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结合,地力常新,生产目的是为了满足
自己生活的目的。
主要措施:
精耕细作,利用连作、轮作复种、间作套种、多熟种植充分利用土地和太阳能;
采用粮豆轮作、粮肥轮作和施用粪肥等实现养地,维护地力常新;
以人力、畜力为动力,农牧结合,很少使用商业能。
三、现代农业
机械化集约农业(mechanizedintensive
agriculture)和石油农业。
主要特点:
运用发达的工业能力,向农业大量输入机械、化肥、燃料、电力等各种形式的工业辅助能。
土地生产力、劳动生产力及商品生产率都大大提高。
20世纪20年代,美国率先实现以机械化为主要特征的农业现代化,到60年代,占世界耕地40%、人口20%的工业化国家先后实现由传统农业向现代农业的转变。
四、后现代农业
回顾各国农业发展的道路可以看出,随着生产力的发展,农业的社会效益、经济效益和生态效益依次成为农业发展的一种目标。
第一阶段:
满足温饱需求为核心。
–第二阶段:
满足相对富裕纳入农业发展目标。
–第三阶段:
满足高质量生活的生态环境、食品质量与未来繁荣列入农业发展目标。
我国农业基本处于第二阶段。
2.3现代农业发展取得的成就
一、发达国家
发达国家率先进入现代化农业阶段,显著提高了社会生产力,经济增长了几十倍,创造了前所未有的物质财富。
美国玉米生产每公顷所需人工有1945年的1200个减至1975年的12个,同时产量也由2t/hm2提高至8t/hm2。
因此美国成为世界最大的粮食出口国,80年代,其粮食出口量占世界粮食贸易总量的五分之三。
二、发展中国家
发展中国家在20世纪60年代开展了一场“绿色革命”,在大幅度提高作物生产力方面起了巨大的推动作用。
推广新品种矮杆小麦、矮杆水稻、杂交水稻;
增施化肥、农药,发展水利。
农业单产、总产大幅度提高。
解决18个国家、占世界总人口56%的人的粮食问题。
中国和印度是实施“绿色革命”的典范。
正是由于现代农业的发展,使得在人类历史上首次解决了饥谨难题。
从20世纪初到80年代,世界人口增长了2倍,而同时世界谷物总产增长了2.3倍,农业总产值增加了2.4倍。
一、石油农业的问题
1.化石能源的大量消耗
美国
1950年:
0.36亿吨
1985年:
2.6亿吨石油当量。
石油储量的不断下降,价格不断上涨,依靠化石能源的现代农业根本无法长期维持。
2.造成资源、环境破坏及污染等一系列生态问题
水体的富养化、食品含毒等问题;
土壤结构恶化,系统内部有机质和养分的亏缺;
病虫害加重,害虫种类增多;
生物多样性和种内异质性减低,系统的内部的调控能力;
国外有学者尖锐的指出:
石油农业不管产量有多高,经济效果有多好,实际上都是在大灾难前拾到的一点好处。
二、发展中国家农业的问题
由于人口的压力,对资源进行掠夺式经营,造成资源破坏,生态环境恶化,灾害频繁。
化肥、农药的投入不断增多,导致生产成本上升,污染等问题,严重影响农业的稳定性和持续发展。
一自然农业日本福冈正延
二有机农业1971年由美国土壤学家提出
三生态农业
四可持续农业
中国生态农业
生态农业:
因地制宜利用现代科学技术,并与传统农业精华相结合,充分发挥区域资源优势,依据经济发展水平及‘整体、协调、循环、再生’的原则,运用系统工程方法,全面规划,合理组织农业生产,实现高产、优质、高效、可持续发展,达到生态与经济两个系统的良性循环和经济、生态、社会三大效益的统一。
简言之:
CEA:
