作物生长（通用12篇）
作物生长 篇1
摘要：针对藤蔓类植物在农业生产中的特殊地位,以葫芦为例进行实验,结合椭球模型与Bezier曲线技术,实现了葫芦各器官的几何建模及其植株动态生长的可视化模拟。依据葫芦各器官的主要形态特征,设计控制器官的几何参数并对其进行建模,通过调用已有模板实现了葫芦主要器官和葫芦植株三维形态结构的交互式设计。实验结果表明,该方法可以较好地模拟葫芦各器官形态及其植株三维动态生长过程,从而可为模拟其它藤蔓类农作物的生长提供较为实用的方法。
关键词：藤蔓类农作物,虚拟植物,几何建模,生长可视化
0引言
随着植物科学和计算机图形学的迅速发展,人们对于虚拟植物的计算机可视化研究也日益深入。虚拟植物是在三维空间内对植物结构及个体生长的计算机模拟,该研究在农林业、景观设计或园林设计、虚拟现实、计算机动画、计算机教学等领域应用广泛[1]。在影视制作、景观设计或园林设计等领 域,其所模拟 的植物着 重于形态 的相像,而不考虑植物的生态和生理意义;在农林业、计算机教学等众多领域,其所模拟的植物更注重于植物的生态和生理意义,追求所模拟植物与现实植物在生态和生理上的相似度。人们对于植物的虚拟研究已有几十年的历史,但早期研究主要是关注植物的整体形态和拓扑结构,且其研究的主要对象为树木类植物[2,3,4,5]。近年来,面向农业领域应用的虚拟植物研究是当今国内外农业科技发展的研究热点,它以三维可视的方 式重构农 作物的三 维形态和 生长过程,在分析作物的株型特征、揭示产量形成规律、优化栽培管理等方面具有重要作用。Fournier等[6]提出了基 于L-system的玉米生长过程可视化模拟,赵春江等[7]对西瓜生长进行了可视化模拟,陆声链等[8]开发了一套关于模拟农作物生长的三维场景整合平台,雷蕾等[9]对黄瓜的生长进行了可视化模拟。葫芦在中国属于播种面积较大的藤蔓类农作物,在现有农作物可视化研究中,尚无其可视化研究。本文基于葫芦的生态和生理意义,对其主要器官进行几何建模,并模拟其动态生长过程。通过对葫芦生长进行可视化模拟,可为模拟其它藤蔓类农作物的生长过程提供有效方法。
1葫芦主要器官建模
由葫芦植株的形态特征可知,葫芦茎、叶、花、果实的形态具有较大差异,需要用不同的数学方法进行建模。
1.1葫芦茎和叶柄的几何建模
茎是葫芦植株整体结构的骨架,茎上着生了叶、花和果实等器官。茎由节间组成,因此对葫芦的茎进行几何建模时可以节间为单位,将多个节间拼接起来便形成葫芦的茎。
对于节间的建模,本文采用Bezier曲线技术,确定一条Bezier曲线作为节间的轴线,对于给定空间n+1个点位置矢量Pi,其Bezier曲线上各点坐标的差值如式(1):
其中,Pi是构成该曲线的特征矩阵,Bi,n(t)是Bernstein基函数,也是曲线上各点位置矢量的调和函数,Bernstein基函数如式(2):
通过差值公式和Bernstein基函数计算出节间轴线的曲线方程,取n为3,即设置4个控制点,则可得葫芦节间轴线方程,如式(3):
使t从0变到1得到轴线上的n个点,对应点的切线方程为式(4):
为计算方便,所选4个控制点的z坐标都设置为0,图1(a)为用4个控制点所得出的节间轴线轮廓线。如图1 (b)所示,设切线与x轴的夹角 为α ,α 可通过切 线方程 (4)求出,设β为r绕xoy平面逆时针旋转的角度,根据这些已知条件可以得到过该点的轮廓线上任意一点的三维坐标,三维点的坐标计算如式(5),计算出的节间三维轮廓点如图1(c)所示。
式(5)中,x0、y0和z0为轴线上点的三维坐标值。而对于r,则可先给出一个最大半径,其它轴线位置的r则可通过设置一个由3个点控制的二次分段函数得出,造型示例如图1(d)。
叶柄、果柄和卷须的几何特征与节间类似,均可采用以上的方法生成,图1(e)给出了利用此方法所生成的不同形状的几何器官造型。
1.2葫芦果实几何建模
葫芦的果实形态分为多种,本文将其主要分为两种, 即双球型(见图2(a))和非双球型(见图2(b))。
1.2.1双球型葫芦果实建模
对于双球型葫芦果实建模,可将果实的上下两部分球型看作两个椭球,因此葫芦果实模型可通过两个椭球来模拟,而顶部和底部的细节部分特征则可通过处理特殊点来模拟。椭球三维点的坐标计算如式(6):
其中,rx、ry、rz分别为x、y、z轴方向上的半径,φ和 φ分别为rz绕yoz平面顺时针旋转的角度和rx绕xoz平面逆时针旋转的角度,如图3(a)所示。
如图3(b)所示,双球型葫芦果实建模可分为如下步骤:1对于第一个椭圆,先将其顶部的1/6部分用另一个椭球的rx、ry、rz来控制其形状,以显示果实顶部的凸出部分,然后将其底部的1/6部分去除,以便衔接第二个椭球。由于果实凸出部分与果柄连接处比较平滑,因此可以选取凸出部分顶部的一些点进行平滑处理,即将点的z坐标减去一个可变变量;2对于第二个椭球,将其顶部的1/ 6部分去除,以便与第一个椭球进行连接。为保持两个椭球的中心点在同一条线上,第一个椭球是以三维坐标原点为中心进行模拟,而第二个椭球则是将其中心沿z轴往下移动一段距离,所移动的距离可设置一个变量进行控制, 此变量必须保证两个椭球不会有重叠部分;3对于第二个椭球,其底部的平滑处理与第一个椭球顶部的平滑处理类似,先选取其底部的一些点,然后将这些点的z坐标加上一个可变变量。
图3(c)为采用上述方法模拟出的模型实例。
1.2.2非双球型葫芦果实建模
对于非双球型葫芦模型,可通过节间建模方法与椭球相结合、单椭球以及类节间的建模方法来模拟。
(1)节间建模方法与椭球相结合的建模方法。如图4 (a)所示,节间建模方法与椭球相结合的葫芦果实建模方法是先将葫芦果实分为椭球部分和非椭球部分,然后对这两部分分别进行建模。对于非椭球部分采用类似于节间的建模方法,只要选好控制点和各段的半径即可;对于椭球部分则可依据实物形态将其顶部去除一部分,以便非椭球部分与椭球部分的中间衔接部分可以很好地吻合,本文是统一去除顶部的1/6,图4(b)为采用此方法所模拟出来的两种非双球型葫芦果实模型。
(2)单椭球的建模方法。如图5(a)所示,此类型的葫芦可通过单椭球来模拟,从而增强模型形态的相似度。单椭球的建模方法是将一个椭球用两个椭球的半径参数去控制,半径参数即上 文提到的rx、ry、rz。建模示意 图如图5(b)所示,先将一个椭球分为上下两部分,上部分椭球为原椭球的1/6,下部分椭球则为原椭球的5/6。上部分椭球的半径参数与下部分椭球的半径参数应分开处理,对于顶部和底部的平滑性处理方法与双球型建模方法中提到的平滑性处理方法相同。图5(c)为采用此方法模拟出的几个模型示例。
(3)类节间的建模方法。类节间的非双球型葫芦果实建模其实就是利用节间的建模方法来对长条型葫芦(见图6(a))进行建模,图6(b)为采用此方法模拟的长条型葫芦模型。
1.3花朵几何建模
葫芦花朵由花梗、花萼、花瓣和花蕾组成,雌花含有一个可以发育成果实的子房。对于葫芦花瓣,可根据实物的脉序和边缘特征用Bezier曲线分别表示花瓣的主脉和两条边缘线,两条边缘线的首尾都要与主脉的首尾重合,这样两条边 缘线和主 脉就够成 了花瓣的 主要框架,如图7 (a)所示,图7(b)为渲染后的结果。
将生成好的一片花瓣 按不同角 度进行旋 转,则可得到星型的花朵早型,花梗则可采用生成节间的方法生成。 花萼的建模方法与花瓣的建 模方法相 似,而整个花 蕾则是用圆半球的1/4按不同的角度进行旋转而得到。图8为采用上述方法得 到的一些 经过渲染 的几何造 型示意图,其中图8(a)为花萼,图8(b)为未开放的花朵,图8(c) 为开放的花朵。对于葫芦 雄花,只需在建 模时不添 加花蕾即可。
1.4叶片几何建模
对于葫芦叶片建模,本文采用纹理映射和几何投影技术。首先选定一些控制点生成一个Bezier曲面轮廓图(见图9(a)),然后将轮廓点连接成三角曲面(见图9(b)),最后将二维白色背景的葫芦叶片图投影到Bezier曲面上,从而使叶片具有三维立体感。在OpenGL中可通过使用函数glAlphaFunc()来去除投影后的白色背景部分,最后得到的三维叶片如图9(c)所示,图9(c)从左至右依次为葫芦嫩叶、葫芦成熟叶片以及葫芦老叶。
2植株可视化
结合器官造型,本文开发了一个具交互性的葫芦植株形态结构设计界面。为了在同一植株上生成具有不同形态特征的器官造型,在设计植株和模拟植株生长过程中, 调用事先定义好的模板来表示特定时期器官的形态。葫芦节间、叶柄、叶片和果实形态的模拟可利用调整器官的几何控制参数来实现,通过改变控制参数来实现器官生长的形态模拟。对于节间和叶柄形态变化模拟主要是在初始的基础上增加直径和长度。图10(a)是事先定义好的带花朵的幼果,图10(b)是事先定义好的几个时期带柄的叶片,图10(c)是某个生长时期的葫芦植株形态。
3植株动态生长模拟
本文通过葫芦植株自身的生长规律来模拟植株的动态生长过程。葫芦植株生长的形态变化主要表现为拓扑结构的演变和各器官的形态变化,首先通过观察实物,结合已有葫芦植株生长知识,获取葫芦植株的拓扑结构发展规律;然后依据葫芦生育或生理年龄,确定特定生理年龄的拓扑结构和各器官的主控参数,再结合已经定义好的模板便可实现植株动态生长的可视化模拟。图11为在计算机上模拟出的葫芦植株生长过程图,其中图11(a)和图11 (b)为幼苗期;图11(c)和图11(d)为初花期;图11(e)为结果期。
4结语
本文对于葫芦果实的建模主要是依据Bezier曲线和椭球理论,而对于葫芦的茎、果柄、叶柄等则是基于Bezier曲线的方法进行建模。基于上述建模方法,实现了真实感较强的葫芦各器官模拟,并较好地实现了葫芦植株的动态生长过程。由于葫芦各器官表面特征丰富,并且这些表面特征会随着葫芦的不断生长而发生变化,因此本文并未考虑各器官的细节部分。若要准确地描述葫芦植株生长过程中的所有特性,则需要更进一步研究其各器官的生长过程及其建模方法。
