农业生物环境原理_作物与水

1、1.1.水在生命活动中的作用水在生命活动中的作用 水对生命的意义水对生命的意义 生命的组成物质生命的组成物质 成分成分 形态、结构的维持（叶的舒展程度、果实的膨形态、结构的维持（叶的舒展程度、果实的膨 胀度等）胀度等） 参与体内的各种代谢和反应参与体内的各种代谢和反应 运输作用运输作用 调节热平衡调节热平衡 高比热，高溶解热，高蒸发热高比热，高溶解热，高蒸发热 水分子的特殊结构对生命的价值水分子的特殊结构对生命的价值 表面张力与毛细管作用表面张力与毛细管作用 思考：水是如何来维持作物体思考：水是如何来维持作物体 较小的体温变化的？较小的体温变化的？ 1.1.水在生命活动中的作用水在生命活动中的

2、作用 作物体内水的存在形式作物体内水的存在形式 自由水自由水(游离水，游离水，90%95%)，未与细胞组分相结合未与细胞组分相结合 可以自由流动的水分可以自由流动的水分 作用的体现者作用的体现者 束缚水束缚水(结合水，结合水，5%10%)，与细胞组分紧密结合而与细胞组分紧密结合而 不能自由流动的水分，束缚水含量与植物抗性大小有关不能自由流动的水分，束缚水含量与植物抗性大小有关 化学束缚水（化合水、结晶水）化学束缚水（化合水、结晶水） 物理束缚水（吸湿水、膜状水）物理束缚水（吸湿水、膜状水） 水的存在形式与新陈代谢水的存在形式与新陈代谢 自由水比例越高，代谢活动越强烈自由水比例越高，代谢活动越强

3、烈 思考：幼苗与老苗的活力哪个大？思考：幼苗与老苗的活力哪个大？ 2.1 2.1 自然界中的水分循环自然界中的水分循环 （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 2.2 2.2 自然界水分变化规律自然界水分变化规律 在整个地球表面在整个地球表面 平均

4、平均蒸散蒸散量量= =平均降水量平均降水量 地球表面不同区域，水的分布不均，降水不等地球表面不同区域，水的分布不均，降水不等 地球表面为了维持水分平衡，需经常进行水的流动地球表面为了维持水分平衡，需经常进行水的流动 和再分配和再分配 在大气中水的变化在大气中水的变化 海洋、江河湖泊、地表、作物海洋、江河湖泊、地表、作物蒸散蒸散汽汽 干燥空气干燥空气 含水空气含水空气压强压强水汽压水汽压 空气含水量、露点空气含水量、露点 干球温度与湿球温度干球温度与湿球温度 湿度变化规律湿度变化规律 饱和空气 饱和水汽压 露点温度 绝对湿度 相对湿度 3 3 农田中的水分平衡农田中的水分平衡 主要收入主要收入

5、自然界降水自然界降水作物截留作物截留 主要支出主要支出 蒸散蒸散（土壤蒸发和作物蒸腾的比例与植株体冠层结构的关系）（土壤蒸发和作物蒸腾的比例与植株体冠层结构的关系） 作物截留作物截留 作物群体内部湿度条件作物群体内部湿度条件 土壤水分条件土壤水分条件 降水量与截留能力（负相关）降水量与截留能力（负相关） 农田中水分变化的影响因素农田中水分变化的影响因素 冠层作用（内部大且稳定，冠层小且变化大）冠层作用（内部大且稳定，冠层小且变化大） 不同生育期群体内部水分支出的主要形式不同生育期群体内部水分支出的主要形式 截留作用与地表径流形成截留作用与地表径流形成 对涵养水源、保持水土、对涵养水源、保持水土