是把农业生产增长、农村发展和生态环境的治理与保护融为一体的现代化农业生产体系。
认识中国生态农业需澄清的几个错误认识
生态农业就是环境保护。
生态农业拒绝投入。
生态农业是拒绝高科技的。
生态农业是小规模的试验。
4作物学的性质、任务
一、作物
地球上有记载的植物有39万种,被人类利用的有2500种以上。
目前,世界栽培种植约1500种,其中,粮、棉、油、糖、麻、烟、茶、桑、果、菜、药、杂等这些人工栽培的植物统称作物。
这就是广义上的作物。
作物(狭义):
指农田大面积栽培的农作物,一般称大田作物。
包括粮、棉、油、麻、烟、糖等。
二、作物生产
1.概念:
就是通过绿色植物的光合作用,以少量的无机物和太阳能转化成大量的各种农作物产品的过程。
2.特点:
(1)严格的地域性
(2)明显的季节性
(3)生产的连续
(4)作物生产的综合性
3.作物生产的重要性
(1).是人民生活资料的重要来源。
(2).是工业原料的重要来源。
(3).是出口创汇的重要物资。
(4).较高的种植业比重
(一).概念:
研究各类大田作物生产管理和遗传改良的科学理论和技术体系。
作物学属于一级学科,它涵盖着两个二级学科的内容。
二作物学的概念及性质
(三)性质
1、性质
(1)是一门为农业生产服务的综合性学科。
(2)以自然科学和社会经济科学为基础的一门应用学科
(3)以可持续农业发展为目标的一门生态学科。
2、相关学科的理论基础:
作物
环境
Chapter2作物的起源与分布
2.1作物的起源
2.2作物的传播
一、作物的起源:
1.起源:
野生植物经过不断的自然选择和人工选择演变而来的。
2.作物:
由野生植物经过人类不断的选择、驯化、利用、演变而来的具有经济价值的栽培植物。
3.栽培作物与野生植物相比,主要有以下几点不同:
(1)人类利用的器官变得巨大和生长迅速。
(2)产品有用成分大大改进和提高
(3)成熟期一致,生长整齐
(4)传播手段退化
(5)休眠性减弱或缩短
(6)自我保护机能减弱
4.作物的起源中心
(1)瓦维洛夫的8个中心
1935年苏联的瓦维洛夫在《育种的植物地理基础》对栽培作物的地理起源中心进行论述,分为8个起源中心。
(2)茹可夫斯基12个中心
1968年茹可夫斯基提出大基因中心观念,将瓦维洛夫确立的8个起源中心扩大到12个起源中心分别为:
。
5、研究栽培作物的地理起源中心的意义
(1)树立保护野生植物的观念,以便将有经济价值的野生植物驯化为栽培植物为我所用,扩大种质资源。
(2)获得有利基因,改良现有育种资源。
2.2、作物的传播
(一)自然传播:
(二)人为传播:
三)作物引种及引种原则
1.作物引种的概念
作物引种,就是从外地或外国因入当地所没有的作物,借以丰富当地的作物资源。
引种是作物的人工迁移过程。
(1).简单引种:
原产地与引种地的自然环境差异不大,或者由于被引种的作物本身适应范围较广泛,不需要特殊的处理和选育过程,就能正常生长发育、开花结果并繁殖后代。
(2).驯化引种:
原产地与引种地的自然环境相差较大,或者由于被引种的作物本身适应范围较狭窄,需要通过选择培育,改变其遗传性,使之能够适应引种地的环境。
例子:
成功:
失败:
2.作物引种的基本原则
(1)各生育时期的生活条件需得到满足
(2)克服限制因子的影响
(3)被引种的作物对引种地的环境有逐步适应的过程,它能不断地改变本身的某些习性,适应新的生态因子。
3.规律(对于短日照作物而言)
东西方向相互引种,纬度和海拔相近的地区,日照和温度条件相近,易于成功。
北种南引:
因生育期间日长变短,温度提高,品种生育期缩短,常减产。
南种北引:
