1第 一 章 作 物 学 概 述一、作物学的概念:作物学(crop science): 农业科学（agriculture science）之一，是关于大田作物（field crops）生产与改良的科学理论与技术。研究对象: 大田作物（庄稼）：粮、棉、油、糖、麻、烟 和园艺作物：茶、桑、果、菜、药、杂。二、农业现代化的主要内容:一是广泛采用现代化的农业生产手段和具有较高的农业劳动生产率；二是广泛采用现代生物技术、化学技术和具有较高的土地生产率；三是广泛采用现代经营管理方式和具有较高的农产品商品率；四是大幅度提高农业生产的经济效益和使农民的收入水平接近城市居民的收入水平；五是大幅度提高农民的科学文化素质，使之成为具有经营管理才能的现代商品生产者；六是通过农业产业化，形成较高的农产品加工增值率；七是有良好的资源生态环境，并有较高的资源转化率。三、作物学的性质和特点 一）作物学的性质应用性：以自然科学和社会经济科学为基础的一门应用学科。综合性：是服务于种植业的一门综合学科。生态性：是以可持续发展为目标的一门生态学科。（二）作物学的特点1、严格的地域性-因地制宜适应自然、利用自然、改造自然。2、明显的季节性-不违农时合理掌握农时季节，使作物的高效生长期与最 佳环境条件同步。 3、生物性-生长的规律性季节性、序列性、周期性。4、技术的实用性通用、实用作物栽培学是一门应用性强的技术科学，着重将自然科学和农业科学的基础理论转化2为实际的生产技术和生产力。如： 作物模式化栽培技术、麦类少免耕技术、棉花化控技术等 5、生产的连续性用养结合作物生产是周期性不断循环的持续过程，因此栽培技术措施既要符合作物当时生长发育的要求，有要为以后生长富裕创造有利条件。 土地的利用必须注意用养结合，做到前季为后季，季季为全年，今年为明年，年年为将来。 6、复杂性整体的观点、系统的方法作物生产受多种因子的影响与制约，既是一个大的复杂系统，又是一个统一的综合体。从大的方面来说，作物生产与林、牧、副、渔等部门之间存在相互依赖促进的关系，需要建立一个良好循环的生态系统。第二节 作物学不同发展时期的特点（一）中国古代作物学综合性：春秋战国吕氏春秋农业生产“为之者人也，生之者地也，养之者天也”经验性：齐民要术中写到“采捃经传，爱及歌谣，询之老成, 验之行书”。（二）西方近代作物学：300 余年专业性：英国黑尔斯-生理学，瑞典-林奈-杂交育种；德国李比西-农业化学；奥地利-孟德尔- 遗传学科学性：严格的实验保证了近代农业科学的科学性。（三）现代作物学：近 100 年农业机械化（20 世纪 30 年代）农业化学工业（40 年代）绿色革命（60 年代）可持续农业（90 年代）生物技术和信息技术三 、作物学前景展望 目前比较活跃的作物学领域主要集中在以下 4 个方面。作物生物技术作物信息技术优质高产技术 3可持续生产技术 第三节 作物生产与粮食安全二、作物生产发展的几个方面世界作物产量的增加主要得益于单产的增加，这主要有赖于农业科学技术的进步和农业生产条件的改善，可归纳为下面几个方面的因素。（1）品种改良（cultivars improvement）高产、优质、高抗，矮杆（dwarf） 、抗性(resistance)、品质(quality)、杂种优势(hetaerists)。贡献率一般均在 30%以上。（2）增施肥料与施肥技术：30 年来，肥料在增产中的贡献率在 30-60%。施肥技术：配方施肥（测土施肥） 、平衡施肥、氮肥深施、缓效肥料、复合肥料、专用肥料、硝化抑制剂。（3） 扩大灌溉与节水技术（4） 温室与保护地栽培（5） 作物病虫草害的防治（6） 高新技术的推广应用：设施农业三、粮食需求与粮食危机粮食安全的技术途径1、保护和合理利用农业资源（1）耕地资源：人均由建国时的 1800m2，到 1995 年 784m2，1/3 省区人均不足 1 亩。接近联合国规定的 530m2。