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农业与自然生态环境本章内容提要第一节农业生产与自然环境第二节全球气候变化与农业第三节农业环境与农业生态环境保护本章重点环境；农业环境；农业生产的基本条件；农业的地域分异规律；中国农业环境的现状及其存在的问题；农业生态环境的保护措施；全球气候变化与农业的相互影响关系本章难点自然环境与农业地域分异规律；中国农业环境的现状及其存在的问题第一节农业生产与自然环境农业的自然环境包括生物环境与非生物环境。生物环境是指农业生物周围的植被、杂草、昆虫病害等因素，它们是农业生产的重要调节因素和制约因素。（提供自然物质能源）非生物环境是指光、温、水、气、土等条件，是农业生产必不可少的条件。（提供经济、技术方面的物质能源）一、农业生产的基本条件农业生产的主要部门是种植业，种植业的对象是作物生产。农业生产必须为作物的生长发育创造良好的生活条件。作物生存的环境包括自然环境和栽培环境。生态因子：在环境中与生物体的生存、分布、生长发育及形态结构、生理功能等有密切关系的因子。生活因子：作物生命活动不可缺少的生态因子，包括光、温、水、养分和空气等。这些生活因子是农业生产的基本条件。（一）光1、光对作物生长发育的影响光主要通过光照强度（光强）、光照时间（光长）、光谱成分（光质）三方面影响作物的生长发育。（1）光强对作物生长发育的影响光强主要通过对光合作用的影响来影响作物的生长发育。光补偿点：表观光合速率（净光合速度）等于0时的光照强度。光饱和点：净光合速率达最大值时的光照强度。根据对光照强度的要求不同，作物可分为：喜光作物：光饱和点高（2~8万Lux），光补偿点高（0.05~0.1万Lux）。（水稻、玉米）喜阴作物：光饱和点低（0.5~1.0Lux），光补偿点低（500Lux）。（云杉、冷杉）不同植物的光—净光合作用曲线（2）光长对作物生长发育的影响地球上不同纬度地区的温度、雨量和昼夜长度等会随季节有规律地变化。不同纬度地区昼夜长度的季节性变化是很准确的。纬度愈高的地区，夏季昼愈长，夜愈短；冬季昼愈短，夜愈长；春分和秋分时，各纬度地区昼夜长度相等，均为12h。自然界一昼夜间的光暗交替称为光周期。光周期反应：作物生长发育随昼夜长短而发生规律性变化的现象。作物开花反应类型根据开花对光周期的要求不同，作物分为：长日照作物：日照长度超过某一临界光长，才能开花；日照越长，生育期越短的作物。（小麦、大麦、黑麦、油菜、菠菜、萝卜、白菜、甘蓝、芹菜、甜菜、胡萝卜、山茶、杜鹃、桂花、天仙子）短日照作物：日照长度短于某一临界光长，才能开花；日照越短，生育期越短的作物。（水稻、玉米、大豆、高粱、苍耳、草莓、烟草、菊花、秋海棠、腊梅、日本牵牛）日中性作物：开花对日照长短无明显要求的作物。（月季、黄瓜、茄子、番茄、辣椒、菜豆、君子兰、向日葵、蒲公英）天仙子必须满足一定天数的8.5～11.5h日照才能开花，如果日照长度短于8.5h它就不能开花。菊花须满足少于10h的日照才能开花。长-短日植物：这类植物的开花要求有先长日后短日的双重日照条件，如芦荟、夜香树等。短-长日植物：这类植物的开花要求有先短日后长日的双重日照条件，如风铃草、鸭茅、瓦松、白三叶草等。中日照植物：只有在某一定中等长度的日照条件下才能开花，而在较长或较短日照下均保持营养生长状态的植物，如甘蔗的成花要求每天有11.5～12.5h日照。两极光周期植物：与中日照植物相反，这类植物在中等日照条件下保持营养生长状态，而在较长或较短日照下才开花，如狗尾草等。光周期反应在农业生产上的应用引种上的应用南种北引：短日作物生育期延长北种南引：长日作物生育期延长栽培管理上的应用适宜播种期的确定种植密度的调节反季节栽培环境影响分析控制花期（菊花、杜鹃花）调节营养生长和生殖生长（烟草引至温带，春季提前播种、抑制甘蔗开花）低纬度地区不具备长日条件，所以一般分布短日植物，高纬度地区的生长季节是长日条件，因此多分布长日植物，中纬度地区则长短日植物共存。