作物生长 篇2
(总结)主要农作物生长习性
一、粮食作物 1.水稻
①生长习性：水稻喜温、喜湿、地势低平。
②农业区位的选择：高温多雨、雨热同期的平原地区；在我国的集中分布于东部季风区、秦岭——淮河以南(35ºN)。
③主要分布区：“亚洲的粮食”——水稻；水稻播种面积最大的国家——印度：最大生产国——中国；最大出口国——泰国。主要分布于东亚、东南亚和南亚的季风区，东南亚的热带雨林区，以及埃及、尼日利亚、西班牙、意大利、美国、古巴、委内瑞拉、巴西。由热量条件可分为：单季稻、双季稻、三季稻。我国秦岭以北地区以单季稻为主，以南以双季稻为主。长江中下游平原、四川盆地等地是我国主要的水稻产区。结合各地水稻种植制度确定种植与收获季节。如东北地区，一年一熟，则是春种秋收；长江中下游地区一年两熟，有的田地是种双季稻（即一块地中一年种两次水稻），双季稻中，早稻是春种夏收（一般是5.1前插完秧苗，8.1前抢收早稻，抢插晚稻，故将7月下旬至8月上旬这段时间称为双抢），晚稻是夏种秋收（11月初收完）。还有一种是稻麦连种，即当地的冬小麦收获后再种水稻，则这种水稻是夏种秋收（它收获不久再种小麦或油菜）。一般考试只考双季稻。在南方有些地区（如海南）可种三季水稻。2.小麦（冬小麦和春小麦）
①生长习性：水热要求不高：耐寒、耐旱、适应性强
②农业区位的选择：温带大陆性气候，我国冬小麦和春小麦的分界线为古长城(或3500℃积温线)③主要分布区：播种面积和产量最大的粮食作物；小麦最大生产国——中国；最大出口国——美国。春小麦一般春播秋收，生长期为80天——120天，多分布在纬度较高或海拔较高、热量较差的地区。主要分布与中温带的东北平原、河套平原、宁夏平原、新疆和青藏高原等地。冬小麦一般秋播夏收，生长期较长，南方为120天左右，北方为270天，西南地势较高地区一般为330天以上。冬小麦主要分布在华北及其以南的地区。目前，我国专用小麦优势区域重点：黄淮海优质小麦带、长江下游优质麦带、大兴安岭沿麓优质小麦带。3.玉米
①生长习性：玉米是喜温作物，品种有早熟、中熟、晚熟三类，生长期较长（80--140天）②农业区位的选择：夏季高温多雨、生长季较长的地区
③主要分布区：单产最高--玉米；玉米最大的生产国和出口国--美国；我国的主产地在吉林省。在我国分布较广，主要分布为北方的春播玉米、黄淮海平原的夏播玉米和南方山地丘陵的玉米。其中黄淮海平原夏播玉米是中国主要玉米区。目前，我国专用玉米优势区域重点：东北--内蒙古专用玉米优势区和黄淮海专用玉米优势区。
二、油料作物 1.油菜
①生长习性：性喜温，种子含油量为33--50%。②农业区位的选择：土壤肥沃的平原地区
③主要分布区：油菜是我国最重要的油料作物，主要分布在长江流域，近年来有北移南迁趋势，扩大到黄淮海平原、辽宁以及华南地区；四川产量全国第一。我国长江流域是世界最大的冬油菜集中区。油菜种植和收获季节大致与冬小麦一致。（长江中下游地区有一农谚：“寒露籽，霜降麦”，说的是当地一般在寒露时种油菜，霜降时种小麦。它们一般在端午前后 1（人教版）高中地理必修二 教 案 主讲人：周义辉*** 收获，北方地区收获季节要晚些。故称夏收作物）2.大豆
①生长习性：为中温作物，春种秋收
②农业区位的选择：要求积温在2000～3000℃，需水较多，对土壤要求不严
③主要分布区：原产于我国，各地均有栽培，主产区在东北平原，以黑龙江为最多。3.花生
①生长习性：喜温干燥、砂质土壤，春种秋收
②农业区位的选择：要求积温在3000℃以上，不耐霜
③主要分布区：主要分布在暖温带、亚热带、热带的沙土和丘陵地区（山东丘陵和辽东丘陵）；山东产量最多，产量占全国1/3以上 4.芝麻
①生长习性：喜温耐旱
②农业区位的选择：要求积温在3000℃以上，不耐霜，不耐涝
③主要分布区：原产于非洲。我国各地均有栽培，以暖温带、亚热带种植最多，主要分布在河南 5.油棕
①生长习性：喜高温多雨、充足阳光和湿润肥厚的沙壤土 ②农业区位的选择：
③主要分布区：原产于非洲。广泛分布于西非几内亚湿热森林地带，现马来西亚为最大产地
三、糖料作物 1.甜菜
①生长习性：喜温凉，耐寒耐旱耐盐碱，生长期短 ②农业区位的选择：气候温凉的中温带地区
③主要分布区：亚欧大陆、北美的中温带地区，我国分布在北纬40度以北，包括华北、东北、西北地区。其中以中温带为主的东北地区种植最多，占全国的总面积的65%。2.甘蔗
①生长习性：喜温、喜肥、生长期长。
②农业区位的选择：气候湿润的亚热带丘陵地区(一般分布在长江以南，但成都平原例外)③主要分布区：拉丁美洲、巴西、古巴、亚洲。甘蔗是我国制糖的主要原料，在食糖中蔗糖占90%。我国主要分布在热带、亚热带地区，包括台湾、广西、广东、云南、福建和海南等 11个省、自治区。但是我国甘蔗单产低、含糖率低，大力提高单产和含糖率是今后的发展方向。目前，我国的甘蔗优势区域重点是：桂中南、滇西南、粤西。
四、纤维 1.棉花
①生长习性：喜湿、喜光，生长期长（150--200天）。春种秋收。②农业区位的选择：光热充足，土质疏松，有灌溉水源
③主要分布区：美国中央大平原、埃及、中亚、印度；我国多分布于暖温带的黄淮海平原和南疆盆地。目前我国棉花优势区域重点：黄河流域棉花区、长江流域棉区、西北内陆棉区。2.黄麻
①生长习性：喜高温湿润气候和肥沃的沙质土壤 ②农业区位的选择：全年降水量在1000毫米以上
③主要分布区：原产于东南亚，现主要产在南亚地区。孟加拉国黄麻的产量居世界第一，其 2（人教版）高中地理必修二 教 案 主讲人：周义辉*** 次是印度。黄麻在我国南方种植很广，浙江省最多 3.亚麻
①生长习性：喜凉爽湿润气候和肥沃土壤 ②农业区位的选择：长日照作物
③主要分布区：温带地区的中国、俄罗斯等 4.剑麻
①生长习性：喜高温耐旱
②农业区位的选择：高温湿润的热带地区
③主要分布区：原产于墨西哥，从西沙尔港出口，因而也叫“西沙尔麻”。现坦桑尼亚和巴西占世界总产量的绝大部分 5.橡胶
①生长习性：喜高温多雨 ②农业区位的选择：
③主要分布区：东南亚和南亚地区
五、饮料 1.茶叶
①生长习性：喜高温多雨、怕涝 ②农业区位的选择：红壤等酸性土壤
③主要分布区：亚洲的印度、中国、斯里兰卡 2.咖啡
①生长习性：喜高温多雨
②农业区位的选择：高温多雨、无霜害、年均温在20～22℃左右，年降水量在1000～1800毫米，荫蔽较好，湿度较大的山地生长
③主要分布区：咖啡原产于非洲的埃塞俄比亚，现主要分布于拉丁美洲的巴西等 3.可可
①生长习性：较高的温度、湿度和雨量分配均匀
②农业区位的选择：要有较高的树木在它上层作荫蔽保护，本身抗风力弱。所以在热带雨林带海拔较低处，可可树生长茂密
③主要分布区：可可树原产于南美洲亚马孙流域，现以非洲为主，拉丁美洲亦生产
六、水果 1.苹果
①生长习性：喜光、较耐寒
②农业区位的选择：湿润、半湿润的暖温带地区
③主要分布区：辽宁、山东、河北、陕西、甘肃出产最多 2.柑橘
①生长习性：喜温润，怕寒冷
②农业区位的选择：气候湿润的亚热带丘陵地区(一般分布在长江以南，但成都平原例外)③主要分布区：原产于我国，北起秦岭南麓，南到雷州半岛，西起藏南察隅，东到台湾岛都有出产
3（人教版）高中地理必修二 教 案 主讲人：周义辉***
主要农作物的种植时间和收获时间
冬小麦：
9、10月份播种，次年4、5月份收割（主要在长城以南）春小麦：春节后播种，8、9月份收获（主要在长城以北）棉花：4——9月
油菜：12——次年5月 花生：4——10月 甜菜：5——9月
水稻：东北：
5、6——10月（单季）
南方：4——7月，7——
10、11月（双季）
我国小麦分布
华北冬麦区:是我国主要的冬麦区，播种面积占我国的47％，总产占我国的53％。一般年份冬麦可安全越冬，大于0℃积温4100℃。可供小麦、早中熟玉米的两熟。水是决定播种面积的限制因子。黄河以北地区多种在灌溉地上，黄淮平原是旱地麦适宜区，生产潜力大。
长江中下游冬麦区:种植面积占12.3％，总产占45％。3－5月江淮平原光温水较协调。3－5月降水量大于450mm的地区属不适宜种麦区。该区小麦商品率较高。
东北春麦区：黑龙江、吉林温度低，春麦适宜。
西北春冬麦区：灌区和黄土高原区。除南疆外主要是春小麦，南疆冬小麦，适应好，生产力高，品质优。
西南麦区：四川盆地、云贵高原。四川冬暖，温水适宜，但光照少，病虫严重。高原光照强，灌溉成熟期温度低，利于高产。
谈谈土壤环境与作物生长的关系 篇3
关键词：土壤；环境；作物生长；关系
中图分类号：S154.4文献标识码：A文章编号：1674-0432（2012）-09-0108-1
1 土壤水分
1.1 土壤水分类型
土壤水分常以三种形式存在于土壤中。束缚水：紧紧吸附在土粒表面，不能流动，也很难为作物根系吸收的水分叫束缚水。土粒越细，吸附在土粒表面的束缚水越多；毛管水：土粒之间小于0.1毫米的小孔隙叫毛细管，毛细管中的水可以在土壤中上下、左右移动，是供作物吸收利用的主要有效水。因此，毛管水对作物生长发育最为重要；重力水；是土粒之间大于0.1毫米的大孔隙中的水分。由于受重力作用只能向下流动，所以叫重力水。在水稻田中，重力水是有效的水分。在旱田中，重力水只能短期被植物利用，如较长期地充满着重力水（即地里积水），则土壤空气缺乏，对作物生长非常不利。
1.2 土壤水分的有效性
