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1、精选优质文档-倾情为你奉上第四章 作物生产与环境条件第一节 光一、光对作物生产的重要性作物生产所需要的能量主要来自太阳光，其次是来自各种不同的人工光源。光是作物生产的基本条件之一。光在作物生产中的重要性包括间接作用和直接作用两个方面。间接作用就是作物利用光提供的能量进行光合作用，合成有机物质，为作物的生长发育提供物质基础。据估计，作物体中90%95%的干物质是作物光合作用的产物。光对作物的直接作用是指光对作物形态器官建成的作用，如光可以促进需光种子的萌发、幼叶的展开，影响叶芽与花芽的分化、作物的分枝与分蘖等。此外，光还会影响作物的某些生理代谢过程而影响作物产品的品质。总而言之，光对作物生产的这
2、些重要性最终体现在作物的群体结构的改变和作物产量和品质的改变上。二、光对作物生长发育的影响光对作物生产发育的影响是通过其光照强度、日照长度和光谱成分的影响而达到的。（一）光照强度光照强度可通过影响作物的器官的形成和发育以及光合作用的强度而影响作物的生长发育。1光照强度与形态器官建成和生长发育 充足的光照对于器官的建成和发育是不可缺少的。作物的细胞增大和分化，组织和器官分化，作物体积增大和重量增加都与光照强度有密切的关系；作物体各器官和组织在生长和发育上的正常比例，也与光照强度有关系。例如，如果作物群体过密，群体内光照不足，植株会过分伸长，一方面使分枝或分蘖数量减少，改变分枝或分蘖的位置，另一方
3、面使茎杆细弱而容易导致倒伏，造成减产。作物花芽的分化、形成和果实的发育也受光照强度的制约。如作物群体内部光照不足，有机物质生产过少，在花芽形成期，花芽的数量减少，即使已形成的花芽也会由于养分供应不足而发育不良或在早期夭折；在开花期，授粉受精受阻，造成落花；在果实充实期，会引起结实不良或果实停止发育，甚至落果。例如，水稻在幼穗形成和发育期遇上多雨且光照不足，稻穗变小，造成较多的空粒和秕粒。2光照强度与光合作用 作物光合作用的能量来源是太阳光。由于作物群体的茂密程度不同和高矮不同，也由于作物种类不同而叶片形状与大小以及叶层的构成与分布不一致，使群体内的光分布不同，即群体内不同位置（特别是不同高度）
4、的光照强度不一样，也导致叶片的受光态势不同。在正常自然条件下，上层叶片的光强一般会超过光合作用的需要，但中下部叶片常会处于光照不足的状态，会影响光合作用强度而减少物质的生产，削弱个体的健壮生长，这时光成为限制光合作用的主导因子。光合作用强度一般可用光合速率(CO2mg/dm2/h)表示，即每小时每平方分米的叶片面积吸收的CO2的毫克数。一般情况下，光照强度与光合作用强度的关系成正比。不同的作物种类的光合速率有较大的差异，其对光照强度的要求可用“光补偿点”和“光饱和点”两个指标来表示。夜晚，基本没有光照，作物没有光合积累而只有呼吸消耗。白天，随着光照强度的增加，作物的光合速率逐渐增加，当达到某一
5、光照强度时，叶片的实际光合速率等于呼吸速率，表观光合速率等于零，此时的光照强度即为光补偿点。随着光照强度的进一步增强，光合速率也随之上升，当达到某一光照强度时，光合速率趋于稳定，此时的光照强度叫做光饱和点（图4-1）。光补偿点和光饱和点不仅分别代表光合作用对光照强度要求的低限和高限，而且分别代表光合作用对于弱光和强光的利用能力，可作为作物需光特性的两个重要指标。图4-1表示的单个叶片的需光量曲线。对于一个作物群体来说，上层叶片接受到的光照强度往往会超过光饱和点，而中下层叶片特别是下层叶片，由于上层叶片的遮荫，其接受的光照强度远远还达不到光饱和点，密植群体下部叶片的光强往往是在光补偿点上下。因此