6、、 调节小气候的作用调节小气候的作用 农田中水分支出的形式？作农田中水分支出的形式？作 物幼苗期和生长旺期的蒸散物幼苗期和生长旺期的蒸散 主要形式是否有差异？主要形式是否有差异？ 4 4 作物体的水分平衡作物体的水分平衡 吸水吸水 根系根系 叶片叶片 输导输导 蒸腾（叶片）蒸腾（叶片） 作物体吸收消耗作物体吸收消耗 4.14.1根系吸水根系吸水 吸水部位吸水部位 根尖的根尖的成熟区成熟区 吸水动力吸水动力 根压根压与主动吸水与主动吸水 （植物根系的生理活动使根细胞 从外向内产生的吸水陡度。） 蒸腾拉力与被动吸水蒸腾拉力与被动吸水 （因叶片蒸腾引起下腔叶肉细胞水势水势下降 产生的从其他细胞中吸水

7、的动力。） 植物吸水的主要方式植物吸水的主要方式 被动吸水被动吸水 根压根压植物根系的吸水植物根系的吸水 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。 4.14.1根系吸水根系吸水 根毛细而多根毛细而多 大量的根毛可以大大增大量的根毛可以大大增加根吸水的表面积，加根吸水的表面积， 提高根提高根吸水的效率吸水的效率。 大量根毛对吸水有什么意义？ 自由能与水势自由能与水势 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。 水势 水的化学势（ ）（Chemical Potential） 在恒温恒压及体系其他组分不变的条件 下，

8、当加入1mol水所引起的自由能的变化。 w 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 0 www 水势（m）(Water Potential ) 每偏摩尔体积水的化学势差. m m m mm m VV 0 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。其他 溶液的水势则为 负值，且溶液的 浓度越高越高，水势 越低越低。 水分从水势高处 流向水势低处。 1mol 蔗糖液水势为-2.69MPa 1mol KCl溶液水势为-4.5MPa 海水的水势约为

9、-2.5MPa 细胞吸水或失水的原理细胞吸水或失水的原理 细胞液细胞液浓度高浓度高 清水清水浓度低浓度低 细胞液细胞液浓度低浓度低 盐水盐水浓度高浓度高 细胞吸水细胞吸水 细胞失水细胞失水 植物的吸水和失水主要取决于植物的吸水和失水主要取决于细胞液的浓度细胞液的浓度和和细胞细胞 周围水溶液的浓度周围水溶液的浓度的大小。的大小。 思考：思考： 盐碱地为什么长不好庄稼？盐碱地为什么长不好庄稼？ 施肥过量导致施肥过量导致“烧苗烧苗”的原因？的原因？ 4.2 4.2 影响根系吸水的环境条件影响根系吸水的环境条件 直接土壤因子 土壤中可利用水分 根系的吸水能力（根系吸水力） 土壤的保水能力（土壤持水力）

10、 有效水与无效水 田间持水量与凋萎系数 田间持水量：自然条件下土壤中毛管水达到最大时的 土壤含水量。 凋萎系数：作物产生永久凋萎时的土壤含水量。 根部吸水能力根部吸水能力 土壤土壤 保水能力，吸水保水能力，吸水 根部吸水能力根部吸水能力 土壤土壤 保水能力，不吸水保水能力，不吸水 有效水（）=田间持水量（）萎蔫系数（） 4.2 4.2 影响根系吸水的环境条件影响根系吸水的环境条件 直接直接土壤因子土壤因子 土壤温度土壤温度 土壤通气状况土壤通气状况 根部缺氧对根系代谢能力和根系生长的影响根部缺氧对根系代谢能力和根系生长的影响 受涝时的生长不良现象受涝时的生长不良现象 土壤溶液浓度土壤溶液浓度

11、溶液浓度与根系主动吸水溶液浓度与根系主动吸水 施肥浓度施肥浓度 盐碱地盐碱地 土壤通气状况土壤通气状况 时间较长，就形成时间较长，就形成 无氧呼吸无氧呼吸，产生和，产生和 累积较多累积较多酒精酒精，根，根 系中毒受伤，吸水系中毒受伤，吸水 更少。更少。 短期内可使细胞短期内可使细胞呼吸呼吸 减弱，影响根压，减弱，影响根压，继继 而阻碍吸水；而阻碍吸水；土壤缺氧土壤缺氧 和和CO2浓浓 度过高度过高 土壤土壤使根系使根系。 4.2 4.2 影响根系吸水的环境条件影响根系吸水的环境条件 间接间接大气因子大气因子 风风 温度温度 光照光照 湿度湿度 思考：这些间接因子是如何影响根系吸水的？思考：这些

