作物栽培学总论第一章 绪论

作物栽培学总论 第一章 绪论

第一节 作物栽培学的对象、性质、任务及研究法

一、作物栽培学的对象、性质与任务

（一）作物栽培学的定义。作物栽培学是一门综合性、实践性、应用性的农业自然科学。它研究作物生长发育规律、产量及品质形成规律及其与环境条件的关系，探讨作物高产、优质、高效的栽培理论和技术措施。

该定义已经指出了作物栽培学的研究对象、性质、特点及任务。具体可从以下几方面分析这一定义的涵义。

１．该定义揭示了作物栽培学的研究对象

（1）２个规律——作物生长发育规律、产量及品质形成规律。作物栽培的对象包括粮、棉、油、糖等各种作物，作物是有机体，有机体有其自身生长发育、器官建成、产量和产品形成的规律。为了种好庄稼，就必须了解和掌握这些规律，就必须“摸透庄稼的脾气”，即掌握作物的特征特性。在农田作物栽培系统中，作物生产是以无数个体而组成的群体生产，因此，作物栽培学不仅要研究作物个体的生长发育规律和器官建成规律，还要研究作物群体的结构和动态发展规律，探讨如何协调群体与个体矛盾的理论与方法。

（2）１个关系——作物生长发育规律、产量及品质形成规律及其与环境条件的关系。作物生长发育离不开外界环境条件——光、热、水、二氧化碳、矿质元素等。不同的作物、不同的品种以至于不同的生育阶段、不同器官的形成过程，对外界环境有着不同的要求，因此，作物与外界环境条件之间的关系也是作物栽培学必须研究的。在农田作物栽培系统中，作物所处的环境包括了气候因素(光、温、水、气等)，土壤因素(土壤类型与结构、土壤养分及水分等)和生物因素(杂草、有益及有害昆虫、微生物等)。作物生长发育需要有适宜的综合环境条件。作物栽培学必须研究清楚作物生长发育过程中对这些环境条件的具体要求以及这些条件对作物器官建成和产量品质形成的影响。

（3）１个探讨——作物高产、优质、高效的栽培理论和技术措施。了解了作物的特征特性，懂得了作物要求什么样的条件，还要相应地采用整地、施肥、播种、灌溉、中耕除草、防病治虫等各种栽培技术和措施去满足作物的要求，促进作物的生长发育，使之产量高且品质好。在农田作物栽培系统中，措施是人为施加的因素，有的是使作物适应环境(如播期调节、密度控制、株型控制等)，有的是使环境满足作物的要求(如补充营养、灌排水、保护地栽培等)。作物栽培措施是多种多样的，而且各种措施之间有着错综复杂的互作效应共同影响作物生长发育。因此，作物高产栽培需要发挥综合技术措施的作用，最大限度地发挥它们的整体功能效应。

（4）研究对象——通过以上分析可知，作物栽培学的三核心要素，一个是作物本身，第二是作物所处的外界环境，第三是人为的措施。农田栽培的作物一方面生长于自然环境中，通过叶面光合与根系吸收不断同化环境资源——光、温、水、气、养以建成自身，最终形成作物产品。另一方面又受到周围环境的种种制约，而作物所处的周围环境则经常发生动态变化，每时每刻无不影响作物的生长发育过程，进而影响到作物自身遗传潜力的表达以致最终影响到作物的产量和品质。在作物生产过程中，栽培管理者通过栽培技术措施干预作物与环境，协调作物与环境的关系，使作物向着人们所需要的方向发展。因此，作物栽培的实践活动，包括作物、环境、措施三个方面。作物产量与品质的形成，是作物——环境——措施三者共同作用的结果。从现代系统论的观点分析，作物——环境——措施三者互相联系，互相作用，共同构成了农田作物栽培系统。因此，作物栽培学是以农田作物栽培系统为研究对象，研究环境、作物及措施三者关系的一门科学。

２．性质： 农业自然科学。 ３．特点：

（１）综合性。综合运用植物学、植物生理学、农业气象学、生态学、土壤肥料学、耕作学、植物病虫害防治学等多学科的研究成果，不断形成和丰富自身的理论，即作物个体生长发育及其对环境、措施反应的规律和群体发展规律、产量及产品品质形成规律等。

（2）实践性。作物栽培的理论需要作物生产实践来检验；作物栽培的理论的目的是为了如何指导作物生产实践。

（3）应用性。作物栽培学不是基础研究学科，而是应用研究学科。也就是说，其研究目的是为了应用，而不是为研究而研究。

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4．任务。探讨作物高产、优质、高效的栽培理论和技术措施。具体地说，作物栽培学的任务在于根据作物品种的要求，为其提供适宜的环境条件，采取与之相配套的栽培技术措施，使作物品种的基因型得以表达，使其遗传潜力得以发挥。换句话说，作物栽培是通过良种良法相配套，充分发挥作物品种的潜力。

