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1、第六章 作物生产与大气的关系,内容提要一、大气成分的历史动态与植物的生活；二、田间小气候及CO2传导；三、作物对CO2和O2浓度的反应；四、风与作物；五、大气污染与作物生活。,第六章 作物生产与大气的关系,第六章 作物生产与大气的关系,大气是指从地表至1400km范围内存在的空气层（大气层）。在大气层中空气的分布随大气柱高度的增加而递降，95%的空气存在于低于约12km的范围内，并因温度下高上低及水平方向气压的差异引起活跃的空气对流，而形成风、云、雨、雪、雾等各种天气现象，深刻影响作物的生活。而且，大气还为作物提供了CO2、O2、H2O及N素的来源。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.1
2、 大气CO2和O2的历史动态与植物的进化适应,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.2 目前大气的组成与变化趋势 目前，对流层干燥空气的主要成分（按体积计）为：N2：78%；O2：21%；稀有气体（O3、CH4等）：0.95%；CO2：0.036%。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.2 目前大气的组成与变化趋势 大气组成成分变化的趋势主要是CO2和稀有气体（包括O3、CH4、SO2、NOX等）的含量增加。虽然这些气体增加的相对值很小，但足以对人类生存和作物生产带来深刻影响。CO2和CH4的倍增：加剧大气温室效应、导致全球气候变暖；O3：在对流层增加则加剧生物的强氧化伤害，而在平流层局
3、部减少则增强紫外线伤害；SO2、NOX的增加：加剧空气污染伤害等。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.3 大气成分含量的变化与全球温暖化（1）大气各种气体的吸收光谱0.7m短波及长波辐射线:能被大气中的H2O、CO2、N2和CH4呈带状强烈吸收。来自太阳辐射和地球反射的长波辐射几乎不能透过大气层，起着维持地表温度的作用，称之为“温室效应”。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.3 大气成分含量的变化与全球温暖化（1）大气各种气体的吸收光谱 伴随全球经济的发展，造成往大气的CO2排放日益加剧，1850年大气CO2含量约290ppm，1950年约320ppm，2000年达360ppm，预
4、计至2050年可达600ppm左右，并可使气温上升3.5-4。若年均气温上升1，可使海平面升高1m，这将使人类面临地球温暖化带来的一系列紧迫后果。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,（2）CO2倍增、全球温暖化对作物生产的可能影响,1.3 大气成分含量的变化与全球温暖化（3）全球温暖化对我国农业影响的预测*增加热量资源：10积温，全国平均增15%*延长无霜期：全国平均延长1个月，多熟制北移，复种面积扩大*水分条件：北方降水量可能增加，但地面水分蒸发将增加7.5-15%，水、旱灾害发生机率增加*辐射能：变化不大，但紫外辐射会增加,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.3 大气成分含量的变化与
5、全球温暖化（3）全球温暖化对我国农业影响的预测*病虫害、杂草害：更趋严重*C3作物产量增加，C4作物产量提高不大 但对C3作物增产尚有争议：（1）CO2浓度提高虽对C3作物提高光合速率有利，然而气温上升，特别是夜温的上升必将增强作物的维持呼吸消耗，甚至造成作物减产；（2）CO2浓度提高会改变作物对CO2的适应性。,一、大气成分的历史动态与植物的生活,1.3 大气成分含量的变化与全球温暖化（4）作物生产应对全球温暖化的策略 顺应气候变化，及时调整耕作制度和作物布局；有计划地选育抗逆品种；保护和整治生态环境，发展生态农业，减少水土流失；加强病虫害、草害的研究及预测、预报和防治。,一、大气成分的历史
