昼短（夜长） 低海拔 高海拔：昼短（夜长） 昼长（夜短）

光周期现象（photoperiodism）：为作物对白天和黑夜的相对长度的反应。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 3.1.2 作物的光周期现象 光周期现象（photoperiodism）：为作物对白天和黑夜的相对长度的反应。 作物的主要光周期反应类型： 短日照作物（short-day crop） ——概念：凡缩短日照能提早开花的作物称为短日照作物。 ——代表作物：大豆、水稻、棉花、烟草、草莓等。 ——短日照作物从低纬度地区向高纬度地区引种，或延迟开花或不开花结实，相反提早开花，但可能减产。

——概念：凡延长日照能提早开花的作物称为长日照作物。 ——代表作物：小麦、胡萝卜、油菜、甜菜、蚕豆、洋葱、亚麻等。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 长日照作物（long-day crop） ——概念：凡延长日照能提早开花的作物称为长日照作物。 ——代表作物：小麦、胡萝卜、油菜、甜菜、蚕豆、洋葱、亚麻等。 ——长日照作物从高纬度地区向低纬度地区引种，或延迟开花或不开花结实，相反提早开花，但易遭冻害、可能减产。 日中性作物（day natural crop） ——概念：不同日照长度条件对开花影响不敏感的作物称为日中性作物。 ——代表作物：番茄、黄瓜、辣椒、四季花卉等。 ——日中性作物适宜于反季节栽培。

——同纬度内引种容易成功、不同纬度 间引种趋向不易成功。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 3.2 光周期现象在作物生产中的应用 引种 ——同纬度内引种容易成功、不同纬度 间引种趋向不易成功。 例: 大豆由低纬度向高纬度跨纬度引种,明显推迟开花甚至不开花，引种要选早熟型品种; 由高纬度向低纬度跨纬度引种,则明显提前开花、花数量陡减、花器官变小，引种要选晚熟型品种。 例：水稻、棉花等短日照作物在秋季收获后引至海南岛冬繁，油菜等长日照作物夏季收获后引至华北夏繁，可以增加周年内的繁殖代数，加快育种进程。

——花卉栽培以缩短光照或延长光照处理诱导定期开花； ——通过缩短或延长日照处理，调节杂交亲本花期相遇进行杂交制种、以提高制种效率； 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 控制花期 ——花卉栽培以缩短光照或延长光照处理诱导定期开花； ——通过缩短或延长日照处理，调节杂交亲本花期相遇进行杂交制种、以提高制种效率； 调节营养生长和生殖生长 ——以营养器官为主要收获产品的作物，通过纬度间引种延迟开花时间提高产量和品质； ——以生殖器官为收获产品的作物，通过合理的引种提早开花时间，促进早熟。 例：红、黄麻由低纬度向高纬度跨纬度引种，可以推迟开花提高产量、改进纤维品质；而留种则要引至海南岛。

红、橙光被叶绿素吸收最多、光合活性最强，为生理有效光； 绿光被作物叶片反射和透射，很少利用，为生理无效光。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 4、作物对光谱的反应 4.1 作物的生理有效光与生理无效光（低效光） 红、橙光被叶绿素吸收最多、光合活性最强，为生理有效光； 绿光被作物叶片反射和透射，很少利用，为生理无效光。 4.2 不同波长光下的光合产物 长波光占光束优势（强光）时，促进糖类合成； 短波光占光束优势（弱光）时，促进氨基酸、蛋白质合成。 4.3 不同波长对作物生长影响 蓝紫光、青光抑制作物体伸长、红光促进作物体伸长； 紫外线抑制作物体伸长、促进花青素形成，红外线促进作物体伸长、促进种子萌发。

第三节 作物与温度 1、温度对作物生长发育的意义 作物的生命代谢活动要求在一定的温度条件下进行。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 第三节 作物与温度 1、温度对作物生长发育的意义 作物的生命代谢活动要求在一定的温度条件下进行。 1.1 作物生长发育的温度三基点（temperature） 温度三基点概念 ——最适温度：作物生长发育最快要求的温度 ——最低温度：作物生长发育要求的起点温度（低限） ——最高温度：作物生长发育所能承受的高限温度