（二）作物栽培系统的总体目标

作物栽培系统的总体目标是生产和输出丰富、优质的作物产品，实现高产、优质、高效。这里指的高效不仅指作物生产的经济效益高(净收入高，劳动生产率高等)，而且还指作物生产对自然资源(光、温、水、气、养等)的同化效率高,以及对所投入的劳动(物化劳动和活劳动)的转化效率高。还有，作物生产是长期、永久的生产活动，不仅要获得一年或一季的高产、优质、高效，而且要做到长期持续的高产、优质、高效。

二、作物栽培学的理论来源和组成部分

（一）理论来源和理论基础（三大理论来源和三个组成部分）

作物栽培学吸收运用了诸多相关学科成果，丰富自己的理论。在这些学科中尤以作物生理学和作物生态学两大学科对作物栽培学理论的发展贡献最大，近年来，随着高产栽培生理研究如高产群体生理、高光效生理研究等的不断发展，逐渐形成了作物栽培生理这一新兴边缘学科，为作物栽培学提供了大量高产生理基础；与此同时，围绕农田群体生态研究，获得了一大批研究成果，农田生态学也应运而生，对作物个体、群体与环境的关系方面提供了很多理论依据。可以认为，作物栽培生理学、农田生态学以及长期以来作物栽培研究的理论精华是作物栽培学的重要理论来源和理论基础。

作物栽培学理论来源的发展轨迹：

最初的理论来源 植物生理学 植物生态学 历史上的生产经验总结 直接的理论来源 作物生理学 作物生态学 现代生产经验总结 理论基础 作物栽培生理学 农田生态学 作物栽培研究的理论精华

形成 作物栽培学理论与技术 （二）组成部分

当今的作物栽培学体系主要涵盖作物生理学、作物生态学、作物管理学三个相互联系的学科领域，形成了作物栽培学的三个基本组成部分，具体为：第一，作物生育进程中各器官建成和产量与品质形成规律及相应的形态、生理指标；第二，作物与外界环境之间的关系，群体与个体之间的关系；第三，各种栽培措施和调控技术的作用原理。

三、作物栽培的特点与目标 （一）作物栽培的特点

作物栽培是使用优良的作物品种，科学地利用土地、种子、肥料、水利、耕畜、农机具和其他生产资料，促进作物生长发育，将无机物质和太阳能转化为有机物质和化学能的生产实践过程，受自然条件(光、温、水、土、肥等)和其他生产条件的影响，又受科学技术和社会经济发展水平的制约。因此，作物栽培具有以下特点：

1．严格的地域性

不同地区的纬度、地形、地貌、气候、土壤、水利等自然条件不同，以及社会经济、生产条件、作物种类和技术水平的差异，构成了作物生产的地域性。如干旱地区应选用抗旱品种，低洼潮湿地区要选择耐湿品种；高温地区选择耐热作物，高寒地区要利用耐寒作物。根据这一特点，作物栽培一定要注意调查研究，反复科学实验，因地制宜，既要适应自然，利用自然，又要充分发挥人的主观能动作用。如果忽视作物栽培的地域性，用“一刀切”的方法推广农业技术，往往会遭到失败。例如北方冬小麦产量高，蛋白质含量高，如果弓I到南方地区栽培则表现成熟延迟，产量低，蛋白质含量低。

2．明显的季节性

由于作物的生长周期较长，不同作物在其各个生长发育时期需要的光、热条件不同，所以作物生产不可避免地受季节差异的强烈影响。要季季丰收，全年增产，必须合理掌握农时季节，使作物的高效生长期与最佳环境同步，误了农时，轻则减产，重则颗粒无收。如北方夏玉米栽培中、晚熟品种，产量潜力高，但热量不足，则常采用麦田套种玉米的方法，延长生育期，使其开花期和灌浆期处于光、热资源充足的季节。

3．技术的适用性

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为实际的生产

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技术和生产力。虽然作物栽培学也包含应用基础理论方面的内容，如作物生长发育和同化物生产等生理生态规律，但所采用的生产技术措施必须能解决实际生产问题，必须具有适用性和可操作性，力争做到简便易行、省时、省工、经济安全。小麦玉米吨粮栽培技术、棉花化控技术之所以能大面积推广，就在于它们的实用性。

