1作物生产与环境

三、环境与作物生产力
逆境条件造成作物产量（潜在产量）的损失可达 70%；其中，干旱造成作物产量的损失，可达非生物 逆境损失总量的50%以上。
生物逆境：如病虫害、杂草、鼠害等生物因素； 非生物逆境：如高温、冷害、干旱、水涝、冰暴 和环境污染等。
系 可图 获 得 产 量不 、同 实生 际产 产水 量平 与下 影作 响物 因潜 子在 的产 关量 、
二、生态因子与作物的生活
（一）生态因子对作物的基本作用
1.提供作物生活所必需的能量与物质来源；
2.环境及其周期性变化，提供作物完成生长发育 进程的信息和条件； 3.环境胁迫危及作物正常生活乃至死亡； 4.环境的多种因素可能引起作物的遗传变异改变 其遗传本性。
二、生态因子与作物的生活
（二）生态因子对作物的作用规律
一、作物生长环境与生态因子
（二）作物的环境：作物外部的全部要素组成的整 体。
• 由太阳辐射、大气、水体、土壤、生物等所组成 的作物自然空间环境；
• 除自然环境外，还包括人工环境，如各种温室、 覆盖物、人工气候室、辅助光源及灌溉设施等。 人工环境可克服自然环境的不利影响，创造出 更适于作物生活、发挥作物产量潜力的条件。
——马九杰等.农业经济问题，2005，（4）：14-17
表 我国三省区（陕西、四川、宁夏）三种粮食作物受灾情况调查 （2003）
——马九杰等.农业经济问题，2005，（4）：14-17
——陈印军.中国农业信息，2004，（2）：8-12
——陈印军.中国农业信息，2004，（2）：8-12
四、提高作物产量的有效途径
二、生态因子与作物的生活
（二）生态因子的作用规律
• 上述理论虽可解释某些因素影响作物生长的情 况，但由于作物的生长过程是复杂的，而且不 同因素间存在相互影响，或相互替代的作用关 系，多数情况下还同时存在多个因素的影响，
因此不能反映多个因素对作物影响的普遍规律。
二、生态因子与作物的生活
（二）生态因子的作用规律 5.生态因子综合作用定律
人均产量（ kg）
450 400 350 300 250 200 1950 1960 1970
人均粮食产量
1980
08年中国历年人均粮食产量（年均324.8kg）
——朱晓华，杨秀春.农业系统科学与综合研究， 2001，17（3）：196-198
表 我国作物生产
图1-2 生物对生态因子的耐受曲线 （Putman等，1984）
二、生态因子与作物的生活
（二）生态因子的作用规律
3.报酬递减律
• Mitscherlich（1909）：当生长在仅以一种养分为 限制因子的土壤中，作物的生长速率与这种元素的 供应量成正比，但这种元素成为非限制因子时，生
长量不与供应量成正比。
一、作物生长环境与生态因子
（三）作物环境因素
• 气候因子：光、温、水、气、热、风，气候四季 变化等； • 土壤因子：质地、结构、矿质元素、化学性质等； • 地理因子：海拔、纬度、坡向等；
• 生物因子：动物、植物、微生物等有害和有益因 素；
• 人为因子：农业生产的人为干预措施。人为因子 除影响作物本身外，还影响其他环境因素。
一、作物生长环境与生态因子
（三）作物环境因素 根据对作物的作用特点分为：
• 生态因子：环境中对作物的生长、发育、生殖、行 为和分布有直接或间接影响的环境要素。
各生态因子间的相互组合、相互制约及时空分布的 不同，可构成多种多样的作物生存环境。 • 生存因子：生态因子中对作物生存所不可缺少的因 子，如光、温、水、气、热、肥等。 对作物起作用的生态因子并非都是生存因子。
作物产量潜力模型估算
光合生产潜力：在外界环境条件和作物群体结构、 长势及农业技术措施都适宜的情况下，仅由作物光 合效率决定的可能最高产量。 光温生产潜力：在一定的光、温条件下，其他环境 因素（水分、CO2、养分等）和作物群体因素处于 最适宜状态，作物利用当地的光、温资源的潜在生 产力。 气候生产潜力：充分和合理利用当地的光、热、水 气候资源，而其他条件（如土壤、养分、CO2）处 于最适宜状况时单位面积土地上可能获得的最高生 物学产量或经济产量。
① 诸因子的综合效应：作物最终表现是多种因素综 合作用的结果。
② 相互促进或制约的交互作用：如作物吸水和吸肥 的关系。 ③ 作用的主次性：如种子的萌发过程。
④ 作用的阶段性：如水稻的光周期反应。
⑤ 直接和间接作用：如水对作物的作用。 ⑥ 不可代替性和补偿作用：如CO2和光照。
响 下 春 黑 麦 的 产 量 变 化
光合生产潜力（Radiation production potential, RPP）(侯光良等, 1989）
RPP = 3.75×10-5×ΣQ×La/Lm×HI RPP: 作物光能生产潜力(kg· -2) hm La/Lm：相对叶面积系数(Lm为最大叶面积指数、La平均 叶面积指数） HI：经济系数 ΣQ：作物生育期内单位面积上所投入的总太阳辐射量 （J· -2）。 m