6、动态与植物的生活,二、田间小气候及CO2传导,2.1 田间小气候 田间小气侯是由太阳辐射作用于作物群体，而使群体中空气特性（温度、蒸气压、CO2浓度、风速及辐射）的垂直分布发生变化而形成的特殊气候。田间小气候极大制约作物群体的生理机能，而作物对所处的小气候也有很强的调控作用。在湿润的作物群体中，可使各种小气候变量限定在一定范围内，有利于作物生理机能的发挥。在缺水的条件下，便会削弱作物对小气候的调节作用，使作物处于不利的干热环境中。,图6-3,2.2 CO2传导（1）作物群体消耗CO2的估算 按生长率中等（30g生物量/m2d）的作物计：30g生物量按含碳量44%计，折合13.2g碳或48.4g
7、CO2，加上12%的呼吸消耗，作物必须同化至少55 gCO2/m2d。以大气CO2浓度0.6g/m3计：相当于（55gCO2/m2）/(0.6gCO2/m3)=92m大气柱的全部CO2，因CO2很少降低1/6以下，为此需926=542m大气柱才能供应55gCO2/m2d。由此可见，CO2传导速率是保证作物群体CO2供应的关键。,二、田间小气候及CO2传导,2.2 CO2传导（2）CO2传导途径与阻力 大气 气孔 叶肉细胞间隙 叶肉细胞原生质 叶绿体基质,re,rs,ri,rm,二、田间小气候及CO2传导,2.2 CO2传导re：边界层扩散阻力，与叶面积大小、叶面构造和风速有关；rs：气孔阻力，
8、与气孔开度和气孔密度有关；ri：叶肉阻力，与细胞间隙大小有关；rm：羧化阻力，与羧化酶活性有关；Ca：大气CO2；Cc：叶绿体基质中CO2；K：系数，与羧化酶对CO2的亲和性有关。,二、田间小气候及CO2传导,三、作物对CO2和O2浓度的反应3.1 对CO2含量倍增的反应（1）干物质生产的反应,表6-1 增加空气中CO2浓度对作物干重的影响（施定基，1978）,（2）光合速率和光呼吸的反应,（3）生长和物质分配的反应 CO2倍增促进生长发育，但缩短生育期，加速衰老，并改变物质分配，特别在C3作物中尤为明显。,三、作物对CO2和O2浓度的反应3.2 作物对低氧的反应 空气中O2含量达21%，作物
9、地上部不会缺氧。土壤空气的含O2量一般为10-12%，但在土壤板结、透气不良时，可降至10%以下，特别是在渍水条件下土壤会严重缺氧。O2浓度低于10%便会明显抑制有氧呼吸，并对生长发育产生深刻影响。地下部低氧：抑制种子萌发引起烂种或死苗，抑制根系对矿质的吸收，抑制株高和叶面积的增长。大气低氧：促进C3植物干物重的积累，但严重影响所有作物的生殖生长，特别是种子的形成（试说明其原因）。,四、风与作物4.1 风速与作物生活 光合：风速1.5 m/s，可保障群体内CO2交流补充；15 m/s，蒸腾失水过量，气孔关闭，光合速率下降,四、风与作物,呼吸：风速 3.6 m/s，呼吸速率明显增强；生长：风速
10、4 m/s，抑制地上部生长，植株矮化，叶面积缩小，根/冠比扩大。花粉传播,4.1 风速与作物生活,4.2 作物的风灾 大风造成作物倒伏和机械损伤 干热风伤害：最高气温35，相对湿度60%，风速5m/s 干冷风伤害：早稻苗期，气温12，相对湿度60%，风速5m/s 晚稻抽穗扬花期，气温23，相对湿度60%，风速 5m/s 风也是病虫，杂草种子的传播媒介 大风引起沙尘暴造成土壤风蚀，加速土壤贫瘠化,四、风与作物,4.2 作物的风灾 风害的防治 植树造林，营造农田防护网：可减轻甚至阻止土壤沙化和土层风蚀，明显改善农田小气候。风速5-7m/s：林前3倍处，风速降低11.4%;风速9m/s：林前3倍处，
