作物对水分的吸收与利用课件.ppt
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- 作物 水分 吸收 利用 课件
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1、第第二二章章 作物的水分环境与作物对作物的水分环境与作物对水分的利用水分的利用 3 3学时学时内容提要内容提要一、农作系统中水分及其循环平衡;一、农作系统中水分及其循环平衡;(0.5h)(0.5h)二、作物对水分的吸收与利用;二、作物对水分的吸收与利用;(0.5h)(0.5h)三、作物的干旱伤害;三、作物的干旱伤害;(1h)(1h)四、作物的湿、涝伤害。四、作物的湿、涝伤害。(1h)(1h)第二章第二章 作物的水分环境与作物对水分的利用作物的水分环境与作物对水分的利用 第二章第二章 作物的水分环境与作物对水分的利用作物的水分环境与作物对水分的利用重点重点 1 1、作物水分利用效率及作物对旱、涝
2、的反应;、作物水分利用效率及作物对旱、涝的反应; 2 2、农作系统中作物和土壤的水分状况与平衡。、农作系统中作物和土壤的水分状况与平衡。 难点难点 作物水分利用效率及提高途径。作物水分利用效率及提高途径。第二章第二章 作物的水分环境与作物对水分的利用作物的水分环境与作物对水分的利用水分环境不仅决定作物的水分环境不仅决定作物的分布分布、形态结构形态结构和和生活习生活习性性,而且可从,而且可从分子水平分子水平至至群体水平群体水平制约作物的生活。制约作物的生活。水分因子是诸生态因子中水分因子是诸生态因子中变化最大变化最大、最不稳定最不稳定的因素,的因素,因此也是影响产量形成的关键因素之一。因此也是影
3、响产量形成的关键因素之一。液态水分子理化特性及其作用:液态水分子理化特性及其作用: 极性分子,是良好的溶剂和生化反应介质;极性分子,是良好的溶剂和生化反应介质; 水的比热大,有利于调节环境和生物体温度;水的比热大,有利于调节环境和生物体温度; 水的内聚力和表面张力大,保证水分运输时水柱不水的内聚力和表面张力大,保证水分运输时水柱不被拉断;被拉断; 水具不可压缩性,能够传递机械力,维持细胞膨压,水具不可压缩性,能够传递机械力,维持细胞膨压,保持枝叶挺立。保持枝叶挺立。 一、农作系统中水分及其循环平衡一、农作系统中水分及其循环平衡1 1、作物体内的水分:、作物体内的水分:作物组织含水量为作物组织含
4、水量为70-90%70-90%(1 1)作物体内水分存在状态)作物体内水分存在状态自由水:自由水:存在于细胞壁、细胞间隙、液泡、导管和存在于细胞壁、细胞间隙、液泡、导管和管胞内、以及其他组织间隙和细胞中未被紧密吸附管胞内、以及其他组织间隙和细胞中未被紧密吸附的水分。变化较大,移动性较强,参与植物的生命的水分。变化较大,移动性较强,参与植物的生命活动。活动。束缚水:束缚水:细胞中受原生质颗粒、细胞壁亲水性物质细胞中受原生质颗粒、细胞壁亲水性物质和一些有机、无机离子吸附的水。移动性差,含量和一些有机、无机离子吸附的水。移动性差,含量少,不参与植物的生命活动,受外界环境影响小,少,不参与植物的生命活
5、动,受外界环境影响小,但与胶体稳定性和作物抗逆性有密切关系。但与胶体稳定性和作物抗逆性有密切关系。化合态水:化合态水:以基团形式参与有机物形成,成为该分以基团形式参与有机物形成,成为该分子结构的一部分,约占作物一生耗水量的子结构的一部分,约占作物一生耗水量的0.2%0.2%左右,左右,对作物的生理作用不大。对作物的生理作用不大。 一、农作系统中水分及其循环平衡一、农作系统中水分及其循环平衡1 1、作物体内的水分、作物体内的水分(2 2)作物体内水分状况指标)作物体内水分状况指标 组织含水量(组织含水量(% %)= =(鲜重(鲜重 - - 干重)干重)/ / 鲜重鲜重100100 含水量受大气湿