4．生产的连续性

农作物生产是连续的生产过程。一个生产周期与下一个生产周期，上一茬作物与下一茬作物都是紧密相连、互相制约的。土地是农业的生产资料，既是人们劳动的场所，又是作物生长发育的地方，合理地使用土地，用地、养地相结合，地力不但不会下降，反而会提高。对土地只用不养，会导致地力下降，农作物减产。生产的连续性要求农业工作者要有长远的观点，做到前季为后季，季季为全年，今年为明年，年年持续增产。

5．系统的复杂性

作物生产是农作物、外界环境和人为措施综合作用的复杂系统，受多种因子影响和制约。作物生产的复杂性要求用整体观点和系统分析方法研究，要求有多学科协作，采取综合措施，有效地处理和协调各种因子的相互关系，以达到高产、稳产、优质、高效，发挥作物生产的总体效益。

根据以上论述，在进行作物栽培过程中要尽量做到“因地制宜、不违农时、技术适用、持续发展、灵活协调”。In carries on in the plant culture process to have to achieve as far as possible “in line with local conditions, to do farm work in the right season, the technology is suitable, sustained growth of production, the nimble coordination continually”.

（二）作物栽培的目标 1．满足粮食需求

据研究，人体每1kg体重每天需要消耗167kJ热量。一个成年人平均体重以60kg计算，每天需要消耗热量10000kJ。人体每氧化1g糖、脂肪和蛋白质分别可得热量17kJ、38kJ、17kJ。人们每天膳食中脂肪的比例较小，为了计算方便，按1g固体食物(包括糖、脂肪和蛋白质)产生17kJ热量计算，那么一个成年人每天需要600g，每年需要219kg的固体食物。如果换算成粮食(原粮)，由于其含有10％～13％的水分和糠、麸、谷壳等不能食用的部分(20％左右)，因此一个成年人每年要消耗粮食300kg左右。随着生活水平的提高，肉、蛋、奶等动物性食品消耗量增加，这些食品多是粮食转化而来的。每生产1kg猪肉需要3．2k8粮食，给粮食需求造成越来越大的压力。目前，世界上每年用于饲料的粮食占粮食总量的40％左右，发达国家达到60％～70％。因此，人均粮食300kg只能算温饱的低限水平，400kg可算是温饱有余的水平，只有500kg以上才能算是充足富裕的水平，才有足够的粮食增加畜产品食物的比例。

我国现在有13亿人口，按人均粮食300ks计，总产需要达到3900亿kg；按人均粮食350kg计，总产需要达到4550亿kg；按人均400kg计，总产需要达到5200亿kg。我国现在已达到粮食供需基本平衡，丰年有余的水平，也有较好的良种、栽培技术方面的作物增产的科技潜力与贮备。但是，也应该看到，我国人多耕地少，人均资源紧缺，是我国作物生产的制约因素。随着经济发展和城市建设大量占用土地，耕地还会继续减少；耕地质量退化是另一个潜在的危机，主要表现在水土流失、污染、沙化、贫瘠化等方面。气候条件变化无常，旱涝冷害时有发生，特别是全球变暖引起的干旱对农业生产造成极大的危机。如此看来，我们对保证我国的粮食需求既要充满信心，又不能盲目乐观，作物栽培科技工作者任重而道远。

2．保障食物安全

食物安全是指能够有效地提供全体居民以数量充足、结构合理、质量达标的包括粮食在内的各种食物。食物安全还有一个涵义，即要有充足的粮食储备。粮食的最低安全系数是储备量至少应占需要量的17％～18％。食物安全还要求提高食物生产环境质量，建立无公害的生产基地，研究作物的无公害优质栽培技术，发展优质、专用、无公害农产品，保护环境，以保障健康食品的有效供给。

3．增加供给的多样性(Increase supplies multiplicity)

过去，迫于人口压力，我们长期强调“以粮为纲”，导致了我国农业结构的单一化。在我国粮食基本达到供需平衡的情况下，应调整农业内部结构，要积极发展畜牧业和水产、养殖业，这既促进了种植业结构调整，由“粮食作物一经济作物”二元结构向“粮食作物一经济作物一饲料作物”三元结构的转变；又为改善我国人民的食物构成提供了物质基础。种植业结构的调整，要求作物栽培学拓宽研究领域，需要研究的作物种类更加丰富多样。

