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1、第一章作物生态学概论第1页，共66页，编辑于2022年，星期一内容第一章第一章 作物生态学概论作物生态学概论第二章第二章 作物光温生态作物光温生态第三章第三章 作物水分生态作物水分生态第四章第四章 作物养分生态作物养分生态第五章第五章 作物分子生态作物分子生态第六章第六章 作物群体生态作物群体生态 第七章第七章 作物信息生态作物信息生态第八章第八章 作物生产生态作物生产生态第九章第九章 作物安全生态作物安全生态第2页，共66页，编辑于2022年，星期一第一章第一章 作物生态学概论作物生态学概论 作作作作物物物物生生生生产产产产系系系系统统统统以以以以技技技技术术术术管管管管理理理理为为为为手手
2、手手段段段段，环环环环境境境境协协协协同同同同为为为为路路路路径径径径，生生生生长长长长调调调调控控控控为为为为目目目目标标标标，通通通通过过过过实实实实现现现现“技技技技术术术术一一一一环环环环境境境境一一一一作作作作物物物物”间间间间的的的的高高高高度度度度协协协协调调调调和和和和统统统统一一一一，从从从从而达到优质、高产、高效、生态、安全的综合生产目标。而达到优质、高产、高效、生态、安全的综合生产目标。而达到优质、高产、高效、生态、安全的综合生产目标。而达到优质、高产、高效、生态、安全的综合生产目标。作作作作物物物物生生生生产产产产的的的的理理理理论论论论基基基基础础础础和和和和技技技技
3、术术术术原原原原理理理理分分分分别别别别催催催催生生生生形形形形成成成成了了了了作作作作物物物物生生生生理理理理学学学学、作物生态学、作物管理学等不同分支学科。作物生态学、作物管理学等不同分支学科。作物生态学、作物管理学等不同分支学科。作物生态学、作物管理学等不同分支学科。其其其其中中中中，作作作作物物物物生生生生态态态态学学学学主主主主要要要要揭揭揭揭示示示示作作作作物物物物与与与与环环环环境境境境、作作作作物物物物与与与与作作作作物物物物的的的的相相相相互互互互关关关关系系系系及及及及协协协协同同同同原原原原理理理理，与与与与作作作作物物物物生生生生理理理理学学学学和和和和作作作作物物物物
4、管管管管理理理理学学学学具具具具有有有有非非非非常常常常紧紧紧紧密密密密的的的的有有有有机机机机联联联联系系系系。随随随随着着着着现现现现代代代代生生生生态态态态学学学学理理理理论论论论与与与与方方方方法法法法的的的的创创创创新新新新和和和和拓拓拓拓展展展展，作作作作物物物物生生生生态态态态学学学学的的的的理理理理论论论论和和和和技技技技术术术术正正正正在在在在得得得得到到到到不不不不断断断断的的的的充充充充实实实实和和和和提提提提高高高高，并并并并在在在在农农农农业业业业生生生生产产产产管管管管理理理理与与与与环环环环境境境境资资资资源源源源利用方而发挥着日益显著的作用。利用方而发挥着日益显
5、著的作用。利用方而发挥着日益显著的作用。利用方而发挥着日益显著的作用。第3页，共66页，编辑于2022年，星期一第一章第一章 作物生态学概论作物生态学概论第一节 作物生态学的定义、特征与作用第二节 作物生态学的形成与发展第三节 作物生态学的研究内容与研究方法第四节 作物生态学的发展前景与方向第4页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用作作作作物物物物生生生生态态态态学学学学是是是是生生生生态态态态学学学学的的的的重重重重要要要要组组组组成成成成部部部部分分分分，是是是是农农农农业业业业生生生生态态态态学学学学的的的的基基基基础础础础，对对对对于于于于处处处处理
6、理理理好好好好农农农农业业业业生生生生产产产产力力力力提提提提高高高高和和和和资资资资源源源源环环环环境境境境利利利利用用用用之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系具具具具有有有有重重重重要要要要作作作作用用用用，因因因因而而而而在在在在整整整整个个个个农农农农业业业业科科科科学学学学体体体体系系系系中中中中也也也也占占占占有有有有重重重重要要要要地地地地位位位位。近近近近年年年年来来来来，随随随随着着着着作作作作物物物物产产产产量量量量的的的的持持持持续续续续增增增增长长长长和和和和品品品品质质质质的的的的不不不不断断断断改改改改良良良良，人人人人们们们们更更更更加加加加关关关关注注注注作