6、度和植株生理年龄的影响,应用含水量受大气湿度和植株生理年龄的影响,应用时须加以考虑。时须加以考虑。 组织相对含水量(组织相对含水量(RWCRWC)= =(鲜重(鲜重- - 干重)干重)/ /(吸胀重(吸胀重- -干重)干重)100100 细胞水势:细胞水势:ww = = ss + + pp + + mm 单位单位: :1MPa = 10bar = 9.87atm = 101MPa = 10bar = 9.87atm = 106 6J/L = 10J/L = 106 6N/mN/m2 2 吸胀重是指组织饱和吸水重。应用吸胀重是指组织饱和吸水重。应用水势水势、相对含相对含水量水量较理想。较理想。
7、一、农作系统中水分及其循环平衡一、农作系统中水分及其循环平衡2 2、土壤水类型及有效性、土壤水类型及有效性 土壤水分类型与可利用性土壤水分类型与可利用性表表 土壤水分状况及其可利用性土壤水分状况及其可利用性水势(水势(MPaMPa)0-0.006 -0.0033-1.5-3.1-1000一、农作系统中水分及其循环平衡一、农作系统中水分及其循环平衡2 2、土壤水类型及有效性、土壤水类型及有效性土壤水分形态与可利用性土壤水分形态与可利用性 重力水:重力水:10m10m孔隙中的水分;孔隙中的水分; 毛管水:毛管水:0.20.210m10m孔隙中的水分,即被毛细管吸孔隙中的水分,即被毛细管吸持,而不因
8、重力而下降流失的水分;持,而不因重力而下降流失的水分; 吸湿水:吸湿水:0.2m0.2m孔隙中的水分,即被土壤颗粒强孔隙中的水分,即被土壤颗粒强烈吸持,不能被作物吸收的水,是土壤处于风干状烈吸持,不能被作物吸收的水,是土壤处于风干状态所含有的水分态所含有的水分。 为什么重力水是旱作物的无效水?为什么重力水是旱作物的无效水?一、农作系统中水分及其循环平衡一、农作系统中水分及其循环平衡2 2、土壤水种类及有效性、土壤水种类及有效性土壤水分类型与可利用性土壤水分类型与可利用性不同土壤类型的水分状况不同土壤类型的水分状况 作物可利用的土壤水分是萎蔫点与田间持水量间的作物可利用的土壤水分是萎蔫点与田间持
9、水量间的水分。作物对不同土壤中水分的利用性不同。水分。作物对不同土壤中水分的利用性不同。表表 不同土类的田间持水量、萎蔫点及可利用水分的百分数(不同土类的田间持水量、萎蔫点及可利用水分的百分数(% %)一、农作系统中水分及其循环平衡一、农作系统中水分及其循环平衡3 3、农作系统中水分循环平衡、农作系统中水分循环平衡水的来源:水的来源: 降水(降水(P P,包括降雨、降雪、降霜等)、灌溉水,包括降雨、降雪、降霜等)、灌溉水(I I)、地下水(只存在某些地下水位较高的地区)。)、地下水(只存在某些地下水位较高的地区)。 水的去向:水的去向: 径流(径流(RoRo)、渗漏()、渗漏(D D)、土壤蒸
10、发()、土壤蒸发(EsEs)、土层)、土层保留(保留(WsWs,如土壤胶体、毛管吸持)、植物蒸腾,如土壤胶体、毛管吸持)、植物蒸腾(EpEp)、植物保留()、植物保留(WpWp)。)。农田生态系统农田生态系统水量平衡方程:水量平衡方程: (P+IP+I)- -(Ro+D+Es+Ws+Ep+WpRo+D+Es+Ws+Ep+Wp)= 0= 0图图-2 -6巴巴-10 -15巴巴 茎茎 叶。叶。 保证水分在导管中流动由保证水分在导管中流动由三个方面的力量三个方面的力量决定:决定:根压:根压:由伤流和吐水现象可以说明。伤流量越大,根由伤流和吐水现象可以说明。伤流量越大,根系活力越强;系活力越强;蒸腾拉