因生育期间日长变长,温度降低,品种生育期延长。
只要种植制度允许,能安全齐穗,通常增产。
高海拔引至低海拔:
生育期的变化与北种南引相似。
.作物的分布
(1)作物的分布与环境
(2)作物的分布
作物的分布与环境
1.作物的分布:
是指作物通过扩散,并在不同地理区域位置上种植后的空间配置情况。
作物的分布主要受自然生态环境的制约。
其次与作物的生物学特性、气候土壤条件、社会经济条件、生产技术水平、人们的习惯和社会需求等各种因素有关。
2.作物的分布与环境的关系:
作物的生长发育离不开光照、水分、和温度。
绿色植物通过叶绿体把太阳能转化为自身的能量,把CO2合成有机物质。
在这个能量转化和物质转化的过程中,各种作物所需的温度不同,对光能和水的利用各异,对环境的适应性有显著差异,从而需要的生活环境不同。
第三章作物的生长发育与产量形成
1作物生长与发育的特点
一、作物生长与发育的概念
二、作物各器官的生长发育
三、作物生长的一般过程
四、作物生育期与生育时期
五、营养生长与生殖生长的调控
六、作物的温光反应特性
任何一种生物个体,总是要有序地经历发生、发展和死亡等时期,人们把生物体从发生到死亡所经历的过程称为生命周期(lifecycle)。
在生命周期中,植物体发生着生长(growth)、分化(differentiation)和发育(development)等变化。
1.生长(growth):
指在作物一生中,作物个体、器官、组织和细胞在体积、重量和数量上的不可逆增加,是一个量变过程。
它是通过细胞的分裂和伸长来完成的。
作物的生长既包括营养体的生长也包括生殖体的生长。
2.分化(differentiation):
从一种同质的细胞类型转变成形态结构和功能与原来不相同的异质细胞类型的过程。
它可在细胞、组织、器官的不同水平上表现出来。
3.发育(development)
(1)定义:
在植物生活史中,细胞、器官及植物个体发生的大小、形态、结构和功能上的变化。
广义上发育泛指生物的发生与发展,狭义的发育通常指生物从营养生长向生殖生长的有序变化过程,包括性细胞的出现、受精、胚胎形成以及新繁殖器官产生等。
(2)特点:
①植物的发育在时间上有严格的顺序。
②发育在空间上有巧妙的布局,如茎上叶原基的分布有一定的规律,形成叶序。
③发育包括生长和分化两方面。
表现在细胞、组织和器官的分化,最终导致植株根、茎、叶和花、果实、种子形成。
4.生长和发育的关系:
生长和发育二者存在着既矛盾又统一的关系。
(1)生长和发育是统一的:
①生长是发育的基础,停止生长的细胞不能完成发育,没有足够大小的营养体不能正常繁殖后代。
②发育又促进新器官的生长。
作物经过内部质变后形成具备不同生理特性的新器官,继而促进了进一步的生长。
(2)生长和发育又是一对矛盾,在生产实践上经常出现两种情况:
①生长快而发育慢:
有时营养生长过旺的作物往往是影响开花结实,如“贪青晚熟”。
②生长受到抑制时,发育却加速进行,例如在营养条件不良条件下,作物提早开花结实,发生“早衰”。
因此,要实现农作物产品的高产优质,必须根据生产的需求,调节控制作物的生长发育过程和强度。
(二)营养生长和生殖生长
作物营养器官包括根、茎、叶、分枝(分蘖)的生长称为营养生长。
作物生殖器官包括花、果实、种子的生长称为生殖生长。
以营养生长为主的生长阶段为营养生长期。
以生殖生长为主要特征的生长阶段为生殖生长期。
2.作物营养生长期和生殖生长期的划分:
常以花芽分化或幼穗分化为标志。
在花芽分化或幼穗分化之前为营养生阶段,在此之后为生殖生长阶段。