土壤水分并不能全部被作物吸收利用，束缚水和重力水都是不能被作物利用的无效水，只有毛管水是能被作物利用的有效水。当土壤中只存在着束缚水时，因作物不能利用，而表现出萎蔫，这时的土壤含水量叫萎蔫系数。随着土壤水分的增加毛细管中开始充水，当土壤中毛细管全部充满水时的含水量，叫田间持水量。土壤有效水的数量是田间持水量减去萎蔫系数的数值。土壤有效水含量的多少，主要受土壤质地、结构、有机质含量的影响。砂土和粘土有效水都低于壤土。具有团粒结构的土壤毛细孔隙增加，有效水含量高。
2 土壤养分
2.1 土壤养分的有效性
根据作物吸收土壤的难易，可把土壤养分分为两类。一类是速效态养分又叫有养分，另一类是迟效态养分又叫潜在养分。速效态养分以离子、分子状态存在于土壤溶液中和土壤胶粒表面上，能够直接被作物吸收利用。迟效态养分存在于土壤矿物质和有机质中，难溶于水而不能被作物直接吸收利用，需经化学作用和微生物作用，分解成可溶性的速效养分才能被作物吸收。理想的土壤，不但要求养分种类齐全，含量高，而且要求速效和迟效各占一定比例，使养分能均衡持久地供给作物利用。
2.2 土壤中氮的转化
各类土壤中一般全氮含量约为0.05%～0.2%。其中绝大多数为迟效的有机态氮，而速效无机态氮只占全氮含量的1%～3%。有机态氮主要存在于蛋白质和腐殖质等有机化合物中，它们在微生物的作用下，经水解和氨化作用形成铵态氮，可直接被作物吸收利用。在通气良好的条件下，铵态氮经过细菌的硝化作用，氧化成硝态氮，供植物吸收利用。但硝态氮不能被土壤胶体吸附保存，因而容易随水流失。当土壤通气不良时，又可经反硝化作用变成氮气挥发，造成氮素损失。因此，氮素化肥应深施，以防止铵态氮向硝态氮转化再还原成氮气面挥发损失。旱田作物注意中耕松土，能防止硝态氮因缺氧而还原成氮气挥发。
2.3 土壤中磷的转化
土壤中的磷大多数是迟效性磷，速效的磷很少。迟效的磷素化合物要在适宜条件下，经过磷细菌的作用转化成水溶性或弱酸性的速效磷，这个过程称为磷的释放。反过来，土壤中水溶性或弱酸性的速效磷又可转化为难溶性迟效磷，这个过程为磷的固定。土壤中磷的固定过程使速效磷减少，释放过程使速效性磷增多。磷素的释放与固定，难溶与易溶，迟效与速效在一定条件下都可互相转化。在农业生产中应采取有效措施，如增施有机肥，磷肥与有机肥混合施用，磷肥与生理酸性化肥混施、集中施，可减少固定，提高磷的有效率。
2.4 土壤中钾的转化
土壤中钾素含量虽不少，但大部分是迟效的矿物态钾，有效钾的含量很少。迟效性钾不溶于水，不能被作物直接吸收。通过有机酸及钾细菌的作用，可以转化成速效性钾，供植物吸收。土壤中施用钾细菌肥料、酸性肥料和有机肥料，都能提高钾的有效率。
3 土壤空气
土壤空气存在于土壤孔隙中。由于作物根系、土壤微生物和其他动物不断的进行呼吸，吸收氧气吐出二氧化碳和水汽，同时土壤空气流通比地表的大气流通缓慢，因而与大气成分比较，土壤空气中氧气少，二氧化碳和水气多。土壤空气能供作物根系和好气微生物呼吸所需要的氧气。在通气良好的土壤环境中，作物根系发达，吸收水分和养分的能力增强，好气微生物活动旺盛，有机质分解快，土壤中有效养分增加；相反，在土壤通气不良，氧气不足时，就会影响作物根系生长和微生物活动，同时还会增加土壤有毒物质（一氧化碳、硫化氢等）的积累，引起黑根、烂根、死根，影响作物产量。土壤水分和土壤空气都占据土壤孔隙，水多气就少，水少气就多，所以可以通过控制土壤水分来改变土壤通气性。在农业生产上，水稻实行浅灌、湿润、间歇灌水的方法，旱田利用中耕松土等手段，都是加强土壤通气性的措施。
4 土壤温度
土壤温度是指封的冷热程度，它与作物生长发育的关系极为密切。各种作物发芽和根系生长都有一个适宜的土温范围，高于或低于这个范围，作物就不能正常生长，甚至会造成死亡。土壤温度还影响土壤微生物的活动和有机质的分解与转化，影响土壤中各种化学反应的速度和土壤水分的运行。决定土壤温度的主要因素是太阳辐射。太陽辐射强的地区，土壤接受的热量多，土温高。一般说，高纬度地区土温低于低纬度地区，冬季土温低于夏季土温，地势高的土温低于平原区的土温，北坡低于南坡土温。此外，土壤质地、土壤含水量和土壤腐殖质含量等因素也影响土壤温度。
作物生长 篇4
钙一般称做中量元素, 是植物细胞质膜的重要组成成分, 有防止细胞液外渗的作用, 也是构成细胞壁的主要物质;影响细胞的分裂和新细胞的形成;是某些酶, 如淀粉酶的活化剂。钙还具有中和酸性和解毒的作用。
2 镁
同钙、硫一样同属于中量元素。镁是叶绿素的组成成分, 缺镁时作物合成叶绿素受阻;镁是糖代谢过程中许多酶的活化剂;镁促进磷酸盐在植物体的运转;镁参与脂肪代谢和促进维生素A和维生素C的合成。
3 硫
植物体内至少有3种氨基酸中含有硫, 硫是蛋白质的组成成分, 缺硫时蛋白质形成受阻碍;硫是一些酶的组成成分, 如脂肪酶、脲酶中都含有硫;硫能提高豆科作物的固氮效率;硫参与植物体内的氧化还原过程, 对叶绿素的形成也有一定的影响。
作物生长 篇5
[2009-06-30] ·作者：农技站童刚 ·来源：
人们通常所说的洪涝灾害，实际上是两个不同的概念，洪涝是巨大水体对受灾体的冲击或淹没，由暴雨形成的山洪和低洼地的积涝通常难以阻止，通过筑堤建坝、分流泄洪，可以限制和减轻洪涝灾害。对人畜、房屋、农田等受灾体可以采取防避或加固措施来减轻损失，也具有一定的可管性。洪灾，即洪涝灾害或洪水灾害的简称。洪涝或洪水是自然界的一种正常现象，洪灾是洪水给人类的生存和社会发展带来不利后果的一种现象。与其他自然灾害（如干旱、地震、火山爆发等）一样，洪灾的发生与否通常总是以人员伤亡或社会财产损失为标志。人类最初是回避洪水，择高而居，洪水淹没的是荒芜的河滩地或没有人烟的洪泛区，不能认为洪水成灾。只是随着生产力的发展，洪泛区被人类侵占、垦殖，洪水才侵犯人类的利益，从而出现洪灾。从这个意义上讲，洪灾是人类试图生活在洪泛区的结果。因此，洪水灾害本质上是人类与自然关系不协调的一种反映，体现了自然界对人类行为的制约。
总之，洪水与洪灾是两个不可以混淆的概念。洪水作为一种自然水文现象，其产生的后果有有利的与不利的两方面；洪灾则专指洪水的不利后果。洪灾既具有自然属性，又具有社会属性。尽管洪水是造成洪灾的最直接原因，但在洪灾形成过程中人为因素也具有重要作用。目前，由于防洪工程的建设，发生洪水并不意味发生洪灾，特别是中小洪水一般都能得到有效控制，不致造成危害。
洪涝灾害包括洪水和雨涝两大类型。洪水是指气候季节性变化引起的特大地表径流不能被河道容纳而泛滥，或因山洪暴发而使江河水位陡涨，导致河堤决口、水库溃坝、道路和桥梁被毁、城镇和农田淹没的现象。雨涝指长期大雨或暴雨造成洼地积水不能及时排除，从而因渍生灾的现象。海面突然上升，使海水登陆而泛滥也可以造
成洪涝灾害。由于洪水和雨涝往往同时发生，有
时很难区别，所以通常称做洪涝灾害。
暴雨洪水暴雨洪水是最常见、威胁最大的洪水。它是由较大强度的降雨形成的，简称雨洪。时间主要集中在雨季，北半球主要集中在夏季。雨洪主要威胁江、河、湖、库。河流洪水的主要特点是峰高强度大，持续时间长，面积分散，灾害波及范围广。
涝害对各种作物的影响不同：下面就当前的大春粮食作物遭受洪涝的影响和应采取的预防措施作一介绍：
玉米生长盛期正是雨季，在低洼地种植易涝，导致大片玉米绝收。玉米受涝后下部叶片先枯黄，中上部叶色变浅，生育期推迟，不能正常成熟。总的看，玉米尚属抗涝能力中上等的作物。玉米在土壤通气不良情况下，根系变得短而粗，并产生疏松的气腔组织，还刺激了次生根早发多发。受涝时玉米的根系还会弯曲向上，在地面上可发现许多细小白根，有利于吸收空气。缺氧时玉米进行无氧呼吸也延续了其生命。这些都构成了玉米一定的抗涝机制。1.生长减慢，植株较弱：根系吸收水分和养分需要能量，土壤水分过多使根系周围缺氧，只能进行无氧呼吸，能量转换效率降低，不能提供足够的能量供给根系吸收水肥的需要。因此，玉米受涝时根系吸收的水分很少，在晴天中午前后，叶片发生萎蔫，光合作用减弱，制造的有机物质减少。另一方面，根系吸收的营养物质也因能量供应不足而大大减少。这就使玉米的生长缺少必要的物质基础，表现为生长缓慢，植株软弱。2.叶片发黄，茎秆变红：玉米的氮素营养主要来源于溶解在水中的硝态氮和铵态氮及有机质中的有机氮。当受涝时，前者一部分被流失，另一部分会经反硝化作用而还原为气态氮而跑到大气中去。另一方面，由于缺乏氧气，土壤中好气性微生物无法分解有机物质，所以有机质中的氮素也就不能转化为根系可吸收的速 1
效氮。由于这两方面的原因，受涝地块土壤中速
孕穗期受淹：孕穗期间，特别是花粉母细胞效氮含量很低，玉米由于吸收不到足够的氮素，减数分裂时期，是水稻一生中对外界环境抵抗能叶片变黄。为了增强对这种不利环境的抵抗能力最弱的时期，对外界不良条件反应极为敏感，力，茎秆中的叶绿素转变成花青素，呈现紫红色。3.根系发黑、腐烂：在受涝土壤中，由于缺乏氧气，嫌气性微生物活动加强，有机质发酵分解，大量积累二氧化碳，会使根系细胞受害。同时土壤氧化还原电势下降，有害的还原物质硫化氢、氧化亚铁等大量出现，都会使根系受害。受害比较轻的表现为部分根系变黑，重的全部变黑、霉烂，以至整个植株死亡。涝害常与寡照同时发生，低温、寡照与涝害相结合，对玉米危害比较重，并且常常诱发病害蔓延，使玉米减产。农田积水，但天气晴朗，太阳辐射强烈，温度剧烈上升时，蒸腾加强，叶片很快发生萎蔫；土壤中嫌气性微生物活动加剧，根系受害加重，所以高温强光的涝害对玉米的危害比较严重。
总之是玉米根系在缺氧环境生长下受抑制比地上部分大，淹水越久，受害越重。这是因为呼吸和好气性微生物的活动受抑制及土壤养分淋失，对养分的吸收减少了。氮素流失导致叶绿素含量下降，光合能力减弱。长期积水通气不良，还造成土壤的嫌气性微生物活动占优势，产生有毒还原性物质，使根系发黑。涝害往往伴随光照不足，温度偏低，日较差小及杂草丛生和病害蔓延等。
水稻有部分处于拔节期，有部分处于孕穗期，其受害症状是
