第三章 作物与水.ppt

1、第三章 作物与水,第一节 作物的水分环境 一、植物的水分代谢 （一）植物的含水量,（二）水分存在的状态 自由水：不受细胞原生质和渗透溶质的吸收或很少 吸收，能 在植物体内自由移动，并起到溶剂的作用。,Free water,束缚水：被原生质胶体颗粒紧密吸附存在与大分子结构空间的 水，他们在植物体内不能移动，不起溶剂作用。 自由水参与植物体内的各种代谢反应，而且其数量 多少直接影响着植物的代谢强度(如光合、呼吸、蒸腾和 生长等)。而束缚水不参与代谢活动，但它与作物的抗性 有关。 细胞中自由水和束缚水比例的大小往往影响作物的 代谢强度。自由水占总含水量的比率越高，则代谢越旺 盛。当植物处于不良环境如

2、干旱、寒冷等时，一般束缚 水的比率较高，代谢强度变弱，作物抵抗不良环境的能 力增强。,Bound water,（三）水分的作用 1、是原生质的重要组成部分。 2、是作物代谢过程中重要的反应物质。 3、是作物体内各种物质代谢的介质。 4、能保持作物固有姿态。 5、能有效降低作物的体温。,二、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

3、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,（二）空气湿度的表示方法,1、绝对湿度（Absolute Humidity）水汽密度 单位体积空气所含的水汽质量。 2、水汽压（Water vapour pressure） （Pa） 空气中水汽所产生的压强。 饱和水汽压和非饱和水汽压 3、相对湿度（Relative Humidity） 空气中实际水汽压与当时温度下空气的饱和水汽压之比。,4、露点温度（dew-point temperature） 空气中水汽含量和汽压不变的条件下，降低 气温使空气达到饱和时的温度。 在气压不变的条件下，露点温度的高低只与

4、空 气中水汽含量有关。水汽含量越多，露点温度越 高，故td又表示水汽含量多少的物理量。一般情况 下，空气未饱和，td低于当时的气温，若达到饱 和，则刚好等于当时的气温。,三、农田的水分平衡,在自然条件下，农田水分收入是降水 （雨、雪、露），主要支出是土壤蒸发和 作物蒸腾，在作物整个生长过程中，使二 者处于动态平衡过程。,第二节 作物体的水分平衡,一、自由能与水势 1、自由能（Free Energy） 在恒温恒压下，体系能做有用功的那部 分能量。 2、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，当加入1mol水所引起的自由能的变化。,由

5、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,水势（m）(Water Potential ) 每偏摩尔体积水的化学势差.,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入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。水分从水势高处流向水势低处。,1mol 蔗糖液水势为-2.69MPa1mol KCl溶液水势为-4.5MPa海水的水势约为-2.5MPa,二、根系吸水,（一）吸水区域 一般认为根尖是吸水的主要区域。在根 尖，位于伸长区后的根毛区表皮细胞凸起， 形成大量根毛，增加了吸收表面积，从而 增加了吸水

6、的能力。,（二）根系对水分的吸收,1、被动吸水（passive absorption of water） 枝叶蒸腾产生蒸腾拉力，引起根部吸 水，所以受植物蒸腾强度的直接影响。 2、主动吸水（active absorption of water） 根系的代谢过程而引起吸水，从而表 明根压的存在。 被动吸水为主要的吸水方式。,3、根压存在的现象,（1）伤流（Bleeding） 把植物从基部切断或植物受到创伤时，就会 从断口或伤口处溢出液体。 若在切口上套一根橡皮管，再与压力计相连 接，就可测定出伤流液从伤口流出的根压大小。,（2）吐水（Guttation） 在土壤水分充足，空气比较潮湿的环境中 生

7、长的植物，其叶片可直接向外溢流水分。,（三）影响条件,1、土壤水分（有效水和无效水） 田间持水量：在自然条件下，土壤中毛管水达 到最大量时的土壤含水量。它作 为有效水量的上限。 萎蔫系数：作物产生永久凋萎时的土壤含水量。 它作为有效水量的下限。 有效水（）=田间持水量（）萎蔫系（）,2、土壤温度,不适宜的低温与高温对根系吸水均产生极为 不利的影响。例如，夏季雷雨转晴后，番茄等植物很容易萎蔫，具原因在于降雨使土温剧降，转晴又使叶温骤升，结果使根系吸水速度显著低于叶片蒸腾速率。中国素有“午不浇园”的经验，正是考虑到高温影响根系吸水。,3、通气状况,若水分过多，则通气不良，CO2浓度累 积造成无氧呼

8、吸，产生酒精，使根系中毒， 吸水能力下降，从而造成涝害。 若水分过少，则通气良好，但水势过低， 根系难于正常吸收水分，导致植物缺水， 影响生长。,4、土壤溶液浓度,一般情况下，土壤溶液浓度较低，水势 较高，根系能够正常吸水。根部细胞水势必 须低于土壤溶液水势，根系才能从土壤中吸 水。所以，生产中施用化肥时要适量，以免 土壤溶液浓度过高，根系吸水困难，发生烧 苗现象。,三、蒸腾作用（Transpiration）,（一）含义 水分以气体状态通过植物体的表面从体 内扩散到大气中的过程。 （二）生理意义 1、植物水分吸收和运输的主要动力； 2、矿质营养吸收和运输的主要动力； 3、能够维持植物的适当体温

