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1、第三章 作物与水第1页，共65页，编辑于2022年，星期二束缚水：被原生质胶体颗粒紧密吸附存在与大分子结构空间的 水，他们在植物体内不能移动不能移动，不起溶剂作用不起溶剂作用。自由水参与植物体内的各种代谢反应，而且其数量多少直接影响着植物的代谢强度(如光合、呼吸、蒸腾和生长等)。而束缚水不参与代谢活动，但它与作物的抗性有关。细胞中自由水和束缚水比例的大小往往影响作物的代谢强度。自由水占总含水量的比率越高，则代谢越旺盛。当植物处于不良环境如干旱、寒冷等时，一般束缚水的比率较高，代谢强度变弱，作物抵抗不良环境的能力增强。Bound water第2页，共65页，编辑于2022年，星期二（三）水分的作
2、用1、是原生质的重要组成部分。2、是作物代谢过程中重要的反应物质。3、是作物体内各种物质代谢的介质。4、能保持作物固有姿态。5、能有效降低作物的体温。第3页，共65页，编辑于2022年，星期二二、水分循环（一）水分循环过程地球全部水体总储量达13.86108km3，其中海洋水量为13.38108km3，占总水量的96.5；在剩余的3.5淡水资源中，其中有69.6分布于冰川、多年积雪、两极和多年冰土中，在现有的技术条件很难利用，便于人类利用的淡水只有0.1065108km3，占淡水总量的30.4，全球总水量的0.768。三种分配方式：水汽的垂直和水平输送海洋流河流第4页，共65页，编辑于2022
3、年，星期二（二）空气湿度的表示方法1、绝对湿度（Absolute Humidity）水汽密度 单位体积空气所含的水汽质量。2、水汽压（Water vapour pressure）（Pa）空气中水汽所产生的压强。饱和水汽压和非饱和水汽压3、相对湿度（Relative Humidity）空气中实际实际水汽压与当时温度下空气的饱和饱和水汽压之比。第5页，共65页，编辑于2022年，星期二4、露点温度（dew-point temperature）空气中水汽含量和汽压不变水汽含量和汽压不变的条件下，降低降低气温气温使空气达到饱和饱和时的温度。在气压不变的条件下，露点温度的高低只与空气中水汽含量有关。水汽
4、含量越多，露点温度越高，故td又表示水汽含量多少的物理量。一般情况下，空气未饱和，td低于当时的气温，若达到饱和，则刚好等于当时的气温。第6页，共65页，编辑于2022年，星期二三、农田的水分平衡 在自然条件下，农田水分收入是降水（雨、雪、露），主要支出是土壤蒸发和作物蒸腾，在作物整个生长过程中，使二者处于动态平衡过程。第7页，共65页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 作物体的水分平衡作物体的水分平衡一、自由能与水势1、自由能（Free Energy）在恒温恒压下，体系能做有用功做有用功的那部分能量。2、水势水的化学势（）（Chemical Potential）在恒温恒压及体系其他组分不
5、变的条件下，当加入1mol水所引起的自由能的变化。第8页，共65页，编辑于2022年，星期二 由于水化学势绝对值无法计算，常采用水的化学势与同条件下纯水的化学势之差来表示，即水势（m）(Water Potential)每偏摩尔体积水的化学势差.Vm在温度、压力及其他组分不变的情况下，在无限大的体系中加入1mol水时，对体系体积的增量（有效体积）。纯水的自由能最大，水势也最高，其值定为0。水分从水势高处流向水势低处。1mol 蔗糖液水势为-2.69MPa1mol KCl溶液水势为-4.5MPa海水的水势约为-2.5MPa 第9页，共65页，编辑于2022年，星期二二、根系吸水（一）吸水区域 一般