由于自然选择和人工培育，同一种植物可以在不同纬度地区分布。例如短日植物大豆，从中国的东北到海南岛都有当地育成的品种，它们各自具有适应本地区日照长度的光周期特性。如果将中国不同纬度地区的大豆品种均在北京地区栽培，则因日照条件的改变会引起它们的生育期随其原有的光周期特性而呈现出规律性的变化：南方的品种由于得不到短日条件，致使开花推迟；相反，北方的品种因较早获得短日条件而使花期提前。生产上常从外地引进优良品种，以获得优质高产。在同纬度地区间引种容易成功；但是在不同纬度地区间引种时，如果没有考虑品种的光周期特性，则可能会因提早或延迟开花而造成减产，甚至颗粒无收。对此，在引种时首先要了解被引品种的光周期特性，是属于长日植物、短日植物还是日中性植物；同时要了解作物原产地与引种地生长季节的日照条件的差异；还要根据被引进作物的经济利用价值来确定所引品种。在中国将短日植物从北方引种到南方，会提前开花，如果所引品种是为了收获果实或种子，则应选择晚熟品种；而从南方引种到北方，则应选择早熟品种。如将长日植物从北方引种到南方，会延迟开花，宜选择早熟品种；而从南方引种到北方时，应选择晚熟品种。通过人工光周期诱导，可以加速良种繁育、缩短育种年限。如在进行甘薯杂交育种时，可以人为地缩短光照，使甘薯开花整齐，以便进行有性杂交，培育新品种。根据中国气候多样的特点，可进行作物的南繁北育：短日植物水稻和玉米可在海南岛加快繁育种子；长日植物小麦夏季在黑龙江、冬季在云南种植，可以满足作物发育对光照和温度的要求，一年内可繁殖2～3代，加速了育种进程。具有优良性状的某些作物品种间有时花期不遇，无法进行有性杂交育种。通过人工控制光周期，可使两亲本同时开花，便于进行杂交。如早稻和晚稻杂交育种时，可在晚稻秧苗4～7叶期进行遮光处理，促使其提早开花以便和早稻进行杂交授粉，培育新品种。（3）光质对作物生长发育的影响不同波长的光对作物的作用600-700nm橙黄色具最大光合活性，光合作用主要能源；促进叶肉质、根茎形成，开花、光周期过程等以最大速度完成。500-600nm绿色光合活性最小，略有造型作用，刺激茎延伸、叶扩展、色素形成。400-500nm蓝紫色正常生长所必需，辐射效率比橙黄色光差两倍，叶绿素和叶黄素吸收最强，有造型作用，促进蛋白质合成。300-400nm紫外线对产量影响不大，但影响植物化学成分，可提高组织中蛋白质及维生素含量，尤对维生素E有重要作用，提高种子萌芽率，促进种子成熟。2、作物产量与光能利用率（1）作物产量的概念经济产量＝生物学产量×经济系数（收获指数）经济产量：单位面积上收获的有经济价值的产品数量。生物学产量：单位面积上作物在整个生育期所产生的有机物质总量。主要作物的经济系数影响经济系数高低的因素：产品器官性质：营养器官为收获器官的作物经济系数往往较高产品化学组成：以淀粉（碳水化合物）为主要成分的作物经济系数往往较高几种主要作物的经济系数叶类蔬菜：1.0薯类：0.70-0.85烟草：0.6~0.7水稻：0.5小麦：0.3~0.4玉米：0.25~0.4棉花：0.2~0.5油菜：0.28大豆：0.3（2）光能利用率的概念光能利用率：单位土地面积上作物光合作用积累的有机物所含能量与同一地面上所获得的太阳能的比率。最大光能利用（理论）值：（100%-15%）×47%×28%×（100%-50%）×（100%-10%）≈5%15%：反射损失；47%：光合有效辐射；28%：光合作用转换效率；50%：呼吸消耗；10%：非光合器官吸收我国目前耕地平均光能利用率约：0.4%（3）作物产量与光能利用率作物产量＝生物学产量×经济系数＝净光合产物×经济系数＝（光合面积×光合强度×光合时间－光合产物的消耗）×经济系数光合面积：光合作用叶面积，常用叶面积系数表示叶面积系数：群体总叶面积/该群体所占土地面积光合时间：延长叶片功能期，充分利用时间光合能力：因作物种类而异。