11、力蒸腾拉力水分子内聚力水分子内聚力二、二、作物对水分的吸收与利用作物对水分的吸收与利用2 2、作物对水分的吸收与传导、作物对水分的吸收与传导作物体内外水分运动阻力(作物体内外水分运动阻力(s/cms/cm表示):表示): 根根- -土阻力:土阻力:土壤类型及根的数量、根表面积不同,土壤类型及根的数量、根表面积不同,阻力大小不同。一般沙性土阻力小。阻力大小不同。一般沙性土阻力小。 导管体系阻力:导管体系阻力:导管细胞是死细胞,因此阻力较小。导管细胞是死细胞,因此阻力较小。 叶叶- -气阻力:气阻力:包括气孔阻力和边界层阻力,与气孔分包括气孔阻力和边界层阻力,与气孔分布、形状、结构和大气条件有关。
12、布、形状、结构和大气条件有关。二、二、作物对水分的吸收与利用作物对水分的吸收与利用注:注:阻力单位为阻力单位为s/cms/cm,即水分运动,即水分运动1cm1cm所需时间。在总阻力中,所需时间。在总阻力中,根土阻力占比例较大,其大小取决于根的数量、根表面积大根土阻力占比例较大,其大小取决于根的数量、根表面积大小。小。表表二、二、作物对水分的吸收与利用作物对水分的吸收与利用3 3、作物水分的蒸腾与散失、作物水分的蒸腾与散失 作物个体水分散失的部位和方式作物个体水分散失的部位和方式作物体内的水分绝大部分从作物体内的水分绝大部分从叶片叶片上散失,而叶片水分上散失,而叶片水分散失部位则由气孔和角质层组
13、成,并以散失部位则由气孔和角质层组成,并以气孔为主气孔为主,但,但在某些情况下,如植株在某些情况下,如植株幼嫩幼嫩时,时,角质层蒸腾角质层蒸腾可达叶片可达叶片总蒸腾的总蒸腾的50%50%。低温、干旱可加大角质层蒸腾。低温、干旱可加大角质层蒸腾。暴露于空气中的暴露于空气中的枝条枝条也会散失部分水分,这与也会散失部分水分,这与表皮表皮木木栓化程度、皮孔的多少及有无裂缝有关。栓化程度、皮孔的多少及有无裂缝有关。根系吸收的水分上运过程中,有少量水分可从干土层根系吸收的水分上运过程中,有少量水分可从干土层中的中的根表面根表面散失到土壤中,其数量随根系老化程度加散失到土壤中,其数量随根系老化程度加重而减少
14、。重而减少。植物还可通过植物还可通过“吐水吐水”从叶缘散失液态水。从叶缘散失液态水。二、二、作物对水分的吸收与利用作物对水分的吸收与利用3 3、作物水分的蒸腾与散失、作物水分的蒸腾与散失 作物群体的水分蒸腾作物群体的水分蒸腾群体条件群体条件下,所有个体均可散失水分,扩散的水汽在下,所有个体均可散失水分,扩散的水汽在群体中交汇,使群体株丛中的空气比外界更为潮湿,群体中交汇,使群体株丛中的空气比外界更为潮湿,只有群丛内上层空气中的水汽可以比较容易扩散到大只有群丛内上层空气中的水汽可以比较容易扩散到大气中,下部的水汽扩散阻力大,从而形成群丛内自上气中,下部的水汽扩散阻力大,从而形成群丛内自上而下水蒸
15、气压逐渐增高,下部常会达到饱和状态。而下水蒸气压逐渐增高,下部常会达到饱和状态。光在群体中分布也越往下越少,下部叶的光在群体中分布也越往下越少,下部叶的气孔开度气孔开度减减小,蒸腾速率降低。小,蒸腾速率降低。作物群体的蒸腾作用主要发生在上层作物群体的蒸腾作用主要发生在上层,不管群体多么,不管群体多么复杂,可把群体暴露在空气中的外表面看作其蒸腾表复杂,可把群体暴露在空气中的外表面看作其蒸腾表面,整个群体的蒸腾失水远少于单个孤立个体的蒸腾面,整个群体的蒸腾失水远少于单个孤立个体的蒸腾量之和。群体量之和。群体表面粗糙度表面粗糙度较大时,群体蒸腾量增加。较大时,群体蒸腾量增加。二、二、作物对水分的吸收
