经济作物栽培技术绪论.docx
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经济作物栽培技术绪论
绪论
1.物的概念和分类
1.1作物的概念
作物(crop)是指由野生植物经过人类不断的选择、驯化、利用、演化而来的具有经济价值的栽培植物,它有广义和狭义之分。
广义的作物指人类所栽培利用的各种植物,它包括农作物、园艺作物(包括果树、蔬菜和花卉)、林木三大类。
狭义的作物仅指农作物(fieldcrop),也称大田作物,俗称庄稼。
大田作物的栽培,一般称为作物生产。
我们习惯上所说的作物是指狭义的作物。
目前,地球上的植物有记载的约30余万种,被人类直接利用的有2500多种,其中约有1500种左右是人工栽培植物,人类的主要食用植物有15种(水稻、小麦、玉米、高粱、大麦、甘蔗、甜菜、马铃薯、红薯、木薯、大豆、菜豆、花生、香蕉、椰子)。
我国主要的农作物不到60种,但每种作物的品种十分繁多,如水稻品种,全世界有3万个以上。
1.2作物的种类
作物的分类方法很多,用不同的分类方法可以把作物分为不同的种类。
在作物栽培学中,常用的分类方法有以下几种:
1.2.1按用途与植物学系统相结合的方法分类
可分为三大部分,十大类作物:
1.2.1.1粮食作物
粮食作物包括三大类:
禾谷类作物:
属禾本科,主要有稻类、麦类、玉米、高粱、粟、黍等。
蓼科的荞麦,习惯上包括在内。
豆类作物:
均属豆科植物,主要有大豆、蚕豆、豌豆、饭豆、菜豆、绿豆等。
薯类作物:
或称根茎类作物,主要有甘薯、马铃薯、木薯、山药(薯蓣)、菊芋等。
1.2.1.2经济作物
经济作物包括六大类:
纤维作物:
主要有棉花、黄麻、苎麻、亚麻、剑麻、木棉等。
油料作物:
主要有油菜、花生、芝麻、向日葵、蓖麻、油桐、苏子、核桃、棕榈等。
糖料作物:
主要有甘蔗,甜菜等。
嗜好类作物:
主要有烟草、茶叶、咖啡、可可等。
药用作物:
药用作物的种类很多,如黄莲、人参、三七、当归、党参、天麻、枸杞、大麻、罂粟等。
香料作物:
如薄荷、留兰香、香茅、玫瑰等。
1.2.1.3绿肥及饲料作物
绿肥及饲料作物主要有紫云英、苕子、草木樨、水葫芦、三叶草、田菁等。
上述分类方法不是绝对的,同一种作物根据需要有时可以分到这一类,有时可以分到那一类。
如玉米可为粮食作物,可为饲料作物,也可为经济作物。
1.2.2按作物的生理生态特性来分类
按作物不同的生理生态特性可把作物划分为不同的类型:
1.2.2.1按作物对温度条件的要求来分类
可分为喜温作物和喜凉作物。
喜温作物在整个生育期中需要较高的温度和积温,其生长发育需要的最低温度约为10℃。
如水稻、甘蔗、花生等。
喜凉作物全生育期需要的温度和积温都较低,其生长发育需要的最低温度约为5℃。
如小麦、大麦、油菜等。
1.2.2.2按作物对光周期的反应来分类
可分为长日照作物、短日照作物和中性作物。
长日照作物如小麦、大麦、油菜等,它们要在较长的日照条件下才能够通过光照阶段。
短日照作物如水稻、玉米、烟草等,它们要在较长的黑暗条件下才能够进入生殖阶段。
中性作物对日照长短没有严格的要求。
1.2.2.3根据作物对二氧化碳同化途径的不同来分类
分为C3植物、C4植物和CAM(景天酸代谢)作物。
C4植物的光饱和点高,二氧化碳补偿点低,光呼吸作用低,在高温、强光照和低浓度二氧化碳下具有较强的光合能力。
这类作物有玉米、甘蔗、高粱。
C3植物的光饱和点低、二氧化碳补偿点高,光呼吸作用高,在高温、强光照和低浓度二氧化碳下的光合能力弱。
大多数作物为C3植物。
CAM作物很少,除凤梨科外,仅有龙舌兰、菠萝麻等少数纤维作物。
1.2.3根据植物的科、属、种分类
一般用双名法对植物进行命名,为国际上所通用。
用双名法对植物进行命名时,第一个字为属名,第二个字为种名,第三个字为命名者的姓氏缩写。
此外,以耕地的种类可把作物分为旱地作物和水田作物;以栽培季节可分为夏季作物和冬季作物;以需用部位可分为根类作物、茎类作物、叶类作物和种实作物;以生长年限可分为一年生作物,两年生作物和多年生作物。