——同一作物不同生育时期要求不同的温度三基点。 种子萌发＜营养器官生长期（地上部高于地下部） ＜生殖器官生长期 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 作物生长温度三基点特征： ——不同作物的温度三基点不同：   最低 最适 最高 喜温作物 8~14 28~32 35~45 喜凉作物 1~5 20~25 ——同一作物不同生育时期要求不同的温度三基点。 种子萌发＜营养器官生长期（地上部高于地下部） ＜生殖器官生长期

——温度临界期：对外界温度最敏感的时期（减数分裂 —开花） 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 ——温度临界期：对外界温度最敏感的时期（减数分裂 —开花）   最低 最适 最高 油菜 5 14~18 30 水稻 20 25~30 40~45 棉花 18~20 35 花生 16 25~28 38 ——作物生长健壮、干物质累积量高（高光合效率）的适宜温度通常稍低于最适温度。 ——作物生长发育三基点可以通过育种加以适应性改良。

作物温度三基点的应用 ——依据萌发的最适温度确定作物的适宜播期，主要应用 于春播作物； ——依据温度临界期的温度三基点调节生育期 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 作物温度三基点的应用 ——依据萌发的最适温度确定作物的适宜播期，主要应用 于春播作物； ——依据温度临界期的温度三基点调节生育期 错开作物开花期不与最高温度相遇，主要应用于夏收 作物； 错开作物开花期不与最低温度相遇，主要应用于水稻。

积温（accumulated temperature） 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 1.2 作物生长发育的积温要求 积温（accumulated temperature） ——作物一生或某一生育阶段内所要求的热量总量 （一般以逐日平均温度之和计）。 ——积温一般以生物学零度（三基点最低温度）为起 点温度。 喜温作物 10℃ 喜凉作物 0℃

活动积温（active accumulated temperature） 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 活动积温（active accumulated temperature） ——生育期或某一生育阶段内大于或等于生物学零度的逐日平均温度之和。 如：早熟棉花全生育期要求的≥10℃活动积温为3000~3300℃。 有效积温（effective accumulated temperature） ——生育期或某一生育阶段内逐日平均温度大于生物学零度部分之和，即（逐日平均温度—生物学零度）累积之和。 如：早熟棉花全生育期要求≥10℃有效积温1000~1300℃。 ——有效积温较活动积温提高了准确性。

——界定区域性热量资源，规划作物布局和种植制度。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 积温在作物生产上的应用 ——界定区域性热量资源，规划作物布局和种植制度。 如≥10℃活动积温：3600℃以下，一年一熟 3600℃~5000℃，一年两熟 5000℃以上，一年三熟 ——确定区域性某个作物的生育进程。 1.3 无霜期 无霜期（frost-free season） ——某地春季最后一次霜冻到秋季最早一次霜冻出现所持续的时间。 无霜期在作物生产上的应用 ——确定作物布局和种植制度的依据 如无霜期150天~180天可种植早熟陆地棉。

寒害（chilling injury）：亦称冷害，零度以上低对作 物造成的伤害。 ——如水稻的烂秧、空秕粒，油菜的荫角等。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 1.4 逆境温度对作物的危害及抗逆防御 1.4.1 低温对作物的危害 寒害（chilling injury）：亦称冷害，零度以上低对作 物造成的伤害。 ——如水稻的烂秧、空秕粒，油菜的荫角等。 ——寒害过程的生理效应 原生质流动减慢或停止 水分平衡失调（蒸腾大于吸水） 光合速率减弱 呼吸速率起落大，代谢活动紊乱

冻害（freezing injury）：零度以下低温对作物造成的伤害。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 冻害（freezing injury）：零度以下低温对作物造成的伤害。 ——如油菜、小麦越冬期冻害、棉花晚桃遭霜冻。 ——冻害过程的生理效应 细胞间结冰导致原生质过度失水（蛋白质、原生质凝固变性） 细胞内结冰导致机械损伤生物膜 ——作物幼苗期抗寒性较强，花器官分化完成后抗寒性很弱。 ——作物抗寒性的自我调节 降低植株含水量，提高细胞质可溶性糖含量； 减弱呼吸强度，减少糖分消耗； 形成较多脱落酸，减慢生长速度直至休眠。 在温度渐降过程中