6、，通过各种措施改善作物群体叶层的受光态势，增加中下层叶片的受光量是获取作物高产的重要途径。总光合净光合吸收CO2放出CO2光强 图 4-1 作物需光量曲线模式图 光补偿点 光饱和点 （引自作物栽培学总论，董钻等主编，2000）根据植物对光照强度要求的不同，可把植物分为阳生植物和阴生植物。就光补偿点和光饱和点而言，阴生植物二者均低，光补偿点只在100 lx 左右，光饱和点在500010000 lx；喜光的阳生植物二者均较高，分别为5001000 lx 和2000025000 lx。虽然作物没有阳生与阴生之分，大多数为喜光类型，一般要求较充足的光照，但不同作物品种需光量也有差别，C4作物（甘蔗、玉
7、米等）的光饱和点高于C3作物（水稻、小麦等），而前者的光补偿点一般又低于后者。综上所述，在了解作物与光照强度关系的基础上，根据作物对光照强度的反应，采用适当的措施，可以提高作物的产量和品质。 在种植茎用纤维的麻类作物时，可适当密植，使群体较为荫蔽促进植株长高，抑制或减少分枝，或提高分枝节位，有利于提高麻皮产量和品质；棉花周身结铃，要求群体内有充足的光照，因此，不宜密植和群体过分阴蔽，否则产量低且品质劣。充足的光照及较长的光周期（16h）均有利于烟叶中烟碱的合成，烟叶中的烟碱和多酚含量随密度和留叶数增加而降低，含糖量有所提高，品质降低。（二）日照长度1日照长度与作物发育 自然界一昼夜间的光暗交替
8、称为光周期。从植物生理的角度而言，作物的发育，即从营养生长向生殖生长转化，受到日照长度的影响，或者说受昼夜长度的控制，作物发育对日照长度的这种反应称为光周期现象。根据作物发育对光周期的反应不同，可把作物分为长日照作物、短日照作物、中日照作物、定日照作物。在理解作物光周期现象时，有两点应当加以注意。第一，作物在达到一定的生理年龄时才能接受光周期诱变，且接受光周期诱变的只是生育期中的一小段时间，并非整个生育期都要求这样的日照长度。第二，对长日照作物来说，日照长度不一定是越长越好，对短日照作物来说，日照也不一定是越短越好。2日照长度与作物干物质生产 作物积累干物质，在很大程度上依赖于作物光合速率的高
9、低和光合时间的长短。一般情况下，日照长度增加，作物进行光合作用的时间延长，就能增加干物质的生产或积累。温室进行补充光照，人工延长光照时间，能使作物增产。（三）光谱成分太阳的波长可分为紫外线区（720nm）。光谱中的不同成分对作物生长发育和生理功能的影响并不是一样的（表4-1）。表4-1 植物对于太阳波长辐射的反应波长范围植物的反应大于1000 nm对植物无效1000720 nm引起植物的伸长效应，有光周期反应720610 nm为植物叶绿素所吸收，具有光周期反应610510 nm植物无什么特别意义的响应510400 nm为强烈的叶绿素吸收带400310 nm具有矮化植物与增厚叶子的作用31028
10、0 nm对植物具有损毁作用小于 280 nm辐射对植物具有致死作用（引自作物栽培学总论，董钻等主编，2000）作物主要是利用400700nm的可见光进行光合作用，其中红光和橙光利用最多，其次是蓝紫光。太阳辐射中的这部分波长的光波称为光合有效辐射。光合有效辐射约占太阳总辐射量的40%50%。除表4-1 中列举的作用外，业已证明：红光有利于碳水化合物的合成；蓝光有利于蛋白质的合成；波长660nm的红光和730nm 的远红光影响作物的开花；紫外光对果实成熟和含糖量有良好作用，但对作物的生长有抑制作用；增加红光比例对烟草叶面积的增大和内含物的增加有一定的促进作用；蓝光处理会降低水稻幼苗的光合速率。人工
11、栽培的作物群体中，冠层顶部接收的是完全光谱，而中下层吸收远红光和绿光较多，这是由于太阳辐射被上层有选择性吸收后，透射或反射到中下层的是远红光和绿光偏多，所以各层次叶片的光合效率和产品质量是有差异的。高山、高原上栽培的作物，一般接受青、蓝、紫等短波光和紫外线较多，因而一般较矮，茎叶富含花青素，色泽也较深。三、我国光能资源的特点及利用 光能资源通常以太阳总辐射、光合有效辐射的年（季、生长季或月）总量及日照时数表示。我国的太阳辐射资源十分丰富，年总辐射量为33008300MJ/m2，年光合有效辐射量在2400MJ/m2以上。西部高于东部，高原高于平原，干旱区高于湿润区。青藏高原为最高值区；川黔地区为