拔节期受淹：受涝时正在拔节的节间，随着淹水天数和淹水深度的增加，节间延长程度愈大。但在水退后，植株节间以上的各节长度，淹水的反而比未淹水的要短。因此，全株高度也随着淹水愈久而愈短。在严重受淹情况下，由于植株体内养分消耗殆尽，在退水后，造成茎杆细弱，出现植株弯曲、折断以及倒伏后重新翘竖、挠折等畸形现象，这种弯曲茎也因淹水愈久而愈多。
此时受淹，会出现烂穗、畸形穗等现象。同时未
死亡的幼穗颖花和枝梗退化严重，抽穗后白稃多，甚至会出现畸形穗(没有小穗，只有穗轴)。且抽穗和成熟期推迟5～15天，每穗粒数减少，瘪谷增多。由于主茎幼穗伤亡，顶端生长受阻，使稻株地上部茎节的潜伏芽萌发成分枝，这种高节位分枝，一般在水退后2～3天内就会出现。这些分枝如后期温度高，也能抽穗结实，但由于主茎受涝衰败，养分供应不足，故每穗粒数减少，结实率很低，最后导致严重减产。
甘薯涝害：甘薯很不耐涝，田间积水使薯块腐烂，短时积水的虽未腐烂，蒸煮时也会出现硬心，品质较差，生活力也下降，不耐贮藏。因此，北方甘薯一般应起垄栽培，南方一般在丘陵栽培。受涝后要尽快排除积水。连阴雨茎叶有徒长趋势时要加以控制，蔓长30～40cm时可打顶尖，还可喷施矮壮素、多效唑、缩节安等生长调节剂。针对上述情况，应采取以下防治对策：
1、通过水利和水土保持工程减少涝害的发生。
2、实行深沟、高畦耕作，可迅速排除畦面积水，降低地下水位，雨涝发生时，雨水及时排出。
3、洪涝发生前，如作物接近成熟，应组织力量及时抢收，以免洪涝损失。
4、洪涝灾害发生过程中，要利用退水清洗沉积在植株表面的泥沙，同时要扶正植株，让其正常进行各种生理活动，尽快恢复生长。
5、洪涝灾害过后，必须迅速疏通沟渠，尽快排涝去渍。还要及时中耕、松土、培土、施肥、喷药防虫治病，加强田间管理。如农田中大部分植株已死亡，则应根据当地农业气候条件，特别是生长季节的热量条件，及时改种其它适当的作物，以减少洪涝灾害损失。
作物生长 篇6
1. 铁有利于叶绿素的形成。铁虽然不是叶绿素的成分,但是它在叶绿素的形成中是不可缺少的条件之一,作物缺少铁时因叶绿素形成受到障碍和破坏,叶片便会失绿,严重时叶片变成灰白色,尤其是新生叶更易出现这类失绿现象,必然会影响到作物光合作用和糖类形成。有些树木缺铁严重时,会发生顶枯,甚至死亡。
2. 铁能促进氮素代谢正常进行。铁是作物体内多种氧化酶、铁氧还蛋白和固氮酶的组成部分。铁和铜一样,在硝态氮还原成铵态氮的过程中起着良好的作用。作物缺乏铁时,其体内亚硝酸还原酶和次亚硝酸还原酶的活性降低,使这一过程变得缓慢,影响蛋白质和氮素的合成与代谢。缺铁的根瘤固氮能力减弱,并且限制了植株对氮、磷的利用。
3. 铁能增强作物植株抗病性,保证作物的铁素营养,有利于增强一些作物的抗病能力。科研人员用氯化铁溶液对冬黑麦进行春化处理,发现对提高冬黑麦锈病抗性有明显效果,还发现大麦和燕麦施铁肥可降低黑穗病的感染率,柠檬施铁肥能提高对真菌病的抗性。
五、铜肥(主要品种有硫酸铜,另外还有氧化铜、螯合态铜、含铜矿渣等)
1. 铜有利于作物生长发育。铜素的存在能促进蔗糖等糖类向作物茎秆和生殖器官的流动,从而促进植株的生长发育。铜肥有利于花粉发芽和花粉管的伸长。作物在缺铜情况下,常因生殖器官的发育受到阻碍,而使植株发生某些生理病害,引起各类作物的穗和芒的发育不全,甚至不能结穗,空秕粒很多,产量显著降低。
2. 铜能影响光合作用。作物叶片中的铜几乎全部含于叶绿体内,对叶绿素起着稳定作用,以防止叶绿素遭受破坏。可见,铜素供给充足能提高作物的光合作用强度,减轻光合作用在晴天中午受到抑制。铜素能增加叶绿素的稳定,对蛋白质的合成能起良好作用。铜素不足,叶片叶绿素减少,出现失绿现象。铜与铁一样能提高亚硝酸还原酶和次亚硝酸还原酶的活性,加速这些还原过程,为蛋白质的合成提供较好的物质(氨)。
3. 铜能提高作物的抗寒、抗旱能力。铜能提高冬小麦的耐寒性,而且还能增强其茎秆的机械强度,起到抗倒伏的作用。用硫酸铜来处理棉花种子,在低温条件下,对提高其发芽率有极好的作用;处理玉米种子对其发芽率也有明显影响,并能增强其抗御冻害能力。铜能提高植株的总水量和束缚水含量,降低作物的萎蔫系数,因此,铜素营养充足有利于作物抗旱性的提高。铜对柑橘类的耐寒性也有一定的作用。作物如果缺乏铜素,作物的水分平衡就会受到破坏,作物植株吐水量增多,严重者会导致萎蔫病的发生。
4. 铜能增强作物植株抗病能力。铜提高作物抗病能力作用最为突出,对许多作物的多种真菌性和细菌性疾病均有明显的防治效果。在果树上,使用含硫酸铜的波尔多液来防治作物的多种病害,已成为普遍采用的植保措施之一,从这一侧面可以看到铜素对提高植物抗病力的重要作用。据研究,马铃薯施用铜肥,不仅可提高整个生长发育期包括块茎形成期以及储存期对晚疫病的抗性,而且能减轻细菌病、疮痂病、粉痂病和丝核菌病的感染,甚至在施铜后第二年,仍有作用。如果连续施用两年铜肥,其块茎经储藏后,细菌性软腐病可得到彻底根除。施用铜肥可使菜豆的炭疽病、番茄的褐斑病以及亚麻的立枯病、炭疽病和细菌病的感染率显著降低。
六、锰肥(主要品种有硫酸亚铁,另外还有硫酸亚铁铵、铁的螯合物等)
1. 锰能促进光合作用。在叶绿体内有丰富的锰,锰是维持叶绿体结构所必须的元素。作物缺锰,常引起失绿,光合作用受到抑制,糖类的合成减少。通过补充锰素,能有效地提高作物体内抗坏血酸含量,促进光合作用正常进行和加速体内碳素同化过程。
2. 锰能调节作物体内的氧化还原反应。锰一般以二价离子形态被作物吸收利用,又可以四价离子形态参与各种物质的还原过程。锰能增强植物呼吸强度,调节体内氧化还原过程。当作物吸收硝态氮时,锰起还原作用,使硝态氮转化为氨基酸,进而合成蛋白质,故缺锰时,作物体内蛋白质的合成就大大减少;而当作物吸入铵态氮时,锰又起到氧化剂的作用。
3. 锰能加快氮素代谢。小麦施锰肥,籽粒中全氮量和蛋白质成分中的麦胶蛋白质含量均有提高。花生施用锰肥,根系中的根瘤数目和体积有所增加。豆科作物施锰,根瘤菌的固氮能力增强,根的重量和土壤耕层中的含氮量均有提高。锰对植物氮素代谢有着显著影响,在缺锰的叶片中,游离氨基酸有积累,减少了蛋白质合成。
4. 锰能促进种子萌发,有利于作物生长发育。在锰的刺激下,种子胚芽鞘的延伸有促进作用,并加强了种子萌发时其淀粉和蛋白质的水解过程,使单糖和氨基酸的含量比未经处理的种子要高,对促进小麦、水稻种子的萌发以及幼苗生长十分有利。锰能加速同化物质(尤其是蔗糖)从叶部向根部和其他部位转移,为作物植株各部位提供充足的能量,促进作物的生长发育。
5. 锰能提高作物抗病力。锰素营养充足可以增强作物对某些病害的抗性。施锰肥能减轻大麦的黑穗病、黑麦的黑粉病和坚黑穗病的发病率。冬黑麦种子用高锰酸钾浸种,可提高对锈病的抵抗力。施锰肥可提高马铃薯对晚疫病、甜菜立枯病和褐斑病的抗性。亚麻施锰肥(主要作种肥)可减轻炭疽病、立枯病和细菌病的感染。
作物生长 篇7
由于气候条件的变化,齐齐哈尔市主要作物品种的布局以及作物的种植制度均发生变化,从而使长期形成的农业生产格局和种植模式随之改变[4]。该文通过对齐齐哈尔市近3年的气候资料进行分析,客观评价农业气候的变化特征和演变趋势,为正确进行农作物品种布局和种植结构调整,促进农业持续发展提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
于2011~2013年在黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院科研试验基地进行气象数据观测,试验基地位于黑龙江省齐齐哈尔市富拉尔基区,基地理位置N 47°16′,E 123°41′,海拔150.0m,属中温带大陆性季风气候,冬冷夏热,气温年较差大,春季干燥,风大,夏季高温多雨,雨热同期,秋季短暂霜早,冬季干冷漫长。该地区年均温3.2℃,最冷月为1月,平均温度-25.7℃,最热月为7月,平均温度22.8℃,年平均无霜期为145d。降水季节分配不均,年际间变化大。年平均降水量415 mm,生长季(5~9月)降雨量为350~370mm,占全年降雨量的85%以上。
1.2 方法
采用中国长春气象仪器厂生产的DYYZ-II型地面气象综合有线遥测仪记录气象数据。记录2011~2013年生长季5~9月份各月逐日的平均气温、5cm地温、降雨量、风速和霜期等气象指标,计算出生长季活动积温和平均气温、无霜期和强风天数。
2 结果与分析
2.1 气温变化
2.1.1 生长季各月平均气温变化
由图1可知,2011~2013年5和9月份平均气温呈逐年上升的趋势;2011年生长季各月平均气温波动幅度较大,5和9月份平均气温偏低,6和8月份较高。2012与2013年波动幅度较小,各年平均气温最高值均出现在7月份。
2.1.2 生长季积温变化
由表1可知,2011~2013年生长季≥10℃总活动温度呈逐年缓慢上升趋势,≥10℃的活动积温也呈逐年上升趋势。终霜期较为稳定,均在5月份直播之前,始霜期变化幅度较大,2011年始霜期较早,为9月17日,比常规年份提前5~7d,较2012和2013年≥10℃的活动积温减少150℃以上,无霜期缩短,有效的活动积温减少,导致农作物成熟度降低,产量下降。2012与2013年始霜期比2011年延后且延长,有效的活动积温增多,有利于增加农作物成熟度,降低水分含量,提高产量和商品品质。
2.2 地温变化
齐齐哈尔地处我国高纬度地区,春季常受到低温冷害的影响。播种至出苗期间若遇到低温冷害,则会出现出苗推迟,苗弱且瘦小以及种子发芽率和发芽势降低等现象,严重则会导致种子失去活力,甚至死亡,从而导致大田农作物的出苗率显著降低。由图2可知,近3年来,齐齐哈尔地区5月份播种至出苗期间,平均地温都稳定通过10℃,达到主要农作物种子发芽的最低要求[5],可根据生产实际适时早播。随着日期的延后,地温呈缓慢上升趋势,但在5月上、中旬容易受倒春寒影响,出现地温下降现象,因此应当预防低温对早播种子的危害。
