一、形态特征
作物个体(cropindividual)由不同器官构成。根据其功能,作物的器官可分为营养器官(包括根、茎、叶)和生殖器官(包括花、果实、种子)。这些器官的形成决定作物个体的形态和结构。
(一)根
根是植物生长在地下的营养器官。种子萌动后,胚根突破种皮,向下向四周生长,扩展为作物的根系。它的功能在于吸收并贮存水分和养料,进行无性繁殖和固定个体于地上。
按照发生前后,作物的根可分为初生根和次生根。前者是由胚根生长而成,后者是从初生根发生,并发展成为作物根系的主体。此外,在根尖处还生长着细小的根毛。这是作物直接吸收水分和养料的器官。按根的着生位置,可分为由胚根延伸的、与茎直接连接的主根和由主根生出的侧根。侧根按发生顺序,还可分为一级、二级、三级和多级侧根,它们共同组成庞大的根群。
按照根的形状可分为直根系(如棉花根系)和须根系(如小麦根系)。按照根系在土壤中的分布,还可分为深根系(如苜蓿根系)和浅根系(如芝麻根系)。作物的根在土壤中的分布,横向可达数厘米至数米,向下深可达数十米,浅不到1cm,而以0~80cm土层最多。不同根系对于水分和养料的吸收与作物地下部分的结构有着密切关系。
(二)茎
茎是维管植物的地上器官,连接根部与地上部的器官。当种子发芽时,胚芽分生组织不断分化出皮层和中柱,向上继续长高,向四周发粗,形成作物的茎。它的功能主要是连接根、叶、花和果实,输送并交流水分和营养物质,支持植物体接受阳光和空气,贮存水分和养料以及繁殖新的植物体。
茎的外部构造分节、节间和顶尖,节是茎上的分生组织所在地方,由这里分生叶、花、果实和枝条。节与节之间的一段茎为节间,其长短直接影响作物的高低。顶尖是茎的顶端,是顶芽所在的部位,叶、侧芽、节和节间都是由此处的生长锥发生的。按茎的形态可分直立茎如稻、麦、棉等作物的茎,缠绕茎如蔓性菜豆的茎,攀缘茎如豌豆的茎,匍匐茎如甘薯蔓等。按茎所处位置可分地上茎如棉茎和地下茎如无芒雀麦草(Bromusinermis)等。另外,尚有一些变态茎如马铃薯的块茎。茎的生长靠顶部和节部的分生组织。顶部分生组织产生顶芽,分生节、节间、叶芽和花芽。节上分生组织产生侧芽,分生侧枝及其叶芽和花芽。有的作物其茎节也可分生新根如甘薯(Ipomoeabatatas)和甘蔗(Saccharumsinensis)等,所以,能够无性繁殖。如此,连续向上,向四周扩展成不同体积的地上部分。作物的株高由数厘米到数十米,横向扩展数厘米和数米。按作物茎高可分为高秆、低秆和匍匐3种类型。
株型是植物的地上部分呈现的外部形状。由于主茎生长情况和分枝方式不同,因而作物表现出不同的株型,大体可分为塔形如棉花(Gossypiumhirsutum)等,植株下部宽大,向上缩小至顶端成尖头状;圆柱形如烟草(Nicotianatabacum)等,其植株上下部同大小;匍匐型如甘薯等,其植株蔓生,匍匐地面;丛型如麦类,其主茎和分蘖不易区分而成簇生长。了解并根据作物的株型以进行作物群落的群体组建、立体种植和管理工作。
(三)叶
叶是绿色植物制造有机养料的主要器官。作物的叶由茎、枝顶端生长锥直接分化而成。它的功能是进行光合作用,制造有机物和通过气孔进行气体交换和蒸腾作用。它由叶片、叶柄和托叶构成。叶片是叶行使功能的主要器官。叶柄是叶片和茎相连接的部分,是物质交流的通道。托叶位于叶柄基部两侧,有保护叶芽的作用。按照小叶的有无,可分为单叶如棉叶等和复叶如大豆叶等;按照组成部分的缺全可分为完全叶和不完全叶;叶在茎上的排列方式称为叶序,可分为互生叶如蚕豆叶等,对生叶如芝麻叶等;按叶片的形状可分为掌状叶如棉叶等,条形叶如麦叶等,带状叶如玉米叶等。此外,还有一些变态叶如豌豆的卷须等。