7、作作作物物物物生生生生产产产产中中中中的的的的生生生生态态态态学学学学问问问问题题题题，更更更更加加加加重重重重视视视视高高高高效效效效利利利利用用用用农农农农业业业业资资资资源源源源和和和和积积积积极极极极保保保保护护护护环环环环境境境境质质质质量量量量。这这这这就就就就需需需需要要要要运运运运用用用用作作作作物物物物生生生生态态态态学学学学的的的的原原原原理理理理和和和和技技技技术术术术，科科科科学学学学协协协协调调调调农农农农业业业业生生生生产产产产中中中中优优质质、高高产产、高高效效、生生态态、安安全全之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系，在在在在确确确确保保保保优优优优质质质质高
8、高高高产产产产的的的的同同同同时时时时，努努努努力力力力实实实实现现现现高高高高效效效效生生生生态态态态的的的的目目目目标标标标，从而促进农业的可持续发展。从而促进农业的可持续发展。从而促进农业的可持续发展。从而促进农业的可持续发展。第5页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用一、作物生态学的概念、内涵与特征二、作物生态学的地位与作用第6页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用一、作物一、作物生态学的生态学的概念、内概念、内涵与特征涵与特征(一一一一)作物生态学的概念与内涵作物生态学的概念与内涵作物生态学的概念与内涵作物生态学
9、的概念与内涵 作作物物生生态态学学是是研研究究作作物物与与环环境境的的相相互互关关系系及及其其作作用用机机制制的的科科学学学学体体系系中中的的一一门门应应用基础学科，是生态学科的一个分支领域。用基础学科，是生态学科的一个分支领域。作作作作物物物物生生生生产产产产系系系系统统统统是是是是由由由由“作作作作物物物物一一一一环环环环境境境境一一一一技技技技术术术术”构构构构成成成成的的的的多多多多层层层层次次次次开开开开放放放放性性性性农农农农田田田田生生生生态态态态系系系系统统统统，在在在在这这这这一一一一系系系系统统统统中中中中作作作作物物物物是是是是主主主主体体体体。作作作作物物物物系系系系统
10、统统统、环环环环境境境境系系系系统统统统和和和和技技技技术术术术系系系系统统统统是是是是这一系统的二级子系统。这一系统的二级子系统。这一系统的二级子系统。这一系统的二级子系统。第7页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用 作作物物生生产产系系统统的的环环境境是是指指作作物物生生长长发发育育所所需需的的各各种种环环境境要要素素的的综综合合，包包括括土土壤壤、空空气气、水水分分、光光照照、温温度度等等环环境境要要京京，以以及及病病虫虫草草及及土土壤壤微微生生物物等等生生物物因因素素。作作物物包包括括各各种种农农作作物物，如如大大田田作作物物、林林木木作作物物、园艺
11、作物等。园艺作物等。某某一一地地区区某某种种作作物物的的产产品品形形成成，就就是是该该作作物物遗遗传传潜潜力力及及其其与与环环境境条条件件相相互互作作用用的的综综合合表表现现。作作物物的的遗遗传传潜潜力力是是作作物物利利用用环环境境条件形成产品的潜在能力。条件形成产品的潜在能力。作作作作物物物物与与与与环环环环境境境境相相相相互互互互作作作作用用用用的的的的综综综综合合合合效效效效果果果果，通通通通过过过过作作作作物物物物生生生生育育育育过过过过程程程程中中中中的的的的生理生化反应，最终表现在作物产品的数量和质量上。生理生化反应，最终表现在作物产品的数量和质量上。生理生化反应，最终表现在作物产
12、品的数量和质量上。生理生化反应，最终表现在作物产品的数量和质量上。第8页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用人类所采取的农业技术措施分为两类：l一一类类是是直直接接作作用用于于作作物物，改改变变作作物物的的形形态态、结结构构和和生生理理生生化化过过程程从从而而影影响响作作物物的的生生长长发发育育及及产产量量形形成成，如如整整枝枝、打打叶叶、人人工工辅助授粉、化学调控等。辅助授粉、化学调控等。l另另一一类类则则是是通通过过改改变变环环境境，间间接接地地影影响响作作物物，如如耕耕地地、耙耙地地、施施肥、灌溉等措施都属于这一类。肥、灌溉等措施都属于这一类。l对作物
