作物栽培学的认识

“作物栽培学”的认识、实践与展望东北农业大学马凤鸣根据会议主题总结作物栽培学科发展的经验，交流作物栽培学的研究进展与动态，探讨现代作物栽培学的内涵与方向，提出作物栽培学关键领域的研发建议。“编辑”而成对作物栽培学的认识（主要体现在教学上）教学·引言•原来在学校讲的题目是：作物栽培学讲授思路与方法的探索•课要一节一节地讲，串连起来，成为一门课，就有一个思路问题逻辑性、系统性=》审视全教材=》理出思路思路决定成效，方法尤显重要“作物栽培学”的教学理念一、概述要系统(两段一循环)怎样达到……二、概念要准确(三点成概念)不需死记硬背……三、阐述要深刻(科研为基础)深刻无止境……四、记忆要简捷(公式与图形)调动各种记忆功能……五、教学要启发(思维要扩展)培养综合分析与解决问题的能力……思路1.最初几节课——概述——骨架（简图），即使…2.中间课程——各主要作物章节——填补骨架的肌肉——内容3.最后几节课——答疑——系统的总结——学生自我完成一循环（由简图到详图）A.在思路上，将该门课程的开始与结束由简图和详图串连起来，使知识的掌握更加系统完整B.将五大（或更多）理论融进到不同作物中方法•在方法上，归纳出按“位置、形状、内容”的线索，思考作物栽培学的基本概念。•将作物生长发育特性的描述性语言转换成图形和公式，从感性认识进入理性思考并便于记忆。一、概述要系统(两段一循环)•作物栽培学属于农学专业的核心课程，是一门实践性很强的应用科学。•在传统的讲授中，首先讲第一章“概论”，包括作物栽培学的性质、任务与学习方法；作物的概念和类型；农作物的生产区划等，然后按小麦、玉米、水稻、大豆等作物各为一章地讲下去。•各章中包括该作物的起源与分类；在世界、中国、某省区的生产概况；生长与发育；生产与光温、土肥水等环境的关系；高产优质的栽培技术与方法。•笔者认为传统的“概论”内容，学生们可自学掌握，不必在课堂上赘述。后续各章也要归纳出作物栽培学及作物生产的基本理论、重点内容和可以推理、便于记忆的系统完整知识。•纠正那种认为作物栽培学的知识是多经验性、少基本理论；多描述性、少逻辑推理；难于全面深透理解、靠死记硬背的偏见。为此，我们在讲授思路与方法上作了初步的探索。“概述”伊始给出作物栽培学简图，课程结束学生填出详图。一、概述要系统（5）一、概述要系统•在第一节“概述”课中就给出作物栽培学内容框架的系统性简图，使学生开端就概括地了解作物栽培学的基本内容及其关系、基本理论与重点（上图中粗体字部分）。在学期末最后一节辅导答疑课上，启发学生自己填补栽培学内容的完整性详图（如上图）。由简图出发经全课程的学习再到详图这一循环，使知识的掌握更加系统完整，上升到更高级的程度。形式逻辑的概念内涵外延揭露事物的本质区别同类事物1.形式逻辑的概念二、概念要准确2.作物栽培学的概念例如作物：凡是对人类有利用价值，并经人工栽培的植物。（内涵）（外延）因为栽培学研究的对象是作物，很多概念包含在作物体内。①位置②形状③实质（外延）（内涵）（概念，名词，应用时便于记忆，考试时有考虑的思路）3.三点成概念•按“位置、形状、内容、”的线索，思考作物栽培学的基本概念•作物栽培学涉及作物繁多，概念纷纭。因为栽培学研究的对象是作物，很多基本概念包含在作物体内，所以靠位置与形状可以区分同类事物的外延，靠内容可以揭露事物的内涵，此线索便于记忆，可以用于思考作物栽培学的基本概念作物概念（通感）①位置、②形状、③内容甜菜糖鞘①靠近三生维管束附近②呈纵向细长的薄壁组织③含有高浓度蔗糖小麦分蘖节①位于地表②节间密集在一起③专门供发生分蘖玉米黑层①在尖冠与胚连接处的几层细胞②死亡与压缩阻断了维管束养分运输，出现发黑的物质③是玉米籽粒生理成熟的标志大豆结荚高度①大豆植株最下边着生的②豆荚末端③距地面的高度三、阐述要深刻1.