2.作物产量的形成和生产潜力
2.1作物产量的概念
作物产量是指作物通过一定的生长发育阶段后所形成的农产品的数量,它包括两个概念:
一是生物产量,一是经济产量。
生物产量是指作物通过生命活动所产生的全部产物的数量,它包括对人类有较高经济价值和利用价值的主产品和对人类经济价值和利用价值较低的副产品。
经济产量是指栽培目的所需要的主产品的收获量。
我们一般所说的产量指的是经济产量。
不同的作物提供的产品器官是不同的,同一作物由于栽培目的的不同,经济产量所指的产品器官也不一样。
如玉米作粮食时,经济产量所指的产品器官为籽粒,作饲料时经济产量所指的产品器官则包括茎、叶、和果穗,基本相当于生物产量。
经济产量只是生物产量的一部分,一定的生物产量所包含的经济产量有高有低,经济产量与生物产量之比叫做经济系数(收获指数)。
经济系数越高,分配到我们所需要收获的器官中的光合产物就越多,说明对光合产物的分配利用就愈合理。
不同的作物,其经济系数是不相同的,如薯类作物为20~85%,水稻、小麦为35~50%,玉米为30%,油菜为28%左右,大豆为20%,这与我们所利用的经济器官及其化学成分有关。
一般来说,凡是以营养器官作为主要收获产品的作物,其经济系数较高;凡是以生殖器官作为主要收获产品的作物,其经济系数较低。
在正常情况下,经济产量与生物产量的高低呈正比,提高生物产量是提高经济产量的基础。
只有在作物生长发育良好,生物产量高的情况下,经济产量才能提高。
同时,经济产量与经济系数成正比,在提高生物产量的基础上还必须提高经济系数,才能达到提高经济产量的目的。
作物的生物产量与经济产量的高低,取决于作物生产力的大小,所谓作物的生产力是指作物在其生育期中,通过一定的生命活动形成一定产量的能力。
我们把形成生物产量的能力叫做总生产力,把形成经济产量的能力叫做有效生产力,有效生产力与总生产力的比值叫做相对生产力,相对生产力的大小决定着经济系数的高低。
作物生产力的大小一方面决定于作物的遗传特性,另一方面决定于人们为作物的生长发育所创造的环境条件(温、光、水、肥、气等各种因素的总和)和所采取的栽培管理措施。
换句话说,作物产量的高低决定于作物的遗传特性和作物生长发育所处的环境条件两大因素,随着作物遗传特性的改良(优良品种的培育)和栽培技术措施的改进,作物的产量是可以不断提高的。
2.2作物产量的构成因素及相互关系
作物产量有总产和单产(单位土地面积上产品的数量)之分,通常情况下,用单产能更好的衡量作物产量的高低,国际上常用的单产的单位是t/hm2,中国常用的单产的单位是斤/亩。
作物的单位面积产量(经济产量)等于单株产量和单位面积上的株数的乘积,即
单位面积产量=单株产量×单位面积上的株数
作物的种类不同,其构成产量的因素也不同(见下表)。
各类作物单位面积产量的构成因素表
作物名称
产量构成因素
禾谷类
穗数、每穗实粒数、粒重
豆类
株数、每株有效分枝数、每分枝荚数、每荚实粒数、粒重
油菜
株数、每株有效分枝数、每分枝荚数、每荚粒数,粒重
烟草
株数、每株叶数,单叶重
薯类
株数、每株薯块数、单薯重
构成产量的各种基本因素又受许多因素的影响,以水稻为例,其产量构成因素为:
每亩产量=每亩总穗数×每穗粒数×粒重
其中每亩总穗数的多少是由每亩栽插的穴数、每穴株数和单株有效茎蘖数所构成的,每穗平均实粒数的多少由每穗发育的颖花数及其结实率所决定。
作物栽培的对象是作物群体,在一定的栽培条件下,构成产量的各因素之间存在着一定程度的矛盾。
以禾谷类作物为例,当单位面积上的穗数增至一定程度后,每穗粒数就有减少的趋势,粒重也会有所下降。
再如马铃薯,当单位面积上的株数增加时,单株结薯数和单个块茎重就呈下降的趋势。
这是因为作物的群体是由个体构成的,当单位面积上的作物群体增加后,各个体所获得的营养面积就相应减少,个体的生物产量就有所降低,因而经济产量相对下降。
但个体变小,不等于最后产量就低,因为作物栽培的目的是要求单株产量×单位面上的株数达到最大值。
当单位面积上株数的增加引起的增产大于单株产量下降引起的减产时,作物群体表现为增产,反之则表现为减产。