6、认为根尖根尖是吸水的主要区域。在根尖，位于伸长区后的根毛区根毛区表皮细胞凸起，形成大量根毛根毛，增加了吸收表面积，从而增加了吸水的能力。第10页，共65页，编辑于2022年，星期二第11页，共65页，编辑于2022年，星期二（二）根系对水分的吸收1、被动吸水（passive absorption of water）枝叶蒸腾产生蒸腾拉力，引起根部吸水，所以受植物蒸腾强度的直接影响。2、主动吸水（active absorption of water）根系的代谢过程而引起吸水，从而表明根压的存在。被动吸水为主要的吸水方式被动吸水为主要的吸水方式。第12页，共65页，编辑于2022年，星期二3、根压存
7、在的现象（1）伤流（Bleeding）把植物从基部切断或植物受到创伤时，就会从断口或伤口处溢出液体。若在切口上套一根橡皮管，再与压力计相连接，就可测定出伤流液从伤口流出的根压大小。第13页，共65页，编辑于2022年，星期二（2）吐水（Guttation）在土壤水分充足，空气比较潮湿的环境中生长的植物，其叶片可直接向外溢流水分。第14页，共65页，编辑于2022年，星期二（三）影响条件1、土壤水分（有效水和无效水）田间持水量：在自然条件下，土壤中毛管水达 到最大量时的土壤含水量。它作 为有效水量的上限。萎蔫系数：作物产生永久凋萎时的土壤含水量。它作为有效水量的下限。有效水（）=田间持水量（）萎
8、蔫系（）第15页，共65页，编辑于2022年，星期二2、土壤温度 不适宜的低温与高温对根系吸水均产生极为 不利的影响。例如，夏季雷雨转晴后，番茄等植物很容易萎蔫，具原因在于降雨使土温剧降，转晴又使叶温骤升，结果使根系吸水速度显著低于叶片蒸腾速率。中国素有“午不浇园”的经验，正是考虑到高温影响根系吸水。第16页，共65页，编辑于2022年，星期二3、通气状况 若水分过多，则通气不良，CO2浓度累积造成无氧呼吸，产生酒精，使根系中毒，吸水能力下降，从而造成涝害。若水分过少，则通气良好，但水势过低，根系难于正常吸收水分，导致植物缺水，影响生长。第17页，共65页，编辑于2022年，星期二4、土壤溶液
9、浓度 一般情况下，土壤溶液浓度较低，水势较高，根系能够正常吸水。根部细胞水势必须低于土壤溶液水势，根系才能从土壤中吸水。所以，生产中施用化肥时要适量，以免土壤溶液浓度过高，根系吸水困难，发生烧苗现象。第18页，共65页，编辑于2022年，星期二三、蒸腾作用（Transpiration）（一）含义 水分以气体状态通过植物体的表面从体内扩散到大气中的过程。（二）生理意义1、植物水分吸收和运输的主要动力；2、矿质营养吸收和运输的主要动力；3、能够维持植物的适当体温；4、有利于光合作用。第19页，共65页，编辑于2022年，星期二（三）指标1、蒸腾速率蒸腾速率（强度）g/（m2.h）单位叶面积在单位时
10、间内蒸腾散失水分的数量。白天较高，一般为15250g/（m2.h）夜间较低，为120g/（m2.h）2、蒸腾效率蒸腾效率（比率）g/kg 植物每蒸腾1kg水所形成的干物质的克数。3、蒸腾系数蒸腾系数（需水量）g/g 植物每制造1g干物所消耗水的克数。第20页，共65页，编辑于2022年，星期二（三）影响因素1、内部因子 气孔阻力：气孔的开张和关闭影响气孔阻力2、外部因子光照（最主要的外界条件）温度CO2浓度风速第21页，共65页，编辑于2022年，星期二（四）降低蒸腾作用的途径(1)减少蒸腾面积 苗木移栽时，适当去除部分枝叶，减少蒸腾面积降低蒸腾失水量，可提高移栽的成活率。(2)降低蒸腾速率
11、苗木移栽时，选择合适的时间，避开强光照、温度高的中午，在午后或阴天进行移栽。也可采用遮荫、喷水增加空气湿度等办法降低蒸腾第22页，共65页，编辑于2022年，星期二(3)使用抗蒸腾剂 某些能降低植物蒸腾速率而对光合作用和生长影响不大的物质称为抗蒸腾剂（antitranspirant）在特别干旱时，可使用一些抗蒸腾剂喷洒于作物叶面，使气孔开度变小，减少蒸腾。也可使用一些能够反射阳光的药剂(如高岭土)，喷于叶面后，可增加叶面对光的反射，降低叶温，减少蒸腾。第23页，共65页，编辑于2022年，星期二四、SPAC（一）SPAC系统中水分的运输途径从土壤经作物到大气的水流，可以当成一个物理的、统一的动