(四)花
花是有花植物着生在叶腋内进行有性繁殖的器官。作物的花由茎、枝顶尖的生长锥产生花芽而逐渐发育而成。它实际上是一个缩短了的变态枝。其构造分花柄、花托、花萼、花冠、雄蕊和雌蕊。各部俱全称为完全花如棉花等;不全者,为不完全花如玉米雄花等。雄蕊和雌蕊俱全的花为两性花如芝麻花等;两者缺一者为单性花如大麻雄株等。生殖器官的雄蕊和雌蕊同在一朵花内的植株称为雌雄同花;单性花同在一株上的植株称为雌雄异花同株如玉米花等;单性花不在一株上,植株有雌株和雄株之分的称为雌雄异株如大麻(Cannabissativa)等。有些作物的花冠颜色鲜艳,有红、黄、紫等色。有些作物的花散发香气,分泌蜜汁有引诱昆虫传粉的作用。
(五)果实和种子
由子房或者花的其他部分发育而成的器官为果实,包括果皮、果肉和种子等部分。果实内含有营养物质,因此成为谷类作物栽培的收获物。完全由子房发育而成者称为真果,如棉铃等;由子房和部分花器发育而成者称为假果,如梨等。由一花雌蕊形成的为单果,如花生果;由整个花序形成的为复果,如桑葚。果皮肥厚多汁称为肉果,如番茄;果皮干燥的称为干果,如苘麻的蒴果。
种子是种子植物的胚珠受精而发育成的繁殖器官,是许多作物栽培的目的物。它由种皮、胚乳和胚组成。种皮由珠被变成;胚乳是营养物质;胚由合子发育而成,是一个幼小的植物体,分胚根、胚轴、胚芽和子叶。种子发芽后胚根发育成主根,形成地下部分。胚芽分化成叶、茎、枝,形成地上部分。作物的种子小如沙粒,例如烟草种子;大如碎砾,例如蚕豆种子。颜色有黑、黄、白等色,有轻有重。种子重量以百粒重和千粒重来表示,单位为克(g)。收获种子的作物,其单株种子重量是个体的经济产量。
二、生理生态
(一)生长和发育
作物个体是单个作物体。种子植物在母体形成种子,而成为幼株,这是有性繁殖;无性繁殖则是母体的营养器官发芽生根而形成幼株。不管哪种繁殖方式,幼株都在适宜的环境条件下继续生长和发育。生长是作物个体的形态特征量变的过程,它是数量的增加,如体积增大,重量加重和数目增多。发育是作物个体的形态特征和生理功能质变的过程,它是在生长的基础上,形成新细胞、新器官,从而进入一个新的发展阶段。就作物体而言,作物增大、加重和长高,这样的量变过程为作物体的生长;作物生长到一定的时期,花芽分化,进行生殖生长,这样的质变过程为作物体的发育。作物的细胞,器官和作物体的量变与质变过程的综合构成作物个体的生长发育。在此基础上,形成群体和群落的生长发育。
作物的一生可分为营养生长和生殖生长2个生长发育时期。营养生长时期是作物营养器官形成的阶段。一般从胚根和胚芽生长开始,生根抽茎长叶,由小到大,由少到多,形成健壮的营养体。其作用在于吸收、制造、运输和分配空气、水分和养料。生殖生长时期是作物生殖器官的形成阶段。从花芽开始分化出花器,产生雌蕊和雄蕊,再产生出雌配子和雄配子,由雌雄配子结合为合子,形成胚,发育成种子,开始下一代新个体的生长发育。但是,这两个阶段并非截然分开,它们中间有一个过渡时期。当一年生作物的种子萌动发芽时,个体进入营养生长阶段;花芽或幼穗开始分化,则进入生殖生长时期;在茎叶生长停止以前,是营养生长和生殖生长并进的时期;以后主要是生殖生长阶段,直到成熟死亡。多年生作物则是从营养生长时期经营养生长与生殖生长并进时期到生殖生长时期,完成一个生育周期,经过越冬又开始新的生育周期;年年如此,直到生命结束为止。还有一些植物,人们为了收获其营养体,不让其开花结果,利用无性繁殖一直处在营养生长阶段,如一般大田栽培的甘薯和甘蔗等。掌握作物的营养生长和生殖生长的规律,对于组建作物群落有一定的实用价值。
