第四章 作物生产与环境条件 作物生活环境中的各种因子称为作物的生态因子。作物生态因子可分为二类：一是非生物因子，并可再分为气候因子及土壤—地形因子，如光、温、水、风、气及土壤条件和地形地势等；二是生物因子，可再分为植物因子，动物因子及微生物因子。在众多的生态因子中，它们对作物生长发育影响的程度并不是等同的。其中，日光、热量、水分、养分及空气是作物生命活动不可缺少的，如果缺少一个，作物就不能生存，所以这些因子是作物的生活因子或基本生活条件。

第一节 光 一、光能的重要性 地球上一切生命活动需要的能量，主要来自太阳光能。太阳光能只有通过绿色植物的光合作用才能转化为地球上生命活动所能利用的化学能。 太阳光能深刻地影响着作物的形态、结构、生长、发育、生理、生化和地理分布，它是作物的一个非常重要的生态因子。

二、光对作物生长的影响 （一）光谱成分 阳光照射到地球表面，因波长不同可分为紫外线（＜0.38um）、可见光（0.38～0.71um）和红外线（＞0.71um）三个光谱。

波长不同，被作物吸收和产生的生物化学作用也不同。紫外线对作物茎的伸长有抑制作用，能促进花青素的形成，对果实着色和成熟起良好作用。红外线主要起热效应作用，能促进作物种子的萌发和茎的伸长。可见光由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色组成，绿色植物在可见光下进行光合作用。其中红光有利于碳水化合物的合成，蓝光有利于蛋白质合成。 叶绿素的吸收光谱在红光区和蓝紫光区各有一个吸收高峰，植物对黄绿光吸收最少。而对绿光反射和透射最强，故植物一般呈绿色。

（二）光照强度 光照强度是指单位时间内单位面积上所接受的热量，国际计量系统用Lx表示。光照强度直接影响着作物的光合强度。一般来说，当其他条件适宜时，光照强度愈大，光合强度愈高。

光补偿点和光饱和点 作物对光照强度的要求通常用“光补偿点”和“光饱和点”表示。夜晚，没有光照，作物只有呼吸消耗，没有光合积累，光合强度为负值。清晨当太阳出来后，随着光照强度的增加，作物光合速率相应增加。当光合产物的积累等于呼吸作用的消耗时，此时的光照强度称之为光补偿点。以后，随着光照强度的进一步增强，光合强度也进一步上升，当光照强度增加到一定程度，由于CO2、H2O和叶绿素含量以及温度等环境条件的限制，光合速率不再增加，这时的光照强度称为光饱和点。

不同光补偿点和光饱和点 及光合能力比较 A光补偿点 B光饱和点

（三）光照时间 在外界条件中，光合时间主要决定于一天中光照时间的长短、昼夜的比例和生长期的长短。从作物本身考虑，光合时间与叶片寿命及一天中有效光合时数有关。后期叶片早衰，光合时间减少，对产量影响很大。早衰对经济产量的影响比对生物产量的影响显著，因为贮藏养料的积累，主要在生长的后期。

第二节　温度 温度是作物生活的重要条件之一，它一方面直接影响作物的生长、分布界限和产量；另一方面影响作物的生长发育速度，从而影响作物全生育期的长短与各生育期出现的早晚；温度还影响作物病虫害的发生、发展。所以，热带、温带、寒带所分布的作物种类和生育形态都各不相同，即使在同一地方也有冬季作物和夏季作物之分。

一、三基点温度 作物的每一个生命过程均有三个基点温度，即最适温度、最低温度和最高温度。在最适温度下，作物生长发育迅速而良好，在最低和最高温度下停止生长发育，如果温度继续降低或升高，就发生不同程度的危害直到致死。

二、受害与致死温度 温度高到或低到一定程度，将引起作物的受害甚至死亡。 作物因低温受害或致死，又常分为冷害与冻害两种情况，作物遇到0℃以上的低温而受害叫冷害，而冻结温度以下的低温危害则称为冻害。 热害，即过高温度之危害，一般比冷害、冻害较少遇到。