但实际上,营养生长贯穿于作物的整个生长发育过程。
因为作物在花芽或幼穗分化以后,仍然进行根、茎、叶等营养器官的生长过程。
所以,作物在营养生长阶段只进行营养器官的生长,在生殖生长阶段,营养生长与生殖生长同时进行。
即营养生长与生殖生长在时间存在继起,及空间上的并存。
3.营养生长与生殖生长关系
(1).协调:
营养生长是生殖生长的基础。
在不发生旺长的基础上,建立发达的光合生产体系,为生殖生长奠定物质基础。
旺长(徒长)是指营养生长过旺,产品器官分化、发育延迟,生长不良。
旺长的不良后果:
禾本科※易造成贪青晚熟,结实率下降,千粒重下降
※恶化农田小气候,易感病虫
双子叶:
大量落花、落果等,产量品质下降。
(2)不协调
a.营养体旺长
发生旺长,光合作用多进行N代谢,新器官不断产生,营养体繁茂,消耗了产品器官生长发育所需的养分,使生殖生长发育不良。
b.营养体瘦小
由于N代谢不足,叶面积不足,导致大量的漏光损失,造成光合产物不足,所以C、N代谢均受到严重限制,在作物生长后期造成早衰。
4.生殖生长对营养生长的影响
生殖器官一般都不具备光合作用的能力,其发育需消耗大量营养物质。
如:
果树生产上大小年的形成,就是生殖生长对营养生长的不利影响。
大年时,开花多,消耗大量有机物质进行生殖器官的构建,降低了体内有机物的含量。
第二年,花芽分化就少,结的果实亦少。
次年又会分化很多花芽……
多次开花:
大豆、棉花、瓜果类,生殖生长对营养生长的影响较小。
一次开花:
稻、麦、玉米等一旦生殖生长开始,营养生长就受到极大限制。
二.作物各器官的生长发育
(一)种子和种子萌发
(二)根的生长
(三)茎的生长
(四)叶的生长
(五)作物生殖器官的分化发育
(六)开花、传粉和果实成熟
1.种子
(1)概念
生物学上的种子,是指一个成熟的受精胚珠。
生产上种子,泛指用于播种和繁殖的材料。
包括三种类型。
①由胚珠发育而成的种子。
如豆类、棉花、油菜等作物的种子。
②由子房发育而成的果实。
如禾谷类作物的稻、玉米、麦、高粱等作物。
这些作物的果实称为颖果。
③无性繁殖材料。
如甘薯的根、茎、叶等。
大多数作物的繁衍是依靠种子(包括果实)进行的。
(2)生物学上种子的构成
生物学上的种子在形态上由3部分构成:
①种皮。
有时包括果皮及其附属物,如稻、麦等的种皮就包括种皮和果皮两部分。
②胚乳。
贮存养料和矿质养分。
为种子的萌发和幼苗生长提供营养。
③胚。
由子叶、胚轴和胚根3部分构成。
2.种子萌发
种子萌发是指种子重新恢复活动、生长,从而使种皮破裂、幼苗出现。
又称种子发芽。
(2)种子萌发过程的3个阶段
①吸胀。
是指种子吸收水分达到饱和,贮存物质如淀粉、蛋白质和脂肪通过酶的活动,分别水解为可溶性糖、氨基酸、甘油和脂肪酸等物质的过程。
②萌动。
是指胚的生长过程。
胚的生长最早是胚根,当胚根生长突破种皮时,萌动过程结束。
③发芽。
在这一阶段,胚继续生长,直到幼芽或子叶露出。
(3)影响种子萌发的环境条件
水分、温度和氧气是种子发芽的三个基本条件。
①水分
种子萌发的第一阶段是吸胀阶段。
无论是活种子或死种子都有吸胀过程。
吸胀程度与种子的化学成分有关。
与淀粉相比,蛋白质、脂肪和果胶吸收的水分更多。
②温度
不同作物种子发芽对温度要求的范围不同,但都有最高、最适和最低三基点温度。
一般耐寒作物发芽的最低温度为1-5℃,最适温度为28-30℃,最高温度为35-45℃。
喜温作物发芽的三基点温度分别为:
10-14℃、30-35℃、40-45℃。
③O2:
种子发芽时要求一定数量的O2。