作物的生长发育时期的划分,到目前为止,尚没有一套统一的名称和规定,如生命周期,生育期、生长期、生长时期、生长阶段、生长发育过程及物候期等,应用的十分紊乱,很有必要进行取舍归并。
生命周期是从作物的种子或芽苗萌动到死亡日期的总天数(d),即生命的活动时期。短命的作物,其生命可维持数月,长命的作物可以延长数年和百年。生育期是作物种植或发芽日期到种子成熟日期的总天数。一年生作物如早熟马铃薯的生育期仅55~60d,多年生作物则更长,如苎麻(Boehmeriaspp)可达百年。
物候期是作物生长发育进入另一个生长时期的日期(日/月),如棉花出苗期是子叶展开的日期,小麦的出苗期为麦苗露出地面2~3cm的日期。作物的物候期总的可分为;出苗期、现苗期(抽穗期)、开花期和成熟期。不同作物都有人为的记载标准,并还可根据具体情况增加一些物候期,如小麦增加分蘖期,大豆增加分枝期,以便满足生产应用的需要。
生育时期是作物的一些形态特征出现后所持续的时间(d),它是某一物候期始期和终期之间的天数,例如“出了土四十五”、“花见花四十八”,棉花的苗期和花铃期约为45d和48d。作物的各生育时期相加即为生育期。
各种作物的形态和生长习性不同,生育期和生育时期也各有不同的特征,甚至差别很大。现将有代表性的作物生长发育时期归纳如下,以资参考。
(二)作物的生态因素和生态适应性
作物的生态因素是与作物生长发育有着密切关系的环境条件。生态因素包括日光、温度、水分、养料、空气和土地等。这些因素或条件对作物不可缺少,且不可代替。作物必须适应这些条件。作物对生态条件的适应能力称为生态适应性。作物具有这样的能力,才能生存下去,不然,就会被自然淘汰。
1.日光
日光是太阳辐射的电磁波。它是绿色植物进行光合作用的能量来源。绿色植物体内的叶绿素,利用日光能将水和二氧化碳合成光合产物。光合产物是作物生物产量的基础,所以日光是作物必要的生存条件,它对作物的作用表现在光照度、日照长度和光质等方面。
(1)光照度
光照度是指物体在单位面积上得到的光通量,也就是光线明暗的程度,单位为lx。作物的生长,不管是细胞分化和增殖,还是身体增长和生理活动,都需要一定光照度方可实现。在弱光下,有些作物产生光合产物少,生长缓慢,身体瘦弱,叶绿素也要减少,叶发黄,甚至不能开花结果。在强光下,有些作物不能正常生长,甚至会受到伤害。在一定的光照度范围内,光照度增大,光合作用增强,但超过这一范围的上限,光合作用不再增强。这是光饱和现象,其光照度称为光饱和点。它是作物的光合作用的速度不再随光照度增大而增强时的光照度,也就是光合作用光照度的上限。在光合作用的气体交换和呼吸作用的气体交换完全相等时的光照度称为光补偿点,这时的光合作用不再积累光合产物,也就是作物积累有机物的光照度的下限。光饱和点和补偿点都是作物对于光照度要求的参数,可以根据作物的需光明暗的特性判定它属于何类作物。
1)阳性作物:这是一类只在充足的日光照射下方可正常生长发育的作物如大豆(Glycinemax)和棉花等。这类作物枝叶稀疏,叶小而厚,叶色较淡,叶面具蜡质,叶绿素含量少,开花结实能力强;生长较快,寿命较短;光补偿点和光饱和点均高,呼吸作用和蒸腾作用均强;抗高温、干旱和病害能力强。生长在旷野、阳坡和平原地方。
2)阴性作物:这是一类只在弱光下才能生长良好的作物,如茶树(Camelliasinensis)等。它们枝叶浓密,叶色较深,叶绿素含量多;生长较慢;喜阴恶光,光补偿点和光饱和点均低,呼吸作用和蒸腾作用均弱;抗高温、干旱和病害能力弱。生长在阴湿、背阴和密林地方。