12、间接因子是如何影响根系吸水的？ 4.3 4.3 蒸腾作用蒸腾作用 蒸腾作用：蒸腾作用：吸收水分以气态形式，通过作物体表面吸收水分以气态形式，通过作物体表面 （叶片）从体内散发到体外的过程。（叶片）从体内散发到体外的过程。 生理意义生理意义 养分运输养分运输 维持一定的叶温，避免灼伤维持一定的叶温，避免灼伤 蒸腾速率及其影响因子蒸腾速率及其影响因子 向外扩散力向外扩散力 扩散过程中的阻力扩散过程中的阻力 作物体水分平衡调节因子作物体水分平衡调节因子气孔开放度气孔开放度 蒸腾作用 H2O 根、茎、叶中都有导管，树皮里还有筛管。根、茎、叶中都有导管，树皮里还有筛管。 形成上下连通的管道形成上下连通的

13、管道 运输水分和无机盐运输水分和无机盐 方向方向 运输有机物运输有机物 方向方向 死细胞死细胞 活细胞活细胞 土壤颗粒土壤颗粒 土壤溶液土壤溶液 水分的吸收、运输和散失水分的吸收、运输和散失 影响因子：光照，气温，空气湿度影响因子：光照，气温，空气湿度 4.4 SPAC4.4 SPAC系统系统 概念：概念：从土壤经作物到大气的水流，可当成是物理的、从土壤经作物到大气的水流，可当成是物理的、 统一的动态过程，称为土壤统一的动态过程，称为土壤- -水水- -大气连续体，简称大气连续体，简称 SPAC.SPAC. SPACSPAC系统的系统的水分运输途径水分运输途径 土水势、根水势、叶水势的关系土水

14、势、根水势、叶水势的关系 蒸腾作用与水势蒸腾作用与水势 高水势与低水势下的动态平衡高水势与低水势下的动态平衡 动态平衡的维持动态平衡的维持 SPACSPAC系统中的水流规律系统中的水流规律 水流方向水流方向 流速与水势差及沿程阻力流速与水势差及沿程阻力 研究土壤植物大气的水分运 动 温度与根系吸水能力：温度与根系吸水能力： 低温：根细胞的原生质粘性增大，扩散能力下降，水分不低温：根细胞的原生质粘性增大，扩散能力下降，水分不 易通过。同时，根细胞的代谢能力降低，会导致根系生长易通过。同时，根细胞的代谢能力降低，会导致根系生长 迟缓，根压降低。迟缓，根压降低。 高温：加速根系老化和木质化，引起酶的

15、钝化，导致原生高温：加速根系老化和木质化，引起酶的钝化，导致原生 质流动减缓质流动减缓 吸水力吸水力 下降下降 5.5.作物的需水特性作物的需水特性 6.6.作物对水分适应的生态类型作物对水分适应的生态类型 7.7.水对作物生产的影响水对作物生产的影响 8.8.设施园艺内的水分状况及其调节设施园艺内的水分状况及其调节 第第4 4章章 作物与水作物与水( (二二) ) 水在生命活动中的作用。 自然界水分循环是如何实现的？不同地 区水分分布差异的原因是什么？ 植物体内水分的运输过程。 5 5 作物的需水特性作物的需水特性 需水量需水量 蒸腾系数：作物形成蒸腾系数：作物形成1g1g干物质所需的水量干

16、物质所需的水量 （g g）。）。 需水特性需水特性 不同作物的需水量不同不同作物的需水量不同 需水量随作物的生育期而变化需水量随作物的生育期而变化 需水量的多少取决于根系吸水能力及叶片的蒸腾量需水量的多少取决于根系吸水能力及叶片的蒸腾量 需水量越多，对水的利用率越低需水量越多，对水的利用率越低 作物需水临界期作物需水临界期及其特点及其特点 临界期对需水量的要求临界期对需水量的要求 临界期与花芽分化临界期与花芽分化 临界期长度对不良水环境的适应性临界期长度对不良水环境的适应性 思考：根系吸水能力与作思考：根系吸水能力与作 物抗旱能力的关系。物抗旱能力的关系。 6 6 作物对水分适应的生态类型作物