12、态过程，称为SPAC。第24页，共65页，编辑于2022年，星期二l土壤水向根表皮的流动。l水由根表皮至根木质部的流动。l水由根、茎木质部至叶的流动。l水在叶细胞间隙的汽化。l水蒸气通过气孔扩散到近叶面的空气层。l水蒸气运动到外部大气。第25页，共65页，编辑于2022年，星期二第26页，共65页，编辑于2022年，星期二（二）土水势、根水势、叶水势相互关系第27页，共65页，编辑于2022年，星期二（三）水流的基本规律 由水势高流向水势低处，与水势成正比，由水势高流向水势低处，与水势成正比，阻力成反比。阻力成反比。假如水分供应充足，在短时间内复合系统中的水流可以看作是一个恒定的水流恒定的水流
13、，即植物的蒸腾、输水、吸水速率相等，在一定的时间间隔内，通过每一环节的水量是相等的。第28页，共65页，编辑于2022年，星期二假想通过作物的水分运输途径中的策动力与相对阻力rn土壤水到根-1.51051.0根到叶-1810512.0叶到空气（20，RH=50）-915105602.0系统中任何一部分的阻力增大，其水势梯度也必然增大第29页，共65页，编辑于2022年，星期二五、作物体水分平衡的调节 水分进入进入与水分丧失丧失之间的平衡称为水分平衡。该平衡是处于正负值之间的动态平衡中。调节机构：气孔 根系第30页，共65页，编辑于2022年，星期二第三节第三节 水的生物学效应水的生物学效应一、
14、作物的需水规律（一）作物的需水特性1、蒸腾系数 蒸腾系数越大，作物利用水分的效率越低。2、不同作物具有不同的需水量第31页，共65页，编辑于2022年，星期二3、生理过程随着蒸腾强弱而变化第32页，共65页，编辑于2022年，星期二4、同一作物在不同的生育期需水量不同生育初期果实膨大期第33页，共65页，编辑于2022年，星期二（二）水分临界期1、对水分最敏感最敏感的时期，即由于水分的缺乏或 过多，对产量影响最大的时期最大的时期，叫做某作物 的水分临界期。水分临界期不一定是作物需 水量最多的时期。2、品种不同，水分临界期不同持续的时间越短，适应不良水分条件能力越强。第34页，共65页，编辑于2
15、022年，星期二l3、一般说来，植物的水分临界期是花粒母细胞四分体形成期，在这一时期植物体内各种代谢活动旺盛。细胞原生质黏性与弹性均下降，细胞液浓度很低，吸水力也小，抗旱能力最弱。如果这个时期供水不足，则导致生殖器官发育如果这个时期供水不足，则导致生殖器官发育不良不良。l水分临界期，作物不但对缺水量敏感，而且还由于生长较快，使水分利用率较高。由于水分临界期对作物产量形成影响非常大，所以特别特别注意保证水分临界期的水分供应。注意保证水分临界期的水分供应。第35页，共65页，编辑于2022年，星期二（三）最大需水量 最大需水期是指植物生活周期中需水最多需水最多的时期。的时期。不同植物最大需水期出现
16、的时期不向。例如大豆的最大需水量是开花鼓粒期，约占其一生总需水量的45 50。这一时期是大豆营养生长与生殖生长同时并进的时期，光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、物质吸收转化与运输分配均达到高峰，干物质积累迅速增加。这一时期田间持水量应保持在80左右。第36页，共65页，编辑于2022年，星期二（四）作物对水分适应的生态类型1、对土壤湿度的要求分类(1)要求土壤湿度高，消耗水分多；(2)要求土壤湿度较高，但消耗水分很少，并 能忍耐较低的空气湿度；(3)要求土壤湿润，但消耗水分较多；(4)适应于较低的土壤湿度，而且水分消耗也少；(5)生长在水中，消耗水分极多。第37页，共65页，编辑于2022年，星期
