农学概论课件

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农学概论贺明荣\n第一章绪论第二章作物的起源、分类与分布第三章作物的生长发育与产量、品质第四章作物生产与环境条件第五章作物种植制度第六章作物育种与种子产业第七章作物生产技术讲授提纲\n第一章绪论\n第一节农学的定义及作物生产的地位\n一、农学的定义\n广义的农学：即农业科学是研究农业生产理论和实践的一门科学，包括了农业基础科学、农业工程科学、农业经济科学、农业生产科学和农业管理科学等。\n中义的农学：仅指农业生产科学，这里的农业生产是指种植业、畜牧业、林业和渔业，它所涉及的学科包括作物学、园艺学、农业资源利用学、植物保护学、畜牧学、兽医学、林学、水产学等。\n狭义的农学：即研究农作物生产的一门科学，它所涉及的学科包括作物学、园艺学、土壤学、植物营养学和植物保护学等。研究作物形态、生理、遗传与育种、栽培技术、病虫害防治、生产经济等。\n本课程涉及的农学是狭义的农学，重点是作物学，其基本任务是：（1）探讨作物的起源、分布与分类；（2）研究作物的特征特性，阐明其生长发育规律及其与环境条件的关系；\n（3）了解限制作物生产的诸因素及其与产量、品质形成的相互关系；（4）改良作物品种，实现作物的高产、优质、高效、生态、安全。\n二、农学的特点\n（一）系统的复杂性作物生产是一个有序列、有结构的复杂系统，受自然和人为多种因素的影响和制约。它是由各个环节（子系统）所组成，既是一个大的复杂系统，又是一个统一的整体。\n作物生产系统：由“作物—环境—技术”子系统构成的多层次开放性农田生态系统。\n（二）技术的实用性农学是把自然科学及农业科学的基础理论转化为实际生产技术和生产力的科学。它主要研究解决作物生产中的实际生产问题，所研究形成的技术必须具有适用性和可操作性，力争做到简便易行、省时省工、经济安全。\n（三）生产的连续性农业生产是一个长期的周年性社会产业。上一茬作物与下一茬作物，上一年生产与下一年生产，上一个生产周期与下一个生产周期，都是紧密相连和互相制约的。\n（四）生长的规律性不同作物种类具有不同的个体生命周期，如一年生、二年生作物；作物个体的生命周期是一个有序的生长发育过程，需要特定的环境条件；作物的生长发育既不能停顿中断，又不能颠倒重来，因而具有不可逆性。\n（五）明显的季节性一年四季的光、热、水等自然资源的状况是不同的，所以作物生产不可避免地受到季节的强烈影响。由于作物的季节性很强，生产上误了农时，轻则减产，重则颗粒无收。因此，必须合理掌握农时季节，使作物的高效生长期与最佳环境条件同步。\n（六）严格的地域性地区不同，其纬度、地形、地貌、气候、土壤、水利等自然条件不同，其社会经济、生产条件、技术水平等也有差异，从而构成了作物生产的地域性。因此，作物生产必须使作物、环境、措施达到最佳配合，才能生产出高产优质的农产品。\n四、作物生产的地位与作用\n（一）人民生活资料的重要来源吃，人民生活中所消费的粮食、水果、蔬菜几乎全部由作物生产提供。穿，我国服装原料的80%来自作物生产，合成纤维仅占20%左右。\n（二）工业原料的重要来源目前，我国约40%工业原料、70%的轻工业原料来源于作物生产。总体而言，以农产品为原料的工业产值在工业产值中的比重会有所下降，但有些轻工业，如制糖、卷烟、造纸、食品等的原料只能来源于农业，且主要来自作物生产业。\n（三）出口创汇的重要物资目前，我国农副产品及其加工产品在国家总出口额中占有较大的比重。从未来的发展趋势看，农副产品及其加工产品的出口比重会有所下降，但仍将是出口物资的重要来源之一。可见，作物生产在农业增效和农民增收方面起到主要作用。\n（四）农业的基础产业由于我国人口压力大、口粮任务重，加上畜牧养殖业的发展在很大程度上依赖于作物生产业提供饲料，因此我国种植业在农业中的比重及其基础地位是不会动摇的。\n（五）农业现代化的组成部分作物生产业是农业的基础，没有现代化的作物生产，就没有现代化的农业和现代化的农村。因此，随着社会的发展和科技的进步，作物生产业也会得到现代科技的武装和改造，从而实现作物生产的现代化、科学化和产业化。\n第二节作物生产概况\n一、世界作物生产概况\n项目水稻小麦玉米面积（万公顷）1583022562.215862.9单产（千克/公顷）4328.73038.75161.8总产（万吨）68524.068561.481882.3表1.世界作物生产概况（FAO，2009）\n项目大豆油菜籽棉面积（万公顷）9950.13112.13043.1单产（千克/公顷）2243.01981.82000.9总产（万吨）22318.56167.66089.2续表1.世界作物生产概况（FAO，2009）\n\n\n\n\n\n\n世界作物总产的增加主要得益于单产的提高，而单产的提高主要有赖于现代农业科学技术的进步和农业生产条件的改善，特别是下列6个方面的因素起了决定性的作用。\n1．品种改良近30年来世界主要作物新品种的培育着重于高产、优质和高抗，特别是在矮秆、抗性和品质方面取得了显著进步。许多国家因品种改良在这一期间的累计增产效益在30%以上。\n2．增施肥料与施肥技术据FAO估计，在提高作物产量的诸多因素中，肥料的贡献率要占到30%～60%。目前，大多数国家农田施肥均以化肥为主，这期间世界化肥生产量与作物产量基本呈现同步增长趋势。氮、磷、钾肥所占的比例分别为60%、24%和16%。\n3．扩大灌溉与节水技术灌溉面积占世界总耕地的比例为17.5%，生产的作物产量占世界总产量的一半左右。节约用水以扩大现有灌溉面积、改善灌溉设施以增加灌溉效益和防止盐渍化等为发展重点。地面灌溉的用水效率发达国家为50%以上，而发展中国家仅为25%左右。喷灌、滴灌等高效率的灌水方法，由于成本高、技术难、耗能大，目前仍主要在一些发达国家和一些园艺作物上使用。\n4．设施栽培20世纪70年代以来，地膜覆盖栽培发展非常迅速。在纬度或海拔较高的地区、旱地和盐碱地上，覆盖地膜增产效果显著。在一般地区，地膜覆盖使一些喜温作物的分布区域的纬度向北推移了2～4º，使作物早熟或相当于延长了无霜期10～15d，旱地水分利用率提高了30%～50%。目前，地膜蔬菜、地膜棉花、地膜玉米、地膜小麦、地膜水稻等在水、热资源受到限制的地区都得到了不同程度的应用。\n5．作物病虫草害的防治在作物收获前，由病、虫、草害造成的作物产量损失平均为15%～20%，水果、蔬菜和油料作物则往往达25%。农产品贮藏中的病虫损失，在亚洲和非洲的一些国家也常达到收获量的1/5～1/4。综合防治已成为世界大多数国家植保工作的指导方针，但其中化学防治仍是最主要的防治手段。选用抗病虫品种被普遍认为是经济有效的途径。另外，生物防治也日益受到重视。\n6．高新技术的推广应用有普遍推广意义的除基因工程技术外，主要有遥感技术、计算机信息技术和化学调控技术等。遥感技术从20世纪80年代进入了商业应用，主要包括作物长势监测和估产、植被识别分类、土地资源调查与制图、自然灾害预测与灾情评估、农业生态系统监测等。\n二、我国作物生产概况\n项目水稻小麦玉米面积（万公顷）2962.72429.13118.3单产（千克/公顷）6585.34739.05258.4总产（万吨）19510.311511.516397.4表2.我国作物生产概况（中国统计年鉴，2010）\n项目豆类花生棉花面积（万公顷）1194.9437.7495.2单产（千克/公顷）1615.433611288总产（万吨）1930.31470.8637.7续表2.我国作物生产概况（中国统计年鉴，2010）\n1949年以来我国作物生产的迅速发展，也主要归功于农业科学技术的进步和作物生产条件的改善，但与世界作物生产的发展相比，又具有一些不同的特点。\n1．作物品种的改良1949年以来，我国40多种作物育成新品种共计4000个以上，其中通过审定的就有2000个左右。粮食作物已经进行过4～5次良种大更换，每次更换一般可增产10%左右，高的可达20%以上。目前，我国优良品种的覆盖率一般都在90%以上，而且品种更新换代的周期已缩短到3～5年。迄今仍以常规育种为主，其中杂交育种和杂种优势利用占2/3左右。\n优良品种的选育途径，包括国外引种、系统育种、杂交育种、杂种优势利用、诱变育种、远缘杂交和生物技术等，在不同时期为作物品种改良做出了显著贡献。近10多年来，生物技术开始向一些作物的育种工作中渗透，但迄今仍以常规育种为主，其中杂交育种和杂种优势利用占2/3左右。\n2．间、套作多熟制种植技术1949年我国的作物复种指数为128%，虽然耕地面积减少，但由于复种指数的提高，作物总播种面积反而增加。在20世纪50年代和60年代，北方的黄淮海地区，主要是改一年一熟为二年三熟，南方则改单季稻为双季稻或稻、麦两熟。到70年代，华北的一熟有余、两熟不足地区进一步发展了间、套复种，南方的间、套复种面积也进一步扩大。进入80年代后，多熟制种植方式日趋多样化，种植方式从作物的间、套作发展到粮、经、饲、菜等多元多熟的复合种植模式。\n3．作物栽培技术作物栽培科学的发展大致经历了4个阶段。第一阶段是20世纪50～60年代初，侧重总结农民劳模的栽培经验，如江苏陈永康单季晚稻“三黄三黑”的看苗诊断，河南刘应祥小麦“马耳朵、驴耳朵、猪耳朵”的叶片诊断等。第二阶段是20世纪60年代中期至70年代中期，主要围绕单项高产栽培技术开展研究，如育苗移栽技术、合理密植技术、土壤耕作技术、覆盖栽培技术、氮肥深施技术等。\n第三阶段是20世纪70年代后期至80年代，主要围绕作物规范化、指标化进行综合栽培技术研究，如水稻叶龄指标栽培法、小麦叶龄指标促控法、大豆三垄栽培技术、小麦玉米平播吨粮技术等。第四阶段从20世纪80年代末期开始，主要研究作物持续增产和优质高效的综合栽培技术以及作物生产管理的计算机决策系统，如小麦节水高产栽培技术、多元高效立体种植模式、作物栽培专家系统等。\n4．病虫草鼠害防治技术20世纪50年代以农艺防治为主，60~70年代中期以化学药物防治为主，70年代以后生物防治技术迅速发展，80年代以后进入了单项防治与综合防治并重时期。病虫测报对象从几种增加到目前的50种以上，地区性测报对象达到100种以上，对重大迁飞性害虫还建立了异地测报网，80年代又增加了鼠情预报。目前，一些重大病虫害如蝗虫、锈病、螟虫等已完全得到控制。近10多年来，由于除草剂的大面积推广，杂草为害程度显著减轻。\n5．作物生产条件的改善农业机械总动力年平均递增1042万kW，20世纪90年代以来，平均每年递增达2029万kW；农田有效灌溉面积年平均递增2.15%，全国节水灌溉面积占有效灌溉面积的28.66%；化肥用量年均递增14.3%。在堤防、水库和配套机井的修建以及洼涝、盐碱、渍害低产田及水土流失的治理方面都取得了杰出的成就。已建立了500多个国家级商品粮基地、100多个优质棉基地，极大地改善了基地的生产条件。\n【复习思考题】▲1．什么是农学？农学的性质和特点是什么？▲2．试述作物生产的地位和作用。▲3．了解世界和我国作物生产的概况。\n第二章作物的起源、分类与分布\n第一节作物的起源\n至今发现，地球上大致有50万种以上的植物，其中被人类利用的约在5000种以上，被人类栽培种植的约1500种，属大面积种植的约200种。中国种植的作物约有600种，其中粮食作物30多种，经济作物70种，蔬菜110多种，牧草约50种，花卉130余种，药用作物50余种。\n1．中国—日本起源中心中国基因中心是主要的、初生的，由它发展了次生的日本基因中心。中国的中部和西部山区及其毗邻低地是世界第一个最大农业发源地和栽培植物的起源中心。中国起源地的特点是栽培植物的数量极大，包括了热带、亚热带和温带作物的代表。\n1．中国—日本起源中心在栽培植物种和属的数量上，中国超过其他起源地，如黍、稷、粟、大麦、荞麦、大豆、裸燕麦等作物，中国是初生基因中心；普通小麦和高粱等是次生中心。该学说确认中国是栽培稻的起源中心之一，纠正了瓦维洛夫认为水稻仅仅起源于印度的说法。\n2．印度支那—印度尼西亚起源中心是爪哇稻和芋的初生基因中心。这里还具有丰富的热带野生植物区系。3．澳大利亚中心除美洲外，这里也是烟草的初生基因中心之一。并有稻属的野生种。\n4．印度斯坦中心起源的农作物有稻、甘蔗、绿豆、豇豆等，还有许多热带果树。5．中亚细亚中心该中心农作物有小麦、豌豆等。6．近东起源中心起源的农作物有栽培小麦、黑麦等。\n7．地中海中心从许多作物品种和种群组成来看，这里是次生起源地，很多作物在此区被驯化，如燕麦、甜菜、亚麻、三叶草、羽扇豆等属的种。8．非洲中心农作物有高粱、棉、稻等属的种。此中心对世界作物影响很大，许多作物起源于非洲。\n9．欧洲—西伯利亚中心农作物有二年生的糖用块根和饲用甜菜、苜蓿、三叶草等。10．南美洲中心农作物有马铃薯、花生、木薯、烟草、棉、苋菜等。11．中美洲—墨西哥中心农作物有甘薯、玉米、陆地棉等。12．北美洲中心该中心驯化的主要作物有向日葵、羽扇豆等。\n第二节作物的分类\n一、植物学分类\n即按植物科、属、种分类，一般用双名法对植物进行命名，称为学名。例如小麦属禾本科，第一个字为属名，第二个字为种名，第三个字为命名者的姓氏缩写。这种分类对了解和认识作物的植物学特征的异同以及研究其器官发育有重要意义。\n二、根据作物的生物学特性分类\n（一）按作物感温特性分类\n可分为喜温作物和耐寒作物。