2024年10月新疆自考02676《作物栽培生理》章节串讲：作物的水分生理与合理排灌（第四章）

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【导语】2024年10月新疆自考02676《作物栽培生理》章节串讲：作物的水分生理与合理排灌（第四章）

第四章  作物的水分生理与合理排灌

[学习目的与要求]

通过本章的学习,考生应能理解水分对作物的生理生态意义,作物体内水分的状态和分布;了解作物对水分的吸收、运输、分配和散失的特点及其规律;掌握作物需水规律,适时适量灌溉的依据和方法,排水的原理;了解合理排灌与作物栽培与耕作的关系,解决生产实践中存在的问题。

内容提要

第一节  作物体水分系统与特性

一、作物体内水分的状态与分布

作物一生对水的需求量是很大的。从影响作物生长发育角度出发,可将这些水分为2部分:

一是作物的生理需水,即直接用于作物生命活动与保持作物体内水分平衡的那部分水;

二是作物的生态需水,即作为生态因子,构成作物正常生长所必需的体外环境而消耗的水。生态需水的作用主要是调节作物周围的环境,达到高产稳产的目的。

如可增加大气湿度,改善土壤及土表面的大气温度等。事实上,生理需水和生态需水在生产实践中不能截然分开。

1.水分状态

(1)束缚水(结合水):概念、意义;

(2)自由水:概念、对生长和代谢的影响。

束缚水又叫结合水,是指比较牢固地被细胞中胶体颗粒吸附而不易流动的水分。细胞的结构物质如蛋白质、各种膜、细胞壁中纤维素微纤丝等的表面都有许多亲水基团,如-NH2、-COO”、-OH等，这些亲水基团以氢键与水结合,使蛋白质、膜、微纤丝的表面形成一层水膜,其中的水分子难以移动,成为束缚水。束缚水已失去了溶剂的作用,在0℃不结冰。

自由水是距离胶体颗粒较远而可以自由移动的水分。自由水主要存在于细胞壁、细胞间隙、液泡、导管和管胞内及作物体其他组织间隙之中。事实上这2种水分的划分是相对的,它们之间没有一个明显的界限。

2.自由水与束缚水的比率及代谢的关系

自由水参与各种代谢活动,它的数量制约着作物的代谢强度,如光合速率、呼吸速率、生长速度等。自由水占含水总量的比重越大，则代谢越旺盛。束缚水不参与代谢活动,但它与原生质等的性质有关。细胞中自由水和束缚水比例的大小往往影响代谢的强度。当作物处于不良环境(如干旱、寒冷等)时,一般束缚水的比重较大,代谢强度变弱,作物抵抗不良环境的能力增强。

3.水分运行与分布

从作物体内水分的运行情况来看,可将其分为2个明显的体系，即由细胞壁、细胞间隙及木质部组成的质外体体系,由原生质及液泡通过胞间连丝联接而成的共质体体系。

水分所存在的体系与水分的运行有关。一般来讲,质外体水比共质体水更易在作物体内移动。不同体系的水分含量占作物含水总量的比也不相同。组织与器官中的水分绝大部分存在于共质体或液泡中,质外体或胞壁中只占小部分,而且这种比例对于不同的作物也不同。

4.含水量变化与生长的关系

通常,分生组织、幼嫩组织及生命活动旺盛组织或器官含水量多,成熟的器官、老化的组织含水量少。其与生理状态、不同时间(季节、生育阶段等)有关。

二、作物细胞的水势

1.作物水势的组成

典型的作物细胞水势是由3部分组成的,即:

Ψ_w = Ψ_s+Ψ_p+Ψ_m

Ψ_w是细胞或组织的水势,Ψ_s是渗透势,Ψ_p是压力势,Ψ_m是衬质势。

渗透势也称溶质势,这是由于溶质颗粒的存在而使水分子的自由能降低,从而使其水势降低了部分。溶液的渗透势通常是负值,其大小决定于溶质颗粒(分子或离子)的总数。

压力势是指由于外界压力而影响体系水分移动的势值。细胞吸水膨胀对细胞壁产生压力,而细胞壁伸缩有限,这势必对细胞水分也产生压力,使细胞水势增加,从而阻止水分的进入,所以压力势常为正值。在特殊情况下,压力势会等于零或负值。初始质壁分离时,压力势为零;剧烈蒸腾时,细胞的压力势会呈现负值。

衬质势是指细胞的多种亲水胶体物质(如原生质的蛋白质、细胞壁的纤维素、贮藏的淀粉等)对水分子的吸附力,其使水的化学势降低,从而引起水势值降低,故常取负值。

2.特殊情况下水势的组成

液泡化的成熟细胞,其衬质完全为水所饱和,衬质势很高并趋近零,可以忽略不计。故这类细胞的水势可表示为:Ψ_w = Ψ_s+Ψ_p

在无液泡的细胞内,如根,茎尖端的分生细胞,由于原生质较丰富,并不断合成新的结构物质,其衬质势较低。尤其是含水量很少的风干种子,原生质为凝胶状态,其衬质势更低,有很强的吸水能力。故这类细胞的水势可略等于衬质势,即:Ψ_w = Ψ_m