营养—同化铵—高同化氨途径—施肥NO-3NO-2NH4NRNiR＋＋NH4GS/GOGAT谷氨酰胺谷氨酸自Verma（1993）提出用基因操作改善植物对氮的吸收和同化能力的思想以来，人们越来越重视作物氮素同化的研究，笔者（2003）申请国家自然科学基金时，提出高同化氨途径概念，是指作物把从土壤中直接吸收的NH4＋，快速转化为有机氮的高效能力。1.营养—同化铵—高同化氨途径—施肥•N肥数量•N肥形态比例•施肥时期•施肥方式2.密度负反馈机制制约的作物群体调节原理：（笔者写的教科书中的内容）最后得出:W=C×D-3/2或lnW=lnC-3/2lnD-3/2是W对数值和D对数值作图中直线的斜率式中W为生存作物的平均重量；D为存活作物的密度（根据不同的作物，C值范围在3.5-4.4之间）怎样得出这个公式:即怎样深入讲解这节课2.1作物群体存在自动调节现象•小麦的播种密度与成穗关系（以表格举例）•在作物群体的动态发展过程中，普遍存在着“自动调节”现象。这种现象的本质是植物的适应性，包括植物对刺激的感受（适应性）、传递和反应（如向性、生长运动等）（汤佩松，1961）2.2负反馈机制•作物群体自动调节的可能机制:作物群体的自动调节是通过与密度相关的反馈机制进行的。•自动调节和反馈机制是从控制论引用过来的术语。所谓反馈，即一种过程的后果，反过来又作用于过程的本身。由于作用的效应不同，反馈又分为两类：正反馈和负反馈。正反馈是指一种“扰动”引致反馈的效应为促进过程的变化（自促反应），能使这个变化进行的愈来愈暴发，造成它的不稳定。•负反馈是指一种“扰动”引致反馈的效应为抑制过程的变化（自制反应），可以有效地控制它的进程，使得它在一定的水平上保持稳定，并与某些外界条件保持一定的均衡关系。负反馈在自动调节上起着重要作用。外界环境条件的促进作用生长发育过程加强了生长发育过程①种子、温、水O2直接作用–直接促进（自促过程）正反馈②过程自身本质是对光的竞争（自制过程）负反馈图6-24作物群体自动调节过程和可能的机制③条件变劣限制生长发育过程2.3由密度引发的负反馈机制图形：2.4由密度负反馈机制制约的作物自动调节原理：•如图6—24之①处，开始由于种子本身的“活力”和适宜的外界条件如水分、温度和氧气的直接作用，促进了种子萌发、生长。其后随着作物正常生长发育，光合产物分配到光合器官中和其它组织器官中。以后由于在这种增大的叶面积下，进行着进一步扩大的光合产物的形成，又促进了作物继后的生长发育，这是图6—24之②处所示的正反馈机制。•另一个重要方面，正是由于作物正常发育的结果，到一个限度后，只要不是群体密度极稀，必然出现至少光因子供应满足不了共同需要的养分限制（不论其原因），这就意味着条件变劣（如图6—24之③处）。由于条件变劣的“扰动”，光合生产率势必降低，光合产物不足，抑制作物的生长发育，被抑制的作物，分配到叶子中的光合产物减少，又抑制作物的继后生长发育，这就是负反馈作用。即作物生长的本身孕含了阻碍生长的因素，最后作物群体稳定在一个和外界环境条件相适应的水平上。•条件变劣的“扰动”是怎样产生的呢？这与密度有直接关系。密度固然是指一块田的基本苗数。这样，平均每株作物的营养领域（包括几何空间）就应该是一个定值。但是，若以Silvertown（1982）的观点——个体在植物群体中不断流动的观点（植物群体并不是植物个体的博物馆——不存在安定的个体），着眼于平均每个分蘖（每分枝）、每个叶片、每有效穗、甚至每粒，则它们的营养领域随着作物生长发育至各自定局之前基本是逐渐减小的。亦即密度越来越限制群体中每一个体的发展。除密度极稀外，必定从一时刻起，要在株间、甚至同株的等生态位“单元”之间发生对光、水、养分以及同化物的竞争，首先是对光的竞争。这正如Aguino（1968）、Etheriugton（1975）指出的：植物之间的互相作用基本上是对光的竞争。因此，“条件变劣”就是由密度和生长着的作物互相作用产生的“扰动”。关于“扰动”引致的负反馈作用，Etheriugton（1974）指出，与密度相关的负反馈阻止了种群本身暴发，避免种群暴发后将环境的一切资源耗尽。