喜温作物在全生育期中需要的积温都较高，生长发育的最低温度为10℃左右，最适温度为20～25℃，最高温度为30～35℃，如稻谷、玉米、高粱、甘薯、棉花、烟草、甘蔗、花生、粟等。\n耐寒作物全生育期需要的积温比较低，生长发育最低温度在1～3℃左右，最适12～18℃，最高26～30℃，如小麦、大麦、马铃薯、黑麦、油菜、蚕豆等。\n（二）按作物对光周期反应特性分类\n可分为长日照作物、短日照作物、中日照作物和定日照作物。凡适宜在日长变长时开花的作物称长日照作物，如麦类作物、油菜等。凡适宜在日长变短时开花的作物称短日照作物，如水稻、玉米、大豆、甘薯、棉花、烟草等。\n开花与日长没有关系的作物称中日照作物，如荞麦、豌豆等。定日照作物要求有一定时间的日长才能完成其生育周期，如甘蔗的某些品种只有在12ｈ45min的日长条件下才能开花，长于或短于这个日长都不开花。\n（三）按作物对CO2同化途径分类可分为C3作物、C4作物和CAM（景天酸代谢）作物。\n三、根据作物用途和植物学系统相结合分类\n（一）粮食作物\n（1）禾谷类作物。绝大部分属禾本科。荞麦属蓼科。麦类、稻、玉米、谷子等属此类。\n（2）豆类作物。属豆科。主要提供植物性蛋白。如大豆、绿豆、小豆、蚕豆等。\n（3）薯芋类作物。属于不同的科属，主要生产淀粉类食物。常见的有甘薯、马铃薯。\n（二）经济作物或称工业原料作物\n（1）纤维作物。其中有种子纤维：如棉花；韧皮纤维：如红、黄麻；叶纤维：如龙舌兰麻。\n（2）油料作物。常见的有花生、油菜等。\n（3）糖料作物。南方有甘蔗、北方有甜菜。\n（4）其它作物（有些为嗜好作物）。烟草、茶叶、咖啡等。\n（三）饲料及绿肥作物\n苜蓿苕子紫云英三叶草草木樨黑麦草苏丹草红萍水葫芦水浮莲\n（四）药用作物\n三七天麻人参黄连枸杞何首乌灵芝\n上述分类中，有些作物有多种用途。根据需要，同一作物，有时被划在这一类，有些被划在另一类。\n此外，还有按作物播种季节分为春播（夏播）作物和秋播（冬播）作物。按收获季节分为夏熟作物和秋熟作物。按播种密度和田间管理可分为密植作物和中耕作物等。\n第三节我国种植业分区\n1．东北大豆、春麦、玉米、甜菜区包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古的大兴安岭地区和哲里木盟中部的西辽河灌区，总耕地占全国的16.5%。大部地区一年一熟，南部地区可二年三熟或一年两熟。主要作物有大豆、玉米、高梁、谷子、春小麦、马铃薯、水稻、甜菜、亚麻及早熟棉花等。其中大豆、春小麦、高梁的产量和质量均居全国之冠，玉米面积居首位。是我国甜菜和亚麻基地。该区北部是马铃薯集中产区，也是全国种薯基地。\n2．北部高原小杂粮、甜菜区包括内蒙古包头以东地区，辽宁西部朝阳、铁岭地区和阜新等11个县。冀、晋、陕西北部，甘肃中、东部，青海东部和宁夏南部，总耕地占全国的14.4%。大部分地区一年一熟，粮食作物以旱粮为主，经济作物有甜菜、油菜、胡麻和向日葵等，是我国旱地农业较为集中的地区之一，也是农牧交替区。本区甜菜播种面积和产量居全国第三位。\n3．黄淮海棉、麦、油、烟、果区包括京、津、山东全省，河北、河南大部，苏、皖两省淮河以北，山西南部和关中平原，总耕地占全国的25.6%。作物二年三熟或一年二熟。本区作物种类繁多，粮食作物中冬小麦、棉花、花生、芝麻面积和产量均占全国的二分之一左右，烤烟产量占60%，是我国重要的粮、棉、油、烟、果等集中产区。\n4．长江中下游稻、棉、油、桑、茶区地跨上海市、安徽、江苏、湖北省大部，浙江、江西、湖南省三省北部的太湖、鄱阳湖、洞庭湖平原。耕地以水田为主，是我国粮、棉、油、麻、丝、茶等重要产地，稻谷、棉花、油菜播种面积和总产量分别都占全国的三分之一左右，麻类作物面积占全国麻类种植面积的18%，总产量的30%左右。\n5．南方丘陵双季稻、茶、柑桔区包括湘、浙、赣、闽四省大部，皖南、鄂东南、粤北、桂东北区，耕地以水田为主。双季稻栽培面积占水田面积的73%，是我国双季稻比重最高的一个区。\n6．华南双季稻、甘蔗、热带作物区包括福建南部，广东中部和南部，广西、云南南部及台湾省。作物种类繁多，粮食作物中双季稻占90%以上，甘蔗面积和产量占全国的三分之二，龙舌兰麻、香茅、咖啡等热带作物都分布在这一地区。\n7．川陕盆地稻、玉米、薯类、桑、柑桔区包括陕西秦岭以南地区，鄂西山区，四川盆地，甘肃东南部，豫西的西峡、淅川两县。本区丘陵、山地约占全区土地总面积的90%左右，耕地中旱地占58%，水田占42%。粮食作物中，水旱粮并重，水稻占主要地位，其次是玉米、甘薯、小麦等。经济作物以油菜、桑、柑桔为主，其次是甘蔗、烤烟、药材等。\n8．云贵高原稻、玉米、烟草区本区包括黔、云中北部，湘西及桂西北、川西南。山地高原占总面积的95%左右，海拔1000—2000m之间，丘陵起伏，地形复杂，气候差异大，有高寒山地，也有温暖盆地，立体农业明显，种植制度复杂多样，烤烟品质较佳。\n9．西北绿洲麦、棉、甜菜、葡萄区本区包括新疆全省，甘肃河西走廊，青海柴达木盆地，宁夏西北部及内蒙古西部。土地大，耕地少。必须灌溉才能种植，全区90%左右的耕地是灌溉区，有灌溉水源的地被垦为农田，种植作物，成为绿洲。粮食作物以小麦为主，南疆有长绒棉，北疆有甜菜基地，葡萄总产约占全国的一半。\n10．青藏高原青稞、小麦、油菜区本区包括西藏自治区，青海南部和东北部，川西、甘南、云南西北德钦、中甸两县。土地总面积大，可耕地少。主要为牧区，农作物一年一熟，作物多为喜凉耐寒作物，其中青稞、小麦、豌豆、油菜四种作物的面积最大，占播种面积的90%左右。\n【复习思考题】1．世界作物起源于哪些地理中心？2．稻、小麦、玉米、甘薯、马铃薯、大豆、油菜、棉花等主要农作物的起源地分别在什么地方？3．按用途和植物学系统相结合，怎样对作物进行分类？4．简述我国种植业各大区的种植业特点。\n第三章作物的生长发育与产量、品质\n第一节作物的生长发育\n作物的生长是指植物细胞的增大与增多，是植物体或某一器官体积和重量增加的量变过程。发育是指作物从营养器官阶段转到生殖生长的质变过程。生长和发育常常是交织在一起的。\n一、作物的一生\n1.作物的生育期作物完成从播种到收获的整个生长发育所需的时间称为作物的生育期，以天数表示。对于以收种子为主的作物是指从种子出苗到作物成熟的天数。经常采用育苗移栽的作物，如水稻、甘薯、烟草等，通常还将其生育期分为苗床（秧田）生育期和大田生育期。对于以营养体为收获对象的作物，生育期是指出苗到产品适宜收获期的总天数。\n2．作物的生育时期在作物的一生中，其形态特征和生理特征总是呈现若干次显著的变化，根据这些变化，可以划分为若干个生育时期。目前，各种作物的生育时期划分方法尚未完全统一。\n几种主要作物的生育时期小麦出苗、分蘖、起身、拨节、孕穗、抽穗、开花、灌浆、成熟期。豆类出苗、开花、结荚、鼓粒、成熟等期棉花出苗、现蕾、开花，吐絮等期甘薯出苗、采苗、栽插、分枝、封垄、落黄、收获等期。\n二、作物的生长发育特性\n（一）温光反应特性\n所谓作物的温光反应特性（又称感温性、感光性）是指作物必须经历一定的温度和光周期诱导后，才能从营养生长转为生殖生长，进行花芽分化或幼穗分化，进而才能开花结实的特性。作物的这种感温和感光能力是在经过一定时期的营养生长后才具有的，这一营养生长时期称为基本营养生长期，作物的这一特性称为基本营养生长性。\n一些二年生作物，如冬小麦、冬黑麦、冬油菜等，在其营养生长期必须经过一段较低温度诱导，才能转为生殖生长。这段低温诱导也称为春化。依据不同作物和不同品种通过春化对低温的范围和时间的要求不同，一般可将其分为冬性类型、半冬性类型和春性类型3类。1.作物的感温性\n作物花器分化和形成除需要一定温度诱导外，还必需一定的光周期诱导，不同作物品种需要一定光周期诱导的特性称为感光性。一般分为以下3种类型：2.作物的感光性\n（1）短日照作物日照长度短于一定的临界日长时，才能开花。如果适当延长黑暗，缩短光照可提早开花。相反，如果延长日照，则延迟开花或不能进行花芽分化。属于这类作物的有大豆、晚稻、黄麻、大麻、烟草等。\n（2）长日照作物日照长度长于一定的临界日长时，才能开花。如果延长光照缩短黑暗可提早开花。而延长黑暗则延迟开花或花芽不能分化。属于这类作物的有小麦、燕麦、油菜等。\n（3）日中性作物开花之前并不要求一定的昼夜长短，只需达到一定基本营养生长期，在自然条件下四季均可开花，如荞麦等。\n在作物进入生殖生长前，不受温度和光周期诱导影响而缩短的营养生长期，称为基本营养生长期。如不同水稻品种基本营养生长期的变化幅度为15~60天。不同春播甘蓝型油菜品种基本营养生长期的变化幅度为24~27天。不同作物品种的基本营养生长期的长短各异，这种基本营养生长期长短的差异特性．称为作物品种的基本营养生长性。3.作物的基本营养生长性\n水稻对温光的反应特性表现为感光性（短日照缩短生育期）、感温性（高温缩短生育期）和基本营养生长性（高温短日照都不能改变营养生长日数的特性）。根据水稻对光照反应的不同，可分为早稻、中稻和晚稻三种类型，早、中稻对光照反应不敏感，在全年各个季节种植都能正常成熟，晚稻对短日照很敏感，严格要求在短日照条件下才能通过光照阶段，抽穗结实。\n作物的生长中心是指作物不同生育阶段生长势较强、生长绝对量和相对量都较大的器官。处于生长中心的器官，对光合产物需求迫切，竞争能力强，因而同时也是全株有机养分输入中心和养分分配中心。不同生育阶段的生长中心器官类型不同，其代谢特点亦不同。（二）作物的生长中心\n（二）作物的生长中心生育前期是作物的苗期，生长中心为叶、根、分枝（分蘖）等器官，蛋白质合成居优势，因而是氮素代谢占优势的阶段。这一阶段植株碳/氮比小，碳水化合物中可溶性糖的比率高。旺盛的氮素代谢能促使作物幼苗茁壮早发，根、叶、分蘖（分枝）等营养器官生长良好，氮素代谢不活跃会导致发根、长叶缓慢，甚至组织老化形成老苗、僵苗。\n生育中期是以籽实为产品器官作物的花器（幼穗）分化至开花前的生育阶段，块根、块茎作物的藤、薯两旺期和茎用作物的产品器官成熟期，代谢特点为碳、氮代谢并重（旺）。碳、氮代谢并重，既支持营养器官的旺盛生长，又促进生殖器官或其它产品器官的形成。（二）作物的生长中心\n本阶段植株碳/氮比逐渐加大，体内代谢由氮素代谢占优势逐渐向碳素代谢占优势过渡，若氮素代谢过旺，而碳素代谢较弱将会导致叶片徒长，茎秆软弱，产品器官的形成与成熟进程受到阻碍。（二）作物的生长中心\n生育后期是以籽实为产品器官作物的籽实发育期或块根、块茎作物的茎叶渐衰至薯块迅速膨大期。这一阶段的代谢特点已从氮素代谢占优势转为碳素代谢占优势，且在碳水化合物中，贮藏态的淀粉、纤维素、半纤维素和木质素等大量积累，全株碳/氮比达最大值。（二）作物的生长中心\n导致茎叶生长衰枯，而籽实或地下贮藏器官积累大量有机物达到充分成熟。这一阶段如氮素代谢过旺，便会发生贪青迟熟，使谷类作物的空秕粒增多，也使块根、块茎作物茎叶继续旺盛生长而消耗大量养分，阻碍薯块的正常膨大。（二）作物的生长中心\n生长中心理论说明作物的生育进程存在阶段性，因此栽培目标也应有阶段性。生育前期应立足促进壮苗早发，建立足够营养体，搭好丰产架子；生育中期重点是协调好地上部与地下部、营养器官与生殖器官、群体与个体的生长关系，形成足够数量储存产品的器官，积累大量有机物，实现壮茎足花（大穗）；（二）作物的生长中心\n生育后期以养根保叶，保证足够有机物向产品器官运转，增粒增重为调控目标。具体栽培技术的运用，应依据各生育阶段碳氮代谢特点及养分分配规律，调节各阶段作物体内碳氮代谢和协调器官生长，从而达到高产、优质的生产目的。（二）作物的生长中心\n（三）作物器官生长的相关性作物各器官在生长过程中相互影响的关系，称为相关性。\n（1）地上部与地下部物质的相互交换：根供给地上部水分、无机盐，同时根还合成某些有机物质和激素(细胞分裂素)供地上部分需要。而地上部分又为根系提供光合产物和维生素、生长素等生理活性物质。“根深叶茂”就充分反映这种协调的关系。1．地下部分与地上部分\n（2）地上部与地下部重量须保持一定比例：通常将根系重与冠部重之比叫做根冠比（根/冠），在作物生产上可作为控制和协调根系与冠部生长的一种参数。根冠比对于以根为收获对象的作物，如甘薯、甜菜等尤为重要。这类作物生长前期，应有繁茂的冠层，根冠比要小，后来根冠比应越来越大。以甘薯为例，其根冠比前期为0.5，中期为0.67，到了收获期则为2~2.5。\n（3）环境条件和栽培技术措施对地下部和地上部生长的影响不一致：“干长根，水长苗”。当氮充足时，茎叶生长旺盛，光合产物多用于自身建成，根系所得比例较少，生长受到抑制，根冠比小；磷素对根系生长是有利的，磷素丰富，根系发达，根冠比增大。钾素对块根、块茎作物的地下器官生长起促进作用。根系生长所要求的地温条件比地上部分低。\n栽培中可以采取某些技术措施，调节地下部分和地上部的生长。例如，在苗期进行蹲苗，即在一定时期内控制水分的供应，促进根系发生。在甘薯生长前期，提高土温，使土壤中有充足的水分和氮素营养，对其茎叶的生长有利；生长后期凉爽的天气及供应充足的磷钾肥，有利于块根中淀粉的合成与积累。\n作物的顶芽生长占优势的现象叫顶端优势。作物的主根和侧根也有类似的关系。不同作物的顶端优势有差异。向日葵的顶端优势明显。玉米、高梁的顶端优势较强，一般不产生分枝。