9、； 4、有利于光合作用。,（三）指标,1、蒸腾速率（强度） g/（m2.h） 单位叶面积在单位时间内蒸腾散失水分的 数量。 白天较高，一般为15250g/（m2.h） 夜间较低，为120g/（m2.h） 2、蒸腾效率（比率）g/kg 植物每蒸腾1kg水所形成的干物质的克数。 3、蒸腾系数（需水量） g/g 植物每制造1g干物所消耗水的克数。,（三）影响因素,1、内部因子 气孔阻力：气孔的开张和关闭影响气孔阻力 2、外部因子 光照（最主要的外界条件） 温度 CO2浓度 风速,（四）降低蒸腾作用的途径,(1)减少蒸腾面积 苗木移栽时，适当去除部分枝叶，减少蒸腾 面积降低蒸腾失水量，可提高移栽的成活

10、率。 (2)降低蒸腾速率 苗木移栽时，选择合适的时间，避开强光 照、温度高的中午，在午后或阴天进行移栽。也 可采用遮荫、喷水增加空气湿度等办法降低蒸腾,(3)使用抗蒸腾剂,某些能降低植物蒸腾速率而对光合作用和生 长影响不大的物质称为抗蒸腾剂（antitranspirant） 在特别干旱时，可使用一些抗蒸腾剂喷洒于 作物叶面，使气孔开度变小，减少蒸腾。 也可使用一些能够反射阳光的药剂(如高岭 土)，喷于叶面后，可增加叶面对光的反射，降 低叶温，减少蒸腾。,四、SPAC,（一）SPAC系统中水分的运输途径,从土壤经作物到大气的水流，可以当成一个物理的、统一的动态过程，称为SPAC 。,土壤水向根表

11、皮的流动。 水由根表皮至根木质部的流动。 水由根、茎木质部至叶的流动。 水在叶细胞间隙的汽化。 水蒸气通过气孔扩散到近叶面的空气层。 水蒸气运动到外部大气。,（二）土水势、根水势、叶水势相互关系,（三）水流的基本规律,由水势高流向水势低处，与水势成正比， 阻力成反比。 假如水分供应充足，在短时间内复合系 统中的水流可以看作是一个恒定的水流， 即植物的蒸腾、输水、吸水速率相等，在 一定的时间间隔内，通过每一环节的水量 是相等的。,假想通过作物的水分运输途径中的策动力与相对阻力,系统中任何一部分的阻力增大，其水势梯度也必然增大,五、作物体水分平衡的调节,水分进入与水分丧失之间的平衡称为水 分平衡。

12、 该平衡是处于正负值之间的动态平衡中。 调节机构： 气孔 根系,第三节 水的生物学效应,一、作物的需水规律 （一）作物的需水特性 1、蒸腾系数 蒸腾系数越大，作物利用水分的效率越低。 2、不同作物具有不同的需水量,3、生理过程随着蒸腾强弱而变化,4、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,（二）水分临界期,1、对水分最敏感的时期，即由于水分的缺乏或 过多，对产量影响最大的时期，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。 2、品种不同，水分临界期不同,持续的时间越短，适应不良水分条件能力越强。,3、一般说来，植物的水分临界期是花粒母细胞四分体形成期，在这

13、一时期植物体内各种代谢活动旺盛。细胞原生质黏性与弹性均下降，细胞液浓度很低，吸水力也小，抗旱能力最弱。如果这个时期供水不足，则导致生殖器官发育不良。 水分临界期，作物不但对缺水量敏感，而且还由于生长较快，使水分利用率较高。由于水分临界期对作物产量形成影响非常大，所以特别注意保证水分临界期的水分供应。,（三）最大需水量,最大需水期是指植物生活周期中需水最多 的时期。 不同植物最大需水期出现的时期不向。例 如大豆的最大需水量是开花鼓粒期，约占其 一生总需水量的45 50。这一时期是大豆 营养生长与生殖生长同时并进的时期，光合作 用、呼吸作用、蒸腾作用、物质吸收转化与运 输分配均达到高峰，干物质积累

14、迅速增加。这 一时期田间持水量应保持在80左右。,（四）作物对水分适应的生态类型,1、对土壤湿度的要求分类 (1)要求土壤湿度高，消耗水分多； (2)要求土壤湿度较高，但消耗水分很少，并 能忍耐较低的空气湿度； (3)要求土壤湿润，但消耗水分较多； (4)适应于较低的土壤湿度，而且水分消耗也少； (5)生长在水中，消耗水分极多。,2、根据作物对空气湿度的要求分类,（1）适于8595空气相对湿度 （2）适于7585空气相对湿度 （3）适于5575空气相对湿度 （4）适于4555空气相对湿度,二、水的生物学效应,（一）种子发芽期 种子发芽期只发生物质的转变，而不发 生物质的同化。 （二）营养生长期