12、最低值区。在作物生长季节（410月份）内的太阳辐射占全年总辐射量的40%60%，与水热同季，对农业生产十分有利。长江以南地区的太阳辐射在年内分配较均衡，作物可以周年生长。从日照时数的特点看，我国各地呈西多东少的趋势，在14003400 h之间，总辐射高值区日照时数多在3000 h以上。光资源的特点以及光对作物生长发育的影响，对农业生产有重要的作用。例如，作物的光周期现象，对不同地区间的引种极为重要；作物的需光特性和光照在群体内的分布状况，对考虑不同地区作物布局、作物间套种的作物搭配、通过种植密度的调节而改善某些作物的品质等方面都有重要意义。另外，提高作物光能利用率的各种措施也必须要考虑光能资源
13、的特点。第二节 温 度一、温度在作物生产中的意义作物的生长和发育要求一定的温度。在作物生产中，温度的昼夜和季节性变化影响作物的干物质积累甚至产品的质量，而且也影响作物正常的生长发育；作物的正常生长发育及其过程必须在一定的温度范围内才能完成，而且各个生长发育阶段所需的最适温度范围不一致，超出这一范围的极端温度，就会使作物受到伤害，生长发育不能完成，甚至过早死亡。造成这种结果，都是温度通过影响作物的正常生理、生化过程所致。此外，温度的地域性差异，也造成不同起源地的作物对温度要求的差异，因而存在作物分布的地区性差异。这些差异，与作物的物种起源和进化过程中对环境的适应性有关。了解温度对作物生产的这些重
14、要作用，在作物生产中有着重要意义。二、温度对作物生长发育及产品的影响（一）作物的基本温度各种作物对温度的要求有最低点、最适点和最高点之分，称为作物对温度要求的三基点。在最适温度下部界限温度上部界限最适范围生活力降低生活力降低最高最低度数死亡带死亡带 图 4-2 作物生命活动温度范围示意图（引自.，1976）温度范围内，作物生长发育良好，生长发育速度最快；随着温度的升高或降低，生长发育速度减慢；当温度处于最高点和最低点时，作物尚能忍受，但只能维持其生命活动；当温度超出最高或最低温度时，作物开始出现伤害，甚至死亡。一般情况下，不同类型作物生长的温度三基点不同（表4-2），这种不同是由于不同作物的原
15、产地不同而在系统发育过程中所形成的。一般情况下，原产热带或亚热带表4-2 一些作物生理活动的基本温度范围作物名称 基本温度（）最低温度 最适温度最高温度 小麦34.5253032黑麦122530大麦34.5202830燕麦452530玉米81032354044水稻101230323638牧草342630烟草13142835甜菜45282830紫花苜蓿13037豌豆123035扁豆453036（引自作物栽培学总论，董钻等主编，2000）的作物，生长温度三基点较高；而原产温带的作物，温度三基点稍低；原产寒带的作物，温度三基点更低。同一作物不同品种的温度三基点是不同的；同一作物的不同生育期、不同器官
16、的温度三基点也不相同。一般情况下，种子萌发的温度三基点常低于营养器官生长的温度三基点，营养器官生长与生殖器官发育相比，前者的温度三基点较低；根系生长的温度比地上部生长的要低；作物在开花期对温度最为敏感。（二）极端温度对作物生长发育的影响作物在生长发育过程中，常会受到低于或高于生长发育下限或上限的温度，即极端温度的影响。极端温度对作物生长发育的影响是通过低温和高温而造成的。1低温对作物的危害 根据不同程度的低温又可分为霜冻害和冷害。（1）霜冻害 是指作物体内冷却至冰点以下而引起组织结冰而造成的伤害或死亡。作物在摄氏零度以下低温情况下，细胞间隙结冰，冰晶使细胞原生质膜发生破裂和原生质的蛋白质变性而
17、使细胞受到伤害。作物受害的程度与降温的速度及温度回升的速度、冻害的持续时间有关。降温速度、温度回升速度慢，低温持续的时间较短，作物受害较轻。（2）冷害 是指在作物遇到摄氏零度以上低温，生命活动受到影响而引起作物体损害或发生死亡的现象。有人认为冷害是由于低温下作物体内水分代谢失调，扰乱了正常的生理代谢，使植株受害。也有人认为是由于酶促反应作用下水解反应增强，新陈代谢破坏，原生质变性，透性加大使作物受害。2高温对作物的危害 当温度超过最适温度范围后，再继续上升，就会对作物造成伤害。高温对作物危害的生理影响是使呼吸作用加强，物质合成与消耗失调，也会使蒸腾作用加强，破坏体内水分平衡，植株萎蔫，使作物生