顶端优势与农业生产有密切的关系。如棉花的打顶，去群尖就是解除顶端优势，抑制营养生长，促进生殖生长并能减少蕾铃脱落的措施。2．顶端优势\n作物营养器官根、茎、叶的生长称为营养生长；生殖器官花、果实、种子的生长称为生殖生长。两者之间既相互依赖，又相互制约。1．营养生长期是生殖生长期的基础2．营养生长和生殖生长并进阶段两者矛盾大，要促使其协调发展3．在生殖生长期，作物营养生长还在进行，要掌握得当。3．营养生长与生殖生长\n因此，应搞好作物早期管理，促进植株生长健壮，并防止营养器官的早衰，为开花结果打下良好基础。但营养生长过旺，则茎叶徒长，消耗大量的养分，因得不到足够的养分，致使禾谷类作物空瘪粒增多并容易发生倒伏和贪青晚熟。棉花等作物会发生大量落花、落果、贪青晚熟。因此增施磷、钾肥，合理施用氮肥和控制水分的供应，有利于生殖器官的生长。当生殖器官生长过旺时，容易引起植株早衰。\n以营养器官为主要收获物的作物，如麻类、烟草和叶菜类蔬菜等，需要促进营养器官的生长，抑制生殖器官的形成和生长。生产上常常通过供给充足的水分和增施氮肥，加大种植密度、摘除花芽等措施来促进营养器官的生长。\n第二节作物产量及其形成\n一、作物产量\n作物在整个生育期间生产和积累有机物的总量，即整个植株(一般不包括根系)的干物质全量称为生物产量。组成作物体的全部干物质中，有机物质占总干物质的90%～95%，其余为矿物质。因此，光合物质生产是作物产量形成的基础。（一）生物产量\n经济产量是指单位面积上所获得的有经济价值的主产品数量。由于栽培目的所需要的主产品不同，不同作物所提供的产品器官也各不相同。同一作物因利用目的的不同，产量概念也随之变化。如玉米作为粮食作物时，其产量是指籽粒；作为饲料作物时，其产量包括叶、茎、果穗等全部有机物质。（二）经济产量\n（三）经济系数生物产量转化为经济产量的效率称为经济系数或收获指数，即经济产量与生物产量的比率。在正常情况下，经济产量的高低与生物产量成正比，尤其是收获茎叶为目的的作物。收获指数是综合反应作物品种特性和栽培技术水平的一个通用指标。\n二、产量构成因素及其形成\n作物产量=单位面积株数×单株产品器官数×产品器官重量谷类作物产量=穗数谷×单穗粒数×粒重类作物产量=穗数×每穗结实粒数×粒重豆类作物产量=株数×每株有效荚数×每荚实粒数×粒重薯类作物产量=株数×每株薯块数×单薯重棉花(皮棉)产量=株数×每株有效铃数×每铃籽棉重×衣分⊙（一）产量构成因素\n油菜产量=株数×每株有效角果数×每角果粒数×粒重甘蔗产量=有效茎数×单茎数烟草产量=株数×每株叶数×单叶重绿肥作物产量=株数×单株重\n（二）产量形成的特点作物的产量构成因素是在作物整个生长发育期内随着生育进程依次而重叠形成的。不同作物由于收获的产品器官不同，因此可把作物产量的形成归纳为两个类型。\n1．以收获营养器官为目的的作物麻类作物、烟草和饲料作物，收获产品是茎、叶，主要在营养生长期收获。栽培管理技术相对比较简单，不需协调营养生长与生殖生长的矛盾。特别是绿肥饲料作物，以争取最大生物产量为主要目标。烟草、麻类作物在生育前中期，采用合理密度、水肥管理等各项栽培措施以使营养器官迅速而均匀的生长为主，同时必须考虑品质的形成。\n薯类作物以地下部肥大的薯块（块根或块茎）作为栽培的主要收获物。薯块形成的迟早、数量多少、形成后膨大持续期长短与速度等，直接决定着薯块产量的形成过程及最终产量。薯类作物在产量形成过程中需要经过比较明显的光合器官的形成、贮藏器官的分化和膨大等时期，而且要求前期有较大的光合同化系统，才能有适宜的贮藏器官分化及有利贮藏器官膨大的基础，最终获得理想的产量。\n2．以收获种子为目的的作物（1）禾谷类作物产量构成因素的形成经历完整的生育前期、中期和后期三个阶段，按穗数、穗粒数和粒重顺序完成，而穗数和粒数形成又是重叠进行的。总的来说，穗数的形成从播种开始，分蘖期是决定阶段，拔节、孕穗期是巩固阶段。每穗粒数的形成开始于分蘖期，决定于幼穗分化期至抽穗期以及扬花、受精结实过程。粒重主要决定时期是受精结实、果实发育成熟时期。\n（2）双子叶作物一般而言，单位面积的果实数取决于密度和单株成果数。因此，自播种出苗（或育苗移栽）就已开始形成，中后期开花受精过程是决定阶段，果实发育期是巩固阶段。每果种子数开始于花芽分化，决定于果实发育。粒重决定于果实种子发育时期。这类作物常常是分化的花芽数多，结果少，或分化的胚珠数多，结籽少，或籽粒充实度不够，饱粒少，千粒重低。2．以收获种子为目的的作物\n其中大豆、棉花、蓖麻、花生可分为一种类型，它们的花果在植株上下各部都有（花生主要在下部），都是边开花结果，边进行营养器官生长，营养生长与生殖生长的矛盾比较突出，容易发生蕾花果的脱落（花生则是果针能否入土和发育饱满的问题），结果数是影响产量的主要因素。\n另一类作物如向日葵、红花、油菜，芝麻、亚麻等，它们的果实着生在植株顶部或上部（芝麻），在营养生长基本结束或结束之后（芝麻还有小部分营养生长）才开花结实，先开的花较易结实，后开的花常因环境已不适或植株衰老而不能结实。先结的果实中结籽率高低常成为影响产量的主要因素。\n三、提高作物产量的途径\n（一）作物产量现状和潜力\n作物光合性能作物产量=[（光合面积X光合强度X光合时间）—呼吸消耗]X光合产物分配利用这五个方面称为光合系统的生产性能或光合性能。\n提高作物产量的根本途径在于改善光合性能，关键是提高群体光能利用率改善光合性能的根本途径在于建立合理的群体结构\n单位土地面积上作物光合作用积累的有机物所含的化学能，占同一期间同面积上入射太阳辐射能的百分率称为光能利用率。\n叶片吸收转化太阳能的能力（TaizandZeiger1998）\n目前我国的光能利用率在0.5%左右。据中国农业大学报道，在北京地区小麦、玉米两熟每公顷产量12.5吨时，光能利用率为1.02%。高亮之按水稻生育期光合辐射，计算出我国各主要地区单季水稻的光能利用率为1.5%～2%，若能提高到2.7%～3.8%，理论产量均在每公顷15吨以上。\n（1）漏光损失。作物生长初期，植株小，叶面积系数小，日光大部分漏射到地面上而损失。生产水平较低的大田，一生不封行，直到后期漏光也很多。目前光能利用率低的原因\n（2）光饱和浪费。已知稻麦光饱和点约为全日照的1/3～1/2，更强的光不能提高光合速率，而形成浪费。事实上，光强在光饱和点以前，光合速率已不随光强成比例地增加，说明那时光能已不能被充分利用而被浪费。即使群体的光饱和点较高，甚至在全日照下仍未饱和，但上部叶层仍因光饱和而有浪费，下部则因光照不足而达不到应有的光合速率。\n（3）条件限制。有时由于环境条件不合适，如温度过高过低，水分过多过少，某些矿质元素缺乏，CO2供应不足，以及病虫害等等，一方面会使光合能力不能充分发挥，限制了光能利用；另一方面会使呼吸消耗相对增多，最终使产量降低。\n（一）提高光能利用率的途径\n从提高光合效率的角度培育超高产品种，选择目标很复杂。因为具有高光合效率的作物群体，不仅整株的碳素同化能力强，更重要的是群体水平上的碳素同化能力强。这些光合性状的表现，涉及到形态、解剖结构、生理生化代谢以及酶系统等各个层次。1．选育高光合效率的品种\n创造具有理想株型的新品种，对于提高作物产量潜力当有显著效果。例如，水稻半矮秆直立叶型、直立穗型品种，玉米紧凑型杂交种等，群体叶片反射损失明显减少，单位叶面积接受的太阳辐射量有所降低，量子效率提高，同时适宜密植，增加光合面积。目前，已选育出玉米紧凑株型品种单产达到15000kg／hm2以上，单季稻直立叶型品种单产达到13200kg／hm2左右。1．选育高光合效率的品种\n提高作物群体的光能截获量主要是提高群体叶面积指数(LAI)和叶面积持续时间(LAD)。作物群体叶面积一生中需保持最适宜的叶面积系数，低于最适宜值，即光能未充分利用；高于最适宜值，群体过大，植株徒长，郁闭加重。一般要求前期叶面积增长速度要快而稳，最大叶面积系数要适宜，高峰期限持续的时间较长，叶面积衰退缓慢。2．提高作物群体的光能截获量\n通过抑制光呼吸来提高净光合生产率，如在3%氧气含量的低氧条件下种植水稻，光呼吸受到抑制，干物重增加了54%。硫代硫酸钠、羟基甲烷磺酸、α-羟基-2-吡啶甲磺酸等化学药剂均有抑制光呼吸的作用，但是，采用这些药剂喷株，在大面积生产中尚未发现明显增产效果。总之，通过环境调控，防止逆境引起的呼吸过旺，减少光合产物损耗，是提高光合生产力的途径之一。3．降低呼吸消耗\n作物的环境有两种，一是自然环境，包括气候、地形、土壤、生物、水文等因子，难以在大规模范围内加以控制；另一种是栽培环境，指不同程度人工控制和调节而发生改变的环境，即作物生长的小环境。作物产量潜力是由自身的遗传特性、生物学特性、生理生化过程等内在因素决定的，产量的表现受外部环境物质能量输入和作用效率所制约。4．改善栽培环境和栽培技术\n第三节作物品质及其形成\n一、作物的品质及其评价指标\n作物的品质是指收获目标产品达到某种用途要求的适合度。对提供食物的作物，其品质主要包括食用品质和营养品质等方面；对经济作物而言，其品质主要包括工艺品质和加工品质等。（一）作物品质的概念\n同一作物因产品用途不同，对品质的要求也不同。如大麦作为饲料作物栽培时，要求蛋白质含量高，淀粉含量低；而作为啤酒大麦栽培时，则要求淀粉含量高，蛋白质含量低。又如，大豆籽粒用于榨油时，要求脂肪含量高；用于做豆腐时要求蛋白质含量高。再如，油菜籽油作为工业用油时，要求芥酸含量高；但作为食用油时，要求芥酸含量必须低。\n（二）作物品质的评价指标尽管对作物品质的评价不可能有统一的标准，但随着人们对作物品质研究的深入，逐渐建立了一些评价作物品质优劣的指标。当前，用于评价各种作物品质的指标归结起来主要有两类，即形态指标和理化指标。\n1．形态指标指根据作物产品的外观形态来评价品质优劣的指标，包括形状、大小、长短、粗细、厚薄、色泽、整齐度等等。如大豆籽粒的大小，棉花种子纤维的长度、烤烟的色泽等。\n2．理化指标指根据作物产品的生理生化分析结果评价品质优劣的指标，包括各种营养成分如蛋白质、氨基酸、淀粉、糖分、纤维素、矿物质等的含量，各种有害物质如残留农药、有毒重金属的含量等。对于某一作物而言，通常以一、二种物质的含量为准。例如，小麦籽粒的蛋白质含量，大豆籽粒的蛋白质、油分含量，玉米籽粒的赖氨酸含量，甘蔗、甜菜的含糖量，油菜籽的芥酸含量等。\n（三）食用品质作物的食用品质是指蒸煮、口感和食味等的特性。\n例如，大米的食用品质很大程度上决定于淀粉的理化性状，如直链淀粉含量、糊化温度、胶稠度、胀性和香味等。又如，小麦面团因有面筋而能拉长延伸，发酵后加热又变得多孔柔软。为此，小麦的食用品质很大程度上取决于面筋的特性，如麦谷蛋白和麦醇蛋白的含量及其比例等。\n（四）营养品质作物的营养品质主要是指蛋白质含量、氨基酸组成、维生素含量和微量元素含量等。一般来说，有益于人类健康的成分丰富，如蛋白质、必需氨基酸、维生素和矿物质等的含量越高，则产品的营养品质就越好。\n（五）工艺品质作物的工艺品质是指影响产品质量的原材料特性。例如，棉花纤维的长度、细度、整齐度、成熟度、强度等。烟叶的色泽、油分、成熟度等外观品质也属于工艺品质。\n（六）作物的加工品质加工品质是指不明显影响加工产品质量，但又对加工过程有影响的原材料特性。例如，糖料作物的含糖率，油料作物的含油率，棉花的衣分，向日葵、花生的出仁率，稻谷的出糙率和小麦的出粉率等，均属于加工品质性状。\n二、影响作物品质的因素\n（一）遗传因素对作物品质的影响\n作物品质的诸多性状，例如形状、大小、色泽、厚薄等形态品质，蛋白质、糖分、维生素、矿物质含量及氨基酸组成等理化品质，都受到遗传因素的控制。但值得注意的是，大多数品质性状受许多具有累加效应的微效基因或基因群控制，遗传规律比较复杂，因而在作物品质改良时，有时会见效甚微。1．常规育种与作物品质的改良\n作物品质改良的主要障碍是品质与产量存在相互制约关系，如禾谷类作物的蛋白质含量与产量、油料作物的含油量与产量、棉花纤维强度与皮棉产量之间常呈负相关关系。虽然这种关系并不是绝对的，但无疑会加大品质改良的难度。既高产又优质的农作物新品种是当今的作物品质改良的重点发展方向。\n另外，作物品质内部成分间也会出现相互制约现象，例如大豆的含油量与蛋白质含量之间呈负相关关系。因此在确立大豆育种目标时必须根据实际需要协调二者关系，或者有所取舍，即培育专用的高油大豆或高蛋白大豆。再如，水稻籽粒的蛋白质含量与食用口感之间常呈负相关，有“食味与营养不可兼得”之说。因此在品质改良时要协调大米营养与食用口感之间的矛盾。\n生物技术可将一些用传统育种方法无法培育出的性状通过基因工程的手段引入作物。如，将单子叶作物中的性状导入双子叶中，或将双子叶作物中的性状导入单子叶作物中，以提高作物的营养价值；改进食用和非食用油料作物的脂肪酸成分；引入甜味蛋白质改善水果及蔬菜的口味等。2．利用生物技术改良作物品质\n随着市场经济的发展，人们越来越重视对品质优异的作物种质资源的利用，例如，高油玉米新品种选育的材料主要来源于普通玉米，除了含油量高以外，高油玉米的其它生物学特性与普通玉米差别很小。3．品质优异的作物种质资源的利用\n（二）环境因素对作物品质的影响\n1．生态因子对作物品质的影响\n（1）光照光照不足会严重影响作物的品质。例如，南方麦区的小麦品质差，其原因之一就是春季多阴雨，光照不足引起的籽粒不饱满，籽粒容重低。