间接危害：高温导致代谢异常，缓慢渐进伤害作物。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 1.4.2 高温对作物的危害 间接危害：高温导致代谢异常，缓慢渐进伤害作物。 ——如棉花在35℃以上高温时，雄性细胞减数分裂受阻导致花药败育。 ——间接伤害的生理效应 加剧呼吸强度，消耗糖分导致饥饿 阻碍含氮化合物合成导致含氮中间产物 （氨）过度积累中毒 蛋白质合成受阻、降解加剧 蒸腾大于吸水，植株缺水代谢受阻 直接伤害：高温直接破坏作物细胞质结构，导致死亡。 ——直接伤害的生理效应 蛋白质变性 生物膜脂溶 终止代谢活动 作物抗热性的自我调节： ——在温度渐升过程中，降低植株含水量，减慢代谢活动。

为了减轻低温或高温对作物的危害，可以采取一些防御措施： 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 1.4.3 对逆境温度的防御 为了减轻低温或高温对作物的危害，可以采取一些防御措施： ——选育、选用抗寒或耐热的作物品种； ——采用保护地栽培或设施栽培； 如地膜覆盖、材料覆盖栽培、人工保护设施。 ——改变土壤、空气湿度； ——化学诱导或化学保护； ——调节生育期； ——适当增施磷、钾肥。

——气温在一天内以凌晨出现最低值，后随日照而升高，至午后14时左右出现最高值，后逐渐下降直至出现最低值。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 2、作物生长发育的温周期现象 2.1 自然界的温周期现象 日温周期 ——气温在一天内以凌晨出现最低值，后随日照而升高，至午后14时左右出现最高值，后逐渐下降直至出现最低值。 ——一天内最高温度与最低温度间的差值为昼夜温差（日较差）。 昼夜温差因天气、季节、地形、地貌而变化 ——土壤温度日变化最高温和最低温均较气温晚。 年温周期 ——一年中以1月出现最低日均气温，后逐渐升高，至7月出现最高日均气温。

——不同作物通过春化作用要求的低温和低温经历的时间不同。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 2.2 温度对作物花器官发育的感应 春化作用（vernalization） ——经过低温诱导促使作物开花的作用。 ——不同作物通过春化作用要求的低温和低温经历的时间不同。 冬麦、冬油菜较春麦、春油菜要求较低较长时间的低温通过春化阶段，冬性品种要求较春性品种更低更长时间低温。 感温性 ——水稻品种在较高温度下促进发育速度、提早抽穗开花、缩短营养生长期，相反延迟抽穗开花、加长营养生长期的现象。 ——不同的品种感温性强弱不同。

第四节 作物与水分 1、水对作物的重要意义 1.1 水是作物体重要的组分 水占活的作物体总重量的70~82%，保持作物因有姿态。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 第四节 作物与水分 1、水对作物的重要意义 1.1 水是作物体重要的组分 水占活的作物体总重量的70~82%，保持作物因有姿态。 水占收获作物产品重量的比重： ——禾谷类籽粒13%以上 ——薯类产品80%以上 ——鲜果产品80%以上 1.2 水是光合作用生产有机物质的原料 H2O＋CO2——（CH2O）n

原生质内的生理代谢活动的水为基质（溶剂，medium）。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 1.3 水是作物原生质体生命代谢活动的基质 原生质的含水量一般在70~90%； 原生质内的生理代谢活动的水为基质（溶剂，medium）。 1.4 水是连结土壤、作物、大气生态链的介质 作物体吸收来自于土壤水分，通过蒸腾作用将水输出体外。 ——维持作物体的正常生活体温 ——形成作物体内物质输导流（蒸腾拉力） 维持宏观水分生态平衡。 土壤水分 作物体水分 大气水分 蒸腾 吸收 降水 蒸发

——作物体内保持水分平衡和正常生理活动所需要的水。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 2、作物的需水特性 2.1 作物的生理需水和生态需水 生理需水 ——作物体内保持水分平衡和正常生理活动所需要的水。 生态需水 ——维持作物生长发育良好的环境条件所需要的水。 旱生作物的生态需水少于水生作物的生态需水。 2.2 作物的需水量（water requirement） 作物需水量通常用蒸腾系数表示。 蒸腾系数（transpiration coefficient） ——指作物制造1克干物质所需要的水分量（克）。 ——蒸腾系数大，利用水分效率低 蒸腾系数小，利用水分效率高