在农业生产中,我们可以通过合理密植使单株产量×单位面上的株数达到最大值,从而使作物群体的产量达到最高。
2.3作物产量的来源
按照植物生理学的观点,作物产量=(光合面积×光合速率×光合时间-光合产物消耗)×经济系数
2.3.1光合面积与产量
作物进行光合作用的主要器官是叶子,在一定范围内,在一定范围内,作物的叶面积大,则光合面积大,制造的光合产物就多。
叶面积的大小通常用叶面积指数(leafareaindex,缩写为LAI)来表示,叶面积指数是指单位土地面积上功能叶面积的总和(功能叶面积/土地面积)。
在一定范围内,作物的光合产物和产量随叶面积指数的增加而增加。
在高产栽培时各种作物的最适叶面积指数马铃薯为3.5~4,玉米为5,小麦为6~8.5,水稻为7~9。
除叶面积指数直接影响作物群体的光合速率和产量外,叶层的结构(叶片的受光态势或受光角度)对作物群体的光合速率和产量也有重要的影响。
2.3.2光合速率与产量
光合速率是指单位叶面积在单位时间内所积累的干物质的重量,单位为g/(m2·d)(净同化率或光合生产率)。
作物的光合速率主要决定于其遗传特性,不同的作物类型,其光合速率有较大的差异。
光合速率高的品种不一定高产。
2.3.3光合时间与产量
作物光合器官的光合作用持续时间的长短用光合势来表示,光合势是指叶面积与光合作用时间的乘积,单位为m2·d,用生物产量除以光合势即得作物整个生长期的平均净同化率。
平均净同化率=干重增加/(叶面积×日数)
=生物产量/光合势
在光合速率不变时,光合作用持续的时间越长,则光合势越高,产量越高。
因此,生育期长的品种往往比生育期短的品种要高产,即所谓“高产不早熟,早熟不高产”。
在同一地区,日照长短一般来说是固定的,要延长作物光合作用持续的时间,一是选用生育期较长品种,二是改善栽培条件,延长叶片的功能期。
2.4作物的生产潜力及提高作物产量的途径
随着社会的发展和科学技术的进步,作物的产量是在不断提高的,而且还会进一步提高。
目前,籼稻小面积最高单产在印度,已达2669斤/亩,粳稻小面积最高单产在中国,已达2217.1斤亩(1994年,云南宾川);小麦小面积最高单产在中国,已达2036斤/亩;玉米小面积最高单产在美国,已达3096.6斤/亩。
但作物的产量究竟能提高到什么程度,这就要考虑到一系列决定产量的内外环境因素。
由于作物干重的90~95%来自光合作用,只有5~10%来自矿物质,因此,不断提高光能利用率,是挖掘作物生产潜力的重要手段。
2.4.1辐射资源与光能利用率
作物的光能利用率是指单位土地面积上作物光合作用所积累的有机物所含的能量与照射到同一地面上的日光能之比。
每年进入地球大气中的太阳能是十分巨大的,但每种作物只能利用其生育期间的那部分日光能资源,在这部分日光能资源中,首先作物只能利用波长在380~760nm范围内的可见光部分,这一部分辐射能叫有效辐射能,它占太阳总辐射能的45~50%。
其次,透射到作物群体上的日光,一部分被反射回大气,一部分漏射到地面,一部分被叶绿体截取参与光合作用。
被截取的这部分日光能还存在一定的转化效率,因为同化1mol的CO2需要吸收400千卡的太阳辐射能,而在光合产物中仅贮存112千卡,因此光合作用能量的最大转化率为112/400=28%。
假设在最优越的条件下,反射与漏射损失为15%,光合有效辐射占总辐射的47%,最大的光合作用能量转化率为28%,再去掉呼吸消耗50%,非光合器官吸收10%,则光能利用率的最大理论值为:
1×47%×85%×28%×50%×90%≈5%
但是在目前的生产水平条件下,太阳能的利用率是很低的,高产田块估计只有2.3~3.8%,我国当前农田平均年光能利用率只有0.3~0.4%,世界农田约为0.2%,地球上水陆植物只有0.1%。
这与光能利用率的最大理论值差距还很远,所以从光能利用的角度来看,作物的增产潜力还很大。
2.4.2提高作物光能利用率的途径
要提高作物的光能利用率,总的来说有两条途径:
2.4.2.1理想型的培育
即改进作物本身利用光能的形态和生理特性,培育出高光效的理想类型。
主要从两方面入手:
①对株型叶型等形态的改造