\n（2）温度对禾谷类作物来说，灌浆结实期温度过高或过低均会降低粒重，影响品质。例如，水稻遇到15℃以下的低温，会降低籽粒灌浆速度；超过35℃的高温，又会造成高温逼熟，影响品质。棉纤维的发育需要较高的温度，日平均温度低于15℃，就不能伸长，低于21℃，还原糖不能转化为纤维素。棉花的“秋桃”一般品质较差，主要与温度下降有关。\n（3）水分作物品质的形成期需水量大、耗水量多。如果此时遭遇水分胁迫，一般都会明显降低品质。我国北方小麦灌浆后期常遇干热风天气，如果供水不足，就会严重影响粒重。相反，水分过多，则会抑制根系的生理功能，从而影响地上部的物质积累和代谢，降低品质。研究认为，小麦籽粒蛋白质含量一般与降水量或土壤水分含量呈负相关。成熟期过多的降水会降低面筋的弹性，以致降低面包的烘烤品质。\n（4）大气污染随着工业的发展，大气污染问题日益严重。大气污染不仅会对作物产量造成巨大损失，对作物品质也会造成极大的影响。Heagle等（1998）研究了臭氧和二氧化碳对大豆品质的影响，证明提高臭氧浓度会降低种子中油酸的含量，而提高二氧化碳浓度则会增加油酸的含量；种子蛋白质含量不受臭氧和二氧化碳浓度的影响。\n（5）土壤通常肥力高的土壤和有利于作物吸收矿质营养的土壤，常能使作物形成优良的品质。如酸性土壤施用石灰改土，可起到明显提高作物蛋白质含量的作用。营养元素中，硝态氮和硫酸钾对烟叶的产量和品质有良好作用，铵态氮和氯化钾有提高烟叶中蛋白质含量和降低燃烧性的不利影响。\n2．栽培技术对作物品质的影响\n对于大多数作物而言，适当稀植可以改善个体营养，从而在一定程度上提高作物品质。播种期不同，植株生育和物质形成所遇到的温、光、水等条件也不同，这些条件的变化会对作物的品质产生很大的影响。（1）种植密度和播种期\n一般认为施用较多有机肥时，作物品质较好，过量施用化肥作物品质较差，而且会因化肥中有毒物质的残留影响人们的健康。作物品质对微量元素的反应，取决于土壤中的丰缺程度、各种元素的互作和氮、磷、钾大量元素的供应状况。（2）施肥\n根据作物需水规律，适当地进行补充性灌溉，能改善作物的品质。对于大多数旱地作物来说，追肥后进行灌溉，能起到促进肥料吸收、增加蛋白质含量的作用。特别是当干旱已经影响到作物正常的生长发育时，进行灌溉补水，不仅有利于高产，而且有利于保证品质。（3）灌溉\n在作物的生育过程中，喷施生长调节剂一方面可以提高产量，另一方面可以改善品质。例如，利用乙烯利的催熟作用，对早熟棉花和一年两熟地区棉花采用乙烯利于盛花后30～40d进行喷雾，可以加速棉铃早熟吐絮，减少烂铃和霜后花，提高部分棉铃的铃重和品质，增加霜前花的产量。（4）生长调节剂\n适时收获是获得高产优质的重要保证。禾谷类作物大多数在蜡熟或黄熟期收获产量最高、品质最优。例如，小麦不同收获时期蛋白质含量的变化趋势为蜡熟中期>黄熟期>迟收5d>迟收10d>迟收15d，干、湿面筋含量也表现相同的变化趋势。（5）收获\n3．病虫害对作物品质的影响\n（1）病害在受到病害危害时，作物的品质会降低。（2）虫害在受到虫害危害时，作物的品质也会降低。品质优良的作物更加容易受到害虫的危害。\n【复习思考题】▲1．简述作物的温光反应特性。▲2．什么叫营养生长和生殖生长？两者之间关系如何？▲3．什么是作物的生物产量、经济产量、经济系数？▲4．解释作物的品质、食用品质、营养品质、工艺品质和加工品质。▲5．简述生态环境对作物品质的影响？▲6．在作物生产中如何采用适宜的栽培措施来改善品质？\n第四章作物生产与环境条件\n第一节光\n一、光对作物生长发育的影响光对作物生长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。\n（一）光照强度的影响\n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；作物体各器官和组织在生长和发育上的正常比例，都与光照强度有关系。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，另一方面使茎杆细弱而容易导致倒伏，造成减产。1．光照强度与形态器官建成和生长发育\n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，授粉授精受阻，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。\n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作用速率有较大的差异，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。2．光照强度与光合作用\n图4－2需光量曲线模式图A’、光补偿点C’、光饱和点\n（二）日照长度的影响\n图4－4短日照和长日照作物对各种光周期的反应（引自P.F.Wareing，1977）\n（三）光谱成分的影响\n太阳的波长可分为紫外线区（λ<400nm）、可见光区（λ=400～720nm）和红外线区（λ>720nm）。作物主要是利用400～700nm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%。\n%图4－5照射到地表的太阳光谱中能量（E）的分布，以及在相等的强度但不同波长的光照下，小麦光合作用的相对速度（P）（据R.F.Daubenmire，1959）\n人工栽培的作物群体中，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。\n第二节温度\n一、温度对作物生长发育及产品的影响\n（一）作物的基本温度\n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。一般情况下，不同类型作物生长的温度三基点不同，这种不同是由于不同作物的原产地不同而在系统发育过程中所形成的。\n图4－8作物对温度的适应范围（引自Ф．Дpё,1976）\n一般原产热带或亚热带的作物，生长温度三基点较高；而原产温带的作物稍低；原产寒带的作物更低。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、不同器官的温度三基点也不相同。一般情况下，种子萌发低于营养器官生长，营养器官生长低于生殖器官发育；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。\n（二）极端温度对作物生长发育的影响\n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。\n根据不同程度的低温又可分为冻害和冷害。（1）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。1．低温对作物的危害\n（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。\n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。2．高温对作物的危害\n（三）积温与作物生长发育\n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。\n（四）温度节奏性变化与干物质积累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。\n第三节水分\n1．水是细胞原生质的重要组成成分2．水是代谢过程的重要物质3.水是各种生理生化反应和运输物质的介质4．水分使作物保持固有的姿态5．水分的生态作用（一）水的作用\n（二）旱、涝对作物的危害\n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。1．干旱对作物的影响\n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。\n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、绿豆等。当然，作物比较抗旱，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。\n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。\n涝害是指因降水或排水不畅导致农田水分含量过高，土壤缺氧，根系呼吸减弱，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闭，降低光合速率。1．涝害对作物的影响\n第四节空气\n一、空气对作物生产的重要性在标准状态下，按体积计算，空气中氮约占78%，氧约占21%，二氧化碳约占0.032%，其他气体成分都较少。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。\n二、空气对作物生长发育的影响\n（一）氧气对作物生长发育的影响\n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。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。\n（二）CO2对作物生长发育的影响\nCO2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。1．CO2与作物的光合速率和干物质积累\n图4－6叶片光合速率对细胞间隙CO2浓度响应的示意图（王忠等，1999）C：CO2补偿点；S：CO2饱和点；CE：斜率表示羧化效率；Pm：最大光合速率\n（三）豆科作物的固氮与作物生产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57～94kg/hm2，三叶草达到104～160kg/hm2，苜蓿128～600kg/hm2。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本的投入。\n（四）大气环境对作物生产的影响\n大气层中的某些微量气体组分能使太阳的短波辐射透过，加热地面，而地面增温后所释放出的热辐射，却被这些组分吸收，使大气增温，这种现象称为温室效应。温室效应主要由大气中的CO2、CH4、N2O和CFCs等温室气体含量增加引起。其中，CFCs主要来自于工业的排放。CH4来自于稻田，自然湿地、天然气的开采、煤矿等，土壤中频繁进行的硝化和反硝化过程导致了N20的生成和释放。1．温室效应\n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量的变化，会进一步影响作物病虫害的发生、分布、种类动态，加剧某些病虫害的发生。\n第五节土壤条件\n土壤肥力是指土壤能够同时而且不断地供应和协调作物生长发育所必需的水分、养分、空气、热量和其他生活必需条件的能力。\n一、土壤的性质\n（一）土壤的组成土壤是由固体（相）、液体（相）和气体（相）三相物质组成的复合物。\n固体部分主要由矿物质和有机质组成，约占土壤组成的50%。其中土壤矿物质一般占95%以上。矿物质既可以直接影响土壤的物理、化学性质，又是植物养分的重要来源。土壤有机质部分包括处于不同分解阶段的各种动植物残体、施入的有机肥料以及腐殖质。土壤有机质一般不足5%，但是，它在土壤肥力的形成和发展中起到特殊而又非常重要的作用。\n液体部分的主要组成是土壤溶液。水分进入土壤后，可与土壤固体部分发生相互作用，浸出可溶性物质，含有各种可溶性物质的土壤水，叫做土壤溶液。土壤溶液约占土壤组成的25%，土壤溶液包括水分、溶解在水中的盐类、有机-无机化合物、有机化合物以及最细小的胶体物质。\n土壤气体部分主要是指土壤的空气含量。土壤空气基本上来自于大气，也有一部分空气是土壤中进行着的生物化学过程产生的。\n土壤的三相物质是土壤各种性质产生和变化的物质基础，也是土壤肥力的基础。改良土壤，首先就是改造土壤的组成，调节三相比例，使之适合作物生产的要求。\n（二）土壤物理性质\n土壤质地是指土壤中不同大小直径的矿物颗粒的组合状况。通俗地说，就是土壤的砂粘性。随手抓一把土，掺一些水，搓揉一下，就会产生粘手或爽手的感觉。这就是土壤质地的反应。土壤质地对作物生长的影响是通过土壤通气、透水、供肥、保水、保湿、导热、耕性等因素的作用而实现的。1．土壤质地\n土壤中的矿物颗粒可按其直径大小分为若干等级（粒级），按土壤中各粒级的构成情况，可以把土壤质地分为3类9级（卡钦斯基的土壤质地分类制），即砂土类(粗砂土、细砂土)、壤土类(砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土)、粘土类(轻粘土、中粘土、重粘土)。各类土壤的特性如下：\n砂土类。土壤以沙粒（1—0.05mm）为主，占50%以上。土粒间孔隙大，大孔隙多，小孔隙少。土质松，易耕作；透水性强，保水性差；保肥能力差。在这种土壤上生长的作物，容易出现前期猛长，后期脱肥早衰的现象，施肥管理宜勤施少施。对块根类作物的生长有利，也适宜种植生长期短而耐瘠薄的植物，如芝麻、花生、西瓜等。