2.3 降雨量变化
由图3可知,齐齐哈尔地区近3年生长季的降雨量呈递增趋势,2011年生长季降雨量为375.4mm,与往年降雨量相持平,2012和2013年的降雨量均达到了430mm以上,高于往年平均降雨量;2011年5月和2012年9月降雨偏多,2013年6及8月份降雨量较多,但7月份降雨量偏少,总体表现为5、6、8、9月份降雨偏少,7月份降雨集中,各月降雨量分布不均,年际间变化差异较大,易出现春旱、秋吊、夏涝现象。
2.4 风速变化
2.4.1 各月平均风速变化
由图4可以看出,2011~2013年的平均风速值在各月份表现的变化规律基本一致,即5月及9月平均风速较大,7、8月份平均风速较小,呈U型变化趋势。各月的平均风速在年际间变化差别较小,无显著差异。
2.4.2 强风天数变化
由图5可知,对齐齐哈尔市2011~2013年生长季的各月最大风速≥10m·s-1的强风天数统计表明,各月的强风天气出现频率年际间变化较大,总体呈U型变化趋势。在作物生长季(5~9月)最大风速≥10m·s-1的强风天数达到40d以上,其中5、6月份的强风天数达到总天数的51%以上,2011年更达到71%以上。7、8月份强风天数占总天数的20%左右,2012年达到32.5%,夏季雨热同期,生长旺盛,强风天气极易造成农作物倒伏。9月份的强风天数站生长季总天数的16%以上,在强风作用下高秆和早熟农作物易发生倒折现象,造成粮食减产。
3 结论与讨论
通过对2011~2013年生长季农业气象数据分析,可以得出齐齐哈尔市近3年的气温、地温、降雨量和风速等农业气象因子的生长季日、月、年变化情况。近3年来齐齐哈尔市生长季的活动积温年际间变化幅度较小,总体呈递增趋势;终霜期对农作物的影响较小,5月份的气温和地温均达到农作物的发芽温度,农作物可以正常直播,也可根据当年的气候条件适时早播。始霜期波动幅度较大,直接影响到有效活动积温的积累,一旦发生早霜会造成农作物产量降低、品质下降,因此应当选择适宜生育期的农作物品种种植,实时关注天气变化,做好防霜减灾的准备,降低早霜带来的危害十分重要。
近3年齐齐哈尔市降雨充沛,生长季降雨量高于往年平均水平80~100mm,对于缓解春旱、促进农作物生长发育具有积极作用。但降雨量年际间变化大,时间分布不均匀,主要集中在夏季,春秋偏少,容易出现干旱内涝现象。
作物生长 篇8
关键词：辽源市,2014年,作物生长,气象条件,分析
1 农业气象条件
2014年辽源农业气候有些异常, 对农业生产影响较大, 及时总结分析农业生产季节气候条件及其对粮食作物生长发育和产量的影响, 对提高农业气象业务服务水平、加强今后农业生产管理和防灾减灾都是很有必要的。
1.1 温度条件
今年辽源农作物主要生长季 (5~9月) 气温稍高, 积温正常稍多。5~9月平均气温为19.1℃, 比历年同期高0.6℃。从大田播种到粮食作物成熟期间日平均气温稳定≥10℃的积温和为2866.0℃, 为大田作物生长提供了充足的热力条件。春季温度波动不大, 只在5月中、上旬出现了阶段性低温, 但对作物出苗影响不大, 终霜出现在4月19日, 该日冻土化通, 秋季初霜来得较晚, 为9月29日, 无霜期162d。
1.2 降水条件
今年辽源在农作物生长季节内降水偏少, 5~9月降水量和为483.7mm, 比常年同期少35.8mm, 降水时空分布不均, 出现了阶段性干旱。4月份降水量为3.0mm, 比历年同期少31.1mm, 整个4月没有有效降水, 土壤墒情严重偏低, 出现了阶段性春旱, 对大田作物播种、出苗不利;春季第1次透雨出现在5月2日, 旱情得到缓解, 5月份降水量为79.1mm, 比历年同期多23.7mm, 春旱在5月中旬结束;6月份降水量为144.6mm比历年同期多51.4mm, 在26~27日出现了1次大雨降水过程, 6月份有16d降水, 此时水稻处于返青、分蘖期, 玉米处于拔节期, 充足的水分, 给大田作物生长提供了良好的水分条件;7月份降水量为113.2mm, 比历年同期少44.8mm, 21日下了1场暴雨, 由于7月中、上旬雨量偏少, 因此, 这次暴雨农田没有积水, 作物没有成灾;8月份降水量为88.3mm, 比历年同期少63.8mm, 从7月22日~8月21日1个月没有有效降水, 出现了阶段性伏旱, 此时水稻处于扬花期、玉米处于灌浆成熟期, 正是作物生长需水量最大时期, 这1次的干旱是今年粮食减产的主要因素;9月份降水量为58.5mm, 比历年同期多10.4mm。
1.3 日照条件
今年辽源在作物生长季光照条件较好, 5~9月日照时数为1207.1h, 比历年同期多92.1h。其中6、7、8、9月日照时数均偏多, 分别为242.6、252.3、257.1、245.0h, 比历年同期偏多12.3、58.1、48.1、25.9h, 只有5月份日照时数偏少, 为210.1h, 比历年同期少34.6h, 良好的光照条件, 为作物生长提供了有利的动力资源。
2 有利于作物生长的气象条件
今年在作物生长季有利于作物生长的气象条件:终霜结束早, 初霜来得晚, 无霜期长, 给大田作物生长提供了充足的时间;气温偏高, 积温多, 为作物生长提供了较好的热力条件;5、6、9月份降水偏多, 使作物播种后出苗生长及秋季成熟提供了良好的水分条件;日照偏多, 为作物生长提供了良好的动力条件。
3 不利于作物生长的气象条件
今年在作物生长季不利于作物生长的气象条件:春季4月份出现的干旱, 对作物播种、出苗不利;7、8月份的伏旱, 对大田作物灌浆成熟, 籽粒形成产生不利影响, 影响了作物的发育期进程和作物品质的形成, 是造成秋季减产的主要因素。
4 小结
作物生长 篇9
1 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
共和县隶属青海省海南藏族自治州,地处青藏高原东北角,北靠青海潮,南临黄河,东以日月山与东部农业区为界,西与柴达木毗连,东西长221.5km,南北宽155.4 km,总面积17 252.27km2,其中,陆地面积14 640.73 km2,占总面积的84.86%。县辖4镇7乡,14个社区居委会,99个行政村。总人口13.6万余人,有汉、藏、回、蒙、撒拉族等20多个民族,其中藏族占67.6%,地形由西北向东南倾斜,平均海拔3 200 m。
1.2 资料来源
资料来源于青海省共和县气象局1961—2013年4—9月气温、降水、日照、无霜期等常规气象观测资料。
1.3 方法
用线性回归方程[9]:
式中,a0为常数项。a1为线性趋势项,a1×10表示各要素平均每10年的气候倾向率。a1值的符号反映上升或下降的变化趋势。a1<0,表示在计算时段内呈下降趋势;a1>0,表示呈上升趋势。a1绝对值的大小表示其上升、下降的程度。用线性相关系数判断变化趋势的程度是否显著,给定显著性水平a,若|r|>ra,表明y随时间t的变化趋势显著,否则表明变化趋势不显著。按照世界气象组织规定的(1981—2010年)30年平均值作为气候值。
2 结果与分析
2.1 气温变化趋势
气温是影响作物生长的重要指标之一,作物生长季适宜的温度与其产量密切相关。由图1可见,共和地区1961—2013年近53年作物生长季平均气温在波动中呈升温趋势,气候倾向率为0.40℃/10年,相关系数为0.800,通过0.001信度显著水平检验,即近53年增温2.1℃,增温趋势极显著,并呈现出阶段性变化。
从表1可见,共和地区生长季多年平均气温为12.2℃,20世纪60、70、80年代均低于平均值,属于气温偏低期;从20世纪90年代至目前,气温高于平均值,呈现出气温快速升高趋势。其平均气温年际变化振幅较大,最高值出现在2013年,为13.8℃,最低值出现在1976年,为10.6℃,生长季平均气温的年极差达3.2℃。
2.2 积温变化趋势
积温是作物生长发育的重要指标之一。图2显示,近53年共和地区马铃薯生长季≥0℃积温呈增温趋势,气候倾向率为76.8(℃·d)/10年,线性相关系数为0.788,通过0.001信度显著水平检验,即近53年增温407.1℃·d,增温趋势极显著。从表1可见,共和地区生长季多年≥0℃积温为2 252.9℃·d,20世纪60、70、80年代均低于平均值,属于积温偏低期;从20世纪90年代至目前气温高于平均值,呈现出积温快速增多趋势。≥0℃积温的年际变化振幅很大,最高值出现在2013年,为2 529.7℃·d,最低值出现在1976年,为1 947.0℃·d,生长季≥0℃积温的年极差达582.7℃·d。积温的增加将对生长季的延长及植物生长起到显著的促进作用。
2.3 降水量变化
降水与农业生产关系密切,年内特别是作物生长季有效降水的多少,对作物的产量起重要作用。近53年共和地区生长季降水量(图3)呈波动变化趋势,总的趋势是略有下降,气候倾向率为-3.3 mm/10年,相关系数为0.081,未通过0.10显著性水平检验。30年平均降水量为288.2 mm,其中1967年的降水量为53年中的最大值,为495.4 mm,而2009年最少,仅为129.6 mm,降水量年极差达365.8 mm。降水量的年代际变化中(表1),20世纪80年代降水量最多,为311.0 mm,高于30年平均值,其他年代降水量均低于平均值,其中,20世纪90年代降水量最少,为275.3 mm,较平均值偏少12.9 mm。
2.4 日照时数变化趋势