——需水量大的作物：水稻、大豆、油菜、亚麻、苜蓿； ——需水量小的作物：高粱、玉米、黍、粟等C4作物； 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 不同的作物需水量不同 ——需水量大的作物：水稻、大豆、油菜、亚麻、苜蓿； ——需水量小的作物：高粱、玉米、黍、粟等C4作物； ——需水量中等的作物：小麦、棉花、马铃薯、蚕豆、甜菜、向日葵等。 同一作物的不同品种需水量不同 作物不同生育时期的需水量不同 ——作物生长前期、后期需水量较少；作物生长中期需水量较多。 如棉花日平均耗水量（m2/hm2）： 苗期16.2，蕾期28.2，花铃期72.15，吐絮期26.7

作物的需水临界期（critical period of water） 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 2.3 作物的需水临界期 作物的需水临界期（critical period of water） ——作物一生中对水分最敏感的时期。 几个作物的临界期： 麦类作物 孕穗——抽穗 水稻 抽穗——扬花 油菜、花生 开花期 高粱、玉米 抽穗——乳熟 棉花 花铃期

水分在作物体内重新分配：高水势器官 低水势器官 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 3、水分逆境对作物的影响 3.1 干旱对作物的影响与作物的抗旱性 干旱对作物的影响 土壤干旱：土壤缺水 大气干旱：高温下空气湿度低（10%~20%） ——干旱影响包括 ——干旱影响作物的生理特征： 水分在作物体内重新分配：高水势器官 低水势器官 体温升高，减低光合作用、代谢紊乱 原生质脱水，损伤细胞膜 影响产品产量和品质

抗脱水能力——深根、叶片角质层发达作物，如向日葵； 抗高温伤害能力——如玉米，干旱条件下叶片卷起； 兼抗脱水和高温伤害能力——如黍。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 作物的抗旱性包括： 抗脱水能力——深根、叶片角质层发达作物，如向日葵； 抗高温伤害能力——如玉米，干旱条件下叶片卷起； 兼抗脱水和高温伤害能力——如黍。 形成旱生结构 提高糖浓度和吸水保水能力 增加氨基酸，利于抗旱 气孔关闭，减少失水 ——抗旱适应性

——地上部向根系供氧能力大小是耐涝性的主要因素； 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 3.2 水涝对作物的影响与作物的耐涝性 水涝对作物的影响 ——水涝影响包括 根系渍害 地上部涝害 ——水涝影响作物的生理特征 抑制呼吸作用 抑制对水和矿质营养的吸收 抑制光合作用 作物的耐涝性 ——地上部向根系供氧能力大小是耐涝性的主要因素； ——水稻具有从叶向根输送氧气的通气组织，根系分泌的氧导致根际氧化—还原电位高于根外土壤，适应土壤还原状态； ——作物在逐步淹水的土壤中，随土壤氧的渐降根系相应木质化，限制还原物质侵入，增强耐湿性 。

应用合理的耕作及培肥技术，改良土壤通透性结构， 增强土壤的蓄水及渗水能力； 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 3.3 作物对水分逆境的防御 选用抗旱性强或耐涝的作物与品种； 应用合理的耕作及培肥技术，改良土壤通透性结构， 增强土壤的蓄水及渗水能力； 配套科学的沟畦排灌体系，维持有利于作物生长的地 下水位和地面排水速率； 实行节水栽培技术，增强抗旱锻炼； 应用抗旱试剂，增强作物抗旱性。

第五节 作物与空气 作物生长发育所处的空气是自然状态下的混合物，其中以O2、CO2、N2最为重要。 1、CO2是作物合成光合产物的原料之一 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 第五节 作物与空气 作物生长发育所处的空气是自然状态下的混合物，其中以O2、CO2、N2最为重要。 1、CO2是作物合成光合产物的原料之一 1.1 空气中CO2浓度对作物产量的影响 日周期CO2浓度与作物光合作用和呼吸作用相关。 ——午夜至凌晨群体内CO2浓度最高 ——中午群体内CO2浓度最低 年周期CO2浓度与作物生长季节相关。 ——作物旺盛生长季节CO2浓度稍低 ——非作物生长季节CO2浓度稍高