\n粘土类。土壤以细粉粒（＜0.001mm）为主，占30%以上。总孔隙度大而土粒间孔隙小，土质粘重，干时紧实板结，湿时泥泞，不耐旱也不耐涝，适耕期短，湿犁成片，耙时成线，耕作困难。通气透水差，易积水，有机质分解慢，保水保肥强。植物常有缺苗现象，幼根伸长慢，“发老苗不发小苗”。适宜种植小麦、玉米、水稻、枇杷等。\n壤土类。介于砂土和粘土之间，土粒以粗粉粒（0.5—0.01mm）为主，约占40%，细沙粒少于30%。土粒适中，通气透水良好，有较好的保水保肥供肥能力，耐旱耐涝，耕性良好，发小苗也发老苗，是耕地中的“当家地”和高产田。适宜各种植物生长。\n土壤孔隙不仅承担着对作物水分、空气的供应，而且孔隙本身也对作物生长具有重要作用。一般肥沃的土壤都具有相当数量直径≥250μm的大孔隙，以使作物根系顺利伸展；土壤中还应有10%以上直径≥50μm的中等孔隙，这些孔隙形成的网络是土壤具备良好排水功能的基础；土壤中必须有大于10%的直径0.5～50μm的小孔隙，这是土壤具有良好保水性能的条件。2．土壤孔隙\n土壤结构是指土壤固相颗粒的排列形式、孔隙度以及团聚体的大小、多少及其稳定度。这些都能影响土壤中固、液、气三相的比例，并进而影响土壤供应水分、养分的能力，影响通气和热量状况以及根系在土壤中穿透情况。良好的土壤结构是土壤肥力的基础，土壤结构愈好，土壤肥沃度愈高。3．土壤结构\n土壤水分主要来自降雨、降雪和灌水；如地下水位较高，地下水也可上升补充土壤水分。充足的土壤水分是植物进行正常生长发育的先决条件，也是影响作物营养的主导因素，土壤水分不足(特别是对湿生作物)和过多(对旱作物)都会影响到作物对养分的吸收。4．土壤水分\n土壤水分参与土壤中的物质转化过程，如矿物养分的溶解和转化，有机物的分解与合成等，土壤水分本身或通过土壤空气和土壤温度可影响养分的生物转化、矿化、氧化与还原等，因而与土壤养分的有效性有很大的关系。土壤水分还能调节土壤温度，对于防高温和防霜冻有一定的作用。\n与土壤水同时存在于土壤孔隙之中。较细小的毛管孔隙通常被水分所充满，而较大的通气孔隙常为空气所占据。土壤空气来源于大气，故其组成接近于大气。但由于土壤中生物的活动，使得土壤空气中二氧化碳为大气的十至数百倍，氧气含量小于大气。土壤通气性好坏直接影响到土壤空气的更新，影响到土壤的氧化还原状况。5．土壤空气\n旱地土壤通气性好，土壤中物质以氧化态占优势，氧化还原电位高，铁、锰等易变价元素以氧化态存在，作物常会出现缺铁、缺锰所引起的失绿症；长期淹水的土壤通气性差，土壤中物质以还原态占优势，氧化还原电位低，铁、锰、硫等易变价元素以低价态存在，作物常会出现亚铁、亚锰或硫化氢中毒症。\n土壤热量状况影响到种子发芽和植物的生长发育、根系对养分的吸收及其在体内的转化。土温影响土壤中有机质分解、矿物风化和养分形态的转化过程和速率。土壤热量状况还对土壤微生物的活性产生极显著的影响。土温的高低还影响土壤中气体的交换、水分的运动及其存在形态。6．土壤热量\n（三）土壤的化学性质\n土壤的化学性质是指土壤中的物质组成、组分之间和固液相之间的化学反应和化学过程，以及离子(或分子)在固液相界面上所发生的化学现象。包括土壤矿物和有机质的化学组成、土壤胶体、土壤溶液、土壤电荷特性、土壤吸附性能、土壤酸度、土壤缓冲性、土壤氧化还原性等。\n土壤颗粒中小于0.002mm的土粒具有胶体的性质，叫做土壤胶体。土壤胶体可分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合胶体。土壤胶体带有电荷，电荷来源主要为粘土矿物晶体中同晶替代作用和胶体表面离子吸附或-OH解离。土壤胶体一般带有净负电荷。1．土壤胶体的离子吸附和交换作用\n带负电荷的土壤胶体可吸附阳离子。胶体所吸附的阳离子和土壤溶液中的阳离子以及不同胶体上的阳离子由于静电引力和离子热运动可互相交换，叫阳离子的交换吸附作用。在一定pH时土壤所含有的交换性阳离子的最大量叫阳离子交换量(CEC)。阳离子的交换作用是土壤中植物有效阳离子的主要保存形式。阳离子交换量高表明土壤的保肥性好。阳离子交换量是高产土壤的重要指标之一，也是衡量土壤缓冲性和环境容量的参数之一。\n当土壤溶液中H+离子浓度大于OH-离子浓度时土壤就呈酸性。土壤溶液中H+离子浓度的负对数叫pH值。土壤呈酸性主要是由土壤胶体上所吸附的H+、AI3+和各种羟基铝离子所引起的。当土壤溶液中H+离子浓度小于OH-离子浓度时土壤就呈碱性。土壤中含有碳酸钙或重碳酸钙时土壤呈碱性，含有碳酸钠或重碳酸钠时呈强碱性。2．土壤酸碱性\n土壤酸碱度影响营养元素的有效性，从而影响植物生长。一般而言，在pH接近6—7范围内，大多数土壤养分元素都有较高的有效性。pH低于6，可溶性铝、铁、锰的数量相对增加，特别是铝离子的大量存在，对植物产生不利影响。此时土壤中的磷素常与铁、铝等离子化合产生沉淀或被固定为不溶性的铁、铝磷酸盐，降低土壤中磷素的有效性。在碱性土中，土壤中的磷素常与钙离子化合形成难溶性磷酸钙。\n土壤pH接近或高于8时，土壤中铁、锰有效性降低而供给不足，植物“黄化”症正是此原因。微量元素中铜、锌、钼的有效性与土壤PH极为敏感。在pH大干7时，铜和锌的有效性显著下降。硼的有效性其pH范围与磷有些相似，在pH小于5和大于7.5时，其有效性有降低的趋势。\n把少量的酸或碱加入到土壤里,土壤pH值的变化却不大，这种对酸碱度变化的抵抗能力，称为土壤的缓冲性能或缓冲作用。土壤缓冲作用可以稳定土壤溶液的反应，使酸碱度的变化保持在一定的范围内，不致因土壤环境条件的改变（例如，施肥、有机质的分解）而产生剧烈的变化。这样就为植物生长与微生物的活动，创造了一个良好的稳定的土壤环境条件。3．土壤的缓冲性\n（四）土壤生物特性土壤的生物特性是土壤动、植物和微生物活动所造成的一种生物化学和生物物理学特征。\n土壤微生物包括细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物5大类群。土壤微生物在土壤中的作用是多方面的，主要表现在:①土壤的活跃组成成分。②参与土壤有机物质的矿化和腐殖质化过程；同时通过同化作用合成多糖类和其他复杂有机物质，影响土壤的结构和耕性。1．土壤微生物\n③参与土壤中碳、氮素和矿物元素循环，促进植物营养元素的有效性。④微生物有固氮作用。⑤植物根际微生物以及与植物共生的微生物如根瘤菌、菌根和真菌等能为植物直接提供氮素、磷素和其他矿质元素的营养以及各种有机营养，如有机酸、氨基酸、维生素、生长刺激素等等。\n土壤中的一切生化过程，包括各类植物物质的水解与转化、腐殖物质的合成与分解以及某些无机物质的氧化与还原，都是在土壤酶的参与下进行和完成的。土壤酶在参与生化反应的过程中有很强的专一性，在反应前后自身不发生任何变化。不同的土壤酶类多以酶－有机质复合体存在，故具有共同的作用底物。2．土壤酶\n在土壤微生物作用下，土壤中有机态化合物转化为无机态化合物过程的总称。作用的强度与土壤的理化性质有关，还受被矿化的有机化合物中有关元素含量比例的影响，如有机氮化合物的矿化作用的强弱，与碳氮比值的大小有关，通常碳氮比值低于25的有机氮化合物易于矿化作用，反之则作用较弱。3．矿化作用\n动植物残体在微生物的作用下转变为腐殖质的过程。广泛发生于土壤、水体底部的淤泥、堆肥、沤肥等环境。腐殖化作用的进行有助于土壤肥力的保持和提高。影响土壤中腐殖化作用的因素有三：一是生物残体的化学组成；二是环境的水热条件；三是土壤性质,特别是pH和石灰反应。4．腐殖化作用\n（五）土壤养分状况\n土壤中能直接或经转化后被植物根系吸收的矿质营养成分。包括氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁(Fe)、硼(B)、钼(Mo)、锌(Zn)、锰(Mn)、铜(Cu)和氯(Cl)等13种元素。\n1．土壤养分的形态及有效性植物以吸收无机态养分为主，吸收有机态养分较少。按其存在状态可分为：①溶解状态。即溶解于土壤溶液中的呈离子态存在的土壤养分，如NH4+、NO3-、PO43-、K+等。②吸附态。即吸附在土壤胶体表面的离子态养分，主要是吸附在带负电荷胶体表面的阳离子，如吸附性N+、吸附性K+、吸附性Ca2+等。③难溶解状态。即存在于土壤矿物和有机质及难溶性盐类中的养分。\n对植物而言，溶解态养分是最易吸收的有效养分；吸附态养分在转变为液相溶解态养分后也能为植物吸收，而且这个转变过程进行较快，故也属有效养分；难溶态养分必须经历一系列生物化学或化学反应逐步转化为吸附态和溶解态养分时,才能为植物吸收，属潜在养分。这3种状态的养分在土壤中处于相互转化的动态平衡之中。\n2．土壤养分含量与养分供应能力中国耕作土壤养分含量为:氮0.03～0.35%;磷(P2O5)0.04～0.25%；钾(K2O)0.1～3%；其他养分含量通常分别在百万分之几或十万分之几左右。土壤养分的总贮量中，有很小一部分能为当季作物根系迅速吸收同化的养分称有效养分；其余绝大部分必须经过生物的或化学的转化作用方能为植物所吸收的养分称潜在养分。一般而言，土壤有效养分含量约占土壤养分总贮量的百分之几至千分之几或更少。\n作物主要是从土壤溶液中吸取养分。固相部分的养分一般需要先进入土壤溶液才能被作物利用。因此，土壤养分状况的基本标志之一是土壤溶液中的养分水平，它是土壤养分供应的强度因素。据粗略估计，在一般施肥情况下，中等产量水平时，植物吸收的氮中有30%～60%、磷有50%～70%，钾有40%～60%是来自土壤。可看到土壤养分环境对作物营养的重要作用。\n土壤溶液中养分的浓度在一般情况下都是比较低的，尽管它可能已经达到最适水平，但在作物吸收而消耗了部分养分之后，为了避免养分下降，土壤必须有能力迅速补给这一部分被吸收的养分，而使土壤继续保持在最佳的养分浓度水平，这一能力就是土壤的养分缓冲能力。土壤的这种缓冲能力决定于固相中的与液相处于平衡的养分数量，这一养分称为养分供应的数量因素。\n【复习思考题】▲1．何谓作物温度的三基点？极端温度对作物会产生何种危害？▲2．有效积温和活动积温的含义是什么？积温在作物生产上有什么作用？▲3．叙述水分对作物生长发育的重要作用。▲4．简述干旱、涝害对作物生育的影响。▲5．土壤质地有哪些类型？对农业生产的影响如何？\n第五章作物种植制度\n第一节建立合理种植制度的原则\n一、种植制度的概念及在农业生产中的意义\n（一）种植制度的含义种植制度是指一个地区或生产单位的作物组成、配置、熟制与种植方式总称。包括种什么作物，各种多少，种在哪里，即作物的布局；作物在耕地上一年种一茬还是几茬，以及哪一个生长季节或哪一年不种，即复种或休闲；种植作物时采用什么样的种植方式，即单作、间作、混作和套作；不同生长季节或不同年份作物的种植顺序如何安排，即轮作或连作。\n合理的种植制度，一是以作物的生态适应性为基础，能充分发挥当地的自然资源优势；二是以社会经济资源为条件，合理利用社会资源，促进畜牧业及林、副、渔业的全面发展；三是以多元多熟种植为途径，协调好种植业内部粮、经、饲、特等作物的关系；四是以提高土地利用率和光能利用率为目的，促进作物全面高产稳产，并提高经济效益；五是以保护并改善资源与环境为前提，促进农业可持续发展。\n二、建立合理种植制度的原则\n（一）合理利用农业资源，提高光能利用率（二）用地养地相结合，提高土地利用率（三）协调社会需要，提高经济效益\n第二节作物布局\n一、作物布局的概念\n作物布局是指一个地区或生产单位作物组成与配置的总称。作物组成包括作物种类、品种、面积与比例等；作物配置是指作物在区域或田块上的分布。通俗地讲即对本地区或生产单位在一定时间内种什么，种多少和种在哪里作出时间和空间上的生产部署。\n二、作物布局的原则\n（一）作物生态适应性是基础\n作物的生态适应性是指作物的生物学特性及其对生态条件的要求与某地实际环境条件相适应的程度，简单的说就是作物与环境相适应的程度。适应性好，说明能种植某作物和可能获得较高产量和效益；适应性差，说明种植的可能性小，或勉强种植，则产量低，效益差。\n这条自然法则对作物布局的影响表现在以下两个方面。一是生态适应性较广的作物分布较广，种植的面积可能较大；生态适应性较差的作物分布较窄。二是生态条件较好的地区，适宜种植的作物种类多，作物布局的调整余地大，选择途径多；生态条件较差的地区，适宜种植的作物种类少，作物布局的调整余地小。\n（二）社会需求是导向\n作物布局要服从和服务于社会需要这一根本目的。社会需求包括两个方面，一是自给性生产需要，即直接用于生产者吃穿用烧等各种产品。二是商品生产需要，即市场经济需要。社会需求状况和发展变化，制约作物布局类型，引导作物布局的发展方向。我国正处在由传统农业向现代农业转变的时期，作物生产的商品性特征越来越明显，市场对作物布局的制约和导向作用也愈加突出。\n（三）社会经济和科学技术是重要条件\n社会经济和科学技术可以改善作物的生产条件如水利、肥料、劳力和农机具等，为作物生长发育创造良好的环境，解决能不能种植某一作物的问题。同时，也为作物的全面高产、优质、高效、持续发展提供保障，解决能否种好的问题。因此，在进行作物布局调整时，必须考虑当地的社会经济和科学技术状况。