即从株型、叶型等形态上改变作物的受光态势,使作物的个体或群体内各叶片都能均匀地、较多地截取日光和二氧化碳,从而提高光合速率。
例子:
墨西哥小麦和菲律宾国际稻
②对光合生理性状的改造
即高光效育种,就是通过对作物的光合强度、光饱和点、光补偿点、光呼吸强度、二氧化碳饱和点、二氧化碳补偿点等光合生理性状的改造,培育出高光效的品种。
手段:
①品种资源的筛选
试图从C3植物中筛选出C4型植株。
②远缘杂交
试图通过C3与C4植物的远缘杂交,来彻底改变C3植物的光合作用途径,创造出高光效的新品种、新类型。
2.4.2.2高产工程的设计和调控
即改进栽培技术措施,设计出能够保证作物最有效地利用当地辐射资源的栽培方式和群体结构方案。
解决三个方面的矛盾:
①较高的辐射资源与较低的光能利用率之间的矛盾。
②个体与群体之间的矛盾。
③作物的光合作用与其它的生理过程之间的矛盾。
3.作物栽培学的性质、内容和研究方法
3.1作物栽培学的性质和内容
作物栽培学是研究作物生长发育规律及其与外界环境条件的关系,以及探讨作物高产、优质、高效率、低成本生产的理论和措施的一门科学。
它是一门应用学科,涉及内容广泛,又密切联系生产实际,综合性和实践性很强。
其研究的内容主要包括以下几个方面:
3.1.1作物的生长发育规律
作物栽培学的研究的对象-作物是活的有机体,每种作物都有自己的器官建成和产量形成等一系列生长发育规律,作物高产栽培必须研究和掌握它的生育规律,才能为看苗诊断和栽培措施的合理利用提供可靠的依据。
3.1.2作物的生长发育规律与外界环境条件的关系
每种作物在其每一个生育阶段,对外界环境条件(土、肥、水、温、光、气等)都有一定的要求,作物高产栽培必须研究和了解作物各生育阶段对这些条件的要求,以及这些条件与各器官建成过程中所出现的矛盾,以便采取相应的促控措施,发挥有利因素、克服不利因素,满足作物对外界环境条件的要求,使其沿着高产、优质的方向发展。
3.1.3作物高产、优质、高效、低成本生产的理论和技术措施
作物栽培的对象是一个群体,而群体又是由个体组成的,个体又有营养器官和产量器官。
在作物生长发育过程中,个体与群体存在着争夺光、肥、水、气的矛盾,个体各器官之间也存在着矛盾,作物高产栽培要不断分析这些矛盾,创造一个个体与群体都能协调发展的农田生态系统,以发挥作物的最大增产潜力,并以较少的投入获得较大的产出。
3.1.4作物栽培学是作物生产上的系统工程
作物栽培的目的,不能仅着眼于一个作物,一季作物的高产,还必须考虑到季季高产和全年高产,因此作物高产栽培要对全年的作物布局作出长期的、合理安排,许多栽培措施要从前后季作物的关系来考虑。
作物高产栽培技术还必须以高产稳产农田、合理的耕作制度和优良的品种为基础,才能发挥更大的作用。
3.2作物栽培学的学习方法
要学好作物栽培学,须注意以下几点:
3.2.1认真学习党和政府关于农业生产的方针、政策,了解农产品市场状况和发展动态。
3.2.2要以辩证唯物主义的观点作指导。
3.2.3要有严谨的科学态度和理论联系实际、实事求是的作风。
3.2.4要学好基础课,奠定学好本学科的坚实的理论基础。
4.作物栽培学的研究现状与发展趋势
4.1我国20世纪作物栽培学的主要成就(教材p1)
4.2作物栽培学的发展趋势与创新方向
4.2.1省力、省工、节约成本型高效栽培技术
4.2.2适宜于适度规模经营的机械化栽培技术
4.2.3信息科学与作物栽培学有机结合
4.2.4作物化控技术
4.2.5无公害农产品生产技术
4.2.6设施栽培技术
4.2.7规范化、标准化栽培技术
5.南方地区作物生产的特点
5.1人多地少,自然资源丰富、复种指数高
5.2主要作物生产在全国举足轻重
5.3作物生产的集约化程度较高,区域之间不平衡
5.4作物类型、品种资源丰富,种植制度复杂
6.南方地区作物生产的潜力
6.1作物单产有潜力可挖
6.2复种指数可适度提高
6.3土地用养结合亟待重视
6.4作物抗灾生产技术亟待发展
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