17、对水分适应的生态类型 根据作物对土壤湿度要求根据作物对土壤湿度要求 根据作物对空气湿度的要求根据作物对空气湿度的要求 相对湿度相对湿度85-95%(1,585-95%(1,5类类) ) 相对湿度相对湿度75-85%(175-85%(1类类) ) 相对湿度相对湿度55-75%(2,355-75%(2,3类类) ) 相对湿度相对湿度45-55%(445-55%(4类类) ) 7 7 水对作物生产的影响水对作物生产的影响 水的生物学效应水的生物学效应 种子发芽种子发芽 种子发芽过程中对水的要求种子发芽过程中对水的要求 种子种子出苗时期体积、重量的变化特征出苗时期体积、重量的变化特征 总体要求总体要求

18、 营养生长营养生长 幼苗期：需水少，不耐旱，土壤湿度大，空气湿度小幼苗期：需水少，不耐旱，土壤湿度大，空气湿度小 旺盛期：需水多，耐旱能力增强旺盛期：需水多，耐旱能力增强 总体要求总体要求 开花结果开花结果 一般为水分临界期，对水的要求严格一般为水分临界期，对水的要求严格 需水多需水多 总原则总原则 不良水环境与作物生产不良水环境与作物生产旱害旱害 干旱种类干旱种类 土壤干旱土壤干旱 大气干旱大气干旱 生理干旱生理干旱 引起的原因：环境因子，不良的技术措施引起的原因：环境因子，不良的技术措施 主要危害主要危害 引起各部位水分的重新分配引起各部位水分的重新分配 改变体内各种生理过程改变体内各种生

19、理过程 促进蛋白质分解，导致品质下降促进蛋白质分解，导致品质下降 真正的旱，大气干旱真正的旱，大气干旱 是土壤干旱的前兆是土壤干旱的前兆 不良水环境与作物生产不良水环境与作物生产涝害涝害 涝害种类涝害种类 洪涝洪涝 渍涝渍涝 主要危害主要危害 土壤缺氧，根系受损土壤缺氧，根系受损 促使土壤中二氧化碳积累促使土壤中二氧化碳积累 厌氧菌大量增殖，进一步缺氧厌氧菌大量增殖，进一步缺氧 酸中毒酸中毒 养分失效或流失养分失效或流失 8.1 8.1 设施园艺内的空气湿度条件设施园艺内的空气湿度条件 设施内空气湿度特点设施内空气湿度特点 湿度高于露地，一般在湿度高于露地，一般在70%70%以上，夜间可达以上

20、，夜间可达100%100% 内部湿度日变化大内部湿度日变化大 影响因素：天气，灌溉，加温，通风等影响因素：天气，灌溉，加温，通风等 不同结构的设施，湿度状况有所不同不同结构的设施，湿度状况有所不同 设施内水分移动路径设施内水分移动路径 白天（晴，通风）：白天（晴，通风）：土壤土壤-作物作物-室内空气室内空气-室外室外 空气空气 夜间（晴，不通风）：夜间（晴，不通风）：土壤土壤-作物作物-室内空气室内空气-雾、雾、 水滴水滴滑落滑落-沾湿沾湿 8.2 8.2 设施园艺内的土壤湿度条件设施园艺内的土壤湿度条件 设施内土壤湿度影响因素设施内土壤湿度影响因素 设施内土壤湿度的形成：作物蒸腾，土壤蒸发设

21、施内土壤湿度的形成：作物蒸腾，土壤蒸发 影响因素：太阳辐射（正相关，进入内部辐射能的影响因素：太阳辐射（正相关，进入内部辐射能的 55%55%以上用于水分蒸发）以上用于水分蒸发） 设施内土壤湿度状况设施内土壤湿度状况 中小型温室大棚：中小型温室大棚：两侧高、中间低两侧高、中间低，中间干燥部分，中间干燥部分 随跨度增加而加大随跨度增加而加大 比露地高比露地高 土壤溶液浓度高，生理干旱的几率比露地高土壤溶液浓度高，生理干旱的几率比露地高 湿度高 8.3 8.3 设施内的湿度调控设施内的湿度调控 进行湿度调控的意义进行湿度调控的意义 湿度调控方法湿度调控方法 除湿除湿 增湿增湿 8.3.1 8.3.