三、积温及其应用 积温有活动积温与有效积温两种。活动积温是作物在某时期内大于生长下限温度的日平均温度的总和。而有效积温是作物在某时期内日平均温度与下限温度之差的总和。 根据积温多少可确定某作物在某地能否正常成熟，为引种和品种推广提供了依据。此外，还可以为确定各地种植制度提供依据，并可用积温做为指标之一，划出区界，做出区划。此外，在杂交育种、制种工作中，利用积温来推算适宜播种期，以达到父母本花期相遇。 活动积温 有效积温

第三节 水分 一、水的生理生态作用 首先，水是原生质的重要成分。原生质的含水量一般在80％以上；如果含水量减少，原生质便由溶胶变为凝胶，生命活动大为减缓。其次，水是一些代谢过程的原料，如水是光合作用的原料，呼吸作用中的许多反应也需要水分的参加。第三，水是各种生理生化反应和运输物质的介质。第四，水分能使植株保持固有的姿态。当植株细胞中含有足够的水分时，才能使植株枝叶挺立、花朵开放。第五，水具有特殊的理化性质。例如，水有很高的汽化热和比热，又有较高的导热性，有利于植株散发热量和保持体温；水又有很大的表面张力，对于吸附和物质的运输有很重要的意义。

二、作物的需水规律 （一）作物的需水量 作物的需水量即作物从播种到收获田间实际消耗水分的总量，是作物蒸腾量和棵间地面蒸发量的总和。作物的需水量因其种类和环境条件而不同。 蒸腾系数是指作物每形成1克干物质所消耗的水分克数，是作物需水量的指标。

（二）作物的需水规律与水分临界期 生育前期和后期需水较少，中期因生长旺盛，需水较多。 作物一生中对水分最敏感的时期，称为水分临界期。在水分临界期内，若遇干旱或水分不足，对作物的生长发育和产量影响最大。例如，小麦的需水临界期是孕穗至抽穗期，如果缺水则幼穗分化、抽穗、授粉受精和胚胎发育受阻，最后造成减产。

各作物的需水临界期 水 稻 孕穗 ~ 开花 小 麦 孕穗 ~ 抽穗 玉 米 开花 ~ 乳熟 油 菜 薹花期 甘 薯 发根分枝结薯期 水 稻 孕穗 ~ 开花 小 麦 孕穗 ~ 抽穗 玉 米 开花 ~ 乳熟 油 菜 薹花期 甘 薯 发根分枝结薯期 棉 花 开花结铃期 豆类、花生 开花期 黍稷类（高粱） 抽花穗 ~ 灌浆

第四节 二氧化碳 CO2是光合作用的直接原料，当光强、温度等适宜时，CO2浓度就是光合强度的决定因素之一。 第四节 二氧化碳 CO2是光合作用的直接原料，当光强、温度等适宜时，CO2浓度就是光合强度的决定因素之一。 如果光合作用吸收的CO2与呼吸作用放出的CO2相等，即净光合强度等于零，这时的CO2浓度称为CO2补偿点。当CO2浓度增加至某一值时，光合速率达到最大值，此时环境中的CO2浓度称为CO2饱和点。

大气中CO2浓度常量为0.03%左右，由于生物呼吸及各种燃料燃烧释放CO2，所以虽被作物吸收而仍较稳定。但据测算，作物每天每平方米叶面积吸收CO2 20～30克，相当于一亩地上空120～200米高的大气层中全部CO2。如果完全依靠CO2自身的扩散作用是不够的，而必须使空气流动，以便将大量的CO2经过叶面，提高光合强度。因此，生产上要实行合理密植和相应的株行距，以便田间通风良好。