18、长发育受阻；同时，高温使作物局部灼伤。作物在开花结实期最易受高温伤害。如水稻，开花期的高温会对其结实率产生较大的影响(表4-3)。表4-3 开花期高温对水稻结实率的影响温度2830323538结实率（%）80.952.232.618.90秕粒率（%）1.02.32.34.311.5空粒率（%）18.145.565.176.888.5（引自作物栽培学总论，董钻等主编，2000）（三）积温与作物生长发育作物生长发育有其最低点温度，这一温度也称为作物生物学最低温度，同时，作物需要有一定的温度总和才能完成其生命周期。通常把作物整个生育期或某一生长发育阶段内高于一定温度以上的日平均温度的总和称为某作物整
19、个生育期或某生育阶段的积温。积温可分为有效积温和活动积温。在某一生育期或全生育期中高于生物学最低温度的日平均温度称为当日的活动温度，而日平均温度与生物学最低温度的差数称为当日的有效温度。例如，冬小麦幼苗期的生物学最低温度为3.0，而某天的平均温度为8.5，这一天的活动温度为8.5，而有效温度则为 5.5。活动积温是作物全生育期或某一生育阶段内活动温度的总和，而有效积温则是作物全生育期或某一生育阶段的有效温度的总和。不同作物甚至不同品种由于其生物学最低温度的差异以及生育期的长短不同，整个生育期要求的有效积温不同。如小麦大约需要10001600的有效积温，而向日葵大约需要15002100的有效积温
20、。在此，需要强调的是，在作物生产上有效积温一般比活动积温更能反映作物对温度的要求。（四）温度变化与干物质积累作物是变温植物，其体内温度受周围环境的温度所影响，作物生长发育与温度变化的同步现象称为温周期。昼夜变温对作物生长发育有较大的影响。很多研究说明，白天温度较高，有利于光合作用和干物质生产，夜间温度较低，可减少呼吸作用的消耗，有利于干物质的积累，因而产量较高。（五）温度对作物产品质量的影响在不同温度条件下作物所形成的产品的质量不同。有研究表明，小麦籽粒的蛋白质含量与抽穗至成熟期间的平均气温显著正相关，玉米、水稻、大豆等作物籽粒的蛋白质含量也随气温的升高而增加；温度对油菜种子中脂肪酸组成有影响
21、，在15以上高温下发育成熟的种子，芥酸含量较低，油酸含量较高，而在低温下成熟的种子，芥酸含量较高，油酸含量较低；水稻籽粒成熟期间的温度与稻米直链淀粉含量呈负相关，薯类作物的淀粉形成也与温度有密切的关系；在较低温度条件下有利于甘蔗的糖分积累；棉花纤维素的形成的最适温度为2530，低于15时，所形成的纤维素质量较差。三、我国热量资源的特点及利用（一）我国热量资源的特点我国的热量资源丰富，但地域间差异较大，季节变化悬殊。东部季风区的热量资源随着纬度的增高而减少。如0 积温在海南省的南端达9000以上，而黑龙江省的北部不足2000，长江中下游地区为5000左右，湖南为44005 300。我国西部受地形
22、的影响，改变了随纬度分布的地域性特征，而随着海拔高度的升高而减少。如青藏高原的南部谷地10积温在3000以上，高原的大部分地区在17002000之间，有的地方不足500。丰富多样的热量资源为作物生产选择不同作物种类和采用不同种植制度提供了适宜的气候环境。我国热量资源在季节和年限间很不稳定，低温冷（冻）害常有发生。（二）热量资源的合理利用热量资源常以稳定通过各种农业界限温度的初终日期、持续日数和积温、年平均温度、最热月平均温度、无霜冻期或生长期来表示。日平均温度0出现至终止的日期，为农耕期，是北方土壤解冻，进行田间耕作的时期；日平均温度5出现至终止的日期，是耐寒作物的生长期；日平均温度10是大多