16、与利用作物对水分的吸收与利用3 3、作物水分的蒸腾与散失、作物水分的蒸腾与散失 影响作物蒸腾作用的因素影响作物蒸腾作用的因素 作物蒸腾作用在作物蒸腾作用在外部外部因素上受大气因子(光、温、因素上受大气因子(光、温、湿等)影响,在湿等)影响,在内部内部因子上主要受气孔的调节。因子上主要受气孔的调节。太阳辐射太阳辐射: :以信号的形式影响气孔的开关;以能量形式以信号的形式影响气孔的开关;以能量形式影响作物体温及环境的温、湿度。影响作物体温及环境的温、湿度。 温、湿度温、湿度: :影响土壤、作物和大气的水势。影响土壤、作物和大气的水势。 风速:风速:在农田周围设置防护林,可减小风力影响,降在农田周围
17、设置防护林,可减小风力影响,降低蒸腾失水。低蒸腾失水。土壤水分状况:土壤水分状况:决定于土壤有效水含量。决定于土壤有效水含量。 作物类型:作物类型:不同作物类型,蒸腾速率不同。不同作物类型,蒸腾速率不同。 二、二、作物对水分的吸收与利用作物对水分的吸收与利用3 3、作物水分的蒸腾与散失、作物水分的蒸腾与散失 作物蒸腾作用的规律性变化作物蒸腾作用的规律性变化蒸腾作用的季节性变化:蒸腾作用的季节性变化:水稻全生育期蒸腾强度呈水稻全生育期蒸腾强度呈抛抛物线物线,以拔节期及抽穗期(即叶面积最大时)最高。,以拔节期及抽穗期(即叶面积最大时)最高。蒸腾作用的日变化:蒸腾作用的日变化:与气孔导度的日变化相似
18、。一般与气孔导度的日变化相似。一般情况下,表现为情况下,表现为单峰曲线单峰曲线,中午前后(,中午前后(1313时左右)蒸时左右)蒸腾强度最大,晚间十分微弱;某些作物、某些条件下,腾强度最大,晚间十分微弱;某些作物、某些条件下,蒸腾作用的日变化呈蒸腾作用的日变化呈双峰曲线双峰曲线,即表现出,即表现出“午睡午睡”现现象,可通过增加供水、降温等措施进行削减。象,可通过增加供水、降温等措施进行削减。二、二、作物对水分的吸收与利用作物对水分的吸收与利用 4 4、作物体内的水分平衡机理与分配原则、作物体内的水分平衡机理与分配原则图图二、二、作物对水分的吸收与利用作物对水分的吸收与利用4 4、作物体内的水分
19、平衡机理与分配原则、作物体内的水分平衡机理与分配原则作物体内水分平衡机理作物体内水分平衡机理作物的水分平衡受土壤水分状况和蒸腾失水的调节。作物的水分平衡受土壤水分状况和蒸腾失水的调节。 在土壤供水状况良好时,植株体内水势变化受昼夜在土壤供水状况良好时,植株体内水势变化受昼夜节律的影响,但处于平衡状态。节律的影响,但处于平衡状态。当水分的吸收、运输、损耗三者协调时,作物体处于当水分的吸收、运输、损耗三者协调时,作物体处于良好水分平衡状态。良好水分平衡状态。当土壤供水不足时,作物体内的水分平衡被打破。当土壤供水不足时,作物体内的水分平衡被打破。二、二、作物对水分的吸收与利用作物对水分的吸收与利用4
20、 4、作物体内的水分平衡机理与分配原则、作物体内的水分平衡机理与分配原则作物体内水分分配原则作物体内水分分配原则 在水势差的支配下,由高水势部位向低水势部位在水势差的支配下,由高水势部位向低水势部位分配;分配; 当蒸腾大于吸水时,水分优先向分生组织、幼嫩当蒸腾大于吸水时,水分优先向分生组织、幼嫩器官(幼叶、幼果)及蒸腾旺盛的功能叶分配;器官(幼叶、幼果)及蒸腾旺盛的功能叶分配; 当严重缺水时,体内水分可发生再分配,即分生当严重缺水时,体内水分可发生再分配,即分生组织、生长点、成熟中的果实可向老叶及花和未成组织、生长点、成熟中的果实可向老叶及花和未成熟果实夺取水分,导致叶片、花和幼果的脱落。熟果