3)耐阴作物:这是介于阳性作物和阴性作物之间的作物,这类作物在全日照强光下生长较好,能忍耐适度隐蔽,在较阴湿的地方生长。由于自然选择的结果,阳性作物和阴性作物自然伴生一起,前者为后者遮光,充分地利用日光。
研究和了解作物的对光照度的适应类型,对于作物群落种植具有重要的参考价值。
(2)日照长度
日照长度是指每天太阳的可照时数。由于地球与黄道面呈66°33′交角倾斜着围绕太阳旋转,因而每天日光射到地球的时间有长有短,并且在一年之中有规律的变化着。在赤道附近,终年昼夜时间等长。在北半球的赤道与北极之间,从春分到秋分,昼长夜短,以夏至的昼最长夜最短,北极圈内全天为白天没有黑夜;从秋分到春分则昼短夜长,以冬至的昼最短夜最长,北极圈内全天为黑夜没有白天。在南半球则相反,赤道与南极之间,从春分到秋分昼短夜长,以夏至的昼最短夜最长,南极圈内全天为黑夜没有白天;从秋分到春分昼长夜短,以冬至的昼最长夜最短,南极圈内全天为白天没有黑夜。这样一来,在地球上的日照长度不断变化的情况下,某地区的作物已适应了当地日照长度,所以它们必须在一定日照长度的条件下,才能正常发育。作物对日照长度变化的反应为光周期性。根据光周期性,将作物分为短日照作物,长日照作物和中间性作物。
1)短日照作物:在一定的发育时期内,每天日照长度只有小于某一时数(临界日长),并经过一定天数才能开花的栽培植物为短日照作物。如果日照长度大于某一时数,则保持营养生长而不开花结果;适当延长黑暗缩短日照则提前开花,延长日照缩短黑暗则延迟开花,例如棉花和大豆。
2)长日照作物:在一定的发育时期中,每天日照长度只有大于某一时数,并经过一定天数才能开花的栽培植物为长日照作物,延长其日照,缩短黑暗可提前开花,延长黑暗,缩短日照则延迟开花,如小麦和油菜(Brassicaspp)等。
3)中间性作物:对日照长度没有严格要求的栽培植物为中间性作物。它们在开花前不要求一定的昼夜的长短,在四季里都能开花结果,如荞麦(***opyrumspp)等。作物需要一定的日照长度的特性,要求一定的日照和黑暗时期,才能通过其光照阶段。如果日照达不到一定的天数,都不能正常发育和开花结果。
2.温度
所谓冷热就是生物对环境热能的感觉。热能实质上是物体内部粒子不规则运动的动能。而温度则是物体冷热程度的物理量,是热能的一种量度。物体的温度说明物体存在的热能的大小。除了地球内部的热能,向外喷发外,地球上的热能绝大部分是从太阳辐射而来。
海拔高,温度低;纬度低,温度高。夏天温度高;冬天温度低。这种因空间差和时间差所造成的温度差影响着作物的生长发育。首先温度影响作物的生理过程。植物吸收水分和矿物养料,无不与温度有关。温度高低吸收的速度会有快慢和多少不同。特别是影响光合作用,一般来说,作物正常进行光合作用的温度范围为10~35℃。温度升高,光合作用加强,而以20~28℃最为强盛;再高,又逐渐减弱,达到40~50℃便会停止。在低温的情况下,叶内的生物化学反应减缓;然而,温度过高,不仅不适于光合作用进行,而且呼吸作用加强,反而消耗光合产物。所以,在白天温度较高,夜晚较低,昼夜温度差较大时,有利于光合产物的积累。其次高温和低温可以伤害作物。高温能够加强作物的呼吸作用,超过了光合作用的强度,光合产物锐减造成作物生理饥饿。同时,蒸腾作用也会旺盛,特别在干旱的情况下,作物缺水,造成作物的叶和果实早衰早熟。过高的温度不仅促使作物体内蛋白质凝固,而且导致器官灼伤开裂。低温对作物伤害更为严重,零度以上的低温,对作物的伤害称为寒害,尤其在低纬度地区,遇到寒流侵袭容易遭受寒害,特别是受冻害后而温度又骤然回升则受害更为严重。
温度是作物生活的必要的条件。作物只有在一定的温度条件下才能进行体内生物化学变化和生长发育。
3.水分