日照是光合作用的条件之一,直接影响农作物光合作用的效率,从而影响作物的生长发育,因此,日照是农作物生长发育不可缺少的条件。共和地区马铃薯生长季近53年日照时数呈减少趋势(图3a),其气候倾向率为-3.4 h/10年,即以每10年3.4 h的速率减少,线性相关系数为0.078,未通过0.10信度水平检验,近53年日照时数减少了18.1 h,日照时数减少的趋势不显著。马铃薯生长季多年平均日照时数为1 487.4 h,由表1可知,20世纪60、70和90年代均高于平均值,属于日照时数偏多期;20世纪80年代、21世纪10年代和2011—2013年日照时数低于平均值,21世纪10年代日照时数与平均值基本持平,20世纪80年代和2011—2013年日照时数较平均值分别偏少27.6、24.9 h。其日照时数年际变化振幅较大,最高值出现在1962年,为1 696.7 h,最低值出现在2009年,为1 349.8 h,年日照时数极差达346.9 h。
2.5 无霜期变化趋势
一年中无霜期越长,对作物生长越有利。近53年共和地区平均初霜日为9月18日,终霜日平均日期为5月24日。由图5可见,无霜期日数总体呈上升趋势,气候倾向率为10.3 d/10年,线性相关系数为0.780,通过0.001信度显著性水平检验,即近53年共和地区无霜期延长了54.5 d。无霜期多年平均为116 d,2008年最长,达到153 d,1962年最短,为51 d,无霜期年极差为102 d。由表1可见,共和地区无霜期自20世纪90年代以来显著延长,20世纪60、70、80年代无霜期短于平均值,较平均无霜期分别短41、18.3、10.9 d。21世纪10年代无霜期比20世纪60年代延长了50.3 d。
3 小结
(1)共和地区近53年作物生长季平均气温在波动中呈极显著升温趋势,从20世纪90年代至今气温呈现出快速升高趋势。近53年共和地区作物生长季≥0℃积温呈极显著增温趋势,近53年增温407.1℃·d。
(2)共和地区近53年作物生长季降水量为129.6~495.4 mm,生长季降水量呈不显著下降趋势,20世纪80年代降水量最多,为311.0mm,其他年代均低于平均值。
(3)共和地区作物生长季近53年日照时数呈不显著减少趋势,其气候倾向率为-3.4 h/10年,近53年日照时数减少了18.1 h。日照时数年际变化振幅较大,最高值为1 696.7 h,最低值为1 349.8 h,年日照时数极差达346.9 h。
(4)近53年无霜期日数总体呈极显著增多趋势,气候倾向率为10.3d/10年,近53年无霜期延长了54.5 d。共和地区无霜期自20世纪90年代以来显著延长,20世纪60、70、80年代无霜期短于平均值。21世纪10年代无霜期比20世纪60年代延长了50.3 d。
摘要：利用青海省共和地区1961—2013年作物生长季(4—9月)气温、积温、降水、日照、无霜期等常规气象资料,对共和地区作物生长季气候变化进行分析。结果表明,共和地区近53年作物生长季平均气温、≥0℃积温呈极显著增温趋势;无霜期日数总体呈极显著增多趋势;而生长季降水量、日照时数则呈不显著减少趋势。
关键词：变化特征,作物,生长季,共和地区
参考文献
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作物生长 篇10
近些年来, 相关科研人员通过模拟天然植物激素的化学结构及分子构成, 合成并选择出许多结构和理化功能与植物激素类似的化合物, 如吲哚酸一类的有机物质。另外也合成了一些结构与天然激素差别很大, 生理效能基本相似的化合物, 例如三碘苯甲酸、矮壮素类等, 这些合成的物质丰富了PGRs种类, 而且某些特殊PGRs的理化效果好于天然植物激素。PGRs在粮食作物、油料作物、饲草作物及园艺作物等生物体上使用都表现出提高产量、改善品质等效果。
1 PGRs对作物生长发育的调控效应
PGRs对作物生长状况的调控作用十分显著。方志明利用ABT生根粉 (增产灵) 进行研究, 发现在浓度很低时即可对马铃薯组培苗的生长有显著的促进作用, 因此可以用于组培苗的生产复壮[2]。纳添仓在马铃薯终花期喷施多效唑, 得到的结果是防倒伏并抑制植株徒长[3];在马铃薯上喷施膨大素的处理叶色较对照浓绿, 变黄较晚, 延长了茎叶功能期, 成熟期延长2~5d。马铃薯喷施膨大素后, 可有效提高生长势及光合作用效率, 促进养分向块根、茎的转移, 从而提高产量。Song-Hai Shen等研究结果表明, 马铃薯叶片被月光花素处理后, 其叶绿素含量增加, a/b值下降[4]。
许艳丽等利用PGRs对大豆生长发育的调控研究结果表明[5], 壮丰安拌种和叶喷可有效地控制大豆株高, 并降低各节长度, 增加各节单位重量, 提高叶片中叶绿素含量, 增加大豆的产量。叶秀莲等研究表明, 调节剂2, 4-D在大豆上喷施, 可增强光合作用、使植株矮化、分枝能力增强, 达到增花增荚的目的[6]。
玉米经矮壮素处理以后, 叶面积会变的小而厚, 叶绿素浓度增加, 群体的光合作用得到提高, 增加了茎秆的存储能力、抗倒伏能力也得到增强。RECF处理改变了玉米叶绿体的结构, 能够使基粒片层数目增多, 表明了RECF对叶片的生理生化有明显的调控效果, 提高了叶绿素含量。多效唑具有增加作物蛋白质和叶绿素含量的功能, 其能够使叶片的功能期延长, 促进光合效率, 进而提高产量, 这对农业生产具有现实意义。陈文瑞等[7]研究表明乙烯利对玉米具有抑制作用, 并指出随着浓度增加, 伤害程度加重, 表现为新生叶扭曲甚至白化, 生长明显受阻, 甚至完全停止。
赤霉素 (GA, Gibberellins) 具有调节细胞生长的功能, 同时其也可影响到作物开花、结果以及种子休眠等, 是一类重要的植物激素。有报道指出马铃薯块茎的形成需要多种激素共同参与完成, 但最终都依靠细胞内GA含量的高低决定。也有报道表明GA能够促进马铃薯整株或离体茎叶的生长, 但也延缓甚至抑制块茎的形成, 刘梦云等[8]研究表明, 在块茎形成的过程中, 外施GA能够降低单茎的结薯数, 也减轻了块茎的重量。
2 PGRs对产量的调控效应
多效唑具有较高的延缓效力, 其能够延缓作物叶片生育, 但又可以促进根系形成, 同时提高作物的抗逆能力, 进而提高作物产量。在适当的剂量范围内喷施多效唑, 能够抑制马铃薯的顶端生长, 同时也相应降低地上器官的营养耗费, 使碳代谢产物快速输送到块茎组织, 这可以促进块茎膨大、最终形成大薯, 显著提高马铃薯产量。与多效唑相比较而言, 烯效唑的抑制作用更为明显, 据报道烯效唑对大豆植株的矮化作用大约是多效唑的3倍, 烯效唑能够明显缩短大豆节间长度, 增加百粒重进而提高产量。郭世俭等[9]指出在大豆开花期叶喷烯效唑, 能够明显抑制大豆植株的生长速率, 同时指出喷施的剂量越高, 抑制效果越明显, 同时随着剂量的增加, 作用持续时间越长。岳铭秀等[10]研究指出烯效唑能够促进作物根系发育, 同时使植株矮化, 茎秆增粗, 产量因子得到增加而提高产量。有报道指出烯效唑的该种功能主要是因为其是GA的拮抗物, 其可以削弱GA的效能, 最终提高作物的产量。
DTA-6是一种广谱的PGRs, 具有IAA、CTK及GA等多种功能, 是一种植物生长促进剂, 宫占元[11]对马铃薯的研究中明确指出叶面喷施DTA-6能使马铃薯“荷兰212”产量得到显著提高;而对马铃薯“抗疫白”的研究中指出虽然DTA-6处理能够提高马铃薯产量, 但与对照相比差异不显著[12], 表明作物品种对PGRs具有选择性。周银珠[13]研究表明除淀粉积累期外, 马铃薯在不同生育时期喷施“芸苔素”均有增产作用, 但增加幅度因处理时期不同而存在较大不同, 其中现蕾期和开花期喷施的效果最为明显。另有报道表明叶喷膨大素对马铃薯有较好的增产作用, 可提高产量13.3%之多, 也有报道指出施用月光花素以后, 不同品种的马铃薯都相应提高了产量, 增幅在7%~19%[4]。PGRs的施用方法一般都是叶面喷施, 但也有学者通过浸种的处理方式来研究PGRs对马铃薯块茎产量的调控作用, 史彦江等[14]报道了马铃薯经ABT浸种处理后, 能够提高大薯的比率, 并使产量提高19.04%。
PGRs在玉米生产中的应用也非常广泛, 尤其是在提高产量的方面已经取得较好进展。徐建明等[15]指出, 在大喇叭口期适当喷施外源植物生长物质, 能够增加玉米的产量。也有研究指出经乙醇胺处理后, 玉米的叶绿素含量得到提高, 提高了光合效率, 为产量的增加奠定了良好基础。
3 PGRs对作物酶活性及抗性的调控效应
PGRs通过调节作物内源激素水平, 建成激素间的新的动态平衡对作物的生育进程加以调控。使用GA类激素能够延迟叶绿素的衰老, 同时延缓光合速率的衰减, 可以清除氧自由基, 而且还能阻止氧自由基的形成, GA可以有效减少因积累大量自由基所带来的伤害, 延缓作物衰老。
近年来, 在粮食、园艺等多种作物上应用多效唑类的外源物质, 都表明其具有控制地上茎秆徒长、促进根系发育的作用;同时大量报道也指出其能提高碳代谢相关酶活性、保护酶活性等, 进而提高作物的抗逆性。有报道指出, 烟草经烯效唑浸种后, 其组织内的POD活性、CAT活性及硝酸还原酶活性均得到增强。另有报道指出经FTH处理后的一定时间内, 烟草叶片的呼吸作用得提高, ATP含量也随之提高, 同时也明显加快了叶绿素的降解速率, 光合速率显著降低[16]。硝酸还原酶 (NR) 已被证实是一种诱导性酶, 有学者在对大豆的研究中表明, PGRs能够增强此酶的活性, 同时可提高作物对土壤氮的吸收和利用效率, 进而对大豆生育及产质量形成影响。