（C3作物与C4作物）（4）提高作物光能利用率的途径选育高光效品种；增加光合面积，力求全田皆绿；充分利用季节，力求四季常青；充分利用空间，力求均衡受光；科学管理（肥、CO2、水、病虫草）。（二）温度1、农业指标温度三基点温度：最低、最适、最高生物学零度：维持作物生长发育生命活动的最低温度。积温：某一生育时期内逐日平均气温累积之和。有效积温：某一时期内活动温度与生物学零度之差的和。活动积温：某一时期内大于或等于生物学零度的日平均温度累积之和。主要农作物的三基点温度作物最适温度（℃）最低温度（℃）最高温度（℃）小麦25－313－531－37大麦25－313－531－37燕麦、稞麦25－313－531－37荞麦25－313－537－44豌豆301－235水稻30－3510－1240玉米37－445－1045－50高粱30－316－744－45甘薯25－301835大豆301040棉花25－311546积温与宜种作物≥10℃积温可能栽培的作物1000以下基本上无作物栽培（作物籽粒不能成熟）1000~1500早熟马铃薯、早熟大麦（青稞）、早熟燕麦（莜麦）、早熟春小麦、早熟荞麦、早熟甜菜、早熟根菜类蔬菜等1500~2000马铃薯、大麦、小麦、燕麦、油菜、胡麻、豌豆、蚕豆、荞麦、早熟糜子、甜菜、早熟耐寒蔬菜2000~2500特早熟水稻、早熟玉米、早中熟谷子、早熟高粱、早熟大豆、甜菜2500~3000早熟水稻、中晚熟玉米、中晚熟高粱、中晚熟谷子、中晚熟大豆、早熟芝麻、向日葵3000~3500特早熟陆地棉、花生、早中熟水稻、甘薯、芝麻3500~4000早中熟陆地棉、中晚熟水稻、甘薯、芝麻4000~4500中熟陆地棉、晚熟水稻、特早熟细绒棉4500~7500中晚熟陆地棉、早中晚熟细绒棉、双季连作稻7500以上水稻一年可三熟、玉米、甘薯可冬种积温与作物熟制≥10℃积温可能采用的熟制3400℃以下一年一熟3400~4000℃二年三熟或一年二熟（冬小麦复种早熟糜子、荞麦等）4000~4800℃一年二熟（冬小麦复种玉米、谷子、甘薯、大豆或稻麦两熟）4800℃以上一年三熟（双季稻加冬作油菜、大麦或小麦）2、温度对作物生长发育的影响在适宜范围内，作物生长发育速率随温度增加而加快。变温有利于作物的生长发育。春化反应：有些作物在生长发育的某一阶段需要一定的低温刺激才能进行开花结实，这一种低温刺激称为春化反应，需要低温刺激的阶段称为春化阶段。根据需要低温刺激的程度不同，作物可分为春性、半冬性、冬性品种。3、温度对作物生长发育的影响估测作物生育速度、预测生育期，确定播种期。制定农业区划，安排作物布局，确定种植制度。4、极端温度对作物的危害高温危害：间接伤害、直接伤害低温危害：冷害：0℃以上低温对喜温作物造成的危害冻害：冰点以下低温使作物组织内结冰而造成的危害（三）水1、水对作物生长发育的作用（1）生理作用成分：原生质的主要组成成分（70~90%）原料：光合作用的基本原料溶剂：是生化反应和物质吸收、运输的溶剂介质：许多代谢过程的反应物质固姿：水的膨压作用使植物具有固定的姿态。（2）生态作用以水调气、以水调温、以水调肥、以水压草、以水压盐（碱）、以水控蘖。2、土壤水分的种类及性质根据水分存在形态、位置及性质，土壤水分分为：束缚水（吸湿水）：借助分子引力与静电引力紧紧吸附于土粒周围不易移动，不能被作物利用。（无效水）毛细管水：存在于小孔隙间，借助于表面张力而保持地水中，随外界压力改变而移动。作物利用的主要成分。重力水（自由水）：存在于大孔隙中，易被作物利用，也易流失。（过剩水）3、作物的需水量蒸腾系数：作物每生产1克干物质所消耗的水分的克数。水分临界期：作物一生中对水最敏感的时期。最大需水期：作物一生中需水量最大的时期。4、旱害与涝害（1）旱害大气干旱：气温高空气相对湿度小（10~20%），作物叶片蒸腾量超过根系吸水量导致作物体内水分不平衡而发生萎蔫。土壤干旱：土壤水分不足根系吸收不到足够的水分而导致作物体内水分不平衡。作物在不同生育阶段受害程度不同，一般在需水临界期和最大需水期受害最重。（2）涝害：土壤水分长期过多