\n三、作物布局的内容与步骤\n（一）明确对产品的需要（二）调查环境条件\n包括自然条件和社会经济及科学技术条件：（1）热量条件：≥0℃积温，≥10℃积温，年平均温度，最冷月平均温度，最热月平均温度，冬季最低温度，无霜期；（2）水分条件：年降水量与变率，各月降水量，干燥度，空气相对温度，地表径流量，地下水储量，地下水位深度，水源、水质；\n（3）光照条件：包括全年与各月辐射量，年日照时数；（4）地貌：包括海拔高度，大地形（山、丘陵、河谷、盆地、平面、高原），小地形（平地、洼地、岗坡地），坡度，坡向；\n（5）土地条件：包括总面积，土地利用状况（农田、林地、草地、荒地等），耕地面积，水田、水浇地与旱地面积，人地比；（6）土壤条件：包括土壤类型，土层厚度，平坦度，质地，土壤pH、土壤有机质含量，氮磷钾养分含量，土壤水分状况，土地整理与水土流失状况；\n（7）肥料条件：肥料种类，数量，亩施肥水平，养分平衡；（8）能源条件：燃油，电，煤，生物能源；（9）机械：包括拖拉机，排灌机具等；（10）植被：包括：乔木、灌木、草；（11）作物种类：包括面积、产量、生产力、品种、栽培技术；\n（12）现有种植制度，人口劳力；（13）畜牧业种类、数量；（14）灾害：如旱、涝、病、虫；（15）产值收入：每人每年纯收入，农林牧副渔各业产值与收入，粮食与多种经营收入；（16）市场：国家收购，自由市场，外贸市场，地理位置，交通；\n（17）价格：各种农产品收购价格与市场价格，各种生产资料价格；（18）政策：包括收购政策，奖励政策，商品流通政策，外贸政策等；（19）科学水平、文化水平。\n（三）农作物生态适应性的确定研究作物生态适应性的方法有：作物生物学特性与环境因素的平行分析法，地理播种法，地区间产量与产量变异系数比较法，产量、生长发育与生态因子的相关分析，生产力分析法等。通过研究，区分出各种作物生态适应性的程度。\n（四）作物生态区、种植适宜区的划分与适生地的选择\n在确定作物生态适应性的基础上，可以进行作物的生态区划，从光、热、水、土等自然生态角度区分作物的生态最适宜区、适宜区、次适宜区与不适宜区。另一方面，必须在社会经济和科学技术条件相结合的基础上，进一步确定作物的生态经济区划或适宜种植地区的选择。这就要在光热水土的基础上考虑水利、肥料、劳力、交通、工业等条件。\n作物的生态经济适宜区可划分为四级：（1）最适宜区。光热水土以及水利、劳力等条件都很适宜，作物稳产高产、品质好、投资省而经济效益高；（2）适宜区。作物生态条件存在少量缺限，但人为地采取某些措施后容易弥补，作物生长与产量较好，产量变异系数小。投资有所增大，经济效益仍较好，但略低于最适宜区；\n（3）次适宜区。作物生态条件有较大缺陷，产量不够稳定，但通过人为措施可以弥补（如盐碱地植棉）或者投资较大，产量较低，但综合经济效益仍是有利的；（4）不适宜区。自然条件中有很多缺陷，技术措施难于改造，投资消费巨大，技术复杂。虽勉强可种，但产量、经济上或生态上得不偿失。\n（五）作物生产基地和商品基地的确定选定了适宜区和适生地，再结合历史生产状况和远景生产任务，大体上可以选出某种作物的集中产地，进一步选择商品生产基地。商品生产基地的条件是：有较大的生产规模，土地集中连片；生产技术条件较好，生态经济分区上属最适宜区或适宜区；生产水平较高；资源条件好，有较大发展潜力；作物产品的商品率较高。\n（六）作物组成的确定在单一作物适宜区与适生地选择的基础上，确定各种作物间的比例关系。包括：（1）种植业在农业中的比重；（2）粮食与经济作物、饲料作物的比例；（3）春夏收作物与秋收作物的比例；（4）主导作物和辅助作物的比例；（5）禾谷类与豆类的比例。\n（七）综合划分作物种植区划或配置在确定作物结构（同时考虑到复种、轮作和种植方式）后，进一步要把它配置到各种类型土地上去，即拟定种植区划，在较小规模上（如农户）则直接进地作物在各块土地上的配置。为此，按照相似性和差异性的原则，尽可能把相适应相类似的作物划在一个种植区，划出作物现状分布图与计划（或远景）分布图。\n将初步方案进行下列各项可行性鉴定：（1）是否能满足各方面需要；（2）自然资源是否得到了合理利用与保护；（3）经济收入是否合理；（4）肥料、土壤肥力、水、资金、劳力是否平衡；（5）加工储藏、市场、贸易、交通等可行性；（6）科学技术、文化、教育、农民素质的可行性；（7）是否促进农林牧、农工商综合发展等。（八）可行性鉴定\n第三节复种\n一、复种的概念\n复种是指同一年内在同一块田地上种植或收获两季或两季以上作物的种植方式。复种方法有多种，可在上茬作物收获后，直接播种下茬作物，也可在上茬作物收获前，将下茬作物套种其株、行间（套作），这两种复种方法较普遍。此外，还可以用移栽、上茬作物再生等方法实现复种。\n根据一年内在同一田块上种植作物的季数，把一年种植二季作物称为一年两熟，如冬小麦—夏玉米；种植三季作物称为一年三熟，如小麦—玉米—菠菜；两年内种植三季作物，称为两年三熟，如春棉→冬小麦—夏玉米（符号“→”表示年间作物接茬种植，“—”表示年内接茬种植，“∕”表示套种）。\n通常用“复种指数”来表明复种程度的高低，即全年作物收获总面积占耕地面积的百分比。公式为：全年作物收获总面积复种指数（%）=——————————×100耕地面积\n二、复种的条件\n（一）热量一个地区能否复种或复种程度的高低，当地的热量条件是决定因素。主要采用以下方法来确定。\n1．年平均气温法年平均温度可以粗略地表示一个地区的热量状况。在我国一般以年均温8℃以下为一年一熟区，8～12℃为两年三熟区或套两熟区，12～16℃为一年两熟区，16～18℃以上为一年三熟区。\n2．积温法在我国，≥10℃积温低于3000℃为一年一熟，3000～5000℃可以一年两熟，5000℃以上可以一年三熟。一个地区复种程度的高低以及采取何种复种方式，除了解当地积温外，还需了解不同作物完成一个生育期对积温的要求。\n3．生长期法以无霜期表示生长期，一般140～150d为一年一熟区，150～250d为一年两熟区，250d以上为一年三熟区。\n（二）水分水分包括灌溉水、地下水和降水。我国降水量与复种的关系是:小于600mm为一熟区，600～800mm为一熟、两熟区，800～1000mm为两熟区，大于1000mm可以实现多种作物的一年两熟或三熟。发展水利灌溉，是保证扩大复种，提高产量的根本措施之一。\n（三）肥料（四）劳、畜力和机械条件（五）技术条件（六）经济效益，避免出现“三三得九”，不如“二五得十”的情况发生。\n三、复种技术复种是一种时间集约、空间集约、技术集约的高度集约经营型作物种植方式，在肥水、劳力、机械化、品种等方面有许多矛盾，需要采用合理的技术加以解决。\n（一）作物组合与品种搭配1．选择适宜的作物组合充分利用休闲季节增种一季作物；利用短生育期作物替代长生育期作物；开发短间隙生长期的填闲作物；发展再生稻。2．选择适宜的作物品种\n（二）充分利用技术，争取复种季节1.采用套作和育苗移栽技术2.抢时播种，采用早发早熟的措施3.掌握晚播作物的管理技术\n四、主要复种方式\n（一）两年三熟主要分布于暖温带北部，一季有余两季不足，≥10℃积温在3000～3500℃的地区。其主要形式有：春玉米→冬小麦—夏大豆（夏甘薯）；冬小麦—夏大豆→冬小麦；春甘薯→小麦或大麦—夏芝麻或夏大豆或夏花生；小麦→小麦—夏玉米等。\n（二）一年两熟≥10℃积温3500～4500℃的暖温带是旱作一年两熟制的主要分布区域，如黄淮海平原、汾渭谷地。4500～5300℃的北亚热带是稻麦两熟的主要分布区域并兼有部分双季稻的分布，江淮丘陵平原、西南地区的旱地以麦（油菜、蚕豆、绿豆）—玉米、麦—甘薯—年两熟为主。\n（三）一年三熟一年三熟主要是稻田三熟制，稻田三熟多是以双季稻为基础。冬作双季稻三熟制，包括麦—稻—稻、油菜—稻—稻、蚕豆—稻—稻等形式小麦（或大麦、元麦）—双季稻，是双季稻三熟制的主要形式。\n第四节间作、混作、套作\n一、间、混、套作的概念\n1．单作指在同一块田地上种植一种作物的种植方式，也称为纯种、清种、净种。\n2．间作指在同一田地上于同一生长期内，分行或分带相间种植两种或两种以上作物的的种植方式。如四行棉花间作四行甘薯，二行玉米间作三行大豆等。间作因为成行或成带种植，可以实行分别管理。特别是带状间作，较便于机械化或半机械化作业，与分行间作相比能够提高劳动生产率。\n农作物与多年生木本作物（植物）相间种植，也称为间作，有人称为多层作。木本植物包括林木、果树、桑树、茶树等；农作物包括粮食、经济、园艺、饲料、绿肥作物等。采用以农作物为主的间作，称为农林间作；以林（果）业为主，间作农作物，称为林（果）农间作。\n间作时，不论间作的作物有几种，皆不增计复种面积。间作的作物播种期、收获期相同或不同，但作物共生期长，其中至少有一种作物的共生期超过其全生育期的一半。间作是集约利用空间的种植方式。\n3．混作指在同一块田地上，同期混合种植两种或两种以上作物的种植方式，也称为混种。混作和间作都是于同一生长期内由两种或两种以上的作物在田间构成复合群体，是集约利用空间的种植方式，也不计复种面积。但混作在田间分布不规则，不便于分别管理，并且要求混种作物的生态适应性要比较一致。\n4．套作指在前季作物生长后期的株行间播种或移栽后季作物的种植方式。如于小麦生长后期每隔3～4行小麦种1行玉米。它不仅能在作物共生期间充分利用空间，更重要的是能延长后作物对生长季节的利用，提高复种指数，提高年总产量。它主要是一种集约利用时间的种植方式。套作和间作所不同的是，套作共生期短，每种作物的共生期都不超过其全生育期的一半。\n四、间、混、套作主要类型\n（一）间（混）作的的主要类型间（混）作的的主要类型有：禾本科作物与豆科作物间作；禾本科作物与非豆科作物间作；经济作物与豆科作物间（混）作；粮菜间作；林、桑、果、药与粮、豆、肥间作等。\n（二）套作的主要类型套作的主要类型有：以棉花为主的套作；以玉米为主的套作；以小麦为主的套作；以水稻为主的套作等。\n（三）间套作的主要类型间套作的主要类型有：粮粮间套作；粮经间套作；粮菜饲料（肥）间套作等；农鱼、农菇种养结合间套模式如稻田养鱼、稻田养鸭、稻田种菇、玉米和蔗田种菇、果园种菇等。\n第五节轮作与连作\n一、轮作与连作的概念\n1.轮作是在同一田地上不同年度间按照一定的顺序轮换种植不同作物或不同的复种形式的种植方式。如一年一熟条件下的大豆→小麦→玉米三年轮作，这是在年间进行的单一作物的轮作。在同一田地上有顺序地轮换种植水稻和旱田作物的种植方式称为水旱轮作。在田地上轮换种植多年生牧草和大田作物的种植方式称为草田轮作。\n2．连作与轮作相反，连作是在同一田地上连年种植相同作物或相同的复种方式的种植方式。而在同一田地上采用同一种复种方式连年种植的称为复种连作。生产上把轮作中的前作物（前茬）和后作物（后茬）的轮换，通称为“换茬”或“倒茬”。连作也叫“重茬”。\n二、连作及其运用\n（一）连作的危害合理的轮作可以增产，而不适当的连作不仅产量锐减，而且品质下降。导致作物连作受害的基本原因有生物的、化学的、物理的三个方面。\n1．生物因素土壤生物学方面造成的作物连作障碍主要是伴生性和寄生性杂草危害加重、某些专一性病虫害蔓延加剧以及土壤微生物种群、土壤酶活性的变化等。2．化学原因指连作造成土壤化学性质发生改变而对作物生长不利，主要是营养物质的偏耗和有毒物质的积累。3．物理因素某些作物连作或复种连作，会导致土壤物理性状显著恶化，不利于同种作物的继续生长。\n（二）不同作物对连作的反应\n1．忌连作的作物忌连作作物可分为两种耐连作程度略有差异的类型。一类以茄科的马铃薯、烟草、番茄，葫芦科的西瓜及亚麻、甜菜等为典型代表，它们对连作反应最为敏感。这类作物连作时，作物生长严重受阻，植株矮小，发育异常，减产严重，甚至绝收。\n其忌连作的主要原因是，一些特殊病害和根系分泌物对作物有害。据研究，甜菜忌连作是根结线虫病所致。西瓜怕连作则被认为是根系分泌物——水杨酸抑制了西瓜根系的正常生长。这类作物需要间隔五六年以上方可再种。\n另一类以禾本科的陆稻，豆科的豌豆、大豆、蚕豆、菜豆，麻类的大麻、黄麻，菊科的向日葵，茄科的辣椒等作物为代表，其对连作反应的敏感性仅次于上述极端类型。一旦连作，生长发育受到抑制，造成较大幅度的减产。这类作物的连作障碍多为病害所致。陆稻(水稻旱种)连作减产的主要原因是轮线虫及镰刀菌数量增加所致。这类作物宜间隔三四年再种植。\n2．耐短期连作作物甘薯、紫云英、苕子等作物，对连作反应的敏感性属于中等类型，生产上常根据需要对这些作物实行短期连作。这类作物连作二三年受害较轻。3．耐连作作物这类作物有水稻、甘蔗、玉米、麦类及棉花等作物。它们在采取适当的农业技术措施的前提下，耐连作程度较高。\n【复习思考题】▲1．试述种植制度的概念和建立合种植制度的基本原则。▲2．试述作物布局的概念和原则。▲3．试述复种的概念、条件和技术有哪些。▲4．试述间（混）、套作的概念。▲5．试述轮作、连作的概念和轮作的意义。▲6．试述连作的危害。\n第六章作物育种与种子产业\n作物育种是指人类以改良现有作物品种，选育及繁殖作物新的优良品种为目标，以满足人类对农产品的要求所进行的有意识的工作。它的任务除发现和利用现有优良变异类型外，还要采取杂交、理化因素处理等方法人工创造新的变异类型，通过培育、鉴定和选择，创造新的优良品种乃至新的物种，以满足作物生产不断发展的需要。\n种子产业就是种子从品种选育到种子扩繁、加工、推广、销售、售后服务等形成的一体化产业。