第五节 土壤条件 土壤是作物扎根生长的主要环境，人们从事种植业生产，各种农业措施（耕、耙、锄、施肥、灌水）都作用于土壤，通过土壤对作物产生影响。 土壤最本质的特征就是具有肥力。土壤肥力可分为两种：一种是土壤形成过程中各种自然因素作用下产生的肥力，称为自然肥力；一种是在自然肥力基础上，在农业措施影响下产生的肥力，称为人工肥力。这些肥力在农业生产上反应出来的部分，称为有效肥力。有效肥力的高低体现了社会经济制度和科学技术发展的水平。

一、土壤种类 土壤由各种大小不同的土粒构成，根据土粒的直径大小可分为： 砾石：土粒直径大于2mm，颗粒粗大。

土壤中粗细土粒数的组合状况不同，就形成了不同的土壤质地。生产上土壤可分为以下3种类型： 砂土：含砂85％以上，粘粒15％以下的土壤称为砂土，砂土大孔隙多，土壤疏松、容易耕作、肥料分解快、保水保肥力差，有机质、全氮、全磷较少。 粘土：含粘土粒45％以上。土质粘重，不便于耕作，空气不易流通，不利于作物根系发育，水分缺乏时地面易龟裂。但蓄水保肥力强，肥力较高。 壤土：是土壤结构中最好的土壤。一般壤土有机质含量约l％～3％左右，保水保肥能力较强，耐旱耐涝，土壤孔隙适中，具有良好的通气透水性能，易耕易种。适种作物范围广，产量高而稳。

二、土壤水分状况 根据土壤水分在土壤中所受力的状况分为： 1．吸着水 又称束缚水，它通过分子引力牢牢地吸附在土粒的表面，不能移动，也不能溶解盐类，在干旱条件下仍能存在。吸着水不能为作物所吸收，是无效水。 2．毛管水 存在于土粒间的孔隙中，受毛管引力和表面张力而保持在毛管孔隙中的水。毛细管水可以移动，容易蒸发，可供植株利用，为有效水。 3．重力水 在重力的作用下，可以向下渗漏的水。重力水容易被作物利用，但很快流失。重力水存在使土温降低，土壤通气不良，并影响微生物活动。

三、土壤养分状况 土壤养分按其存在状态可分为： ①溶解状态，即溶解于土壤溶液中的呈离子态存在的土壤养分，如NH4+ 、NO3- 、PO43-、K+等。 ②吸附态，即吸附在土壤胶体表面的离子态养分，主要是吸附在带负电荷胶体表面的阳离子，如吸附性N+、K+、 Ca2+ 等。 ③难溶解状态，即存在于土壤矿物和有机质及难溶性盐类中的养分，其组成和结构都较复杂。 对作物的有效性而言，溶解态养分是最易为作物吸收的有效养分；吸附态养分在转变为液相溶解态养分后也能为作物吸收，也属有效养分；难溶态养分必须经历一系列生物化学或化学反应逐步转化为吸附态和溶解态养分时，才能为作物吸收，属潜在养分。这三种状态的养分在土壤中处于相互转化的动态平衡之中。

四、土壤有机质 1、土壤有机质的来源和转化 动植物、微生物的残体和有机肥料是土壤有机质的基本来源。 有机质的转化主要有两个方向，一是分解，又称矿化过程，即有机质在微生物或动物的作用下转化为简单的矿质化合物，如H2、CO2、NH4＋等，这是释放养分的过程，放出能为植物吸收的养分。二是分解—合成，又称腐殖化过程，有机质矿化过程中微生物将中间产物合成腐殖质，将养分暂时贮藏，以后陆续分解供植物利用。

2、有机质的作用 ⑴ 作物营养物质的主要来源 ⑵ 作物碳素营养的来源之一 ⑶ 提高土壤保水保肥能力 ⑷ 促进和改善土壤的结构 ⑸ 提高土壤温度

五、土壤酸碱性 土壤溶液中H+离子浓度大于OH-离子浓度时土壤就呈酸性；土壤呈酸性主要是由土壤胶体上所吸附的H+ 、Al3－和各种羟基铝离子所引起。 土壤溶液中H+离子浓度小于OH-离子浓度时土壤呈碱性；土壤中含有碳酸钙或重碳酸钙时土壤就呈碱性。 土壤酸碱性对土壤肥力及植物生长影响很大。各种作物对土壤酸碱的适应能力不同。