胚生长时物质代谢需要O2,进行有氧呼吸,促进发芽,保证胚的正常生长。
1.概念
根系:
作物地下部分根的总称。
根据根的形态和生物特性分为须根系和直根系两种类型。
根系在土壤中的分布,作物不同,其在土壤中的分布深度不同。
一般说来,旱生作物根系分布较水生植物根系深些。
就禾本科作物来说,根群主要分布在耕层(大约在30㎝)以内。
就根系的颜色来看,新根,年龄短,生理机能旺盛,呈白色;
老根:
年龄长,生理机能衰弱,呈黄色、褐色。
⑴单子叶作物的根系
单子叶作物根系为须根系,由种根(胚根)和节根组成。
如禾谷类作物的根系。
种根在作物幼苗期吸收水分和养分的作用,但在生育中期甚至到成熟期,仍有吸收作用。
节根是根系的主要构成部分,它们是从基部茎节上长出的不定根,数目不等。
次生根发生的顺序由下位节移向上位节。
由地表节位长出的根称支持根或气生根。
v⑵双子叶作物的根系
双子叶作物的根属直根系。
如豆类作物、棉花等作物的根系。
由主根和多级侧根构成。
直根系的特点是,主根和侧根都有加粗生长的形成层,因而在生长过程中能不断加粗,有些作物的主根进行剧烈的次生加粗生长而使侧根变得很小,如胡萝卜、甘薯等。
v2.根系的功能
(1)固定功能
作物的抗倒、抗风不仅决定于作物的茎秆强度,也取决于根系的大小和强度。
(2)输导功能
养分和水分的输导。
(3)贮藏功能
如甜菜、胡萝卜、甘薯等作物的块根是贮藏养分和碳水化合物的重要器官。
(4)合成功能
作物吸收的无机态氮在输送到地上部之前在根内转化为有机化合物如氨基酸。
植物激素如细胞分裂素、赤酶素和脱落酸等也可根系合成。
(5)吸收功能
主要吸收水分和无机盐类。
3.根系生长的特点
(1)向氧性。
所有植物根的生长均需O2。
①旱地:
利用土壤中的溶氧,因此土壤通气性良好,是根系旺盛生长的条件。
②水田:
一方面通过酶系统,产生末端氧化酶,释放O2;
另一方面,在形态上,形成了从“叶片气孔---叶片----叶鞘---节----节间----根”的一个纵向的、贯通的列生通气组织,能有效地将O2运输到根部。
(2)趋肥性。
一般在肥料集中的土层中,根系比较密集,尤其是施P可促进根系生长。
(3)向水性。
根系入土的深浅与土壤水分有关,水田中水稻根系较浅,旱地作物根系较深。
为了作物后期生长健壮,苗期要控制肥水供应,实行蹲苗,促进根系向纵深发展。
(2)生长特点
单子叶作物茎的生长分为两个方面。
一是茎顶端生长锥在营养生长阶段不断分化出节和节间。
使节和节间的数目不断增加;
另一方面,节间基部的居间分生组织细胞分裂,细胞不断伸长和体积增加,使节间得以伸长增粗。
禾本科作物地下部近地表数个节间不伸长,密集于近地表的土层内,称为分蘖节。
地上部的节到一定时期节间开始伸长,称为拔节。
拔节前的茎为假茎,因为这时茎是由叶鞘相互包裹而形成的,并非真正的茎。
生产上,一般要求防止地上基部1—2个节间过度伸长,进行“蹲苗”,以免发生倒伏。
采取的措施主要有晒田、或者深耕伤根等。
(3)分蘖。
分蘖是指禾谷类作物的分枝。
禾谷类作物每个节都有一个分蘖芽,一般分蘖节上的蘖芽能正常萌发形成分蘖,分蘖从分蘖节上自下而上依次发生。
当植株进入四叶期,则从第一片真叶的叶腋处长出第一个分蘖,当植株进入n叶期,则从第n-3片真叶的叶腋处长出第n-3个分蘖,称谓叶---蘖同伸关系。
从主茎上直接长出的分蘖为一次分蘖,从一次分蘖上长出的分蘖为二次分蘖,依次类推。
对于稻、麦等多蘖性单子叶作物来说,生产上要求促进分蘖的早生快发,以利于形成大穗、足穗。