17、二2、根据作物对空气湿度的要求分类（1）适于8595空气相对湿度（2）适于7585空气相对湿度（3）适于5575空气相对湿度（4）适于4555空气相对湿度第38页，共65页，编辑于2022年，星期二二、水的生物学效应（一）种子发芽期 种子发芽期只发生物质的转变，而不发生物质的同化。（二）营养生长期 幼苗期植株叶面积小，需水量较少，但随着植株的生长，叶面积的增大，干物质的积累以及各种生理活动的需求，需水量会逐渐增加。第39页，共65页，编辑于2022年，星期二（三）开花结果期 需求较为严格，水分缺乏缺乏时，叶片失水，从吸水能力小的部位（幼芽、幼根、根毛）吸水，从而引起落花，落果。第40页，共65
18、页，编辑于2022年，星期二 如果水分过多过多，促使茎叶陡长，而花果得不到足够的水分也易落花、落果,故生产上要求“浇荚不浇花”。每处理10株总花数土壤湿度的影响第41页，共65页，编辑于2022年，星期二果实膨大期水分不足，果实膨大受阻，品质下降。105104第42页，共65页，编辑于2022年，星期二三、旱涝对作物生长发育的影响（一）旱灾1、类型 土壤干旱、大气干旱和生理干旱l土壤干旱：在长期无雨或少雨的情况下，土壤含水量少，土壤颗粒对水分的吸收力加大，植物根系难以从土壤中吸收到足够的水分来补偿蒸腾的消耗造成植株体内水分收支失去平衡，从而影响生理活动的正常进行，植物生长受抑制，甚至枯死。第4
19、3页，共65页，编辑于2022年，星期二l大气干旱：空气干燥、大气蒸发力强促使植物蒸腾过快，根系从土壤吸收的水分难以补偿，水分收支失衡而造成的危害。l生理干旱：是由于土壤环境条件不良，使根系的生理活动遇到障碍，导致植物体内水分失去平衡而发生的危害。l例如作物被淹根系缺氧不能正常吸收水分而发生萎蔫；盐碱地常因幼苗根系渗透压低于土境溶液而不能吸收水分。第44页，共65页，编辑于2022年，星期二2、危害(1)各部位间水分重新分配。(2)改变各种生理过程。(3)蛋白质含量减少。干旱对作物的伤害，一般不会导致植株死亡，但是在高温和迅速干旱时，可能对作物产生直接伤害导致作物死亡。第45页，共65页，编辑
20、于2022年，星期二（二）涝害1、类型洪涝 由于暴雨、长期持续阴雨或冰雪大量融化，引起山洪爆发、江河泛滥、淹没农田。渍害(湿害)由于长期阴雨，或因地势低洼排水不畅，使土壤长期处于水分过饱和状态，土壤透气性不良，温度过低，作物根系缺氧受到伤害，造成作物生长发育受阻或死亡的现象。第46页，共65页，编辑于2022年，星期二2、危害 水分过多，土壤缺氧，使植物根系的有氧代谢受阻，形成还原性有毒物质，最终引起植物受害；CO2积累，抑制好氧性细菌的活性，促进嫌气性细菌的存活，造成有机质不能彻底分解，产生甲酸、乙酸、硫化氢等有毒物质，抑制根系呼吸代谢，最后导致死亡。养分失效或流失。第47页，共65页，编辑
21、于2022年，星期二第四节第四节 设施园艺的湿度条件及其调节设施园艺的湿度条件及其调节一、空气湿度条件温室内相对封闭的环境，室内湿度通常比室外高得多，一般在70以上，夜间可达100。第48页，共65页，编辑于2022年，星期二变化特点：绝对湿度白昼高，夜间低，而相对湿度恰好相反；变化幅度大；设施结构不同，空气湿度状况也不同。第49页，共65页，编辑于2022年，星期二二、土壤的湿度条件 主要决定于作物的蒸腾和土壤直接蒸发，其次随着太阳辐射能的增加而呈直线关系。作物蒸腾和土壤蒸发的水分，在塑料薄膜内里面凝结成水滴，不断地顺着薄膜流向棚的两侧，使棚内两侧的土壤较中部的土壤湿润。棚内两侧的土壤较中部
22、的土壤湿润。湿度高湿度高第50页，共65页，编辑于2022年，星期二三、湿度的调节与控制（一）除湿1、危害 湿度过大，会增加病毒胞子的产生。多数作物生长的适宜湿度为6090。第51页，共65页，编辑于2022年，星期二2、方法（1）被动除湿覆盖地膜适当抑制灌水量 室内土壤表面覆盖地膜或减少灌溉用水量，均室内土壤表面覆盖地膜或减少灌溉用水量，均可减少地面潮湿的程度，减少地面的水份蒸发。近可减少地面潮湿的程度，减少地面的水份蒸发。近年推广采用的膜下滴灌或地下渗管等节水灌溉技术，年推广采用的膜下滴灌或地下渗管等节水灌溉技术，可使地面蒸发降低到最小限度，室内可控制相对湿可使地面蒸发降低到最小限度，室内