二、生态因子与作物的生活
（二）生态因子的作用规律
4.临界百分率理论
• Macy（1936）：以产量和植株养分含量来表达养分 供应与植株反应之间的关系。
在最低养分百分率范围内，增加养分可提高产量， 但不提高组织养分百分率；在养分贫乏调节范围内， 增加养分可提高产量和组织养分百分率；在养分奢 侈消耗范围内，增加养分不提高产量，但增加组织 养分百分率。
第一章 作物生产与环境
1 学时
第一章 作物生产与环境
内容提要
一、作物生长环境与生态因子；
二、生态因子对作物的作用；
三、环境与作物生产力； 四、提高作物产量的途径。
一、作物生长环境与生态因子
作物的生长发育、形态表现和产量形成，从 根本上讲，是基因表达的结果，而基因的表达 在时间和空间上受到环境的影响。 （一）环境 广义而言，环境是指某一主体周围一切事物 的总和。 对作物而言，环境是指某作物体或作物群体 以外的空间，以及直接、间接影响该作物体或 群体生活、生存的一切事物的总和。
引 环图 Fig.1 发 境外 各种 体 因 部信号影响植 内 子影 物的生长发育 相 及响 应 其植 的 强物 变 度生 化 都长 。 能发 分育 别的 被各 植种 物环 感境 受因 并子 1-2
重力
光合作用的光 光形态建成的光 温度 草食动物 风 乙烯 病原体 光周期 湿度
寄生虫 土壤微生物 有毒物质 矿质营养 土壤质地 水分状况
1-4
Boyer（1982）：美国主要农作物潜在产量和实际 产量二者差距大3-7倍之多，说明提高作物的产量有 着巨大的潜力。
中国历年粮食总产量
总产量（亿吨）
6 5 4 3 2 1 0 1950 1960 1970 1980 年份 1990 2000 2010
图 1950-2011年中国历年粮食总产量（年均3.346亿吨）
（ Wollny 试 验 ）
图
在 光 照 、 土 壤 湿 度 和 肥 料 同 时 影
1-3
三、环境与作物生产力
作物的实际产量是由其遗传潜力与所处环境条件 的相互作用所决定的，即作物的生产潜力（遗传潜 力），只有在保持最适环境条件下，才能充分表达。 然而，在作物生长发育和产量形成过程中，其综 合环境因素并非始终处于最适状态，其潜在生产力 受到不良环境的极大制约，产量损失可达60-70%。
Q = Q0×(0.105+0.708×s1)(翁笃鸣, 1964)。Q0为天文 辐射(大气上界辐射)，可查表获得;s1:同期日照百分 率。
光温生产潜力（Thermal production potential, TPP，kg· -2） hm
TPP＝RPP×f(t)
RPP: 作物光能生产潜力(kg· -2) hm f(t): 温度（平均气温T）修正函数（以温度适宜函数值计算） （T-TL）/（Tm2-TL） TL ≤T≤ Tm1 Tm1≤T≤Tm2 f(t)= 1 （TH-T）/（TH-Tm2） Tm2≤T≤TH 0 T≤TL or T≥TH T：实测气温; TL：作物生长的最低温度; TH：作物生长的最高温度 Tm1：最适下限温度; Tm2：最适上限温度
1.限制因子定律
• 德国Liebig（1862）提出，当缺少或缺乏一种必需 营养成分时，即使其他所有成分都充分存在，在这 种土壤中的作物仍生长不好。又称为“木桶理论”。 • 作物的生活、生存必须同时满足其对多种生态因子 的需求，当某种生态因子不足或过量时，不仅直接 影响作物的生存发展，而且也限制其他因子的有效 性。
1.新品种选育
培育产量生产潜力大和对逆境适应性强、资源利 用效率高的作物品种。 2.改善栽培条件 改善作物生长环境，使其充分发挥最大生产潜力， 其中关键是解决作物生态系统的环境胁迫。
本章思考题
1.什么是作物生长的生态因子、生存因子和环境？ 2.生态因子对作物的基本作用及作用规律是什么？
3.为何作物的实际产量远低于潜在产量？
本章主要参考资料
1.《生态学概论》，曹凑贵主编，2002．高等教育 出版社，45-61。 2.《植物生态生理学》，Lacher W著（翟志席等 译），1997．北京农业大学出版社。 3. Boyer JS. Plant productivity and environment. Science, 1982, 218: 443
三、环境与作物生产力
1.潜在产量（Potential yield）：在最适环境条件 下作物生产的产量，或在不受技术限制的情况下作 物可能达到的产量。 “不受技术限制”：包括可以获得的最优良品种、 最佳栽培环境、管理方式和最佳劳动力因素等。 潜在产量可用数学模型估算，但常用纪录产量 （最高观测产量）作为标准。
图8-1 温度的隶属度函数曲线
气候生产潜力（Climate production potential, CPP，kg· -2） hm