具体地说，就是由科研育种、种子生产、加工、推广、营销等部门联合而成的科技先导型种子集团所从事的产业工作。\n第一节作物良种\n一、品种的概念\n（一）种子的涵义种子在植物学上是指由胚珠发育而成的繁殖器官（一般需经过有性过程）。在作物生产上，可直接用来作为播种材料的植物器官都称为种子。大体上可分为四大类。\n1.真种子植物学上所指的种子，它们都是由胚珠发育而成。如豆类（除少数例外）、棉花、油菜及十字花科的各种蔬菜、柑桔、茶、桑以及松柏等等。2.果实某些作物的干果，成熟后不开裂，可直接用作播种材料，如禾谷类作物的颖果、苎麻的瘦果等。这两类果实的内部均含一粒种子，在外形上和真种子类似，所以又称之为“子实”。\n3．营养器官许多根茎类作物具有自然无性繁殖器官，如甘薯和山药的块根，马铃薯和菊芋的块茎，芋和慈菇的球茎，葱、蒜、洋葱的鳞茎等。还有如甘蔗和木薯用地上茎繁殖等。4．人工种子经人工培养的植物活组织幼体，外面包上带有营养物质的人工种皮即包衣剂，便可用来作种子使用。\n（二）品种的概念品种是人类在一定的生态条件和经济条件下，根据需要所选育的某种作物的一种群体。这种群体具有相对稳定的遗传特性，在生物学、形态学及经济性状上有相对一致性，而与同一作物的其他群体在特征、特性上有所区别；这种群体在相应地区和耕作条件下种植，在产量、品质和适应性等方面都符合生产发展的需要。\n品种的稳定性任何作物品种，在遗传上应该相对稳定，否则由于环境常常变化，品种不能保持稳定，优良性状不能代代相传，就无法在生产上应用和满足农业生产的需要。品种具有地区性任何一个作物品种都是在一定的生态条件下形成的，所以，其生长发育也要求种植地区有适宜的自然条件、耕作制度和生产水平。当条件不适宜时，品种的特定性状便不能发育形成，从而失去其生产价值。\n品种特征特性的一致性品种在形态特征、生物学特性和经济性状上应该基本一致，这样才便于栽种、管理、收获，便于产品的加工和利用。许多作物品种的株高、抗逆性和成熟期等的一致性对产量和机械收获等影响很大。品种利用的时间性任何品种在生产上被利用的年限都是有限的。每个地区随着耕作栽培条件及其他生态条件的改变、经济的发展、生活水平的提高，对品种的要求也会提高，所以必须不断地选育新品种以更替原有的品种。\n第二节作物的育种目标、选择方法与程序\n一、育种目标育种目标就是对所要育成品种的要求，也就是在一定的自然、耕作栽培和经济条件下所育成新品种应具备的一系列优良性状指标。确定育种目标是育种工作的前提，育种目标适当与否是决定育种工作成败的关键。\n（一）现代农业对良种的要求高产、稳产、优质、多抗和适应性强是目前国内外育种的总目标，也是现代农业对良种的普遍要求。但要求的侧重点和具体内容，常因地、因时、因作物种类而异。\n（二）制订作物育种目标的基本原则1．适应国民经济发展的要求与农业生产发展的需要2．适应当地的自然环境与栽培条件3．抓住各个时期的主要矛盾\n二、引种\n（一）引种的概念和作用引种是指从外地或外国引进新品种（或品系），经过适应性试验后，在本地区直接推广种植的生产实践。引种工作的特点是简单易行，可收到立竿见影的效果，是解决生产中迫切需要良种的有效措施。\n（二）引种的一般规律外地品种能否在本地直接利用，关键问题在于它能否很好地适应本地区的自然环境条件，因此，引种时首先必须掌握原产地与引种地区生态条件的差异程度以及作物品种的感温性和感光性强弱；其次是根据品种对温、光反应的特性，掌握耕作栽培技术特点。\n（三）引种的方法和注意事项上述引种规律的一个共同点，就是把具体的植物种和品种看成是具体的自然条件下的产物。因此，引种工作者在确定引种计划时，应在这个观点的指导下考虑引种方法。1．调查研究品种原产地的环境条件和品种形成特性；2．注意加强检疫和隔离栽培；3．参加品种比较试验和多点试验。\n三、选择的意义和基本方法\n（一）选择的意义\n选择是对育种材料进行选优去劣，就是从自然的或人工创造的群体中，根据个体的表现挑选符合人们需要的类型或材料。任何育种方法，无论采用哪种育种途径和利用什么样的育种材料，都必须经过选择，汰劣留优，才能选育出优良的新品种。\n自然选择：在自然条件下，生物体由于外界环境条件的影响，而发生变异。适应于自然界的变异个体，生存下来并连续繁殖下去；不适应于自然界的个体，则遭到死亡或消灭。这个过程就叫做“自然选择”。人工选择：在人为的作用下，选择符合人类所需要的变异类型，淘汰那些对人类不利的变异类型，这个过程叫“人工选择”。现代的作物品种是在自然选择基础上的人工选择产物。\n（二）选择的基本方法选择的方法很多，但最基本的方法只有两种，即单株选择法和混合选择法。如果就其选择的次数而言，上述两种方法又可分为一次选择法和多次选择法。\n1．单株选择法单株选择法是在原始群中，或在一个作物的杂交群体中，按照育种目标选择符合要求的一些优良变异个体（单株、单穗或单铃等），并按个体分别收获、脱粒（轧花）、编号、保存，下季再分别播种成株行，进行鉴定比较，淘汰那些不符合要求的后代，然后选育出最优变异个体后代作为品系。以后再经过一系列比较试验、鉴定，各种性状和产量显著优于对照种的，作为新品种。这种方法是目前育种工作中最常见的。\n2．混合选择法在作物的原始群体或杂交群体中，根据育种目标选育多个优良个体，混合脱粒、保存。下一季将选得的种子、对照品种和原始群体分区种植在同一田块的不同小区内，进行比较鉴定。由于选择对象的遗传性不同，混合选择可能进行一次，也可能进行多次。这种方法既可作为育种的手段，又可作为良种繁育的手段。\n3．改良混合选择法把两种选择方法结合起来应用就叫做改良混合选择法。改良混合选择法可以对某个需要进行选择的原始群体，进行几次混合选择，待性状比较一致后从中选择优良单株，分系进行鉴定比较，选择出优良株系后，混合脱粒、保存，下季继续比较选择培育成新品种。\n另外，也可以一开始就进行单株选择，分系鉴定，然后将优良而又整齐一致的多个单株后代混合脱粒，进行繁殖。一般前一种方法用于群体比较混杂的情况，后一种方法大多用于良种繁育中生产原种，即所谓的“单株选择，分系比较，混系繁殖”。\n四、育种程序作物育种从收集研究品种（系）资源，选配杂交亲本，做杂交（或采用其他育种途径）到对杂种后代进行选择培育，直到最后育成新品种，都必须通过一系列严密的田间试验程序，即育种程序。\n育种程序一般包括选种试验和品种比较试验两个阶段。根据工作进行的先后，可细分为原始材料圃（包括杂交圃）、选种圃、鉴定圃、品系（种）比较试验圃和区域试验圃。\n（一）原始材料圃根据目的，又可分为两个圃:1．原始材料圃种植国内外收集来的品种资源，进行观察和研究，评定利用价值，以便从中选出优良单株供直接利用或做杂交亲本。2．杂交圃（又称亲本圃）种植做杂交用的亲本材料（品种或中间材料）。根据杂交的需要，进行分期播种以调节花期，亲本种植，行距宜宽，便于杂交操作。\n（二）选种圃种植杂种后代和连续当选的优良育种材料，直到选育出性状稳定一致的优良品系升级试验为止。选种圃的主要任务是对分离世代材料进行系统而全面的观察、鉴定和培育选择，从中选出优良而稳定的品系升级。选种圃的年限取决于该系统是否表现优良以及是否表现整齐一致，若亲本亲缘较远，杂交后代分离大，稳定所需要的世代多。反之则少。\n（三）鉴定圃种植从选种圃升级来的优良品系和上年留下的育种材料以及对照品种。其主要任务是鉴定各优良品系的经济性状和各优良品系的单位面积产量，鉴定各优良品系的稳定性和一致性，选出优良品系升级试验。\n该圃的试验年限一般一年，种植小区面积较大，一般为10～30㎡，栽培条件接近生产水平。要求重复2～3次，采用顺序排列，每隔4或9小区设对照区。根据田间和室内鉴定的结果，将表现优良的品系选拔出来，供下代参加品比试验。\n（四）品系（种）比较试验圃种植由鉴定圃升级的优良品系，从外地引进的优良品种。品比试验的任务是：对选育出的优良品系（或品种）在大田条件下和较大的小区面积上进行综合性的鉴定、比较和分析研究，从中选出产量、品质或其他经济性状显著优于现有推广品种的新品系（或品种）。品种比较试验又可分为品种预备试验和品种比较试验：\n1．预备试验只进行一年，小区面积较大，一般30㎡，重复2—4次，按顺序排列或随机排列，对照品种的设置方法按所采用的试验设计要求而定。它的任务是初步淘汰一些不太优良的品系和品种；繁殖较多的优良品系（或品种）的种子。为以后试验提供更多的种子。\n2．品种比较试验由预试圃或鉴定圃选出优良品种或品系在品比试验中继续进行研究鉴定，要求对品系的生物学特性、抗性、丰产性、稳产性、栽培要求等作更为详尽和全面的研究。由于在品比试验中所肯定的品系和品种很快即将进入生产，所以试验中的土壤肥料、耕作方法、密度及田间管理等更要求接近于生产条件。通过田间观察和多次评定以及产量分析后，选出最优良的品系或品种提交区域试验和生产试验。\n每个新育成的品系或引进品种在经过品比试验后，在应用前，必须分别在不同的自然条件下进行更大范围的比较鉴定，这种试验称为区域试验。它们的任务是：确定适合当地推广栽培的最优良的品系（或品种）；了解参加试验的各品系（或品种）的适应区域；了解各品系（或品种）对栽培技术的要求。（五）区域试验和生产试验\n1．区域试验是由国家机关有组织有计划进行的。按照不同的自然区域，根据国家区域试验的统一规定，确定试验点，拟定计划书，统一试验方法，各试验方法的田间计划、栽培管理、性状鉴定等与品比试验基本相同。\n2．生产试验是将区域试验中表现特别优异的品系（或品种），在连续进行区域试验的同时，或在区试以后，在较大面积（一般在666.7㎡以上）上进行的试验，也是对新品系（或品种）进行更客观的鉴定。在作物生育期间尤其是收获前，进行观摩评比，以进一步鉴定其表现，并同时起到试验、示范和繁殖的作用。\n第三节作物育种的主要方法\n一、系统育种二、杂交育种（一）品种间杂交（二）远缘杂交三、杂种优势利用四、诱变育种五、生物技术育种（一）细胞和组织培养技术（二）原生质体培养和体细胞杂交技术（三）重组DNA技术\n第四节种子产业及管理\n一、品种审定品种审定是对一个新育成的品种或新引进的品种能不能推广，在什么范围推广应用等作出的结论。新品种通过品种区域试验和生产试验后，能否推广及其推广范围，还须经各省（自治区、直辖市）级或国家品种审定委员会审定，审定通过后，才能取得品种资格。应当审定的农作物品种未经审定通过的，不得发布广告，不得经营和推广。\n（一）品种审定的法规和组织机构依据《中华人民共和国种子法》和《主要农作物品种审定办法》的规定，主要农作物品种审定实行国家和省（自治区、直辖市）两级审定制度。农业部设立全国农作物品种审定委员会，负责国家级农作物品种审定工作；各省（自治区、直辖市）人民政府的农业行政主管部门设立省级农作物品种审定委员会，负责省级农作物品种审定工作。\n（二）申请审定的条件人工选育或发现并经过改良；与现有品种有明显区别；遗传性状相对稳定；形态特征和生物学特性一致；具有适当的名称。另外，还要符合主要农作物的品种审定标准。稻、小麦、玉米、棉花、大豆以及农业部确定的主要农作物的品种审定标准，由农业部制定；省级农业行政主管部门确定的主要农作物品种的审定标准，由省级农业行政主管部门制定，报农业部备案。\n（三）申报程序品种申报程序是先由育（引）种者提出申请并签名盖章；由育（引）种者所在单位审查、核实并加盖公章；再经主持区域试验、生产试验单位推荐并签章后报送品审会。向全国品种审定委员会申报的品种须有育种者所在省或品种最适宜种植的省级品种审定委员会签署意见。\n二、良种繁育\n（一）良种繁育的意义及任务所谓作物良种，包括两方面的含义。一方面是指品种品质，即品种产量高、品质优、抗性强、生育期适宜等；另一方面是指播种品质（种子纯度和净度高、种子饱满、发芽率高等），必须是质量合格的优质种子。所以通常所说的良种，指的是优良品种的优质种子。\n良种繁育工作是指有计划地、迅速地、大量地繁殖优良品种的优质种子的工作。具体来说，良种繁育的“繁”是指提高良种繁殖系数，是对数量而言；“育”是指种子的培育，就是采用优良的栽培条件和科学的农艺措施，保持优良品种的种性，使之不致混杂退化，是对质量而言，两者是一个统一体，繁中有育，育中有繁，繁、育结合才能生产出量足质优的种子供大田生产所用。\n良种繁育任务包括：1．生产优质种子，实现品种的更换和更新（1）迅速而大量地繁育新品种、现有良种的优质种子，或繁育优质的亲本种子并配制杂交种，从而满足作物生产对良种的需要，加速良种的推广和品种的更换；\n（2）提纯复壮后的原种，也需要迅速而大量地繁育种子，以便尽快替换同品种已经退化的种子，实现品种更新。2．防止品种混杂退化，保持良种种性对生产上大面积推广的优良品种进行选择提纯，防止品种混杂退化，保持优良种性，延长使用年限。\n（二）良种繁育的程序与体系\n1．我国良种繁育程序一个品种按繁殖阶段的先后、世代的高低所形成的过程，叫种子生产程序。在我国，一般将种子生产程序划分为原原种、原种和良种三个阶段。（1）原原种原原种也称育种者种子，是育种单位提供的、纯度最高、最原始的种子，具有本品种最典型的特征特性。原原种由育种单位或育种单位特约单位生产。\n（2）原种原种指由原原种直接繁殖出来的种子或由正在生产上推广应用的品种经过提纯后质量达到国家规定的原种质量标准的种子，具有本品种的典型特征特性。原种一般由农业行政部门指定的具有较好的技术和物质条件的单位按计划生产。