植物养分有效性与pH

各种作物生长适宜的酸碱度

土壤酸碱性指示植物 映山红、茶为酸性土指示植物； 柏树、碱蓬、盐蒿植物为碱性土指示植物。

六、土壤孔隙度 单位体积内土壤孔隙所占的百分数称为土壤孔隙度。土壤孔隙度密切影响着土壤中水、肥、气、热等肥力因素的变化与供应状况。根据土壤孔隙的粗细可分为三种，即无效孔隙、毛管孔隙与空气孔隙。 适宜作物生长的土壤孔隙度为50%左右，无效孔隙少、毛管孔隙度高于空气孔隙度。 根据土壤的比重和容重，可求出土壤孔隙度： 比重-容重 容重 孔隙度%= ——————×100=（1- ———）×100 比重 比重

土壤比重 单位体积内土粒的干重（不包括土壤孔隙）与同体积水重之比，称为土壤比重。土壤比重取决于土壤矿物质颗粒组成和腐殖质含量的多少，一般在2.60～2.70范围内，通常取其平均值2.65。 土壤容重 单位体积内土壤（包括土壤孔隙）的干重，称为容重。土壤容重随孔隙而变化，大体在1.00～1.80，它与土壤结构、腐殖质含量及土壤松紧状况等有关，也受降雨、灌水、耕作等活动的影响。

七、土壤结构 土粒在内外因素的综合作用下，形成大小不一，形状不同的团聚体，称为土壤结构。根据结构的形状、大小及其与肥力的关系，将土壤结构分为块状、棱状、片状和团粒结构等。其中团粒结构对土壤肥力有良好的调节作用，是农业生产上最理想的土壤结构，多出现在有机质含量高，肥沃的耕层土壤中。

八、土壤耕性 土壤耕性是土壤在耕作时反映出来的特性，它是土壤的物理性与物理机械性的综合表现，凡是易耕作、耕作质量好、适耕期长的土壤，其耕性好。 粘结性：土粒间由于分子引力互相粘结在一起的性质。它使土壤具有抵抗机械破碎的能力，增加耕作阻力，影响耕作质量。 粘着性：土壤在一定含水量时粘着于其他物体的性能。它使土壤在耕作时粘着农具，增加磨擦阻力，造成耕作困难。 土壤可塑性：土壤在一定含水量范围内，可被外力改变成各种形状，当外力解除和土壤干燥后，仍能保持其形状的性能。土壤可塑性与耕作有密切关系，在可塑范围内不宜耕作。

土壤可塑性与土壤质地、水分含量的关系 下塑限 上塑限 土壤质地：粘粒愈多，可塑性愈大，反之愈小。 水分含量：干土没有可塑性。当水分含量逐渐增加，土壤才表现出可塑性。土壤开始表现出可塑状态时的水分含量，称为下塑限。当水分增多，使可塑状态开始消失时的含水量，称为上塑限。上塑限和下塑限含水量之差称为塑性值。 含水量稍低于下塑限时，称为旱地的宜耕期；水分过多时，土壤呈浓浆或稀浆状态，粘结性、粘着性和可塑性减小或消失，是水田的宜耕期。 下塑限 上塑限 塑性值 坚硬状态 可塑状态 流动状态 粘结性强 粘结性低、粘着性和 可塑性出现 粘结性、粘着性和 可塑性消失

C H O 第六节 矿质营养 N P K S Mg Ca Fe Zn 一、作物必需的营养元素及其生理功能 （一）必需的营养元素 Mn B Fe Cu Cl Zn Mo Ni 第六节 矿质营养 一、作物必需的营养元素及其生理功能 （一）必需的营养元素 作物所必需的营养元素有16种，它们是碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、钼、氯等。前9种作物需要量相对较大，称大量元素，后7种作物需要量极微，称微量元素。 S N C O H Ca K P Mg