水分一般指水的分量。它和养分一起成为作物不可缺少的生态因子。水不仅溶解、运送和分配养分,而且它本身又是作物的组成部分,作物体内含有50%~80%的水分。由于水具有溶解其他物质的特性,无机和有机养料都是以水为介质进行合成、运输和交换。不仅如此,水本身就是光合作用的原料,有水和二氧化碳才能合成糖类,组成作物的各种组织和器官。
作物对水的适应首先表现在需水量上。每种作物一生吸收水分都有一定的数量。生产单位重量干物质所需的水量称为需水量,也称蒸腾系数。一般作物的需水量为125~1000kg。陆生作物由根吸收水分,因此土壤的含水量成为作物生长的重要条件。作物对土壤水分含量的要求都有最低、最适和最高的三基点。处在最低点以下,作物萎蔫,重则枯死,即所谓旱害;处于最高点以上窒息烂根,即所谓涝害;只有处在适宜的土壤水分之中才能发育正常。
生活在陆地上的作物为陆生作物。按照它们对水分的需求程度可分为:湿生作物、旱生作物和中生作物。
(1)湿生作物
它们生活在潮湿的生境之中。其根系不发达,无根毛;根、茎、叶的通气组织发达,且互相连通;叶具角质层,抗涝能力强,如水稻等。
(2)中生作物
它们生活在水分适中的生境之中,其根茎输导组织发达,能保证水分的供应;叶表面具角质层,栅栏组织整齐而发达,缺少完整的通气组织;不能在潮湿积水缺氧的土壤中生长,也不能在过于干旱的生境中生活,如小麦和棉花等属于这种类型。
(3)旱生作物
它们生活在干旱的生境之中。按照抗旱特征和特性可分为少浆液作物和多浆液作物。
4.养料
养料是作物的营养物质。营养物质和水分一样为合成作物体的重要原料,它可分为无机养料和有机养料。有机养料包括尿素、糖类、氨基酸、维生素等。可以通过根和叶被作物直接吸收,但作物直接吸收的养料主要是可溶性的无机养料。组成作物的无机营养元素多达60多种,因作物种类不同,其中元素的种类和数量也大不一样。但有些元素不可缺少,这就是作物的必需元素,共16种;有些元素可以缺少,则是非必需元素。在营养元素中,又因含量多少可分为大量元素,含量0.01%~10%,包括碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫9种和微量元素,含量0.00001%~0.001%,包括铁、硼、锰、铜、锌、钼、铝等7种。在必需元素中碳、氢、氧来自空气和水,取之不尽;而氮、磷、钾则来自土壤,作物吸收的多,土壤含量却少。因此,氮肥、磷肥和钾肥成为主要施用的矿物肥料。其他营养元素吸收的量少,土壤中又不太缺,所以施用的也少。在必需营养元素中碳、氢、氧、氮、磷、钙、镁、硫等是构成作物的结构物质,如纤维素、半纤维素、木素和果胶等以及生活物质如氨基酸、蛋白质、核酸、叶绿素等的元素。钾、钙、镁和微量元素是构成起催化作用的物质,如酶和一些活化剂。这些必需营养元素在作物体内具有同等重要且不可替代。
作物对营养物质的需求并不是千篇一律的,有的喜欢某些元素,有的偏爱另一些元素,即使同一种元素,不同作物的吸收量也不完全一样。一般来说,水稻、玉米(Zeamays)、小麦、棉花、麻类以及马铃薯(Solanumtuberosum)等需氮素较多,并且需用氮肥种类也有不同。水稻、马铃薯等富含糖类的作物宜用氨态氮肥,而一些经济作物,宜用硝态氮肥,以提高其产品质量。然而,氮肥施用过量也会发生副作用,如倒伏、徒长和晚熟等不良现象。豆类、糖料、油料和茶树则需要较多的磷素。烟草和甘薯需要大量钾素,有“喜钾作物”之称。油菜和甜菜(Betavulgaris)较需硼素,这些作物不可多施氮肥,不然,品质下降,含糖降低。
5.土地