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4．实现农业可持续发展

20世纪以来，随着科技进步和社会生产力的极大提高，人类创造了前所未有的物质财富，推进了文明发展的进程。与此同时，人口剧增、资源过度消耗、环境污染、生态失衡日益突出，“人口、资源、环境与食物”的矛盾已成为全球性的问题。在作物生产上，发达国家大量使用化肥、农药、除草剂等化学合成品，在提高作物产量的同时，也导致了污染、生产成本过高、经济效益下降以及农药残留等问题。发展中国家则由于人口相对多，滥用土地、过度开发，粗放和掠夺式经营，又造成耕地荒漠化、盐碱化以及水土流失等资源退化现象日益加剧。在上述背景下，各国学术界不约而同地提出了可持续农业(Sustainable Agriculture)的发展方向。可持续农业有两个涵义，一是发展生产满足当代人的需要，二是发展生产不以损坏环境为代价，使各种资源得到延续利用。

《中国21世纪议程——中国21世纪人口、环境与发展白皮书》\21st century Populations, Environment And Development White paper\指出：“农业是中国国民经济的基础。农业与农村的可持续发展，是中国可持续发展的根本保证和优先领域”。近20年来，我国农村贫穷落后的面貌有了很大的改变，农民已实现了温饱，正朝着小康迈进。然而，我国农业和农村发展也面临一系列严重问题。其中包括人口基数太大，人均耕地少，农业自然资源人均占有量逐年下降，人均粮食占有量不多；农业综合生产力低，抗灾能力差，农业生产率常有较大的波动；土地退化严重，受污染耕地面积大，农业环境污染日益加重，自然灾害频繁。

我国的农业和农村要解决上述问题，必须走可持续发展的道路。可持续发展的目标是改变农村贫困落后的面貌，逐渐达到农业生产率的稳定增长，提高食物生产数量和质量，保护食物安全，发展农村经济，增加农民收入。只有走可持续发展的道路，才能够保护和改善农业生态环境，合理、永续地利用自然资源，最终实现人口、环境与发展的和谐与协调。

5．提高作物生产效益(Enhances the crops production benefit)

长期以来，我国的作物生产一直将高产作为追求的目标，围绕作物高产，技术超常密集，无节制地追加物化技术，过量使用化肥、农药、生长调节剂，造成流失多，利用率低，污染环境，成本高，效益低。现代农业科学技术要求利用最合理的自然资源配置，以最低的能耗获得最大的经济效益，研究发展精确适度简化高效栽培技术，降低生产成本，提高作物生产效益。

6．改善作物的品质(Improvement crops' quality)

与发达国家相比，总体说来，我国作物产品的品质较低。作物产品的品质受环境条件和栽培技术的影响，如我国已选育出品质较好的强筋专用小麦品种，但是由于配套的栽培技术研究薄弱，推广率低，致使生产的商品强筋专用小麦品质不稳定。所以，进行作物品质形成理论与保优节本栽培技术的研究，改善作物的品质，对满足人民生活水平提高的需求和提高我国农产品的国际竞争力具有重要意义。

四、作物栽培研究法

研究作物栽培的基本方法是在田间进行试验。任何一个作物、品种或一项措施、技术，都必须在当地通过田间试验和示范，证实其确有应用价值(增产、增收或降低成本、省工省力)，方可推广应用。 田间试验法即产量对比法，就是对不同作物品种或不同栽培技术措施进田间小区或大田对比试验。这种对比法一般要设置若干个处理、安排若干次重复，进行田间比较，试验过程中要进行详细的观察测定和记载，收获时进行测产、考种，最后将试验结果进行统计分析，决定品种或措施的优劣和取舍。产量对比法是当前普遍采用的研究法。

对于作物自身生长发育和产量形成进行研究，常采用下列方法：

1．生物观察法 作物生产的过程是作物生长发育、器官建成、产量形成和物质积累的过程。对这些过程进行跟踪，必须通过肉眼观察和仪器测量。这是搜集科学事实和自然信息的基本途径。作物的形态、结构与机能是统一的，作物的局部与整体是一致的。因此，在观察作物的形态、结构时要结合其机能，观察局部时要联系其整体。

2．生长分析法 生长分析法的出发点是，作物的生育进程以植株的干物质积累来衡量，干物质积累又与光合面积(叶面积)有直接的关系。比较同一作物不同品种，或者同一品种不同栽培条件下叶面积消长和干物质积累的差异，可以在一定程度上鉴别品种的好差和栽培技术措施的优劣。

生长分析法的具体做法是，间隔一定的天数，在田间进行取样调查，测定叶面积消长和干物质动态，有时还将植株各不同器官分别进行测定。

3．发育研究法 发育研究法是在作物生育期间，每隔一定的天数测量植株的生长状况，譬如稻、麦，则特别注意分蘖消长、穗分化状况等的测定，因为这些性状直接关系到稻麦的最终产量构成和产量。