大量研究指出多效唑具有改变作物株型、增加分枝、提高茎粗以及降低植株高度的效能, 同时其可以提高NR活性, 从而增加了根系活力和根系的吸收能力。也有报道指出多效唑能提高苯丙氨酸解氨酶 (PAI) 活性, 增加茎粗, 提高作物的抗倒能力。在大豆生长后期, 使用多效唑能够增加叶片游离脯氨酸 (Pro) 的含量, 缓解丙二醛 (MDA) 含量的上升慢。同时其能缓解超氧化物歧化酶 (SOD) 活性的下降、过氧化氢酶 (CAT) 活性增加的趋势, 表现出明显的抗倒伏和抗衰老的理化效能, 而且对基因表达也有一定的调控作用[17], 从而达到增长的最终目的。
4 PGRs对作物内源激素含量的调控效应
植物生育进程中的任何一种生理反应, 都不是某种激素的单一成果, 而是各种激素相互协作、共同作用的结果。截止目前, 烯效唑是抑制效果最为明显的生长延缓剂, 它不但能够抑制GA类物质的生物合成, 同时还具有降低植物内源GA水平的功能, 并且其可以抑制淄醇的生物合成, 影响CTK、ABA、乙烯和多胺的生理代谢过程。潘瑞炽等[18]表明烯效唑能够增强吲哚乙酸氧化物的活性, 其既有调节植物生长的特性, 又有防治病草害的效果。赵微平等[19]指出2, 4-二氯苯乙酸 (2, 4-D) 能够促进细胞伸长, 在组织培养过程中, 其和CTK类物质配合, 在形成层促进细胞分裂, 增强木质部和韧皮部的分化效率, 促进根系生长, 并且能够促进侧根发育和分化, 促进结实等。周云龙等[20]对胡萝卜的研究过程中, 将根的韧皮部薄壁细胞置于没有CTK的培养基中, 发现细胞分裂非常少。这是因为CTK的主要功能是扩大细胞, 主要是由于CTK能提高细胞壁的可塑性, 可以促使细胞壁松弛, 增强细胞的吸水能力。
对大豆的研究过程中, 韩天富等[21]指出叶施用生根粉后, 大豆根系中的激素 (GA、IAA、ABA) 和叶片中ZR、GA、IAA含量都得到明显的升高, 而叶片中的ABA含量明显下降, 这种变化有利于根系的生长、光合作用的提高抑制碳代谢物质的积累, 可见施用PGRs提高大豆产量的调控效应是通过调节内源激素的动态平衡得以实现。
5 小结
作物生长 篇11
关键词：根剪；土壤条件；根系特征；光合特性；产量
中图分类号 S5 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）09-31-02
修剪作为一项有效的调节果树生长发育的技术措施，早已为被人们所重视。从广义来看，它包括地上部与地下部的修剪。截止目前，人们对地上部的修剪给予了充分的重视，然而由于研究根系的特殊性，使得地下部修剪的报道较少。根剪在果树方面有着较长的研究历史与实践。通过抑制主根的生长，限制树体的营养生长，从而达到提高果树产量的目的。也有人利用根剪来进行冠层调控，适当修剪根系能限制树体的生长，以此来达到控冠的效果，从而使果树矮化适应密植栽培的要求[1]。
1 根系修剪与土壤条件
根剪处理后，首先，树木为了尽快恢复根系的正常生长和吸收能力，会将大部分同化物运输到根部，使根部具有较多有机物质，从而可提高根部的有机质含量，增加了根系分泌物。杨守军等[2]在6a生的冬枣上采用距树干3倍、5倍和7倍胸径距离的断根措施研究表明，同对照相比，3倍胸径距离根剪提高了根际土的有效NPK含量和pH值；减少了根际土中的细菌数和真菌数，处理间达到显著性差异水平；3倍胸径距离根剪抑制了根际土的过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶及脲酶活性；降低了有机质含量及根分泌物中氨基酸总量、有机酸总量和总糖含量。7倍胸径距离根剪，根际土中的各项指标与对照相比无明显差异。综合认为，3倍胸径距离根剪对根际土理化性状及生物学特性有较大的影响。由此可见，不同的断根措施对土壤理化性状的影响作用明显不同。
2 根系修剪与根系特征
王法宏[3]在小麦上的根剪研究认为，根剪直接影响小麦次生根的生长，减弱了根系的吸收能力，而根系的恢复状况与伤根程度及时间有关。根系分布的表现为根剪越早，表层根系分布的越少而中层和深层根系越多的变化规律，这有助于对深层土壤水分和养分的吸收。余松烈等[4]的研究认为，根剪7d后单株的次生根量增加的很少，根剪14d后能增长10%～14%，而且次生根的增长速度与恢复时间、温度密切相关，冬前根剪由于温度逐渐降低导致恢复时间较长。赵宁[5]对苗木切根的研究表明，切断主根抑制了主根的生长，但刺激增生了大量的毛细根和侧根，又因为地上部制造的养分集中供应到苗根，促使苗根的茁壮生长，从而形成一个庞大的造林有效根群。由此可知，不同的植物根剪后，都能刺激新根萌发，促进根系的再生长，增加切口处的新根数量和重量。根剪对地上部的营养生长具有显著的影响，其作用效果取决于根剪的强度。
3 根系修剪与光合特性
光合作用是植物生长最基本的生理过程之一，植物产量的提高都是通过各种农事活动直接或间接地改善植物的光合生理性能来实现的。因此，植物光合特性的研究就显得尤为重要。冯志敏[6]通过在欧美I-107杨人工林上的研究认为，断根14d后施肥处理的净光合速率明显高于对照，而断根或断根施肥处理在断根1个月后的净光合速率小于对照，但经过几个月的恢复时间，在8月份时已明显高于对照，其中80cm两侧断根施肥措施的提高幅度最大，说明施肥在80cm断根措施中的后期发挥作用最明显，有效地弥补了断根对根系的伤害。断根或断根施肥措施均不同程度地影响了树体的光合性能，可能是因为断根在短时间内影响了根系的正常生长，使根系吸收水分和养分的能力下降，从而降低了光合能力；但这种影响作用在树体根系恢复后的生长后期表现的并不明显，并能通过合理的施肥措施加以弥补，反而提高了树体的光合能力。由此表明，施肥与适当的断根措施相结合可以有效提高树木的光合能力。
4 根系修剪与产量
20世纪60年代，余松烈等[4]研究认为，高产田冬小麦返青期的深耘根剪方式对小麦植株具有先抑制后促进的双重调节作用，小麦增产6.9%～9.1%。陈培元等[7]研究得出，根剪措施减少了单位面积的穗数，而显著增加了穗粒数和单粒重，并且根剪越早增加单粒重、穗粒数的幅度就越大，深耘根剪就是通过适当减少单位面积的穗数、增加穗粒数和单粒重，从而使小麦显著的增产。此外，实现高产、稳产还与根剪促进了根系生理活性的提高，从而延缓了植株的衰老有密切关系。但是如果切除或损伤种子根，一般均会减产，而且越早的切除或损伤，减产就会越严重[8]。不难发现，国内大多数关于根剪与作物生长发育和产量关系的研究都得出，适当的根剪措施可以促进生长并提高产量。但国外关于根剪的研究多集中在断与不断及不同部位断的影响上，且结果不尽相同。有些研究表明切掉一定比例的根系后，对地上部生长的副作用并不明显[9]；而有一些研究则认为，虽然根剪能影响根冠比，而植物有恢复到原有平衡的能力[10]。
5 存在的主要问题
关于作物根系的研究虽然已经开展了30a左右，但各种根系修剪措施对作物生长发育和产量影响的研究结论并不完全一致，有的表现出根剪和产量之间的正向效应，有的则表现出负向效应。这可能与试验方法、供试作物种类、根剪强度、根剪时间以及土壤条件等因素的不同有关[2]。因为根系生长环境的特殊性，给试验研究带来了相当大的障碍，目前不仅相关研究的进展速度非常缓慢，而且研究的作物种类仅仅局限在一个很小的范围内，同时研究的深度不够，大多集中在一些常规的形态与生理指标上，缺乏机理性的深入研究。所以，在今后的研究工作中，必须拓宽研究的作物种类，并且要从分子水平上揭示根剪对作物影响的机理机制，从而更好更有效地实现根系生长的合理调控。
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作物生长 篇12
1 弱光对园艺作物营养生长的影响研究
近年来, 弱光影响园艺作物的营养生长方面的研究取得了很大进展。随着光照强度的减弱, 植株生长量降低, 弱光逆境下植株的展开叶片数、茎粗及植株干重均有不同程度的下降。虽然在轻度弱光下, 植株节间长和叶面积增大, 以竞争到更多光照, 但叶片变薄导致光合能力降低;株高与茎粗比值增大, 总鲜重与株高比值减小, 生长明显失调;此外根系生长量和吸收能力也表现为下降趋势。多年来学者们通过对桃[1]、苹果、番茄、辣椒等作物的研究均发现, 弱光处理使植株叶片变大变薄, 叶色变淡, 角度平展;弱光环境中生长的葡萄幼苗比叶面积增加, 比茎长增加, 且根冠比减少, 并在遮阳90%时葡萄植株出现黄化现象。酸樱桃在遮荫条件下, 酸樱桃枝条变长变细, 节间变短, 叶面积和侧枝数增加, 植株总干重降低, 而恢复正常光照后可消除这一影响[2]。此外, 还有人发现, 弱光下, 生物量分配到茎中的比根中的多, 尤其对喜光植物分配到茎中的会更多[3]。
2 弱光对园艺作物生殖生长的影响研究
光照强度不仅影响植物的花芽分化, 而且对植物的开花、授粉、坐果及果实发育等都有明显的影响。早在1929年, Bewleg就发现每年番茄产量的变化主要决定于生长季节晴天累计的时数。弱光下番茄植株体内营养物质积累减少, 且生殖生长竞争光合产物能力差, 导致花芽分化延迟, 开花节位升高, 花芽素质下降, 花数减少, 花粉活力和受精能力下降, 座果率降低。Cockshull et al.还进一步报道了早春收获季节的有效光合日辐射量与番茄产量之间的定量关系, 每100MJ的日辐射累积量对应的番茄产量为2.1 kg[4]。在花芽孕育始期, 有限的光照条件也会造成花芽败育。花芽发育过程中光照不足引起落花, 这主要是营养竞争的结果, 如果在花芽刚刚显现时去掉最上面的新叶, 可以在很大程度上减少弱光引起的落花率。弱光对植株开花授粉及坐果也有影响, 弱光造成酸樱桃开花结果期不一致;夏季遮阳使辣椒开花节位提高, 成花率降低, 花粉的发育也不正常, 并因而影响了辣椒的坐果位置、坐果率及果实的形态建成。
3 弱光对园艺作物光合特性的影响研究
3.1 弱光对园艺作物光合速率的影响