土地是作物生长发育的基地。它固定作物,保护根系,提供作物绝大部分水分和矿物养料以及根系吸收的空气。土地对作物的影响主要有土壤、海拔和地形诸方面。
(1)土壤质地
土壤质地是指土壤中各粒级土粒所占百分含量,大体可分为沙土、壤土和黏土。
1)沙土:沙土的土壤颗粒含沙粒多,黏粒少,具有疏松、多孔、通气、透水、升温降温快,易耕作等特点。然而养分少,易干旱,保水保肥性差,易流失,对作物“发小不发老”。收获物凡在土中形成的作物,如花生(Arachishypogaea)、甘薯、马铃薯和甜菜等适应在沙质土壤上生长。
2)黏土:黏土的黏粒和粉粒多,沙粒少,具有黏结、保水、土温稳。而通气性、透水性和耕性均差,对作物“发老不发小”。水稻适合在黏土中生长。另外小麦、玉米和高粱(Sorghumbicolor)也可生长在稍黏性的土壤。
3)壤土:壤土的黏粒、粉粒和沙粒多少适中,既疏松又不黏重,通气透水,保水保肥,通气性、透水性和耕性介于沙土和黏土之间,是作物生长发育的好基地,适合许多作物种植。
(2)土壤酸碱性
土壤中的氢离子和氢氧离子的多少决定土壤的酸碱性,以酸碱度表示。氢离子多于氢氧离子,酸碱度(pH值)在6.5以下,土壤呈酸性;在7.5以上呈碱性;6.5~7.5为中性。作物对土壤酸碱性适应不同,有的作物还特别敏感。按土壤酸碱度分作物为酸性土作物、中性土作物和碱性土作物。酸性土作物指生长在酸性土壤上的作物,如茶树等。有些则耐酸性土壤,如荞麦、马铃薯、燕麦(Avenaspp)和黑麦(Secalecereale),它们在碱性土或钙质土生长不良。中性作物指适于中性土壤生长的作物,如向日葵(Helianthusannus)等;有些作物也能在盐碱土生长,如甘薯、棉花、甜菜和高粱等。
(3)地形
地形是指土地表面的形态特征。它可分为陆地和海洋。陆地又可分为山地、高原、丘陵、盆地、平原、洼地和水域。这种不同的地形影响着该地的生境,如热、水、空气等条件,也影响了作物的种类及其特征特性。
1)山地:海拔高、地势复杂、土层薄、肥力差、温度低、无霜期短、空气稀薄,如泰山、嵩山等。一般适应于耐寒的和耐瘠的作物如黑麦等生长。
2)高原:海拔高,但地势平坦,温度低,肥力较差,无霜期短,如青藏高原。一般适合耐瘠作物生长,增施肥料可以种植一年一熟作物,如大麦(Hordeumsativum)等。
3)丘陵:地势起伏,肥力较差,水土易流失。适合耐旱作物如黍子(Panicummiliaceum)和谷子(Setariaitalica)等。
4)平原和盆地:地势平坦,土层深厚,肥力较高,如黄淮海平原和四川盆地,适合绝大部分的粮、棉、油、烟等多种作物生长,是我国的主要农业区。
5)湿地:地势低洼,常年积水,富含未分解的有机物。排水后适合耐淹作物,如水稻等。
6)水域:地势低,积水深,适合水生作物生长,如绿萍(Azollaimbricata)和水花生(Alternantheraphiloxeroides)等水生作物。
6.空气
空气是构成地球周围的气体,其成分中与作物关系密切的主要有氮、氧、二氧化碳和水汽。氮是作物的一种重要营养元素,约占空气的78%。但是作物不能利用空气中的游离氮。往往通过闪电和部分微生物作用转化为作物可利用的形态而被吸收。氧约占空气的21%。作物凭借氧进行呼吸作用,产生必需的能量。二氧化碳是作物进行光合作用生产有机物的原料,占空气的0.03%,量少但很重要。这些气体在局部地区的变化亦影响作物的生长发育,例如在日光温室和塑料大棚内立体种植,或者在大田种植麻类作物,密度过大,特别是在晴朗无风的天气,会因通风透气不良而使二氧化碳或氧气不足。当空气中的二氧化碳的浓度低于0.008%~0.001%时,光合作用减缓,甚至会停止。所以合理密植和增加二氧化碳都是现代农业所采取的补救措施。