15、 幼苗期植株叶面积小，需水量较少，但 随着植株的生长，叶面积的增大，干物质 的积累以及各种生理活动的需求，需水量 会逐渐增加。,（三）开花结果期 需求较为严格，水分缺乏时，叶片失水，从吸水 能力小的部位（幼芽、幼根、根毛）吸水，从而引起 落花，落果。,如果水分过多，促使茎叶陡长，而花 果得不到足够的水分也易落花、落果,故生产上 要求“浇荚不浇花”。,每处理10株总花数,土壤湿度的影响,果实膨大期水分不足，果实膨大受阻，品质下降。,三、旱涝对作物生长发育的影响,（一）旱灾 1、类型 土壤干旱、大气干旱和生理干旱 土壤干旱：在长期无雨或少雨的情况下，土壤含水量少，土壤颗粒对水分的吸收力加大，植物根

16、系难以从土壤中吸收到足够的水分来补偿蒸腾的消耗造成植株体内水分收支失去平衡，从而影响生理活动的正常进行，植物生长受抑制，甚至枯死。,大气干旱：空气干燥、大气蒸发力强促使植物蒸腾过快，根系从土壤吸收的水分难以补偿，水分收支失衡而造成的危害。 生理干旱：是由于土壤环境条件不良，使根系的生理活动遇到障碍，导致植物体内水分失去平衡而发生的危害。 例如作物被淹根系缺氧不能正常吸收水分而发生萎蔫；盐碱地常因幼苗根系渗透压低于土境溶液而不能吸收水分。,2、危害 (1)各部位间水分重新分配。 (2)改变各种生理过程。 (3)蛋白质含量减少。 干旱对作物的伤害，一般不会导致植株死 亡，但是在高温和迅速干旱时，可

17、能对作物 产生直接伤害导致作物死亡。,（二）涝害,1、类型 洪涝 由于暴雨、长期持续阴雨或冰雪大量融化， 引起山洪爆发、江河泛滥、淹没农田。 渍害(湿害) 由于长期阴雨，或因地势低洼排水不畅，使 土壤长期处于水分过饱和状态，土壤透气性不 良，温度过低，作物根系缺氧受到伤害，造成作 物生长发育受阻或死亡的现象。,2、危害 水分过多，土壤缺氧，使植物根系的有氧代谢受阻，形成还原性有毒物质，最终引起植物受害； CO2积累，抑制好氧性细菌的活性，促进嫌气性细菌的存活，造成有机质不能彻底分解，产生甲酸、乙酸、硫化氢等有毒物质，抑制根系呼吸代谢，最后导致死亡。 养分失效或流失。,第四节 设施园艺的湿度条件

18、及其调节,一、空气湿度条件 温室内相对封闭的环境，室内湿度通常比室外高得多，一般在70以上，夜间可达100 。,变化特点：绝对湿度白昼高，夜间低，而相对湿度恰好相反； 变化幅度大； 设施结构不同，空气湿度状况也不同。,二、土壤的湿度条件,主要决定于作物的蒸腾和土壤直接蒸发， 其次随着太阳辐射能的增加而呈直线关系。 作物蒸腾和土壤蒸发的水分，在塑料薄膜 内里面凝结成水滴，不断地顺着薄膜流向棚的 两侧，使棚内两侧的土壤较中部的土壤湿润。,三、湿度的调节与控制,（一）除湿 1、危害 湿度过大，会 增加病毒胞子的 产生。多数作物 生长的适宜湿度 为6090 。,2、方法 （1）被动除湿 覆盖地膜,适当

19、抑制灌水量 室内土壤表面覆盖地膜或减少灌溉用水量，均可减少地面潮湿的程度，减少地面的水份蒸发。近年推广采用的膜下滴灌或地下渗管等节水灌溉技术，可使地面蒸发降低到最小限度，室内可控制相对湿度在85%以下。,覆盖地膜后，能抑制土壤表面蒸发，可有效地降低设施内湿度。,使用透湿性、吸湿性良好的保温幕材料防止在保温幕内面结露致使作物沾湿，或使覆盖材料内面的露水排出室外，降低设施内绝对湿度。 在温室覆盖材料内侧的结露和随之产生的水滴下 落，将沾湿室内的植物和地面，造成室内异常潮湿的状 况，增加室内的水份蒸发量。为避免结露的产生，应采 用防流滴功能的覆盖材料或在覆盖材料内侧定期喷涂防 滴剂，同时在构造上，需保证覆盖材料内侧的凝结水能 够有序流下和集中。 内保温幕采用透气吸湿性材料，可使幕下的水汽 向幕上扩散，避免产生保温幕内侧结露和水滴下落到植 物茎叶上面的情况。,（2）主动除湿,通风换气,加温初湿 使用除湿机,其他降湿的技术与设备 采用机械制冷的方法，降低空气