23、数喜温作物播种及生长期；日平均温度15是对温度反应敏感的喜温作物的安全播种及生长时期。在作物生产上，如果事先了解某一作物或品种所需要的积温，再结合当地的温度条件，特别是无霜冻期的长短，就可以有目的地引种，合理搭配品种，确定当地的熟制，以提高复种指数，也可以根据当地气温情况确定安全播种期。 在此基础上，根据植株的长势和气温预报资料，还可估计作物的生育速度和各生育时期到来的时间，也可根据当地长期气温预报资料，对当年作物产量进行预测，确定是属于丰产年、平产年或欠产年。第三节 水 分一、水分对作物生产的重要性水是生命起源的先决条件，没有水就没有生命。植物的一切正常生命活动都必须在细胞含有水分的状况下才
24、能发生。作物生产对水分的依赖性往往超过了任何其他因素。农谚“有收无收在于水，收多收少在于肥”充分说明了水对作物生产的重要性。水是作物的主要组成成分，也是多种物质的溶剂，能维持细胞和组织的紧张度，水也是光合作用的原料。此外，由于水有较大的热容量，当温度剧烈变动时，如果田间有水层，可较稳定地保持土层的温度，缓和作物体内细胞原生质的温度变化，以使原生质免于受害或受害较轻。水是连接土壤作物大气这一系统的介质，水在吸收、输导和蒸腾过程中把土壤、作物和大气联系在一起。水是通过不同形态、数量和持续时间三方面的变化对作物起作用的。不同形态的水是指水的“三态”，即固态、液态和气态；数量是指降水量的多少和大气湿度
25、的高低，持续时间是指降水、干旱、淹水等的持续日数。上述三方面对作物的生长、发育和生理生化活动产生重要的生理生态作用，进而影响作物产品的产量和质量。二、作物对水分的吸收根是作物吸收水分的主要器官。作物通过根系从土壤中吸收大量水分，只有0.1%0.2%用于制造有机物，连同组成作物体内的水分在内也不超过1%，其余绝大部分的水通过蒸腾作用而散失掉。蒸腾作用是指水分以汽态通过植物体的表面（主要是叶片）散失到体外的现象。除根系吸水外，植物体的其他部位也能吸收水分。作物通过根系从土壤中吸收水分的过程可以图4-3表示。作物根系从土壤中吸水被动吸水作物蒸腾作用旺盛时主动吸水渗透吸水非渗透吸水作物蒸腾作用缓慢时细
26、胞液渗透压依靠细胞代谢作用细胞液分泌作用作物导管内产生负压 图4-3 作物根系吸水过程示意图 （引自农学概论，梁秀兰等，2001）一般情况下，主动吸水与被动吸水两种方式并存，以被动吸水过程为主，只有在蒸腾作用受阻或变得缓慢时，主动吸水才变得明显。三、水分对作物生长发育及产品的影响（一）水分的生理生态作用1水是细胞原生质的重要组成成分 原生质含水量在70%80%以上才能保持代谢活动正常进行。随着含水量的减少，生命活动会逐渐减弱，若失水过多，则会引起其结构破坏，导致作物死亡。一般植物组织含水量占鲜重的75%90%，水生植物含水量可达95%。细胞中的水可分为二类，一类是与细胞组分紧密结合不能自由移动
27、、不易蒸发散失的水，称为束缚水；另一类是与细胞组分之间吸附力较弱，可以自由移动的水，称为自由水。自由水可直接参与各种代谢活动，因此，当自由水与束缚水比值高时细胞原生质是溶胶状态，植物代谢旺盛，生长较快，抗逆性弱；反之，细胞原生质呈凝胶状态，代谢活性低，生长迟缓，但抗逆性强。2水是代谢过程的重要物质 水是光合作用的原料，在呼吸作用以及许多有机物质的合成和分解过程中都有水分子参与。没有水，这些重要的生化过程都不能进行。3水是各种生理生化反应和运输物质的介质 植物体内的各种生理生化过程，如矿质元素的吸收、运输，气体交换，光合产物的合成、转化和运输以及信号物质的传导等都需以水作为介质。4水分使作物保持
28、固有的姿态 作物细胞吸足了水分，才能维持细胞的紧张度，保持膨胀状态，使作物枝叶挺立，花朵开放，根系得以伸展，从而有利于植物捕获光能、交换气体、传粉受精、吸收养分等。水分不足，作物会出现萎蔫状态，气孔关闭，光合作用受阻，严重缺水会导致作物死亡。5水分的生态作用 由于水所具有的特殊的理化性质，因此水在作物的生态环境中起着特别重要的作用。例如：作物通过蒸腾散热，调节体温，以减轻烈日的伤害；水温变化幅度小，在水稻育秧遇到寒潮时，可以灌水护秧；高温干旱时，也可通过灌水来调节作物周围的温度和湿度，改善田间小气候；此外，可以通过水分促进肥料的释放从而调节养分的供应速度。（二）旱、涝对作物的危害1干旱对作物的