上、中部光照充足，但光合作用消耗CO2导致CO2浓度较低； 下部光合作用较弱，但CO2浓度较高； 空气中CO2浓度为300~320ppm； 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 作物群体内CO2浓度的垂直分布与光合作用 上、中部光照充足，但光合作用消耗CO2导致CO2浓度较低； 下部光合作用较弱，但CO2浓度较高； 空气中CO2浓度为300~320ppm； 提高作物群体内的CO2浓度及改善透光性可以提高作物产量，生产上须重视通风透光、改善群体内的CO2和光照的合理分布。 CO2补偿点 ——一定光强和温度条件下，作物光合作用同化消耗CO2的量与呼吸作用释放CO2的量相等时空气中的CO2浓度。 C4作物对CO2同化效率显著高于C3作物

改善群体冠层内的通分条件，加速空气CO2与群体 CO2浓度的交换速率。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 1.2 提高作物群体内CO2浓度的途径 改善群体冠层内的通分条件，加速空气CO2与群体 CO2浓度的交换速率。 土壤增施有机肥料或碳酸氢铵，土壤CO2释放量以 提高冠层内CO2浓度。

2、O2是作物体呼吸作用产生能量的代谢活动不可缺因子 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 2、O2是作物体呼吸作用产生能量的代谢活动不可缺因子 2.1 空气中O2浓度对作物产量的影响 空气中O2含量稳定在21%，作物群体内的O2浓度较空气CO2浓度低得多，土壤或水层内含氧量较空气中的低得多。 凡能提高作物群体内和土壤或水层内的O2含量的途径都能提高作物产量。 作物生产要求10%左右的O2浓度。 2.2 提高群体内O2浓度的途径 改善通风的群体结构，加速空气与群体内O2流通； 改善土壤结构、增加土壤空隙度、减少土壤水分等，提高土壤含O2量，促进根系代谢深度。

4、空气中的有毒气体对作物产量、品质的影响 SO2 FH 臭氧 影响作物生长发育的主要有毒气体 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 3、N2是豆科作物生物固氮的重要原料 豆科作物通过共生的根瘤菌利用空气。 4、空气中的有毒气体对作物产量、品质的影响 SO2 FH 臭氧 影响作物生长发育的主要有毒气体 5、风和风速对作物的综合影响 空气组分的变动 空气水分的输送 空气热量的交换 生物体的传播（花粉、杂草等） 空气流动形成的风决定

作物群体内适宜的风速（wind speed） 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 作物群体内适宜的风速（wind speed） ——加快空气组分的交换速率 促进CO2 O2，提高光合效率； 有利有毒气体排散出群体，减轻伤害。 ——维持适宜的空气水分和热量，平衡作物体生理代谢活动。 农田小气候较大的风速 ——导致作物体倒伏 恶化群体内的透光、水热气交换； 直接伤害：如脱落、叶破碎、茎折断。 干热风危害 ——发生于初夏季节； ——小麦、油菜高温逼熟； ——防御措施：营造防护林、灌溉降温、选用抗性品种。

第六节 作物与矿质营养 1、作物必需的营养元素 1.1 大量元素与微量元素 作物体干物质组成必需营养元素包括： 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 第六节 作物与矿质营养 1、作物必需的营养元素 1.1 大量元素与微量元素 作物体干物质组成必需营养元素包括： 大量元素（macroelement）：C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S九种元素，一般占干物质含量0.1%以上； 微量元素（microelement）：Fe、Mn、B、Zn、Cl、Mo、Cu七种元素，一般占干物质含量0.1%以下。 16种必须营养元素中，矿质营养元素13种。其中： C元素45%，O元素40%，H元素6%