并且低中产田占 78.5%。（2）水资源：人均水资源和单位土地水资源分别为世界的 1/5 和 1/3。今后水浇地增加速度将会减慢。2、提高单位面积产量提高复种指数，改造中地产田、开发高产田，提高水分利用率，加快种子工程建设，优化施肥技术，改善栽培管理技术。3、改善作物品质国内市场：优质专用粮食产品等 加入 WTO 后4、强化产后加工与利用开源节流：目前粮食总损失率 18.1%；白酒工艺；精量播种，减少 1/5 种子，节约粮食6*106t。5、调整粮食发展战略4由“粮食-经济作物”二元结构向三元结构转化，向人畜共粮为人畜分粮转化。6、开发新的食物源微生物发酵-单细胞蛋白（SCP） ，海洋是巨大的生物宝库。我国有 18，000km 大陆海岸线。7、立足自给，适当进口进口量维持在粮食总产量 5%，不超过 10%，即控制在 4.5*107t 约站世界贸易量的 20%，不会引起国际市场的粮食价格上涨。第二章 作物的分类、起源和分布一、作物的分类、起源和传播（一）作物的概念与分类广义：作物是指由野生植物经过人类不断的选择、驯化、利用、演化而来的具有经济价值的栽培植物。狭义（field crops）：指田间大面积栽培的农艺作物，俗称庄稼。主要是指粮、棉、油、麻、糖、烟。目前世界上被人们所栽培的植物约 1500 种，大致可以分为农作物、园艺作物、林木三类。包括粮、棉、油、麻、糖、烟、茶、桑、果、菜、药、杂。世界上最主要的农作物有 90 多种，我国常见的有 50 多种。（一）作物的概念与分类1、按用途和植物学特征分类(1). 粮食作物（food crops)(2). 经济作物（cash crops)(3). 绿肥与饲料作物（forage and green manure crops)(4). 药用作物（medical crops)2、根据作物生物学特征分类（1）按感温特性分类 耐寒作物（13) 喜温作物（10)（2）按光周期特性分类 长日照作物，短日照作物，中性日照作物（豌豆、荞麦） ，定日照作物（甘蔗）（3）按对 CO2同化途径分类 C3作物（大豆、小麦、棉花)，C4作物（玉米、高粱、甘蔗)，CAM 作物（龙舌兰） 3、按植物科、属、种分类一般用双命名法对植物进行命名，称为学名，为国际上所通用。 5例如玉米属禾本科，其学名为 Zea mays L., 学名结构为属种命名者姓氏缩写 二、世界作物的分布与生产（一）作物的分布与环境光照、温度和降雨是决定作物分布的首要环境因子，纬度、海拔、地势、地貌则是影响光照、温度和降雨的重要因素。例如：纬度每增加 10，夏至日长增加4.5min，年平均气温则则降低约 0.5。海拔每升高 100m ，气温下降 0.5-0.6 。科学技术可以改善作物品种特性，提高其抗逆性、适应性，使作物的分布不断扩大。国际贸易市场的变化在很大程度上激励世界各国大力选择发展自己的优势作物，从而影响作物的分布。 三、中国作物的分布与生产（一）生产与分布1、稻谷：占世界总产的 34.5%，面积 21.4%（1998） ，90%分布在淮河、秦岭以南，青藏高原以东，以湖南、江西、广东、广西面积最大。小麦：中国面积、总产居世界第一。河南、山东、河北、江苏、安徽、四川、陕西、甘肃、内蒙古为主产省 。玉米：中国第三大粮食作物。面积、总产仅次于美国。东北-华北-西南。山东、黑龙江、吉林、河北为我国玉米主产区。2. 纤维作物棉花：三个主产棉区。世界第二大产棉国。（二）中国作物生产亟须解决的问题1. 水资源缺乏，农业基础条件较差中国人均水量为世界的 1/4，且分布不均。中地产田面积大。2.人口持续增长，增加了人口对作物生产的压力3. 粮食生产重心转移问题地区之间粮食供求不平衡矛盾已由改革开放之前的南北方向变为东西方向，全国粮食6生产中心、北移、西移。4.粮食品种结构问题稻谷“丰时平，欠时紧”5. 