29、影响 缺水干旱常对作物造成旱害。旱害是指长期持续无雨，又无灌溉和地下水补充，致使作物需水和土壤供水失去平衡，对作物生长发育造成的伤害。干旱可分为大气干旱和土壤干旱两种。大气干旱是气温高而相对湿度小，作物蒸腾过于旺盛，叶片的蒸腾量超过根系的吸水量而破坏了作物体内的水分平衡，使植株发生萎蔫，光合作用降低。若土壤的水分含量足，大气干旱造成的萎蔫则是暂时的，作物能恢复正常生长。大气干旱能抑制作物茎叶的生长，降低产量及品质。土壤干旱是由于土壤水分不足，根系吸收不到足够的水分，如不及时降雨或灌溉，会造成根毛死亡甚至根系干涸，地上叶片严重萎蔫，直至植株死亡。大田作物中比较抗旱的有糜子、谷子、高粱、甘薯、绿豆
30、等。当然，作物比较抗旱，只是指它们能够忍受一定程度的干旱而有一定的产量，绝不是说它们不需要更多的水。在雨水充沛的年份或灌溉条件下，它们的产量可以大幅度地增加。干旱时作物受害的原因是多方面的。干旱缺水下，作物体内合成酶的活性降低，分解酶的活性增强，作物不仅不能合成生长所需的物质，而且蛋白质等有机物质大量被分解。干旱还使作物体内能量代谢紊乱，破坏原生质结构，使营养物质吸收和运输受阻，光合速率下降。作物缺水萎蔫会引起体内水分再分配，渗透压较高的幼叶向老叶夺水，老叶过早脱落。处于胚胎状态的组织和器官由于细胞汁液浓度较低而受害最重。此外，水分亏缺会加剧作物营养生长与生殖生长争夺水分的矛盾，引起生殖器官萎
31、缩和脱落，特别是在干旱季节又施速效氮肥的情况下，更易发生这种情况。不同作物耐旱能力不同，同一作物不同品种耐旱能力也有差异。干旱下，同一品种在不同生长发育阶段受害程度又有所不同，一般在作物需水临界期和最大需水期受害最重。2. 涝害 涝害是指长期持续阴雨，或地表水泛滥，淹没农田，或地势低洼田间积水，水分过剩，土壤缺乏氧气，根系呼吸减弱，久而久之引起作物窒息、死亡的现象。土壤水分过多，抑制好氧性微生物的活动，土壤以还原反应为主，许多养分被还原成无效状态，并会产生大量有毒物质，使作物根系中毒、腐烂，甚至引起死亡。此外，根际还会积累过多的二氧化碳，使根吸收的二氧化碳量增加，二氧化碳运送到叶片会引起气孔关
32、闭，降低光合速率。土壤渍水，作物根系发育不良，土壤养分流失，降低作物产量和质量。(三)水污染对作物的影响水体污染源主要有三个方面。一是城市生活污水，二是工矿废水，三是来自农药化肥施用不当引起的水污染。受污染的水体往往含有有毒或剧毒的化合物，如氰化物、氟化物、硝基化合物、酸、汞、镉、铬等，还含有某些发酵性的有机物和亚硫酸盐、硫化物等有机物。这些有机物和无机物都能消耗水中的溶解氧，致使水中生物因缺氧而窒息死亡，或直接毒害作物，影响其生长发育、产量和品质，甚至间接地影响人体健康。有毒物质如果数量极少，对于作物没有太大的毒害，但当这些有毒物质在作物体内的含量超过一定浓度后对作物就有毒害作用，因此就提出
33、了有毒物质对作物毒害的临界浓度问题，超出临界浓度后，随有毒物质浓度增加，作物受害逐渐加重，表4-4 是六价铬对水稻生长的影响情况。有研究指出，用城市污水进行合理灌溉，可增加土壤有机质和氮素含量，可能获得增产效果；也有研究表明，工业废水灌溉农田，依其含有毒物质的种类和多少，对作物的产量和品质有不同的影响，有提高产量及减产的范例；但是有研究也指出，污水灌区地下水受到不同程度的污染，特别是浅层地下水，会使污水中的有毒物质在土壤中积累而造成土壤污染，从而导致作物产品的不同程度的污染，对人畜造成危害。表4-4 六价铬对水稻生长的影响浓度(mg/L)毒害作用5苗期，生长正常10苗期，根短而粗，生长稍受抑制
34、25苗期，植株矮小，叶片狭窄，色枯黄，无分蘖，叶鞘黑褐色，溃烂，严重抑制生长12.5 29.77植株矮小，叶片枯黄叶鞘黑色，溃烂，根短而细，根毛极少，茎基部肿大，没有分蘖53.1057.35叶片枯黄，叶鞘黑色，腐烂，严重抑制生长（引自作物栽培学总论，董钻等，2000）三、我国水资源状况及利用（一）我国水资源的特征1在水资源组成中，以地表水为主通常水资源可分为降水资源、地表水资源和地下水资源。据估计，我国地表水资源和地下水资源的总量为28000亿m3，居世界第五位。其中，地表水资源占27000亿m3 ，地下水资源才占1000亿m3水 这种情况是由我国的自然地理特征所决定的。2水资源总量不少，但人