2.1 营养临界期（critical period of nutrition） 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 2、作物对矿质营养的需求规律 2.1 营养临界期（critical period of nutrition） 作物生长发育一生中，常有一个对某种营养元素需要量虽不多但又很迫切的时期，称为作物的营养临界期。 ——营养临界期 缺乏某种元素时，作物生长发育会受很大影响，此后供给也往往难以弥补或纠正。 ——不同作物的营养临界期有差异： 磷：一般在幼苗期 氮：水稻、小麦——分蘖期和幼穗分化期； 玉米——穗分化期；棉花——现蕾期 钾：水稻——分蘖初期和幼穗分化期 2.2 作物营养最大效率期(maximum efficiency stage of nutrition) 作物营养最大效率期：作物生长发育一生中，有一个养分需求量很大、施肥增产效率最好的时期为作物营养最大效率期。

甘薯 —— 氮为生长初期，磷、钾为块根膨大期 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 ——大多数作物在生殖生长期： 水稻、小麦——拔节抽穗期 大豆、油菜——开花期 甘薯 —— 氮为生长初期，磷、钾为块根膨大期 2.3 作物对矿质营养三要素需求 作物必需的13种矿质元素中，对氮、磷、钾需求量最大，一般称之为三要素。 不同作物的三要素需求量不同   需氮量（Kg） N： P2O5 ：K2O 100Kg 皮棉 13~15 1： 0.35 ：1 500Kg 稻谷 8.5~12.5 1： 0.7 ：1~1.3 500Kg 小麦 12.5~15 1：0.4~0.6：0.8~1.0 200Kg 烟叶 6~7 1：0.6~1.0：2~2.5 500Kg薯块（马铃薯） 2.5~3 1：0.4~0.6：2.4~2.6

同一作物不同生育期的三要素需求量不同 水稻 冬小麦 棉花 N P2O5 K2O 移栽~分蘖期 22.3% 13.9% 20.5% 58.7% 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 同一作物不同生育期的三要素需求量不同   N P2O5 K2O 水稻 移栽~分蘖期 22.3% 13.9% 20.5% 穗分化~抽穗期 58.7% 47.4% 51.8% 结实成熟期 19.0% 36.7% 27.7% 冬小麦 出苗~拔节 42% 30% 43% 拔节~开花 49% 51% 开花~成熟 16% 21% 6% 棉花 出苗~现蕾 8.8% 8.1% 10.1% 现蕾~开花 19.4~24.7% 16.7~18.4% 33.1~39.9% 开花~吐絮 57.9~62.8% 54.5~64.1% 51.3~62.4%

作物不同产量水平的三要素需求量不同 以棉花为例（折合50Kg皮棉需肥量）： N P2O5 K2O 50Kg皮棉/亩 8.86 3.21 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 作物不同产量水平的三要素需求量不同 以棉花为例（折合50Kg皮棉需肥量）：   N P2O5 K2O 50Kg皮棉/亩 8.86 3.21 7.74 75Kg皮棉/亩 7.03 2.28 100Kg皮棉/亩 6.57 2.29

第七节 作物与土壤 1、土壤对作物生长的意义 固定作物营养体 供给土壤肥力 1.1 土壤对作物生长的主要功能包括： 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 第七节 作物与土壤 1、土壤对作物生长的意义 固定作物营养体 供给土壤肥力 1.1 土壤对作物生长的主要功能包括： 1.2 土壤作为作物生产的必要资源 2、土壤的组成和结构 2.1 土壤的组成 土壤的基本组分包括矿物质、有机质、水分和空气。 固相：土粒，矿物质+有机质（90%+10%） 液相：土壤溶液，水+矿质元素+其它物质 气相：土壤空气 三相 空隙 三相比例形成一定的土壤结构和土壤肥力。

——土壤质地：为组成土壤的固相矿物质粒的比例。 ——土壤质地影响土壤肥力和土壤耕性。 ——土壤质地分类： 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 土壤质地（soil texture） ——土壤质地：为组成土壤的固相矿物质粒的比例。 ——土壤质地影响土壤肥力和土壤耕性。 ——土壤质地分类： 砂土类 1~0.05㎜砂粒 ＞50% ＜0.001㎜胶粒 ＜30% 通透性好，保肥保水力差 肥力和湿度变化快 宜耕期长，耕作质量好 作物发苗快，易于早衰