不管是原原种繁殖生产的还是良种繁育单位选择提纯的原种，都必须达到原种的三条标准。\n第一，性状典型一致，主要特征特性符合原种的典型性状，株间整齐一致，纯度高；第二，与原品种比较，由原种生长的植株，其生长势、抗逆性和生产力等不能降低，或略有提高（自交系原种的生长势和生产力与原品种相似），杂交亲本原种的配合力要保持原来水平或略有提高；第三，种子质量好，表现为籽粒发育好，成熟充分，饱满均匀，发芽率高，净度高，不带检疫性病害等。原种的三条标准\n（3）良种良种是由原种繁殖而来的，特征特性和质量经检验符合要求，供应大田生产播种用的种子。自花授粉作物、常异花授粉作物良种一般可从原种开始繁殖2～3代；杂交作物的良种分为自交系和杂交种，自交系一般用原种繁殖1～2代，杂交种的种子只能使用一代。\n2．我国良种繁育的体系（1）稻、麦等自花授粉作物和棉花等常异花授粉作物的常规品种，经审定通过后，可由原育种单位提供原原种，省（地、县）良（原）种场繁殖出原种；对生产上正在应用的品种，可由县良（原）种场提纯后生产出原种，然后交由特约种子生产基地或各种专业村（户），繁殖出原种一、二代，供生产应用。\n（2）对于玉米、高梁、水稻等的杂交制种，因要求有严格的隔离条件和技术性强等特点，可实行“省提、地繁、县制”的种子生产体系。即由省种子部门用育种单位提供的“三系”或自交系的原原种繁殖出原种；或经省统一提纯后生产的原种，有计划地向各地、市提供扩大繁殖用种。地、市种子部门用省提供的三系或自交系原种，在隔离区内繁殖出规定世代的原种后代。县种子部门用地、市提供的亲本，集中配制大田用的杂交种。\n（三）品种混杂退化及其防止办法品种混杂是指在某一个品种群体中，混有其它作物、杂草或同一作物其它品种的种子或植株，也称机械混杂；品种退化是指品种群体特征、特性发生了不利的可遗传变异，而造成品种群体经济性状和品质性状等变劣的现象。虽是两个不同的概念，但它们之间常有共同的表现和内在联系。品种混杂退化的总体表现是品种纯度显著下降，性状变劣，产量降低，品质变差，抗逆性和适应性减弱等。\n1．品种混杂退化的原因（1）机械混杂在品种种植过程中，种子处理、播种、收割、脱粒、晒种、贮藏、调运等各个环节，如果操作不严，都会误入其它作物或同一作物其它品种的种子，造成机械混杂。此外，留种地块连作时，因前茬作物的自然落粒，或因施用未腐熟的农家肥夹带有异品种或异作物种子等都会造成机械混杂。机械混杂后，不同类型的植株间，还易发生天然杂交而引起生物学混杂。\n（2）生物学混杂指品种在种植过程中，由于和其它品种或其它作物发生天然杂交而引起混杂退化的现象。天然杂交是常异花授粉作物和异花授粉作物品种混杂退化的主要原因之一。自花授粉作物，如小麦、水稻等，天然杂交率很低，但都有一定的异交率（一般为1%左右），一旦发生天然杂交，同样会产生变异和分离，加重混杂程度，加速种性的退化。特别是机械混杂严重的品种，更扩大了天然杂交的机会，退化现象更为普遍。\n（3）不良环境条件和栽培技术良种为了生存、适应不利环境条件，就可能会引起不良的变异和病变，退回到原始状态或丧失某些优良性状，导致品种性状的退化。不良的环境条件和低劣的栽培技术极易造成数量性状的不良变异和退化。如水稻在生育后期遇上低温，谷粒会变小；成熟期遇高温，糯性会降低；种在冷水、碱水、深水或瘦地上，会出现红米等；马铃薯在种薯形成期间如果遇到高温则病毒病加剧导致严重退化。\n（4）选择作用包括自然选择和人工选择。一个相对一致的品种群体中普遍含有不同的生物型，种子繁殖所在地的环境条件会对这个群体进行自然选择，结果就可能选留了人们所不希望的类型，这些类型在群体中扩大，就会使品种原有特性丧失。在良种繁育过程中，由于不了解选择的方向和不掌握品种的特点等原因，进行不正确的选择，会加速品种的混杂退化。\n（5）遗传基因的继续分离和基因突变品种是一个性状基本稳定一致的群体，品种内个体间或多或少都有一定的杂合性，群体中的个体之间在遗传性上总会有或大或小的差异。品种经过连年种植，本身会发生各种各样的变异，这些变异经过自然选择常被保存和积累下来，导致品种的混杂退化。\n遗传基础越复杂，发生变异、分离的机率也越高。还有一些育种单位急于求成，往往把表现优但遗传性尚未稳定的杂交后代材料提前出圃，提交品种试验和推广，如繁育过程中不进行严格选择，也会很快出现混杂退化现象。\n2．防止品种混杂退化的措施在防止品种混杂退化的工作中应坚持“防杂重于除杂，保纯重于提纯”。一个新品种从开始推广就要同时做好防杂保纯工作，如果良种混杂退化后再进行提纯复壮，就要花费更多的时间，而且效果也很差。在良种繁育技术方面主要应抓好以下几项环节。\n（1）抓好“四关”，防止机械混杂机械混杂是目前造成混杂退化的主要原因之一。要防止机械混杂，就要把好种子处理关、布局播种关、收脱晒藏关、去杂去劣关“四关”。\n（2）采取隔离措施，防止生物学混杂目前较有效的措施是采取空间隔离或时间隔离。空间隔离包括利用距离、地形、障碍物等条件防止串粉；时间隔离即把良种繁育田的播种期适当提前或推迟，使良种繁育田花期与大田花期不相遇，从而防止串粉。\n自花授粉作物天然杂交率不高，一般不进行隔离，但周围尽量避免种植同作物的其他品种；常异花授粉作物和异花授粉作物，天然杂交率较高或很高，必须采取隔离措施。采取隔离措施只能防止外来的花粉“串粉”，并不能防止群体内不同类型间的天然杂交，因此防止生物学混杂必须首先防止机械混杂。\n（3）严格去杂去劣、加强选择去杂指去除不具备本品种典型性状的植株、穗、粒等；去劣指去除感染病虫害、生长不良的植株、穗、粒等。人工选择时，选留的个体要多，以免发生随机漂移。同时，选株的目标不宜强调优中选优，片面选择单一性状，而应注意原品种的典型性。\n（4）采取良好的农业技术良种繁育田的栽培技术应适应品种遗传性的要求，让其主要性状得到充分发育，使种性不断巩固和发展。另外，加强原种生产，生产纯度高、质量好的原种，每隔一定年限更新繁殖区的种子，这是防止混杂退化和长期保持品种纯度与种性的一项重要措施。\n三、种子检验\n（一）种子检验的内容种子检验是指应用科学、先进和标准的方法对种子样品的质量进行分析测定，判断其质量的优劣，评定其种用价值的一门科学技术。\n种子质量包括品种质量和播种质量两方面。品种质量是指与遗传特性有关的品质，可用真、纯两个字概括。播种质量是指种子播种后与田间出苗有关的质量，可用净、壮、饱、健、干、强六个字概括。因此，种子质量总共可用八个字概括。\n真种子真实可靠的程度,可用真实性表示。纯品种典型一致的程度,用品种纯度表示。净是指种子清洁干净的程度,用净度表示。壮种子发芽出苗齐壮的程度，用发芽率或生活力表示。饱种子充实饱满的程度，用千粒重和容重表示。\n健是指种子健康的程度，通常用病虫感染率表示。干是指种子干燥耐藏的程度，可用种子水分百分率表示。强是指种子强健、抗逆性强、增产潜力大，通常用种子活力表示。\n综上所述，种子检验就是对种子的真实性和品种纯度、净度、发芽率、生活力、活力、健康状况、水分和千粒重等进行检测。其中纯度、净度、发芽率和水分为必检指标。种子是最重要的农业生产资料。种子质量的好坏在很大程度上决定着农业的成败。种子检验是确保种子质量的重要环节，因而具有重要的意义。\n（二）扦样扦样，通常是利用一种专用的扦样器，从一批种子中取样。扦样的目的是从一批大量的种子中，扦取适当数量、有代表性的送检样品。袋装种子可用单管扦样器、双管扦样器进行扦样。散装种子扦样器主要有双管扦样器、长柄短筒圆锥形扦样器、圆锥形扦样器和气吸式扦样机等。\n（三）净度分析种子净度是指样品中除去杂质和其他植物种子后，留下的本作物净种子重量占样品总重量的百分率。净度分析时将试验样品分为净种子、其他植物种子和杂质三种成份，并测定其百分率，同时测定其他植物种子的种类及数目。\n（四）发芽试验种子发芽力是指种子在适宜条件下发芽并长成正常幼苗的能力。通常用发芽势和发芽率表示。发芽势是指发芽试验初期（规定日期内）正常发芽种子数占供试种子数的百分率。发芽率是指发芽试验终期（规定日期内）全部发芽种子数占供试种子数的百分率。\n（五）真实性和品种纯度鉴定种子真实性是指一批种子所属品种、种或属与文件（品种证书、标签等）是否相同，是否名符其实。品种纯度是指品种在特征特性方面典型一致的程度，用本品种的种子数占供检本作物样品种子数的百分率表示。\n1．品种鉴定的依据根据不同品种的形态学特征、细胞遗传学性状和分子标记特征、解剖学特征、生理学特征、物理特性、化学特性和生化特性等方面的差异，可以鉴定品种。2．真实性和纯度鉴定的监控途径和方法针对影响杂交种纯度的因素，为监控品种真实性和纯度可采用田间检验、室内检验以及田间小区鉴定途径。\n（六）水分测定种子水分是指按规定程序把种子样品烘干所失去的重量占供检样品原始重量的百分率。目前最常用的种子水分测定方法是烘干减重法和电子水分仪速测法。一般正式报告需采用烘箱标准法进行测定，而在种子收购、调运、干燥加工等过程则采用电子水分仪速测法测定。\n（七）生活力测定种子生活力是指种子发芽的潜在能力或种胚所具有的生命力。在一个种子样品中全部有生命力的种子，应包括能发芽的种子和暂时不能发芽的休眠种子。种子生活力测定方法有四唑染色法、甲烯兰法、红墨水染色法、软X射线造影法等。但正式列入种子检验规程的是生物化学(四唑)染色法。\n（八）健康测定健康测定主要是测定种子是否携带有病原菌（如真菌、细菌及病毒）、有害动物（如线虫及害虫）等健康状况。目前，随着国内外种子贸易的增加，种子携带病虫传播和蔓延的机会也随之增多，万一种子携带的病虫害传入新区，就会给农业生产造成重大的损失和灾难。因此，种子健康测定日益得到重视。\n（九）重量测定种子重量一般用千粒重或百粒重表示。千粒重通常是指自然干燥状态的1000粒种子的重量。新规程中是指国家标准规定水分的1000粒种子的重量,以克为单位。\n（十）包衣种子检验将包衣种子直接进行发芽试验，观察幼苗的根和初生叶是否正常，或者脱去包衣物质进行发芽试验对比，用来判断包衣物质对种子的伤害。国家新颁布的包衣种子标准中规定，包衣种子发芽试验，须先用清水冲洗去包衣物质，再凉干后进行。丸化种子发芽试验可选用纸床和砂床或土壤床。试验证明，以砂床为最好。\n【复习思考题】▲1．作物种子与作物品种的概念有何不同？一个优良品种应具备哪些条件？▲2．在育种工作中，为什么要制定育种目标？应根据什么原则制定？▲3．作物引种时应遵循哪些原则才可能引种成功？▲4．作物育种的方法有哪些？▲5.何为良种？良种繁育的任务是什么？▲6.简述品种混杂退化的原因及其防止办法。\n第七章农作物生产技术\n第二节玉米\n一、概况玉米是世界重要的高产谷类作物之一，是发展畜牧业的优良饲料和多用途的工业原料。目前全世界生产的玉米籽粒约有70%～80%作为饲料，约有10%～15%作为人们食用，约有10%～15%作为发展工业的原料。\n我国玉米的分布极广。但主要分布在从黑龙江经吉林、辽宁、河北、山东、河南、山西、陕西，转向四川、贵州、云南和广西的12个省（区），从东北到西南形成一个弧形玉米带，玉米带上的玉米面积和总产量占全国的80%以上。东北和华北是在大平原上种植玉米，其它约有65%的玉米分布在丘陵坡地上，玉米种植区域绝大部分没有灌溉条件，属雨养农业。\n我国玉米根据各地的自然条件，栽培制度等，全国可划分为6个玉米产区：I.北方春播玉米区，II.黄淮海平原夏播玉米区，III.西南山地玉米区，IV.南方丘陵玉米区，V.西北灌溉玉米区，VI.青藏高原玉米区。其中I、II、III三个区为玉米主产区，占全国玉米面积和总产量80%，IV、V、VI三个为副产区，玉米种植面积和总产量均较少。\n二、玉米的生物学特性\n1．玉米生长发育三个阶段\n（1）苗期阶段（播种～拔节）主要是长根、增叶、茎节分化的营养生长阶段。春玉米约35d左右，夏玉米早、中、晚熟品种约计20～25～30d。生长的中心是根系，供长的中心叶是植株的基部叶片。\n本阶段生育特点是：茎叶生长缓慢，根系发展迅速。至拔节期，茎节数、叶片数的分化已经决定，雄穗开始伸长，40%～50%的节根层数已经形成。为此，田间管理的中心任务，就是促进根系生长，培育壮苗，达到苗早、苗足、苗齐、苗壮的“四苗”要求，为玉米丰产打好基础。\n（2）穗期阶段（拔节～抽雄）正处于生殖器官分化形成期，称为穗期。此期夏玉米历时27～30d。从拔节至大喇叭口期为前半期，以茎叶生长为中心；大喇叭口至抽雄穗为后半期，以雌穗分化为中心。供长中心叶是植株下、中层叶片。生育特点是：茎节间迅速伸长，叶片增大，根系继续扩展，干物质迅速增加，同时，雄雌穗强烈分化，即由单纯的营养生长阶段向营养生长与生殖生长同时并进时期。\n这时期是玉米一生中生长发育最旺盛的阶段，也是田间管理最关键的时期。为此，这一阶段田间管理的中心任务，就是促叶、壮秆、穗多、穗大。具体地说，就是促进中上部叶片增大，茎秆粗壮墩实，以达到穗多、穗大的丰产长相。\n（3）花粒期阶段（抽雄～成熟）此期经历时间，早、中、晚熟品种约30～40～50d。这个阶段的生育特点，就是营养体停止增长，而进入以生殖生长为中心的时期，这就是经过开花、受精进入籽粒产量形成阶段。从抽雄穗至籽粒形成期为前半期是以开花受精为中心；\n籽粒形成至成熟期为后半期是以籽粒重量形成为中心。供长中心叶是植株的中、上层叶片，是决定粒数和粒重的重要时期。为此，这一阶段田间管理的中心任务，就是保护叶片、提高光合强度，促进粒多和粒重，达到丰产。