35、均、亩均占有量不足尽管我国水资源总量居世界第五位，但人均占有量为世界平均值的1/4，单位土地面积占有量为世界平均数的70%。可见农业用水资源十分短缺。3水资源的时空分布不均衡，差别悬殊我国水资源的地域分布不均衡，呈现南多北少、东多西少的局面，与我国耕地分布状况极不相称。在时间分布上，年变化和季节变化都很大，水资源越少的地区，这种变化就越大。全国大部分地区连续最大4个月的降水量要占年降水量的70%；一部分地区7、8月份的径流量就占全年径流量的70%。季节性变化方面，除我国南方部分水资源较丰富的地区外，大部分地区的降水都集中在68月份的夏季。4地下水开采过量，水质污染加剧一些地区为满足农业用水，过
36、量开采地下水资源而造成地下水位下降，地下漏斗面积扩大，地面局部沉降，沿海地区的海水入侵，水质恶化。人为造成的水资源污染问题日益严重，大部分未经处理的废污水直接排入水域，使江湖库塘和地下水的水质受污染。据估计，在已进行评价的河流中，有66%的水质达不到饮用水标准，11%的水质不符合农田灌溉要求，6%的有毒物质含量超过排放标准或者受到有机污染而达到黑臭的程度。水质污染给农业生产和农业环境带来了一系列问题。（二）水资源的合理利用水资源在我国是十分珍贵的自然资源，合理利用和保护水资源，节约用水是我国长期坚持的一项基本国策。目前，我国水资源总用水量中有85%左右用于农业，包括灌溉、农村人畜用水及牧业用水
37、。因此合理地利用和保护水资源是我国农业能否持续发展的关键。1合理灌溉，发展节水型农业和旱作农业实行经济用水，充分有效地利用自然降水；改革耕作制度；选用耐旱作物；推广“节水栽培法”。2改善水质，扩大水源北方干旱、半干旱地区可通过科学处理污水，再供农业利用，这种用污水灌溉农田的方法是缓解水资源紧张状况的有效途径之一。3兴修水利工程增加蓄水能力 此外，合理地开发利用地下水资源，提高水资源的重复利用率，跨流域调水等，都是扩大水资源利用的有力措施。第四节 空 气一、空气对作物生产的重要性空气的成分非常复杂，在标准状态下，按体积计算，氮约占78%，氧约占21%，二氧化碳约占0.032%，其他气体成分都较少
38、。在这些气体成分中，与作物生长发育关系最密切的有CO2、氧、氮、氮氧化物、甲烷、二氧化硫和氟化物等。氧气影响作物的呼吸作用，CO2作为光合作用的原料影响着作物的光合作用，氮气影响豆科作物的根瘤固氮，二氧化硫等有毒气体成分造成大气污染而直接或间接地影响作物的产量和品质。二、空气对作物生长发育的影响（一）氧气 氧气主要是通过影响作物的呼吸作用而对作物的生长发育产生影响的。依据呼吸过程是否有氧气的参与，可将呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸，其中有氧呼吸是高等植物呼吸的主要形式，能将有机物较彻底地分解，释放较多的能量，在缺氧情况下，作物被迫进行无气呼吸，不但释放的能量很少，而且产生的酒精会对作物有毒害作
39、用。作物地上部分一般不会发生氧气不足现象，但地下部分会因土壤板结或渍水造成氧气不足，这往往是造成作物死苗的一个重要原因，特别是油料作物。另外，在作物播种前的浸种过程中，也会因氧气不足而影响种子的萌发。（二）二氧化碳1二氧化碳与作物的光合速率和干物质积累 CO2影响作物的生长发育主要是通过影响作物的光合速率而造成的。光照下，CO2 的浓度为零时作物叶片只有光、暗呼吸，光合速率为零。随着CO2的浓度的增加，光合速率逐渐增强，当光合速率和呼吸速率相等时，环境中的CO2浓度即为CO2补偿点，当CO2浓度增加至某一值时，光合速率便达到最大值，此时环境中的CO2浓度称为CO2饱和点。C4作物，如玉米、高梁