13、生长环境的调控，目的是充分利用环境的有利条件，克服环境的不利因素，优化作物生育进程，最终达到优质高产。农业技术措施是调控和利用作物与环境关系的必要技术手段。l事实上，自然界中无论作物的生态适应性有多强，总有些生态因子不能满足优质高产的需要，因此对作物与环境的关系进行调控是必要的。如施肥几乎是任何环境下作物高产栽培必须进行的主要农艺技术措施。第9页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用作物生态学研究涉及不同的尺度水平，从分子、细胞、组织、器官、个体，到种群、群落甚至生态系统等都可以展开有关的研究。n但但研研究究的的核核心心是是作作物物本本身身对对环环境境的的响响
14、应应，即即无无论论在在哪哪个个尺尺度度上上的研究都要围绕个体的基本性能表现来进行。的研究都要围绕个体的基本性能表现来进行。n作物生态学研究的基本问题包括：作物生态学研究的基本问题包括：作物与环境的相互作用和基本机制；作物与环境的相互作用和基本机制；环境因素影响下的作物代谢作用和能量转换等生命过程；环境因素影响下的作物代谢作用和能量转换等生命过程；作物适应环境因子改变的能力和模式等。作物适应环境因子改变的能力和模式等。第10页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用(二)作物生态学的性质 作物生态学是生态学的一个分支，也是农业科学的一个分支。它主要是用生理学或分子
15、生物学的理论和方法来分析生态学现象，并为实现作物高产、优质、高效、生态、安全生产及可持续性发展服务。因此，它是一门以生态学、生理学为理论基础的综合性应用科学。同时，它涉及植物学、植物生态学、植物生理学、植物保护学、植物营养学、农业气象学、作物学等领域的理论知识和研究方法，因此也是一门交叉性科学。第11页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用1作作物物生生态态学学是是以以生生态态学学和和生生理理学学为为基础的一门应用科学基础的一门应用科学n作物生产是人类利用作物有机体的生命活动来取得产品的生产领域，任务就是要使农作物与环境条件相适应，充分利用有利的环境条件，克服
16、不利的环境条件。作物生产不仅取决于农业生态系统的社会条件，更取决于作物生产的自然环境条件，如土壤、温度、光照、水分、肥料等。在作物生态系统中，作物与环境的平衡关系处于中心位置。因此，应应用用生生态态学学和和生生理理学学的的原原理理和和方方法法阐阐明明作作物物与与环境的相互作用机制尤为重要。环境的相互作用机制尤为重要。n从本质上讲，作物生产是作物通过光合作用将太阳能和无机物转化为化学能和有机物的一个能量转化的过程。因此，作物生态学必须借助于生态学、生理学及化学、数学、物理学、生物学、遗传学等自然科学的基本原理和方法来发展自身的理论和技术体系，并以提高作物的综合生产力为主要目标。第12页，共66页
17、，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用2作物生态学是服务于农业生产的一门综作物生态学是服务于农业生产的一门综合性科学合性科学我国是个人多地少的人口大国，怎样在有限的耕地上不断提高作物的产量和品质是国家的头等大事。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，农产品中劣质产品过剩与优质产品不足的矛盾以及农业经济效益低下的问题将越来越突出，因此提高农产品的质量和农业效益也将日显重要。可以说，高产、优质、高效是我国作物生产发展的唯一选择，也是作物生态学研究的主要目标。作物生产是一个环境一作物一技术作物生产是一个环境一作物一技术(社会社会)相互交织的复杂系统，而农作物的高相互交织的复
18、杂系统，而农作物的高产、优质和高效通常又是矛盾的和难以统一的整体，而且高产、优质、高效产、优质和高效通常又是矛盾的和难以统一的整体，而且高产、优质、高效的主次关系也会随社会经济的发展水平而发生变化。的主次关系也会随社会经济的发展水平而发生变化。因此，只有从系统科学的观点来全面认识作物生态学体系，综合运用和集成各个相关学科的研究成果，才有可能使作物生态学作物生态学的研究和应用符合现代农业生产的发展方向，满足国民经济发展的要求。第13页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用3作作物物生生态态学学是是以以可可持持续续农农业业发发展展为为目目标的一门生态科学标的一门生