23、可控制相对湿度在度在85%以下。以下。覆盖地膜后，能抑制土壤表面蒸发，可有效地降低设施内湿度。第52页，共65页，编辑于2022年，星期二使用透湿性、吸湿性良好的保温幕材料防止在保温幕内面结露致使作物沾湿，或使覆盖材料内面的露水排出室外，降低设施内绝对湿度。在温室覆盖材料内侧的结露和随之产生的水滴下在温室覆盖材料内侧的结露和随之产生的水滴下落，将沾湿室内的植物和地面，造成室内异常潮湿的状落，将沾湿室内的植物和地面，造成室内异常潮湿的状况，增加室内的水份蒸发量。为避免结露的产生，应采况，增加室内的水份蒸发量。为避免结露的产生，应采用防流滴功能的覆盖材料或在覆盖材料内侧定期喷涂防用防流滴功能的覆盖
24、材料或在覆盖材料内侧定期喷涂防滴剂，同时在构造上，需保证覆盖材料内侧的凝结水能滴剂，同时在构造上，需保证覆盖材料内侧的凝结水能够有序流下和集中。够有序流下和集中。内保温幕采用透气吸湿性材料，可使幕下的水汽内保温幕采用透气吸湿性材料，可使幕下的水汽向幕上扩散，避免产生保温幕内侧结露和水滴下落到植向幕上扩散，避免产生保温幕内侧结露和水滴下落到植物茎叶上面的情况。物茎叶上面的情况。第53页，共65页，编辑于2022年，星期二热交换器热交换器室内潮湿空气室内潮湿空气加热后的室外干燥空气加热后的室外干燥空气室室外外干干燥燥空空气气室内潮湿空气室内潮湿空气除湿型热交换通风装置（2）主动除湿通风换气加温初湿
25、使用除湿机第54页，共65页，编辑于2022年，星期二l l其他降湿的技术与设备其他降湿的技术与设备 采用机械制冷的方法，降低空气温度至露采用机械制冷的方法，降低空气温度至露点以下，可使空气中的水份凝结出来，使空气点以下，可使空气中的水份凝结出来，使空气绝对湿度降低。专用除湿机在运转中，其散热绝对湿度降低。专用除湿机在运转中，其散热的部分将热量（除湿机运转中消耗的电能）散的部分将热量（除湿机运转中消耗的电能）散发于室内，兼有加温的作用。这种方法除湿效发于室内，兼有加温的作用。这种方法除湿效果显著，但设备费用和运行费用较高。果显著，但设备费用和运行费用较高。采用吸湿剂吸湿，如氯化锂、活性氧化铝、
26、采用吸湿剂吸湿，如氯化锂、活性氧化铝、硅胶等，使用一段时间后需进行再生处理。此硅胶等，使用一段时间后需进行再生处理。此外可采用稻草、麦草等吸湿。但这些方法均使外可采用稻草、麦草等吸湿。但这些方法均使用很少。用很少。第55页，共65页，编辑于2022年，星期二（二）土壤湿度的调控1、灌溉方法 微喷灌(micro-spray or micro jet irrigation)：是将输水管内的有压水头，通过微喷头将灌溉水喷洒在作物根部土壤表面的灌水方法。第56页，共65页，编辑于2022年，星期二第57页，共65页，编辑于2022年，星期二第58页，共65页，编辑于2022年，星期二滴灌法 将输水管内
27、的有压水流通过滴头，将灌溉水以水滴或细小水流的形式湿润作物根部土壤的灌水方法。（发源于以色列）如果将滴头埋于地下，则成为地下滴灌(subsurface drip irrigation)。第59页，共65页，编辑于2022年，星期二第60页，共65页，编辑于2022年，星期二第61页，共65页，编辑于2022年，星期二渗灌 渗灌就是通过埋设在地下的结构独特的渗水管，直接把水、肥、气输入作物根区土壤，在一定渗透压和土壤毛细管的作用下，人为调控适度的土壤水、肥环境，满足作物需求的一种灌溉方式。渗灌技术的优越性：地表不见水、土壤不板结、土壤透气性较好、改善生态环境、节约肥料等。统计资料表明，渗灌水的田间利用率可达95，渗灌比漫灌节水75、比喷灌节水25。第62页，共65页，编辑于2022年，星期二地下灌溉法 将带小孔的塑料管或瓦管等埋在地中10cm处，直接将水或液肥浇在作物根部的土壤中。地面灌溉法 将浅水流过栽培床面。第63页，共65页，编辑于2022年，星期二2、对环境的影响（1）地温的影响第64页，共65页，编辑于2022年，星期二2、空气湿度的影响第65页，共65页，编辑于2022年，星期二