细胞水势不是固定不变的,Ψs及Ψp随含水量增加而增高,吸水能力则相应减弱。细胞吸水达紧张状态时,Ψw =0,即使细胞在纯水中也不能吸水。细胞失水时,随着含水量减少,其水势亦降低,吸水能力又相应增强。所以植物细胞颇似一自动调节的渗透系统。

3.水势的单位

1Pa(帕)=10^-5bar(巴)

1bar =10⁵Pa=0.1MPa

4.细胞间水分流动方向决定于二者的水势差

三、水分在作物体中的传导过程

1.水分传导的基本过程

植物体内水分运输的途径是:土壤→根毛→皮层→中柱→根的导管或管胞→茎的导管或管胞→叶的导管或管胞→叶肉细胞→叶细胞间隙→气孔下腔→气孔→大气。

导管或管胞的输导系统:是死细胞,阻力小,运输快。

活细胞间的传导:阻力大,速度慢。水分也可侧向运输。

2.根系与土壤之间的水分传递

3.根表到木质部的水分传导

4.导管系统中的水分传递

5.叶脉、叶肉细胞与大气间的水分传递

第二节  作物对水分的吸收与散失

一、作物对水分的吸收

根系是作物吸水的最主要的器官。作物根系是很庞大的,但并不是根的各部分都能吸水,且各部分的吸水能力也不相同。根部表皮细胞木质化或木栓化部分的吸水能力很弱。根系吸水的部位主要在根的先端(约10cm内),包括根冠、根毛区、伸长区及分生区4部分,其中以根毛区的吸水能力最强。具体地说,根系吸水的主要部位是在根尖木质部已成熟的伸长区及连接伸长区部分的成熟区。

1.主动吸水:概念,根压的证据;伤流、伤流液;吐水(溢泌现象)

2.被动吸水:概念,蒸腾拉力

3.主动吸水与被动吸水的比重与关系

4.影响根系吸水的因素

(1)粘土、壤土、砂土中含水量的区别及持水量的高低;

(2)土壤通气状况、作物对通气不良的耐受能力;

(3)土壤温度;

(4)土壤溶液浓度、防止“烧苗”。

2.作物蒸腾作用的变化规律

(1)日变化:通常遵循“低一高一低”趋势,但受环境变化影响也可能改变,如“午休”现象。

(2)季节性变化。

(3)群体蒸腾作用:与单株不尽相同;对小气候的影响。

(4)降低蒸腾作用的方法:减少蒸腾面积,改善作物生态环境，

适当应用抗蒸腾剂(薄膜性物质、反射剂、气孔开度抑制剂)。

第三节  合理灌溉和排水的生理基础

一、作物的需水规律

1.不同作物和品种的耗水量:C3植物与C植物的差异

2.不同季节的耗水量

3.不同生育期的耗水量

4.叶面积与耗水量

5.环境条件对耗水量的影响

二、适时适量灌溉的依据

适时适量灌溉可满足作物的生理需水。灌溉可使植株生长加快,特别是叶面积加大,增加光合面积;根系活动增强,叶片水分充足;光合速率增强,同时还能改善光合作用的“午休”现象;茎叶输导组织发达,提高水分和同化物的运输效率,改善光合产物的分配利用,提高产量。由此可见,灌溉可改善各种生理过程,特别是改善光合作用,所以,增产效果十分显著。

灌溉除直接满足作物正常生命活动需要外,还能改变栽培环境，即提供生态需水,间接对作物产生影响。例如,早稻秧田在寒潮来临前深灌,起保温防寒作用;晚稻在寒露风来临前灌深水,有防风保温作用;盐碱地灌溉,还有助于洗盐和压制盐分上升;旱田施肥后灌水，起溶肥作用。

1.据土壤含水量判断

土壤达到完全饱和时的含水量为土壤最大持水量,又称最大容水量、饱和含水量。当重力水渗下以后,其主要是土壤毛细管所持有的水量,这时的土壤含水量为田间持水量。田间持水量是在排水良好状况下的土壤所能保持水分的最大量,是土壤有效水的上限。

2.据作物生长状况判断

生长状[形态指标:萎蔫、叶色、生长减缓况判断l生理指标:水势、汁液浓度、气孔开度(更及时、灵敏)

三、灌溉定额及灌溉方法

1.灌溉定额

依据作物耗水量(蒸腾与蒸发总量)、土壤条件、生态条件、田间耗水量(还包括渗漏、流失)、种类特性等定。

2.灌溉方法

漫灌、喷灌、滴灌等。

四、排水

1.水分过量对植物的危害

2.不同种类间的差异

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