粘土类 通透性差，保肥保水力强 肥力和湿度变化平稳 宜耕期短，耕作质量差 作物发苗慢，中后期生长旺 1~0.05㎜砂粒 无 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 粘土类 通透性差，保肥保水力强 肥力和湿度变化平稳 宜耕期短，耕作质量差 作物发苗慢，中后期生长旺 1~0.05㎜砂粒 无 ＜0.001㎜胶粒 ＞30% 壤土类 1~0.05㎜砂粒 50%以下 ＜0.001㎜胶粒 ＜30% 通透性较好，保肥保水力适宜 土温稳定，水气比例协调 宜耕期较长，耕作质量较好 适宜大多数作物生长

2.2 土壤的结构（soil structure） 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 2.2 土壤的结构（soil structure） 土壤结构：土壤颗粒形成不同大小、形状的团聚粒为土壤结构。 土壤结构的种类： ——团粒结构：腐殖作用下形成的直径0.25~10㎜近似球形的疏松、多孔的小土团（土壤肥力水平的标志）。 ——块状结构：粘连成直径10㎜以上的较坚实的土块（有机质少、有效养分不易释放）。 ——片状结构：土粒粘连成坚实紧密的成层排列的薄土片（犁底层、水稻田 。

自然肥力：土壤自然形成过程中所具有的肥力。 人工肥力：以自然肥力为基础，人们耕种土壤、熟化开发 逐步形成和产生的肥力。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 3、土壤肥力 3.1 概念 土壤肥力（soil fertility）：是指作物生长期间，土壤能经常不断地、适量地给作物提供调节生长所需要的扎根条件、水分、养分、空气和热量的能力。 自然肥力与人工肥力（可以互相转化） 自然肥力：土壤自然形成过程中所具有的肥力。 人工肥力：以自然肥力为基础，人们耕种土壤、熟化开发 逐步形成和产生的肥力。 有效肥力与潜在肥力（可以互相转化） 有效肥力：能在作物生产中表现并产生经济效果的那部 分肥力。 潜在肥力：由各种原因未能发挥和表现的那部分肥力。

土壤团粒结构（aggregated structure） 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 3.2 土壤肥力要素间的相互影响 土壤团粒结构（aggregated structure） ——与孔隙度呈正相关； ——与土壤空气含量呈正相关。 土壤水分含量（田间持水量） ——与土壤空气含量呈负相关； ——过多土壤水分造成土壤养分淋失，降低利用效率； ——过多土壤水分降低土壤养分转化效率。

——适宜的土壤温度促进微生物活动和土壤养分转化； ——过高或过低土壤温度抑制土壤养分转化。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 土壤温度 ——适宜的土壤温度促进微生物活动和土壤养分转化； ——过高或过低土壤温度抑制土壤养分转化。 土壤酸碱性（soil acidity-alkalinity） ——土壤溶液的酸碱度常用pH值来表示。 pH6~7：土壤养分有效性最高，有利作物生长 ＞pH7.5：磷降低有效性，土壤易缺Fe、B、Cu、Mn、Zn ＜pH6.0：土壤易缺P、K、Ca、Mg、B、Zn、Mo ——甘薯、烟草、荞麦、花生较耐酸；大麦、棉花、甜 菜、向日葵、紫花苜蓿较耐碱。

土壤有机质（soil organic matter）：是土壤中各种有机物 质的总称。 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 4、土壤有机质 4.1 概念 土壤有机质（soil organic matter）：是土壤中各种有机物 质的总称。 动植物的残体 微生物及其产物和代谢产物 有机物质腐殖化过程所形成的腐殖物质 ——包括 4.2 土壤有机质的功能 功能 ——土壤团粒结构形成的重要条件 改善土壤理化性质（通气、稳温、稳水） ——土壤营养物质的贮存库（土壤可利用营养的标志） ——土壤微生物需要的养料和能源

不同土壤类型中的有机质含量不同 ——东北的黑土，可达8~10% ——长江流域水田，一般为1.5~3.5% ——黄土高原土，一般低于1% 作栽学总论 第三章 作物与生态环境 不同土壤类型中的有机质含量不同 ——东北的黑土，可达8~10% ——长江流域水田，一般为1.5~3.5% ——黄土高原土，一般低于1% 4.3 增加土壤有机质的途径 增施有机肥料 种植绿肥 作物秸秆还田 合理轮作，用地与养地结合