22、1 除湿除湿 目的目的 防止作物沾湿，防止作物沾湿，抑制作物病虫害抑制作物病虫害 调节空气湿度，促进作物蒸腾调节空气湿度，促进作物蒸腾 方法方法 被动除湿法：被动除湿法：利用水蒸汽或雾的自然流动，使设施利用水蒸汽或雾的自然流动，使设施 内部保持适宜的相对湿度。内部保持适宜的相对湿度。 地膜覆盖地膜覆盖 控制灌溉量控制灌溉量 选择透湿性好的覆盖材料选择透湿性好的覆盖材料 主动除湿法：主动除湿法： 强制通风换气强制通风换气 加温：加温：可降低相对湿度，但绝对湿度上升？可降低相对湿度，但绝对湿度上升？ 除湿机除湿机 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

23、 室外干燥空气室外干燥空气 室内潮湿空气室内潮湿空气 除湿型热交换通风装置 主动除湿主动除湿 通风换气 加温除湿 使用除湿机 8.3.2 8.3.2 增湿增湿 目的目的 满足作物对水，气，热的综合要求，调节三者的矛满足作物对水，气，热的综合要求，调节三者的矛 盾盾（为什么？）（为什么？），促进作物生长，促进作物生长 灌水与设施内的土温、空气相对湿度灌水与设施内的土温、空气相对湿度 白天灌水：土温、气温下降白天灌水：土温、气温下降 夜间灌水：土温升高，气温下降减缓夜间灌水：土温升高，气温下降减缓 灌水方法：灌水方法： 喷雾喷雾 滴灌滴灌 喷灌喷灌 地下灌溉地下灌溉 地面灌溉地面灌溉 温室内移动灌

24、溉装置温室内移动灌溉装置 滴灌法 将输水管内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)。 思考题思考题： 1. 水对生命的意义。 2. 自然界水分变化有什么规律? 大气中的水分是如 何变化的？农田中的水分平衡又是如何实现的？ 3. 根系是如何吸水的，其目的是什么？影响根系吸 水的主要原因是什么？试分析之。 4. 如何根据作物的需水特性满足其生长发育的要求？ 5. 不良水环境对作物生产有什么危害？ 6. 设施园艺内土壤湿度和空气湿度的变化规律。 7

25、. 进行设施内湿度调节的意义和措施。 常用的表述大气水分环境的指标常用的表述大气水分环境的指标 饱和空气：一定温度条件下，大气中的水汽达到某一 含量时，若再继续增加即会产生水分凝集成液体或固 体。此含量时的含水空气称为饱和空气。 饱和水气压：某温度下空气饱和时的水气压。 绝对湿度（g/m3）：单位容积空气中所含的水汽质量。 相对湿度（）：空气中的实际水气压与该温度下的 饱和水气压之百分比。 露点（）：空气中水汽含量一定时，若气压不变， 因气温下降使空气中水汽含量达到饱和时的温度。 生理过程随着蒸腾强弱而变化 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 对水分最敏感最敏感的时期，

26、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。 作物不同，水分临界期不同 作物对土壤水分适应的生态类型作物对土壤水分适应的生态类型 序号类型根系特点 叶片情况 对水的需求代表植物 1高湿，耗水多根系相对不发达 蒸腾面积大 常灌水 需水多 黄瓜 叶菜类 2高湿，耗水少根系小 蒸腾面积小 保持土壤湿润， 灌水不能过多 葱蒜 3较湿，耗水多根系发达 蒸腾面积大 适灌多数花卉 番茄 4低湿，耗水少根系发达 蒸腾面积小 少西瓜，甜瓜 5水生根系不发达 蒸腾面积大 多水生作物 果实膨大期水分不足，果实膨大受阻，品质下降。 湿度过大，会 增加病毒胞子 的产生。 多数作物