19、态科学 人口、粮食、能源和环境是世界经济发展中难以解决的大问题。作物生产一方面是人类粮食安全的基础，另一方面也会引起生态失衡和环境污染的问题。例如，农药和化肥的过量投入不仅会降低作物产量，还会引起空气和水体的污染。另外，虽然农业所需的自然资源大部分都是能再生的，但水资源和肥料资源等也亟待合理利用和加强保护。因此，在在作作物物生生态态学学研研究究和和生生产产发发展展中中必必须须牢牢固固树树立立生生态态系系统统平平衡衡的的意意识识，兼兼顾顾生生产产力力增增长长、资资源源高高效效利利用用和和环环境境安安全全，实实现现农农业业生生态态系系统统和和农农业业产产业业的的可可持持续续发发展。展。第14页，共
20、66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用(三三)作物生态学的特征作物生态学的特征 作物生态学有以下三个特征：作物生态学有以下三个特征：1综合性综合性2层次性层次性3系统性系统性第15页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用1综合性综合性 作物生态学是研究作物与生态环境之间相互关系的科学，目的是提高作物生产力，促进农业的可持续发展，具有农业生产最本质的基础性特征。作物生态学又具有高度的综合性。作物生态学的研究范围包括了各种农作物、病、虫、草等，生态环境包括各种气候因子和土壤环境，研究这些要素的专业知识与单项成果对于认识整体是不可缺少的
21、。作物生态学与许多生物种群的生理、生态、分布、栽培等具有广泛的联系，使作物生态学具有农业总体生产的综合性和集成性特点。第16页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用2 2层次性层次性生命物质有从大分子到细胞、器官、个体、种群、群落等不同的结构层次。作物生作物生态学主要研究个体以上的宏观层次。态学主要研究个体以上的宏观层次。同时也从个体以下层次对于同时也从个体以下层次对于作物生产中的问题给予机理性的解释。作物生产中的问题给予机理性的解释。虽然每一层次都有各自的结构和功能特征，但高级层次的结构和功能是由构成它的低级层次发展而来的。因此，研究高级层次的宏观现象需了解
22、低级层次的结构功能及运动规律，从低级层次的结构功能动态中可以得到对高级层次宏观现象及其规律的深入理解和阐释。对低层次的运动来讲，其生物学意义也只有以较高的层次为背景，才能看得更清楚，把握得更推确。第17页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用3系统性系统性系统性和整体性是不可分的。虽然作物生产系统的核心是作物本身，但作物生态学需解决的是整个作物生态系统内相互关系及作用机制。生物的不同层次，既是一个生态整体，也同样是一个系统，均可用系统学原理和方法来进行研究。系统分析的方法既能区分出系统系统分析的方法既能区分出系统的各要素，研究它们的相互关系和动态变化，同时又能
23、综合系的各要素，研究它们的相互关系和动态变化，同时又能综合系统各组分的行为，探讨系统的整体表现。系统研究还有助于探统各组分的行为，探讨系统的整体表现。系统研究还有助于探讨系统各组分间作用与反馈的调控机制与模式，以指导实际系讨系统各组分间作用与反馈的调控机制与模式，以指导实际系统的科学管理。统的科学管理。第18页，共66页，编辑于2022年，星期一二二、作作物物生生态态学学的的地地位位与与作作用用第一节 作物生态学的定义、特征与作用(一一)作物生态学的地位作物生态学的地位 作物生态学研究的问题来自较高层次生态学(植物生态学、农田生态学、农业生态学)和农业科学(作物学、栽培耕作学)的交叉综合，而对
24、生态学问题的解释往往要求在较低层次学科(如植物生理学、生物化学、生物物理学、分子生物学)的机理解释。因此，作作物物生生态态学学是是沟沟通通理理论论依依据据与与实实践践应应用用的的应应用用基基础础性科学。性科学。作物生产管理包括三个相对独立的理论体系：作物生理学、作物生态学、作物管理学。作物生理学是以作物为对象，由植物生理学与作物科学交叉发展而来的一门科学，主要研究作物半长发育和产量品质形成规律的科学。作物管理学主要研究探索通过栽培管理、生长调控、优化决策，实现作物高产、优质、高效及其可持续性发展的理论、方法和技术，是作物栽培学和耕作学的主要内容。因此，作作物物生生态态学学和和作作物物生生理理学