（二）主要营养元素的生理功能 氮 氮是作物体内蛋白质、核酸的组成成分。氮还是叶绿素的组成成分，氮素的丰缺与叶片中叶绿素的含量有密切的关系，如果绿色作物缺少氮素，会影响叶绿素的形成，光合作用就不可能顺利进行。氮也是作物体内许多酶的组成成分。酶本身就是一种蛋白质，它在作物体内对各种代谢过程起催化作用 。 缺N老叶发 黄枯死， 新叶色淡, 生长矮小， 根系细长， 分蘖减少。 萝卜缺N的植株 老叶发黄

植物缺氮症状 老叶失绿、植株矮小、叶小而落、落花落果等。 苗期分蘖（枝）少，茎秆细长，后期穗短小、粒少粒小，早衰

磷 磷是核酸、磷脂、腺三磷（ATP）的重要组分。磷参与碳水化合物、蛋白质、脂肪的代谢。磷的充足供应是保证形成腺三磷和多种酶的重要条件。磷在作物能量转化过程中起着重要作用。磷的正常供应有利于细胞分裂、增殖和生长发育。同时，磷可以提高作物抗旱、抗寒、抗病和抗倒伏的能力。 缺磷症状 缺磷症状首先表现在基部老叶。 老叶暗绿紫红，植株生长缓慢，纤细矮小，簇生状，根系不发达，老果脱落。

钾 钾能促进光合作用，提高二氧化碳的同化能力。钾能促进光合产物的运输，促进蛋白质的合成，影响细胞渗透调节作用，影响作物气孔运动。很多酶需要有钾的参与才能充分活化。钾还能增强作物的抗逆性和抗倒伏的能力。

缺钾症状 老叶首先表现症状，叶尖叶缘枯，缺绿斑点，叶色黄、茎秆柔弱易倒伏等。

钙 钙是构成细胞壁的重要元素。钙是质膜的重要组成成分，它具有维持膜的结构、降低渗透性、限制细胞液外渗等作用。钙是某些酶的活化剂，因而影响作物体内的代谢过程。

镁 镁是叶绿素的组成成分。镁是许多酶的活化剂，与碳水化合物的代谢、磷酸化作用关系密切。镁也参与脂肪、氮的代谢作用。镁还能促进作物体内维生素A和维生素C的合成。从而有利于提高作物的品质。 缺镁症状 叶片失绿 从下部叶片开始,往往 是叶肉变黄而叶脉仍保持绿色。 严重缺镁时可形成坏死斑块， 引起叶片的早衰与脱落。

硫 硫是构成蛋白质和酶不可缺少的成分。缺硫时蛋白质的形成受阻，从而影响作物产量和产品中蛋白质含量。 硫 硫是构成蛋白质和酶不可缺少的成分。缺硫时蛋白质的形成受阻，从而影响作物产量和产品中蛋白质含量。 油菜开花结实延迟 缺S：植株矮小，硫不易移动，幼叶先表现症状, 新叶均衡失绿，呈黄白色并易脱落。

苹果缺Fe，新叶脉间失绿 柑橘缺Zn，小叶病，伴脉间失绿 棉花缺Mg，网脉

二、作物营养关键期 （一）作物营养的临界期 作物在生长发育的某一时期，对养分的要求虽然在绝对数量上并不一定多，但要求很迫切。如果这时缺乏某种养分，就会明显抑制作物的生长发育，产量受到严重影响。此时造成的损失，即使以后补施该种养分也很难弥补。这个时期称为作物营养临界期。 不同作物、不同元素的营养临界期有差异。大多数作物磷的营养临界期在幼苗期，氮的营养临界期比磷稍晚一些。

（二）作物营养最大效率期 在作物生长发育的过程中的某一时期，作物对养分的要求，不论是在绝对数量上，还是吸收速率上都是最高的。此时使用肥料所起的作用最大，增产效率也最为显著。这个时期就是作物营养最大效率期。这一时期常出现在作物生长的旺盛时期。 北美红杉高可达110m