因为只有早期发生的低位次分蘖才能抽穗结实,成为有效分蘖,迟发的高位次分蘖多为无效分蘖。
2.双子叶作物茎的生长
(1)组成
(2)茎的生长:
主要靠茎顶端组织的不断分化增加细胞的数目以及分化出来的细胞体积不断增大。
节部的腋芽可萌发形成分枝。
不同作物形成分枝的能力及其利用价值有所不同。
如花生、油菜的分枝能力强,对产量的构成作用大,栽培上要促进分枝早生、多发。
另一类如麻类、烟草,分枝对纤维、烟叶的品质和产量不利,因此栽培上要采取措施(种植密度、水肥)抑制其分枝的发生。
3.双子作物的分枝同禾本科作物的分蘖既有相同之处,又有区别
相同点:
是两者均为茎节上的腋芽在适宜的条件萌发而成。
不同点:
⑴.表现在分蘖是地下茎节上的腋芽萌发而成(禾本科特有);
分枝是作物地上部茎节上的腋芽萌发而成。
⑵.分蘖有自己的根系,可脱离母株长成新的植株;
分枝则没有自己的根系,脱离母株后就会死亡。
(四)叶的生长
1.叶的生长过程
作物叶的生长一般经历叶原基分化、伸长、功能、衰老4个时期。
叶原基分化期:
从生长点附近的细胞分裂开始,逐渐分化形成叶的各部分形态结构。
伸长期:
叶片从露尖到叶片定长为伸长期。
叶片伸长是细胞分裂和细胞体积增大的结果。
功能期:
叶片功能期的定义如下:
从叶片定长至1/2叶片发黄为止为功能期。
此期是叶片制造光合产物大量输出的时期,对于收获籽实为对象的作物,栽培上应采取相应的措施,尽可能地延长叶片功能期。
衰老期:
全叶1/2变黄到叶片脱落或死亡。
进入此期的叶片,由于叶内叶绿素的分解,光合作用逐渐减弱以至停止,最终变黄、衰枯、脱落或死亡。
2.叶色变化
黄色——绿色——浓绿色成为叶色变绿;
反向则称叶色褪淡。
叶色变化是一重要的形态指标,它不仅能反应N素的丰缺,而且能反映作物的代谢类型即N代谢(扩大型代谢)或C代谢(积累型代谢)。
叶色浓绿,则N代谢旺盛,新器官的构成为主要方面。
叶色褪淡,标志N代谢减弱,C代谢增强,积累的淀粉增多,细胞的纤维素、木质素含量上升。
3.叶片大小
叶片大小:
叶片大小主要决定于作物种类和品种,玉米穗位叶最长、最大;
稻、麦的叶片也是以中部偏上的叶片最长。
同时也受肥水(K可促进叶面积增大,延迟叶片老化)、气温、光照(光照强,叶片宽度和厚度增加)等影响。
从提高作物群体光能效能的观点来看,禾谷类作物的叶片以短厚、挺直上冲为好;
双子叶作物则以叶柄角度小,叶片大小适中为宜。
4.与叶片有关的几个生理指标
(1)叶面积指数是指单位土地面积上所覆盖的叶片面积。
即:
叶面积指数反映了作物群体截取光能的能力。
叶面积指数大,截取的光能越多。
作物群体的叶面积指数随作物生长发育的进程而变化,一般在作物结实初期(禾谷类作物的齐穗期,双子叶作物的结荚、结果初期)达到最大值,在此之前增大,在此之后逐渐减小。
如图所示。
因LAI是一动态变化过程,作物生长前期LAI较小,发生大量漏光透光损失,故生产上,常常采用措施促进光合生产体系建成或采取间套作减少光能损失;
中期为防止植株徒长,又需采取控制措施;
后期为防止早衰,应进行养根、保叶,即前促、中控、后保。
(2)最适叶面积指数(LAIOPT):
就是当作物基部叶片处于2倍光补偿点,上部处于光饱合点光照时,群体达最大生产能力,此时的LAI就认为是最适叶面积指数。
作物某一器官不能长期处于光补偿点的光强,否则,会因饥饿而死亡。
v光强在作物群体内的垂直分布:
0.8
IF=I0·
e-K·
F
I0自然光强;
F为从上至下的累积叶面
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