25、学都都是是作作物物栽栽培培学学和和耕耕作作学学及及现现代代作作物物生生产产发发展展的的理理论论基基础础，而而二二者者既既相相互互独独立立又密切联系。又密切联系。第19页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用作物生态学与其他生态学相比，虽然所涉及的环境因子(生态因子)相同，即同受自然生态规律的支配，但范围较小，而且人为干预程度较高。作物生态系统是按人类需求而建立的物质生产系统。因此，作物生态学的核心内容应该以作物高产、优质、高效、生态、安全生产为目标，探讨作物生态系统的结构与功能及合理调控的途径。从这一点来看，作物生态学所要达到的最终目标，又与作物栽培学有共同或
26、相似之处。但是，作作物物生生态态学学不不仅仅是是从从作作物物的的生生物物学学特特性性和和产产品品形形成成过过程程及及其其与与环环境境间间的的关关系系阐阐述述作作物物高高产产、优优质质、高高效效、安安全全生生产产的的理理论论与与模模式式，而而更更要要从从生生态态学学角角度度，以以作作物物与与环环境境所所构构成成系系统统的的整整合合效效应应为为基基点点，运运用用生生物物学学的的理理论论和和系系统统学学的的方方法法，从从描描述述性性生生态态学学关关系系到到因因果果机机制制的的解解析析和和提提炼炼，力力求求阐阐明明作作物物生生态态系系统统中中各各种种生生态态现现象象与与互互作作机机制制。因此，作作物物
27、生生态态学学在在现现代代作作物物生生产中具有极其重要的理论价值和实践指导。产中具有极其重要的理论价值和实践指导。第20页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用(二二)作物生态学的作用作物生态学的作用 农业是国民经济的基础。由于农业所生产的产品具有特殊的使用价值，决定了农产品是人类生存最基本、最必需的生产和生活资料。农业的发展对整个国民经济的发展和社会稳定均起到十分重要的作用，特别是农产品的数量和质量与人们的生活水平密切相关。同时，由于生态环境的恶化和农业资源的由于生态环境的恶化和农业资源的过度消耗，使农业发展受到生态环境多方面的制约，社会所面临的人口、资源、过
28、度消耗，使农业发展受到生态环境多方面的制约，社会所面临的人口、资源、粮食、能源、环境和灾害等重大问题，向生态学和农业科学提出了严峻的挑战。粮食、能源、环境和灾害等重大问题，向生态学和农业科学提出了严峻的挑战。基于作物生态学的原理与技术，探讨解决这些问题的途径与方法，对于因地基于作物生态学的原理与技术，探讨解决这些问题的途径与方法，对于因地制宜地提高作物生产力和资源利用率，保护作物生存的环境，提高作物的产制宜地提高作物生产力和资源利用率，保护作物生存的环境，提高作物的产量和品质及作物生态系统内能量转化和物质循环的效率，以达到高产、优质、量和品质及作物生态系统内能量转化和物质循环的效率，以达到高产
29、、优质、高效、生态、安全的综合生产目标，实现农业的可持续性发展均有十分重要高效、生态、安全的综合生产目标，实现农业的可持续性发展均有十分重要的作用。的作用。第21页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作用具体来说，作物生态学在农业生产中的作用可以体现在以下六个方面；(1)确定不同环境下作物(品种)生产力的形成特点，为因地制宜地提高生产力提供依据。(2)确定品种的适宜生态型，为因地制宜地确定育种方向和目标提供依据。(3)确定不同作物组合一间套复种的生态适应性，为合理安排种植制度提供依据。第22页，共66页，编辑于2022年，星期一第一节 作物生态学的定义、特征与作
30、用(4)确定作物(品种)适应环境的范围和程度、适宜的种植地区及种植季节，为促进区域化土地合理利用、生产基地建立、合理的生产结构与作物市局提供依据。(5)开发特定需求的作物资源，尤其是利用最佳环境条件发展特色作物(品种)，实现农业生产的多元化和高效化。(6)深化和领展生态学的基础理论与关键技术，同时为生态学理论与方法的验证和应用提供研究与发展平台。第23页，共66页，编辑于2022年，星期一第二节 作物生态学的形成与发展 一、作物生态学的产生n(一)生态学的产生与发展n(二)生态学分支n(三)作物生态学的产生二、作物生态的发展历程第24页，共66页，编辑于2022年，星期一第二节 作物生态学的形
31、成与发展 一、作物生态学的产生n(一)生态学的产生与发展n1生态学的萌芽时期（公元17世纪以前）n2生态学的建立时期（公元17世纪-19世纪末）n3生态学科分化时期（20世纪初一20世纪30年代）n4系统生态学时期（20世纪30年代-20世纪60年代末）n5人类生态学时期（20世纪70年代-今天）第25页，共66页，编辑于2022年，星期一第二节 作物生态学的形成与发展 一、作物生态学的产生n(二)生态学分支1按研究对象的生物组织水平划分 可分为个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学、景观生态学、区域生态学和全球生态学等；2按生物分类娄群划分 可分为普通生态学、动物生态学、植物生态