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4．生长发育研究法 生长发育研究法是在生长分析法和发育研究法的基础上形成的。生长发育研究法的做法是，根据器官建成规律，调查各营养器官的分化、发展和衰亡时期及其持续时间；观察穗分化(禾谷类作物)和花芽分化进程，追踪小穗、小花(或花芽)分化数、退化数(或脱落数)和成粒数及其临界期；测定不同时期有效叶面积及各器官的干重、碳素和氮素的含量以及碳氮比等；最后分析查明产量构成的各个因素。通过生长发育状况的分析，可以评估某种栽培技术措施的作用和优劣，进而制定出相应的促进或控制的措施。

第二节 作物的起源和起源中心

一、作物的起源

1.作物的起源过程

现今栽培的作物Nowadays cultivates crops是人类从野生植物wild plant中经过长期驯化选择培育而来，是自然选择和人类劳动的产物和成果。人类从猿到人经过了漫长的岁月，古人类获得食物的手段除了渔猎外，主要靠采集野生植物。采集是为了得到可以食用的东西，所以采集时必然伴随着选择。人们常常把所采集到的植物带到临时或半临时住地食用，其中一部分被遗弃或埋藏起来，那些具有繁殖能力的果实、种子、块根、块茎等在住地附近开始繁衍起来。由于住地附近人类的排泄物使土壤比较肥沃，所以植物生长格外繁茂。人们还发现从近处的植物群落中就能获得适合食用的植物，于是便对这类植物开始引起注意，并逐渐从野生植物群落中把它们分离出来并加以保护，这是由采集野生植物转变为栽培植物的萌芽。

当人们对某些植物的需要量超过植物的供应量时，人们便开始有意识地种植这些植物，并注意选择其中果型大，生产多，成熟后脱落损失少的类型。开始种植野生植物仅仅是农业诞生的第一步，但若不进行培育，野生植物也不会驯化为栽培植物。

薯类和禾谷类可能是最早被驯化的植物。因为薯类在采挖后，遗留在土壤里的残根又长成新薯，于是给人以人工种薯的启示。禾谷类种子适应性强，生长期短，结实多，成熟期较一致，易储藏，所以易被驯化、种植。人类在从事种植野生植物的过程中，不断改善栽培技术，逐渐积累了经验，在此基础上通过长期的自然选择和人工选择，适合人类需要的那些变异类型被保留下来，使野生植物逐步转变为栽培作物。

2．作物起源过程总结为：原始人类靠采集、狩猎获取食物、居无定所半定居、定居，多余植物保存、埋藏，吃剩果核、种子等遗弃后在驻地重新生长出来（“种”的启示）；人类排泄物使定居点周围土地越来越肥，植物生长比其他地方好（“施肥”的启示）；狩猎到暂时吃不掉的动物圈起来，饿的直叫，要吃的（养殖的启示）。人们对这些植物格外注意并从野生植物中分离出来加以保护。（采集走向栽培的萌芽）有意识地种植，挑选适口性好、生命力强的类型（自然选择和人工选择），有利于人类的基因逐渐保留，久而久之，野生植物变为栽培作物。

3．植物的起源也就是农业的起源，也就是人类文明史的开始，英文Culture 即“栽培”，又叫“文明”，“农耕伊始。文化紧随”。 二、栽培植物起源中心

自然界至今还存在着某些作物的祖先，例如野生大豆、野生稻等。但大多数栽培作物与其祖先的模样大不相同，究竟现今栽培作物起源于何地，这个问题很早就为植物学家、育种学家和栽培学家所重视。对作物起源研究较早的是瑞士植物学家德2康德尔，他所研究的247种作物中他认为有199种来自旧大陆，45种来自新大陆，5种来历不明，并断定一个物种丰富的地区未必是它的起源中心。

从表1—l资料可以看出，不论研究者从何种角度论证，中国作为世界栽培植物的起源中心之一的重要地位是举世公认的。瓦维洛夫(1935)根据前苏联作物栽培工作者在世界5大洲60多个国家进行多次考察的结果，确定了主要栽培植物的8个独立起源地。这位世界公认的伟大学者称中国的中部和西部山区及其毗邻的低地是“第一个最大的独立的世界农业发源地和栽培植物起源地”。

表１－１ 关于世界栽培植物起源中心的诸家观点

学者（发表年份

主要观点 中国所处地位

）

世界栽培植物首先驯化地区包括：(1)中国，(2)西南亚

德康多尔，1882 中国为第1个驯化地区

及埃及，(3)热带美洲

瓦维洛夫，1935 首倡多样性中心学说，分世界栽培植物为8个起源中心 中国属第1起源中心 瓦维洛夫，1940 扩大为19个起源地区 中国属第12地区 5

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