作物生产科技发展问题规模效益小、机械化、信息化、商品化程度低，利润少、比较效益差。国外科技贡献率 80%，我国 30-40%。6作物高产优质高效发展问题观念创新、技术创新、体制创新、机制创新、米袋子政策、优质棉基地县、南水北调、第四章 作物生长发育与产量形成第一节 作物的发育特性与生育期生长（growth）：指作物器官由小到大，由少到多，由轻到重的量变过程。这是通过细胞分裂和伸长来完成的，它既包含营养体的生长也包括生殖体的生长。 发育（development）：指作物体内新器官（性器官）的分化、形成的质变过程。发育是作物一生中，其结构、机能的质变过程，它的表现是细胞、组织和器官分化，最终导致植株根、茎、叶和花、果实、种子的形成。生长和发育的关系：统一性：（1）生长是发育的基础（物质、能量、结构、功能） ；（2）发育是新器官生长的前提。对立性：（1）生长过剩而发育不良：徒长、贪青； （2）生长缓慢而发育加速：早衰。 一、 作物的发育特性作物由营养性的分生组织转变为生殖性的分生组织，必须通过内部生理条件的诱导才能实现，这种内部生理条件系作物的遗传因子和环境因子相互作用的结果。除了植物的遗传因子外，诱导质变的主导环境因子是温度、光照。作物的花芽分化对温度和光周期（日照长度）有一定的要求，即在花芽开始分化之前必须满足一定的温度和日照长度的环境条件以完成对花芽分化的诱导；在适宜的温、光条件下可提早花芽的分化，而不适的温、光条件则延迟甚至阻碍花芽的分化，此种反应称为作物的温光反应。7按不同作物类型、品种的温光反应特性，大致可分为以下两大类型。1、高温短日照包括水稻、玉米、高粱、粟、黍、大豆、棉花、麻、黄麻、花生、烟草等暖季作物其发育特点：就光照而言，日照越短则花芽分化越早；就温度讲，在一定的温度范围内（例如 2030） ，温度越高则花芽分化越早这是上述各种作物的基本发育特性，具有这些特性的作物品种称为基本型。变异型：上述各种作物在长期的演变中，产生了与基本型的发育特性略有差异的变异型。例如，水稻、玉米、大豆、花生的早熟品种对短日照的要求并不严格，即钝感甚至无感，不少早稻品种在延长日照时不仅不延迟抽穗，反有提早的趋势，似属于长日性类型。2 、 低温长日照包括小麦、大麦、黑麦、燕麦、蚕豆、豌豆、油菜等冷季作物。其发育特点：与高温短日照相反，即花芽分化要求一定低温和长日照条件。该类作物中也有不少非基本型的品种。如小麦、大麦、油菜的春性品种需要较高的温度（以 815为最适）才能完成对花芽分化的诱导，在低于临界温度的条件下反而延缓分化花芽，而在一定范围内更高的温度（如 2025）下仍能完成花芽分化的诱导。二、 作物的发育阶段作物发育对温度和日照长度的反应具有明显的阶段性即先以一定的时间完成对花芽分化的温度诱导，称为感温阶段，然后再经一定时间完成对生长锥的光照诱导，才能正常进行花器发育，称为感光阶段小麦、大麦均属此类作物，其感温阶段又称春化（vernalization）阶段。春化阶段可以在萌动的种胚中进行，而光照阶段则在生长锥伸长至雌雄蕊形成期内通过。另有一些作物的温光诱导可同时进行，并且二者间有相互作用，并不存在温度诱导和光照诱导中明显的阶段性和顺序性，前面所说的高温短日照作物（水稻）即是如此。 三、 作物的生育期8作物的生育期(growth period)和生育时期(growth stage)是两个不同的概念，不可混淆。全生育期: 在作物生产实践中，把作物出苗到成熟期间的总天数，即作物的一生.生育时期(阶段):是指作物一生中其外部形态上呈现显著变化的若干时期。 1、生育期以籽实为播种材料又以新的籽实为收获对象的作物，其全生育期是指籽实出苗到新籽实成熟所持续的总天数。以营养体为收获对象的作物如麻类、薯类、甘蔗、甜菜等，则是指播种材料出苗到主产品收获适期的总天数。需育苗（秧）移栽的作物如水稻、甘薯、烟草等，通常还将生育期分为秧田（苗床）生育期和田间生育期。秧田