目前, 弱光逆境对番茄、黄瓜、辣椒等果菜叶片的净光合速率影响方面的实验结果较为一致, 即在光饱和点以下随光照强度减弱, 净光合速率下降, 下降幅度受温度、CO2浓度、相对湿度的影响;而当叶片持续处于光补偿点以下光照条件下, 异化作用显著增强;另外, 光合速率的下降还同作物品种间的耐弱光能力有很大关系, 耐弱光能力强的品种光合速率降低幅度较小。弱光处理后, 黄瓜幼苗的光合速率有所下降, 而且随着处理时间延长, 处理强度加大, 不耐弱光品种的光合速率下降的幅度明显增加[5]。
3.2 弱光对园艺作物叶片机构及光合机构的影响
研究表明:叶片在光线较弱的条件下, 气孔会关闭, 虽然减少了叶片水分的损失, 同时二氧化碳也不能进入叶片, 光合速率降低, 甚至完全停止[6]。这是因为弱光下单位叶面积的叶肉细胞表面积增加, 叶肉阻力也随之增加, 使气孔导度下降。
早在1995年, 沈文云等人研究发现, 弱光下耐弱光的品种与不耐弱光的品种表现完全不同, 耐弱光品种经遮光处理后, 叶绿体、线粒体等细胞器的破坏较小, 而不耐弱光的品种叶绿体外膜破坏, 叶绿体基质出现裂缝和空洞, 其超微结构遭到严重的破坏。据有关资料证实, 光合作用强度与叶片碳水化合物含量成负相关。随着碳水化合物含量的增多, 光合作用强度则呈直线下降。这从一个侧面反映了弱光对光合产物的运输产生了一定的影响。此外, 对生姜的研究表明, 遮荫使生姜叶片的比叶重 (SLW) 、厚度、细胞、叶绿体的大小及数量呈变小或减少的趋势, 而遮荫后叶绿体的基粒片层, 比基粒片层、淀粉粒数则呈较大幅度的增加[7]。对仙客来叶片解剖结构的观察发现, 随着光照强度减弱, 叶片栅栏组织细胞层数减少, 与海绵组织之间界限不清晰[8], 艾希珍等发现弱光下生长的黄瓜叶片栅栏细胞内叶绿体数目及淀粉粒数目呈比例减少, 叶绿体和淀粉粒减小, 叶绿体内基粒数和单个基粒中的片层数增加。
3.3 弱光对叶绿素及叶绿素动力学荧光参数的影响
弱光条件下, 作物为适应环境条件的变化会作出一些自身的调节活动, 一般认为低光强下植物叶片变薄, 叶重下降, 单位叶面积或鲜重中的叶绿素含量、chla/chlb比值、类胡卜素 (car) 含量都降低, 而捕光色素蛋白 (LHCP) 含量升高, 光合单位变大, 光系统II (PSII) 活化和原初光能转化效率降低。一般在弱光条件下, 黄瓜叶片的叶绿素含量有降低的趋势。但因品种不同而异。耐低温品种和较耐低温品种的叶绿素含量有所增加;而不耐低温品种叶片的叶绿素含量则下降。番茄、辣椒在适度遮光后叶片叶绿素含量升高, 而叶绿素a/b下降, 耐弱光品种变化幅度大于不耐弱光品种, 随弱光胁迫程度增强和胁迫时间的延长, 叶绿素含量下降。
弱光条件下, 黄瓜叶片的Fv/Fo, Fv/Fm变化不大, 说明适当的遮荫有利于提高PSII的光化学效率, 减轻光抑制。经低温弱光处理后, 参试的两个番茄品种的Fv/Fn均不同地增加, 表明低温弱光没有使番茄的PSII光化学活性受到抑制, 这些可能是所参试的品种对低温弱光有一定的适应能力有关[9]。
4 弱光对植物叶片膜脂过氧化及抗氧化酶活性的影响
4.1 弱光与植物叶片的膜脂过氧化
马德华[10]等研究表明, 弱光处理后, 耐性不同的黄瓜品种幼苗细胞膜遭到不同程度的破坏, MDA含量增加, 耐弱光性强的品种增加的少, 说明耐性强的品种遭受的破坏较小。在黄瓜苗期进行弱光处理发现, 弱光较对照相比MDA含量增加, 但随时间变化趋势和对照差异不大, 均表现先增加后减少的趋势。朱祝军和Huang等在烟草和樱桃幼苗为试材的试验中也发现弱光胁迫导致膜脂过氧化反应现象的发生, 并且发现细胞膜脂过氧化反应程度和弱光胁迫程度呈一定正相关关系。
4.2 弱光与植物体内的抗氧化酶
国内外关于弱光对膜脂过氧化及膜保护酶活性影响的研究己取得了一定的进展。但多集中于强光逆境和低温下的光抑制, 而关于膜保护酶对弱光逆境的反应则很少报道。Kar和Choudhuri发现在低温和中等光照下植物叶片SOD活性增加, CAT活性下降。Streb.p也认为光通量密度 (PFD) 高于500, umol·m-2·s-1时, 可引起Retanc叶片CATS性下降。以上说明膜保护酶对于引发植物体内膜脂过氧化的逆境因素的反应是很灵敏的。而黄瓜在弱光条件下POD活性明显增强, 酶带数量明显增加, 这可能是黄瓜适应不良环境的一种“保护反应”。耐弱光能力强的品系活性增加强烈, 说明其适应和保护能力更强。在国内, 马德华等[5]对弱光敏感型的黄瓜自交系Q12和耐弱光能力强的Q20进行研究发现, 弱光处理后, 耐性强的品种膜脂过氧化程度明显比耐性弱的品种轻, 说明其受到的伤害较轻。在低温弱光下生长的黄瓜幼苗, 叶片中MDA含量显著增加, POD活性也显著升高, 且增加幅度与品种的耐低温能力呈正相关同时CAT活性明显降低, 不同品种间降低的幅度与其耐低温弱光能力呈负相关。弱光处理后黄瓜叶片膜脂过氧化加剧, 叶片SOD活性明显下降, POD活性有所升高, 而CAT活性无明显变化规律。弱光处理樱桃叶片, SOD活性在轻度弱光处理下明显上升, 严重弱光逆境中SOD活性显著下降, 并随弱光程度进一步加深。POD活性在各弱光处理下均有不同程度的上升, CAT活性在弱光处理下明显下降, 下降后活性与光强呈显著正相关, 与MDA含量则有极显著负相关关系[11]。
5 弱光的信号转导
众所周知, 在植物体内光敏素作为光受体, 调节植物的光形态建成。在光敏素信号转导中包含异源三聚体G-蛋白、钙和钙调素。在弱光下, 光敏素调节茎的伸长, 此光形态建成是由于红光与远红光 (R/FR) 的比例降低而发生, 植株变高, 节间变长, 第一节间对光质反应更敏感。光在转录水平上调控植物中蛋白激酶的表达。许多与光合作用有关的蛋白质的活性受蛋白质磷酸化的调控, 而光在此过程中起重要的调节作用。许多光系统II结合蛋白包括D1.D2, CP43和LHCII被膜结合的蛋白激酶进行翻译后水平上的调节。这些蛋白被膜结合的蛋白激酶脱磷酸化, 此蛋白激酶对光或氧化还原 (redox control) 不敏感, D1蛋白的脱磷酸化与光强有关, 且在叶绿素所吸收的可见光谱下进行。光系统I调控光系统II核心蛋白的脱磷酸化, LHCII多肤的最大磷酸化发生在弱光下, LHCn磷酸化受叶绿体数量的调节, 叶绿体少, 则磷酸化程度增强, 属于负调节模式。除了细胞色素b/f复合物依赖LHCII激酶的活性, 叶绿体硫氧还蛋白以氧化还原状态调控LHCII多肤的磷酸化。类囊体蛋白磷酸化参与叶绿体内部、叶绿体和细胞核之间的氧化还原信号转导。异源三聚体G-蛋白在真核细胞中起调节作用, 最终采用抗钙调素保守区的多克隆抗体研究GTP结合蛋白, 目前类囊体膜结合的蛋白激酶和磷酸酶还没有被分离, 对应的基因也没有被克隆。用T-DNA标记拟南芥群体, 筛选适应光环境变化的叶绿体突变株和类囊体蛋白磷酸化突变株。从突变株显示反常的磷酸化, 带有T-DNA插入片段的基因被克隆并且己经鉴定了这个基因。核编码的类囊体膜结合的光初期诱导蛋白 (ELIP) 与叶绿体开始分化阶段有关, ELIP在光胁迫下的成熟叶片中被合成[12]。 光诱导蛋白含量的增加与PSII的光钝化、D1蛋白的降解、色素水平的变化有关。八氢西红柿红素脱氢酶或β-胡萝卜素脱氢酶在光胁迫下增加了ELIP的积累。ELIPmRNA的寿命很短, 半衰期仅为1h。类囊体膜结合蛋白在高光强下是稳定的, 从高光强到低光强 (40) 的恢复期间则降解。在恢复期间ELIP的寿命随光胁迫的程度加强而增加。因此, FLIP的合成和降解与光胁迫以及从光抑制中的恢复有关[13]。
6 弱光与植物的其他抗逆性
在作物的设施保护地栽培中, 低温逆境常常与弱光逆境相伴对作物产生危害。早在1994年时, 部树桐等人就研究了不同黄瓜品种苗期的耐低温弱光特性。后来, 陈青君等人研究表明, 弱光降低了黄瓜对低温的敏感性, 并且提出在偏低温条件下, 光照强度对黄瓜的生长起主导作用, 而在临界低温条件下时, 低温才对黄瓜的生长起主导作用。此外, 还有关于低温弱光下的光抑制研究[14], 冷敏感植物受低温弱光抑制伤害时, 在较低温度下起抑制作用的主要因子是温度, 而在相对较高温度下则是光照。葡萄叶片在较低湿度经光照胁迫后, 于正常生长条件下能较快地恢复, 严重高湿和弱光胁迫后很难恢复。可见在植物的生长环境中, 除了各种环境条件各自独立的影响外, 不同环境条件之间对植物生长的影响也存在着协调的作用, 因而我们有必要深入研究各种环境条件的独立影响及其相互间协同对植物的影响, 从而为作物提供一个更适合生长的环境条件。
总之, 弱光逆境主要是通过影响园艺作物的光合作用、抗氧化酶防御系统、内源激素和信息物质的表达等生理生化代谢过程来影响正常的生长发育的。目前, 关于弱光逆境对作物生长发育影响的研究多数仍集中在对现象的研究, 由于不同试验处理强度和处理时间不同, 且存在生物因素 (如园艺作物种类、品种等) 和其它环境因素 (如温度、水分、营养状况等) 干扰, 使得试验结果不尽相同;而对弱光下光合产物输出量和分配方向的调节、果实的品质内糖分和芳香物质的形成和积累, 植株体养分吸收和利用规律等机理方面研究较为匮乏。今后应从这些方面分别加强研究, 同时加强耐弱光鉴定指标筛选、耐弱光基因定位、表达和调控的研究, 为培育耐弱光品种, 进行弱光条件下的科学栽培技术和田间管理供理论支持。
摘要：弱光是影响我国水果、蔬菜类园艺作物正常生长发育的主要环境限制因子。从植株的外观形态、光合作用、叶片膜质过氧化作用、抗氧化酶活性, 以及弱光的信号转导、弱光与植物的其他抗逆性影响等方面综述了弱光逆境对主要水果、蔬菜类园艺作物生长发育影响的研究现状。