在自然生态群落中，这种阻止遵循“自疏的-3/2能量定律”（吉良1957，White，1980）：•2.5-3/2自疏线•-3/2自疏线使得特定密度（这一点同作物群体）的群体植株的平均重量存在着一个上限。当达到这条自疏线时，它以后就会根据植株重量的增加量“自行”决定该稀疏多少个体。这说明，密度制约可以改变出生率和死亡率而影响群体大小。•至于在作物栽培上，由于选择了大小一致、发芽整齐的种子，且在生育初期间除了弱苗，因此，作物群体内自然枯死的个体通常不会发生。在作物群体较大或发展到较大而“拥挤”时，产生的“扰动”启动负反馈机制，可塑性的个体不同程度的“牺牲”自身的一部分（不是整株死亡），通过个体的变异达到了群体的稳定。LnWXYOLnD232.6由密度负反馈机制制约的作物自动调节原理图式中W为生存植物的平均重量；D为存活植物的密度LDLLDL21223131WLW2131DWDcwCDCWDWln23lnln)(2323为系数2.7公式的推导（思路的逻辑性、内容的本质理解）四、记忆要简洁（图形，数字，口诀）1.图形记忆法•大豆开花顺序→结荚习性和大豆结荚习性联系起来上下由下向上，由内向外开花顺序由上向下，由外向内开花顺序2.(1)数字记忆法Зосимович∏＝3.1415∏＝3.1415甜菜分类3大类群14个野生种1个栽培种5个亚种2.(2)公式记忆法•玉米的生长习性表明：3叶期开始生长第一轮节根，以后每生出二片叶长一轮次生根（或称节根），直到13叶期可长出六轮节根，以后随品种晚熟程度再长出1-2轮节根。可将上述描述转换成公式：•y=1/2（x-1）•（y：次生根的轮数;x：叶片数），从感性认识进入理性思考。而且．．．记忆要简捷(公式与图形)•在作物生长发育特性及其与环境的关系中，很多描述性语言可以转换成公式和图形，乃至口诀。不仅便于记忆，而且利于加深理解。如在“大豆种子蛋白质、脂肪的形成与环境的关系”一节中，以蛋白质、脂肪形成的生理生态为基础，从品种、气候条件、栽培措施（播期、施肥、灌溉）诸方面进行了深入的讲解。作为记忆，取北京邮电大学之邮的谐音“油”、南方复旦大学之旦的谐音“蛋”，“北油南蛋”一词反映出：在我国范围内，北方高纬度地区的大豆含油量高，而南方低纬度地区的大豆蛋白质含量高。“北油南蛋图”（如下图）是一把钥匙卡，对于“同一品种播种时期的延长，脂肪含量和蛋白质含量的变化趋势”、“同一品种种植在同一地区丘陵和平原上的脂肪含量和蛋白质含量的变化趋势”、“同一品种种植地北移南下，脂肪含量和蛋白质含量的变化趋势”等诸问题，都可快速解答出来。对于其他油料作物，如油菜等也是适用的。另外，对于油料作物品质区划也可作出方向性判断。3.口诀记忆法北“邮”南“旦”同一品种播期延迟6、7、8（月）上、中、下（旬）十天差（南北）基于，“一看就明白一写就乱套叙述性太多”在理解消化基础上的记忆法一疏二定补五、教学要启发(思维要扩展)•大豆第4片复叶，Mn含量在16-17ppm为临界值大豆复叶与分枝的关系是N-4的关系启发教学贯穿全课程，此仅举一例，查阅资料时偶尔发见某科普杂志刊登的一则简讯：大豆第4片复叶，Mn含量在16-17mg/kg为临界值。经几番思考，基本弄清。讲大豆施肥问题时，引用之。问：为什么要在苗期测定？答：营养诊断多在苗期，以便采取相应措施。又问：为什么取第4片复叶测定Mn含量？又答：根据大豆复叶与分枝是N-4的关系（N表示大豆复叶的序位），第4片复叶应是大豆苗期最后生长出的最鲜嫩器官，而Mn在植物体内是半流动的元素，所以大豆第4片复叶是Mn营养诊断的指示器官。上述一问一答，把大豆复叶与分枝的同伸关系、营养诊断与施肥措施紧密联系起来。而且可以举一反三，将其实质推广到其它作物，应用到其它营养元素中。体会作为教师，教书育人是本职工作1.要热爱教师工作(艺术享受3.1415)2.要钻研教学内容3.要建立活泼、启发式的教学形式4.要多读书（广义的），读书三