21、实夺取水分,导致叶片、花和幼果的脱落。二、二、作物对水分的吸收与利用作物对水分的吸收与利用5 5、作物的需水规律及水分利用效率、作物的需水规律及水分利用效率作物需水量:作物需水量:可用在最佳水分供应条件时达到作物旺可用在最佳水分供应条件时达到作物旺盛生长的盛生长的田间蒸散量(田间蒸散量(ETET)估算作物田间需水量:估算作物田间需水量: ET= ET=Es+EpEs+Ep,EsEs为土表直接蒸发失水量,为土表直接蒸发失水量,EpEp为作物蒸为作物蒸腾失水量,用腾失水量,用kgkg或或mmmm表示。表示。 作物一生的需水量也可根据蒸腾系数,即作物每形作物一生的需水量也可根据蒸腾系数,即作物每形成
22、成1g1g干物质所需要消耗的水分克数来估测。干物质所需要消耗的水分克数来估测。水分临界期:水分临界期:作物对缺水最敏感的时期。一般在营养作物对缺水最敏感的时期。一般在营养生长末期到生殖生长时期。生长末期到生殖生长时期。此期的作物对缺水的反应此期的作物对缺水的反应最强烈,因此要保证此期的作物需水。最强烈,因此要保证此期的作物需水。 最大需水期:最大需水期:作物对水分需求量最大的时期。一般是作物对水分需求量最大的时期。一般是作物生长最快的时期。作物生长最快的时期。二、二、作物对水分的吸收与利用作物对水分的吸收与利用5 5、作物的需水规律及水分利用效率、作物的需水规律及水分利用效率作物对水分的有效利
23、用作物对水分的有效利用 在农作系统的水去向中,只有通过作物蒸腾所消耗在农作系统的水去向中,只有通过作物蒸腾所消耗的水才是有效利用的水分,因为由根系吸收至叶面蒸的水才是有效利用的水分,因为由根系吸收至叶面蒸腾的水流与矿质营养的吸收和运转相耦联,气孔水蒸腾的水流与矿质营养的吸收和运转相耦联,气孔水蒸腾又与腾又与COCO2 2的吸收反向耦联,所以作物的蒸腾与产量形的吸收反向耦联,所以作物的蒸腾与产量形成密切相关。作物蒸腾失水约占作物吸水总量的成密切相关。作物蒸腾失水约占作物吸水总量的95%95%。水分利用效率(水分利用效率(WUEWUE)= = 干物质生产重量干物质生产重量/ /消耗水消耗水kgkg
24、 。 水分利用效率与作物的特性及其对环境的适应能力水分利用效率与作物的特性及其对环境的适应能力有关。有关。二、二、作物对水分的吸收与利用作物对水分的吸收与利用5 5、作物的需水规律及水分利用效率、作物的需水规律及水分利用效率作物水分利用效率的表达方法及其意义:作物水分利用效率的表达方法及其意义:(1 1)WUE = WUE = 干物重积累干物重积累( (g)/Ep(kgg)/Ep(kg) ) 又称为作物的蒸腾效率(又称为作物的蒸腾效率(TETE),也是通常所指的水),也是通常所指的水分利用效率,广泛用于评价不同作物或不同品种的水分利用效率,广泛用于评价不同作物或不同品种的水分利用效率。分利用效
25、率。(2 2)WUE = WUE = 作物产量(作物产量(Y Y)/ /田间水分蒸散作用消耗的田间水分蒸散作用消耗的水量(水量(ETET) 其中,其中,Y Y为为kgkg,ETET为为Es+EpEs+Ep之和。之和。EsEs为土表直接蒸发为土表直接蒸发失水量,失水量,EpEp为作物蒸腾失水量,用为作物蒸腾失水量,用kgkg或或mmmm表示。这反表示。这反映映田间水分蒸腾散失效率田间水分蒸腾散失效率,在评价,在评价田间总耗水效率田间总耗水效率上上具实用意义。具实用意义。二、二、作物对水分的吸收与利用作物对水分的吸收与利用5 5、作物的需水规律及水分利用效率、作物的需水规律及水分利用效率 作物水分
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