空气流动成风。在田地上和风细雨,对作物有莫大好处。栽培上实行合理密植,改善作物群体通风透光条件成为一项有效的增产措施。风害是有些地区影响作物的一个因素。台风或飓风会严重伤害和破坏作物,所以,有风灾的地区,营造护田林,防范风害,保护农田,也是一件重要的工作。
7.作物生态适应性
自然环境对作物的影响是客观存在的。一般来讲,虽然大范围环境的根本性改变不太容易,然而群体的外生境则随时都在变化。作物为了生存而具有适应生境变化的能力,以保持其生命的延续和后代的传递。适应的结果,产生作物的生态位、生态型和生活型。
(1)生态位(niche)
生态位是在生态系统中生物在空间和时间内、在环境变化梯度上以及在物质循环中所处的功能和地位。它包括时空生态位、环境生态位和生物生态位。时空生态位是生物所处空间的位置和时间顺序的时刻。环境生态位是在光、热、水、肥、气等生态因素的梯度上所处的范围,也就是生物在完成其生命周期对环境综合适应的特性。环境生态位在坐标上是一个多维立体几何形。虽然可以对单个生态因子逐个分析,但在具体的情况中,它们有前有后,有的可以同时存在而综合作用于生物。生物生态位是生物在生态系统中的营养关系,如食物链和食物网以及营养物质循环中的地位。在作物群落中,运用生态位理论组建群体组合和管理以及合理资源利用,具有指导的意义。
(2)趋异型(ecotype)
同种作物发生趋异适应,经过自然和人工的选择而分化出不同基因型的地方类群称为作物生态型,它属于种以下阶元的集合体。生态条件不同的、分布区域大的和适应季节广的作物,其生态型多;反过来,作物生态型就少,其适应范围窄。作物生态型可分为气候生态型和土壤生态型等。气候生态型是因气候条件不同而分化出不同的生态型。我国原产的,生活在南方沼泽地的野生稻,经过长期选择培育,产生了不同生态型的栽培稻。适应不同的温度,有籼稻生态型和粳稻生态型。适应不同的水分,又有了水稻生态型和陆稻生态型。适应不同的日照,又分出晚、中、早稻生态型。一般秋冬播种夏季收获的越冬作物多为低温长日照生态型;春夏播种,秋季收获的作物多为高温短日照生态型。
土壤生态型是因土壤条件不同,而形成不同的生态型。适应不同肥力的土壤,普通小麦可分为耐肥品种如百泉3271号等,中肥品种如丰产3号等和耐瘠品种如豫麦11号等。又有适应盐碱地的碱麦和红碱麦等耐碱生态型。了解作物的生态型对群落的群体选配具有一定的参考价值。
(3)生活型(lifeform)
不同种作物发生趋同适应而形成的特征特性相似的物种类型为作物生活型。属于同一生活型的不同作物,由于它们具有某些相似的形态、生理和生态特性而能够生活在同一地域。一个地区所以同时分布着绚丽多彩的作物,正因为它们是同一生活型的原因。一般作物生活型大体可分为以下几种。
一年生作物:生活周期为一年的作物。
水生作物:在水体中生活的作物。
地下芽作物:在地下发芽而生长的作物。
地面芽作物:包括叶状体地面芽作物和生根的地面芽作物。
地上芽作物:在地上发芽而生长的作物。
高位芽作物:在植株上部发芽而生长的作物。
这些各种生活型的作物,虽然在系统发育上和分类学上不属于同类作物,但它们能够生活在一起,组成某一地区的群落植被。
生态适应性是生物与非生物相区别的重要标志。环境条件改变,生物随着也改变,以适应新的环境条件。一些适应不了新环境的生物就会被环境所淘汰;适应新环境的生物,不仅能继续生存下去,甚至形成新种。作物群落的组建一方面利用不同生态位的各种生活型和生态型作物;另一方面在现有物种、类型和品种不符合生产要求时,及时发现新变种培育新类型和新品种,以满足群落生产需要。