32、学、微生物生态学，昆虫生态学、鱼类生念学、鸟类生态学、兽类生态学和人类生态学等；3按生物栖息场所划分 可分为陆地生态学，包括森林生态学、草原生态学、沙漠生态学等；水域生态学)，包括海洋生态学、淡水牛态学；更具体的划分有热带生态学、湿地生态学、山地生态学等。第26页，共66页，编辑于2022年，星期一第二节 作物生态学的形成与发展 一、作物生态学的产生n(二)生态学分支4按生态学与其他科学的交叉划分 可分为生理生态学、进化生态学、分子生态学、数学生态学、化学生态学、能量生态学、地理少态学等。5按应用领域划分 可分为农田生态学、农业生态学、家畜生态学、渔业生态学、森林生态学、草地生态学、污染生态学
33、、自然资源生态学、城市生态学、生态经济学)、恢复生态学、生态工程学、景观生态学、人类生态学、生态伦理学等。6.按研究方法划分，有野外生态学、实验生态学和理论生态学等第27页，共66页，编辑于2022年，星期一第二节 作物生态学的形成与发展 一、作物生态学的产生n(三)作物生态学的产生生态学的发展从与其他学科的交叉生态学的发展从与其他学科的交叉产生了普通生态学、农田生态学及植物生态学等交叉学科。这些学科的基本理论和规律及研究方法融合于作物科学中，并与现代科技紧密结合，对作物生态学的产生起了驱动作用。对作物生态学的产生起了驱动作用。同时，植物生理学的发展为解决作物与环境相互关系的生态学问题提供了明
34、确机制的工具。植物生理学是研究植物生命活动规律的科学。英、德等国的植物生理学于19世纪中叶成为独立学科。19世纪末到20世纪韧，大部分研究着重在外界因素、内部结构和发育时期等对一些植物的生理过程的影响。由于生物化学、微生物学的发展，植物生理学的研究转入到内部机理的探索，深入到微观领域，20世纪30一40年代达到高峰。1949年在美国首先建立了人工气候室，研究环境对于生理机制的影响。60年代由于农业生产的需要和生态学的发展，部分植物生理学的研究转向宏观发展领域，进入群体群落问题的研究。生态学与植物生理学的发展为作物生态学的诞生奠定了学科交叉与综生态学与植物生理学的发展为作物生态学的诞生奠定了学科
35、交叉与综合的基础。合的基础。第28页，共66页，编辑于2022年，星期一第二节 作物生态学的形成与发展二、作物生态的发展历程u 作物生态学的出现仅有几十年的历史。作物生态学的介绍最早见于1922年weaver(美国)的作物生态学研究，其后日本学者野口弥吉、沼田真等对作物生态学均有描述。u1964年美国加利福尼亚大学戴维斯分校农学系正式开设了作物生态学，至80年代已形成自成体系的教学内容。u我国农业院校于1984年将作物生态学正式列为作物栽培学与耕作学专业硕士学位课。近年来，这门新兴学科虽已初具规模，但其体系仍在完善之中。第29页，共66页，编辑于2022年，星期一第二节 作物生态学的形成与发展
36、二、作物生态的发展历程20世纪20-30年代Bureison WL.就着手研究栽培植物与环境的关系及其分布。随后，Klages K.H.W继承其观点并继续研究，著有作物作物生态地理学生态地理学(1942)，不仅研究作物与自然环境的关系，还研究其与社会环境的关系。美国Wielse C.P.(1963)的的作物生作物生态适应性与分布态适应性与分布一书论述 了各环境因素与作物分布的关系，并提出适应性的定义。意大利Azzi(1956)的的农业生态学农业生态学，研究了作物产量与气候土壤环境的关系。日本户刘义次等的作物生理生态作物生理生态(1955)，论述了作物光合、呼吸、营养生理以及环境对其生长过程、生
37、理作用的影响。沼田贞(1965)提出应用生态学，介绍作物生态学与作物环境栽培学的联系。70年代，美国植物生理学家Loomis RS强调在不同的生态条件下研究作物生理与光合作用的过程，提出作物生态学以植物生理和生态学为基础。在田间条件下(辅以实验室条件)分析研究作物群体的生理过程和环境(光、温、水、气)间的物质能量交换特点和规律，从而研究不同生态条件下生理现象对产量形成的影响，以获得作物与栽培条件的最佳配合，并将人的因素纳入环境中。此外，户刘义次作物的光合作用与物质生产作物的光合作用与物质生产、村田吉男作物的光合成与生产(1975)等均属作物生态的基础研究。美国明尼苏达大学和普渡大学相继给大学生