40、、甘蔗等作物的CO2补偿点和CO2饱和点都比C作物（如水稻、小麦、花生等）的要低，因此，C4作物对环境中CO2的利用率要高于C作物。但有的试验证明，C作物对高浓度的CO2的反应比C4作物好一些。这种C4作物和C作物在利用CO2上的不同是作物的系统发育过程中所形成的特性，是受遗传控制的。同一作物在不同的CO2浓度环境中，其光合速率也不同。很多试验研究都表明，提高环境中CO2浓度，作物的产量有不同程度的增加。国际水稻研究所（1976年）在塑料温室的控制条件下用IR8水稻品种进行的试验证明，CO2浓度由300lL-1 提高到1200lL-1 使稻谷产量由10 thm-2 增加到14.5 thm-2
41、; 也有人在人工气候室种植半矮杆春小麦，注入分别含CO2675lL- 1、1000lL-1 的气流，结果单株籽粒重分别比对照植株的籽粒重（23.5g）增加14g 和14.6g。2作物群体内二氧化碳的来源和分布 作物群体内CO2的来源主要是来自于大气中的CO2，即来自于群体以上的空间。此外，作物本身的呼吸作物也排放CO2，土壤表面枯枝落叶的分解、土壤中微生物的呼吸、已死亡的根系和有机质的腐烂都会释放出CO2。据估计，这些来自于群体下部空间的CO2约占供应总量的20%。根据群体内CO2的来源，CO2 在群体内的垂直分布有较大的差异，近地面层的CO2浓度一般比较高。在一天中，午夜和凌晨，越接近地面，
42、CO2浓度就越高。白天，群体中部和上部的CO2浓度较小，下部较大。因此，光照较强的群体中上部由于CO2的限制而发挥不了较强的光合速率，而CO2浓度较高的群体下部又由于光照较弱而光合速率较弱，这是作物生产上要十分重视田间通风透光的原因所在。（三）氮气与固氮作用豆科作物通过与它们共生的根瘤菌能够固定和利用空气中的氮素。据估计，大豆每年的固氮量达到5794kg/hm2，三叶草达到104160kg/hm2，苜蓿128600kg/hm2 , 可见不同豆科作物的固氮能力有较大的差异。豆科作物根瘤菌所固定的氮素约占其需氮总量的1/4至1/2，虽然并不能完全满足作物一生中对氮素的需求，但减少了作物生产中氮肥成
43、本的投入。因此，合理地利用豆科作物是充分利用空气中氮资源的一种重要途径。（四）大气环境对作物生产的影响1温室效应 温室效应主要是由于大气中CO2、CH4和N2O等气体含量的增加所引起。CH4来自于水稻田、自然湿地、天然气的开采、煤矿等，N2O是土壤中频繁进行的硝化和反硝化过程中，生成和释放的。温室效应使地球变暖而对作物生产的影响可以表现在几个方面。第一，使地区间的气候差异变大。气温上升，降水量分布发生变化，一些地区雨量明显减少，对作物生产有着不利的影响。第二，大气中CO2浓度增加，作物和野草的产量都会增加，出现栽培植物与野生植物之间的竞争加剧，杂草防治更加艰巨。第三，由温室效应导致的气温和降水
44、量的变化，会进一步影响作物病虫害的发生、分布、发育、存活、行为、迁移、生殖、种类动态，加剧某些病虫害的发生。2二氧化硫、氟化物和氮氧化物 二氧化硫、氟化物和氮氧化物都会造成大气污染，对作物生长发育乃至产量和品质都会产生各种直接的或间接的影响。二氧化硫和氟化物的长期或急性毒害，通过影响作物的生理过程而使作物叶片出现焦斑，植株生长缓慢和产量降低，而氮氧化物引起大气中氮氧化物含量过高可导致植物群落的变化而影响作物生产。而且，氮氧化物还是酸雨中的组成成分，并与空气中分子态氧反应形成臭氧。3臭氧 臭氧是NO2在太阳光下分解产物与空气中分子态氧反应的产物。臭氧浓度较高时，影响作物的生理过程和代谢途径，从而引起作物生长缓慢，提早衰老，产量降低。臭氧浓度的增加与作物减产率呈正相关。4酸雨 酸雨（大气酸沉降）是指pH小于5.6 的大气酸性化学组分通过降水的气象过程进入到陆地、水体的现象。严格地说，它包括雨、雾、雪、尘等形式。研究表明，我国pH5.6的降水面积已由1985年的175万km2扩大到1996年约384万km2 ，约占全国土地面积的40%，我国已成为世界上第二大酸雨区。酸雨使作物受到双重危害。酸雨在落地前先影响叶片，落地后影响作物根部。对叶片的影响主要是破坏叶面蜡质，淋失叶片