11、风速降低21.1%;林后效果与林前类似。,四、风与作物,5.1 大气污染物来源与种类大气污染：有毒物质进入大气后，其数量超过了大气及生态系统的自净能力，从而危及人类和各种生物健康生活的现象。来源：各种途径的废气、粉尘排放种类 有害气体：SO2、N2O、NO、NO2、HF、Cl2、H2S、NH3、甲烷、甲醛、乙烯、丙烯、丁烯、苯并芘等。颗粒状污染物：粉尘、烟尘、烟气（均含有毒重金属元素）。,五、大气污染与作物生活,5.1 大气污染物来源与种类种类光化学烟雾：由一些有害气体经光化学反应形成次生污染物，主要有O3、醛类、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、烷基硝酸盐等。毒性分类 强毒性：HF、O3、PAN等；
12、中毒性：SO2、SO3、硫酸雾、NO2、NO、硝酸雾等；弱毒性：NH3、HCl、H2S等。,五、大气污染与作物生活,NO2,5.2 作物受害症状急性危害：作物短期接触高浓度污染气体造成的伤害，可使作物叶片出现伤斑，结构和机能受损，失水枯萎，严重时影响作物生长发育，造成减产甚至绝收。慢性危害：作物长期接触低浓度污染气体造成的伤害，出现轻微的受害症状，使作物生长发育不良，并导致减产。,五、大气污染与作物生活,5.2 作物受害症状（1）SO2的伤害 轻度伤害：叶失绿，双子叶作物叶脉间黄化，单子叶作物叶尖变白。急性伤害：叶片出现点状、块状或条状的白色、黄色或褐色伤斑，并不断扩大，进而失水干枯，坏死或脱
13、落。不同作物对SO2伤害的敏感性不同，大多数作物表现敏感或中度敏感。敏感作物:苜蓿、大麦、棉花、烟草、小麦、蚕豆、大豆、水稻某些品种、油菜苗期等。抗性作物：马铃薯、玉米、高梁、谷子、西瓜、柑桔等。,五、大气污染与作物生活,五、大气污染与作物生活,（1）SO2的伤害,H+、SO32-、HSO3-可引起直接伤害,通过产生自由基引起间接伤害,乙烷丙二醛荧光物质,SO2致害机理,5.2 作物受害症状（2）氮氧化物（NO、NO2、N2O）的伤害 氮氧化物进入植物体内形成HNO2和HNO3，低浓度无害且是一种N素来源。当浓度3-5ppm，接触时间4-8h便引起细胞的H+过高伤害，其症状与SO2相似。敏感作
14、物：扁豆、莴苣、芥菜、烟草和向日葵等。抗性作物：石刁柏、石楠、藜等。,五、大气污染与作物生活,5.2 作物受害症状（3）酸雨 大气中SO2、NO、NO2、Cl2等溶于水形成含H2SO4、HNO3和HCl的pH5.6的降水，称酸雨。其伤害机理是低pH引起的酸害。直接伤害：叶片的酸损伤，叶缘出现枯斑，叶角质层和细胞壁溶解，光合作用和代谢机能受损。间接伤害：土壤酸化使理化性质恶化，加速营养元素淋失，活化有毒元素（Al3+、Mn2+），加强磷对其他元素的固定等。,五、大气污染与作物生活,5.2 作物受害症状（3）酸雨 主要作物对酸雨的敏感性大小顺序：油菜、小麦、玉米、大豆、水稻、烟草、黄麻 酸雨危害程
15、度与其它气象因子、地形、土壤等也密切相关。,五、大气污染与作物生活,5.3 影响大气污染伤害的因素 温度：随温度升高而加剧。湿度：随空气湿度的提高而加重。光照强度：随光强的提高而加重（与气孔的开度有关）。大气稳定度：随水平和垂直气流运动速度的加大而减轻。,五、大气污染与作物生活,5.3 影响大气污染伤害的因素 地形：盆地、山谷气流停滞，接触时间长而受害严重。土壤：水、肥充足作物生长旺盛比干旱缺肥时受害重。农田防护林：能减轻作物的大气污染伤害。,五、大气污染与作物生活,5.4 植物对大气污染的净化作用 从另一方面讲，植物对大气污染又具很强的净化作用：叶片吸收、净化空气：降低风速、促进粉尘沉降：吸收粉尘：,五、大气污染与作物生活,本章思考题,1、简述大气气体成分的变化特点及其对作物生产的可能影响。2、试述CO2倍增对作物生产的影响及应对策略。3、简述农田小气候的形成机制及特点。4、简述风速对作物生产的影响及有利于作物生产的适宜风速。5、大气污染分哪几类？对作物生产的影响有哪些方面？,