38、开设“作物的适应性分布与作物生产”及“作物适应性与分布”课程。第30页，共66页，编辑于2022年，星期一第二节 作物生态学的形成与发展二、作物生态的发展历程我国20世纪以来，丁颖(30一60年代)开展厂水稻牛态的研究，梁光商出版了水稻生态学 (1983)；吕炯提出植物的气候生态型(1963)。70年代，高亮之等提出了“作物气候生态”的概念；候学烃在农业生态方面也作广大量的工作。尤其是近广多年来，全国在主要作物气候生态、农业气候资源调查与区划等方面所开展的大量研究以及农业气候学的发展都促进了作物生态学在我国的发展。与此同时在农业生产和农业科学发展的进程中，出现了与作物生态学交叉的多种学科，如农
39、业生态学、农田生态学、农业系统学以及作物生理生态学、作物生态生理学等。第31页，共66页，编辑于2022年，星期一第二节 作物生态学的形成与发展二、作物生态的发展历程1980年以后来出现的作物栽培生理生态(川田信一郎，1982)，是以作物为对象研究生产力、生长分化、作物的光合作用和水分生理、作物体内的物质合成与运转以及植物激素在作物栽培中的应用等。第32页，共66页，编辑于2022年，星期一第二节 作物生态学的形成与发展二、作物生态的发展历程由美国Loomis和澳大利亚Conner于1992合著出版的作物生态学农业系统的生产力与管理(李雁鸣等译，2002)，在作者多年教学和科研工作积累的基础上
40、，首次系统地阐述了作物生态学的基本理论、主要内涵和方法技术及其与农业系统生产力管理的关系，确立了较为完整的作物生态学体系。第33页，共66页，编辑于2022年，星期一第二节 作物生态学的形成与发展二、作物生态的发展历程此外，Lambers于1998年出版的植物生态生理学则是从生态学的观点研究植物在不同环境下光合作用、水分利用、氮素利用与能量平衡，植物对逆境的响应及适应，以及影响不同环境下植物组成的生理生态特性及其在生态系统中的作用。同时，作物栽培学、作物遗传学和环境科学的发展对作物生态学的发展提供了更多的研究手段与方法。所有这些相关学科的理论和方法对作物生态学的发展都有一定的促进作用。第34页
41、，共66页，编辑于2022年，星期一第三节 作物生态学的研究内容与研究方法作物生态学以作物生态系统为研究对象，以作物与环境的相互关系及协同原理为研究内容，主要运用生物学方法和系统学方法，揭示不同环境因素下的作物生理活动和能量转换等过程，并阐明作物适应环境的能力和模式。u一、作物生态学的研究内容一、作物生态学的研究内容u二、作物生态学的研究方法二、作物生态学的研究方法第35页，共66页，编辑于2022年，星期一第三节 作物生态学的研究内容与研究方法u一、作物生态学的研究内容n作物生态系统和普通生态系统一样，也是出生物因素有机环境和非生物因素天机环境组成。u生生物物因因素素按按其其在在能能量量转转
42、化化与与物物质质循循环环中中的的地地位位，分分为为生产者、消费者和分解者生产者、消费者和分解者。生产者是栽培植物，包括粮食作物、经济(工艺)作物、果木、蔬菜、饲料作物、香料药材等。它们通过光合作用将太阳辐射能转化为化学能，并贮藏在作物中。以作物产品为食物的人类和畜禽处于消费地位，属消费者。土土壤壤微微生生物物通通过过对对作作物物有有机机体体的的吸吸收收和和分分解解使使复复杂杂的的有有机机质质转转化化为为较较简简单单的的天天机机物物质质，将将生生物物的的个个体体分分解解，并并使使之之返返回回到土壤中供作物使用，属分解者。到土壤中供作物使用，属分解者。第36页，共66页，编辑于2022年，星期一第
43、三节 作物生态学的研究内容与研究方法u一、作物生态学的研究内容n在作物生态系统中包括自然环境和人为环境。作物生长的自然环境系指气候、地文和生物。气候环境包括光、温、水、养分、空气等五大因子，是直接作用于作物本身，并对其他环境因子产生决定性影响的因素。地文环境包括土壤的物理、化学性状及通过光、温、水、气的冉分配而影响作物的间接因素，如地形、地势、地貌等。生物因素包括微生物、病虫、杂草及其他有关动植物，还包括生物间的竞争与代谢产物。人为环境是指社会经济因素(包括人口密度、劳力、交通、市场价格)、生产条件(灌溉、施肥水平、病虫害防治能力)和技术条件等。人类是作物生态系统的主宰者，人的劳动和智慧能在很
44、人程度上控制、调节或改善这个系统的能量转化和物质循环，促使作物与环境相吻合，使之符合人类的需要。第37页，共66页，编辑于2022年，星期一第三节 作物生态学的研究内容与研究方法u一、作物生态学的研究内容能量转化、物质循环和信息传递是作物生态系统的三个基本功能，也是作物生态系统的基本规律，通过流、库和循环进行。太阳光能、水分和营养物质元素不断处于被吸收、固定、转化循环的运动状态，称之为“流”。在运动过程中被暂时吸收，固定、储存的单位叫“库”。如作物库的固定、贮存的能力不仅决定于作物本身的特性，而且决定于循环。流、库和循环，是相互依存、密不可分的。它们形成了作物生态系统的特征，也决定着作物系统的
45、生产力。在作物生态系统中能量释放是单向的流动，而物质流动是循环的。同时，在系统中还存在不同组分间的信息交换。整个作物生态系统的速本结构及相互关系如图12所示。第38页，共66页，编辑于2022年，星期一第三节 作物生态学的研究内容与研究方法u一、作物生态学的研究内容第39页，共66页，编辑于2022年，星期一第三节 作物生态学的研究内容与研究方法u一、作物生态学的研究内容在作物生态系统内，通过食物能的传递，把人、畜合、作物联成一个序列，称之为食物镀。食物链是作物生态系统中生物之间的主要联系方式，是物质、能量的主要运转途径。作物生态系统有两种基本食物链(图1-3)，如以单一种植业为基础作物一人类
46、，以种植、养殖相结合的食物链。与自然生态系统和其他生态系统相比，作物生态系统的食物链很短。第40页，共66页，编辑于2022年，星期一第三节 作物生态学的研究内容与研究方法u一、作物生态学的研究内容由于能量的转化服从于两个基本规律热力学第一定律(能量守恒定律)和热力学第二定律(能量散逸定律)，能量流动是有方向性的，流动中因有呼吸、排泄而有能量散逸，因而出现了生态系统能量流动金字塔(图1-4)。第41页，共66页，编辑于2022年，星期一第三节 作物生态学的研究内容与研究方法u一、作物生态学的研究内容u根据上述分析，作物生态学的研究对象是作物生态系统，其核心是作物。因此，作物生态学研究的主要内容
47、包含以下六个方面：1作物生态系统的结构与功能 2作物生态系统的能量转化和物质循环规律3作物生产潜力分析4作物生态适应及分布5逆境生态条件与作物生产6作物生态系统的合理调控第42页，共66页，编辑于2022年，星期一第三节 作物生态学的研究内容与研究方法u一、作物生态学的研究内容u根据上述分析，作物生态学的研究对象是作物生态系统，其核心是作物。因此，作物生态学研究的主要内容包含以下六个方面：1作物生态系统的结构与功能 l包括环境因子的分析及其对作物系统的生态作用，探索充分利用自然资源，如太阳辐射能、温度、水分、土壤等，消除或削弱限制因子的影响，挖掘作物的潜在个产力。作物是生态系统的主体，是物质生
48、产者。因此作物的种群结构、群落结构及其同化环境的能力(即形成高的生产力)，则是作物生态学研究的重要主题。第43页，共66页，编辑于2022年，星期一第三节 作物生态学的研究内容与研究方法u一、作物生态学的研究内容u根据上述分析，作物生态学的研究对象是作物生态系统，其核心是作物。因此，作物生态学研究的主要内容包含以下六个方面：2作物生态系统的能量转化和物质循环规律l作物生态系统是一个输入与输出的系统作物生态系统是一个输入与输出的系统。系统的物质能量平衡是提高作物生产力的基本条件。农业发展的历史，即由原始农业、古代农业、传统农业到近代农业和现代农业，其生产力的不断提高是与由系统外向系统内输人物质和
49、能量，特其生产力的不断提高是与由系统外向系统内输人物质和能量，特别是工业辅助能及生物能的投入分不开，辅助能的投入将提升作物系统同化环别是工业辅助能及生物能的投入分不开，辅助能的投入将提升作物系统同化环境的效率，可以减少系统的非生产性消耗。境的效率，可以减少系统的非生产性消耗。作物生态学在论述物质能量平衡及转化时，必须针对中国自然资源、生态环境及生产水平的现状进行具体分桥。应该把提高生产力和保持系统的良性循环兼顾起来。发达国家工业能的大量投入，对系统功能的提高起了巨大的推动作用，但同时也带来了环境污染的不利影响。而发展中国家生物能投入比例较高，但生产水平却较低。辅助能的合理辅助能的合理使用因该是
50、作物生态学的要点。使用因该是作物生态学的要点。第44页，共66页，编辑于2022年，星期一第三节 作物生态学的研究内容与研究方法u一、作物生态学的研究内容u根据上述分析，作物生态学的研究对象是作物生态系统，其核心是作物。因此，作物生态学研究的主要内容包含以下六个方面：3作物生产潜力分析作物生产潜力分析作作物物的的生生产产潜潜力力，从从生生态态学学观观点点，它它亦亦是是作作物物生生态态系系统统各各因因子子互互作作的的整整合合效效应应的的最最佳佳体体现现。作物生态系统是动态的、可调控的系统，也是相对稳定的系统。作物生产潜力是作物系统生产力的上限。Loomis首首先先提提出出的的是是光光合合生生产产