耕作學(xué)-第三-章-種植制度本科(2012.10).ppt

第六章種植制度 一種植制度二作物布局P41三種植方式 一 復(fù)種 二 間套作 三 輪 連作97 121 一種植制度 一 種植制度的含義 種植制度示意圖 有兩塊地 作物種植在時間 不同年度間 上是輪作 連作 廣義看復(fù)種與休閑都是在時間上對土地的利用不同 若從時間上 年度內(nèi) 縮短就成為間 套作 若再進一步縮短就成為了混作 同時播種 所以間 套 混也可以認為是輪作的變型 種植方式 采用輪作 連作 休閑 復(fù)種 間 套作及混作等 在空間上是涉及到在不同地塊上種什么作物類型 品種和種植多少面積 所以種植業(yè)是通過作物栽培在空間和時間上永續(xù)利用土地而進行的作物生產(chǎn) 從廣義的角度分析 在時間上就是種植方式 從空間上土地利用就是作物布局 這二者的結(jié)合就是種植制度 很顯然種植制度是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上全局性問題 二作物布局P41 83 一 作物布局1作物布局的含義作物布局是指一個地區(qū)或生產(chǎn)單位栽培作物的種類 面積和在地域上 農(nóng)田上 的分布 它是一個涉及到在空間不同地域的作物生產(chǎn)問題 大到國家 省 地 市 的作物布局 即地區(qū)布局或地理布局 我國幾種主要優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域布局規(guī)劃就是這種類型 它體現(xiàn)了不同類型的作物或品種類型對當?shù)厣鷳B(tài)條件和社會經(jīng)濟條件的良好適應(yīng)性 體現(xiàn)了區(qū)域優(yōu)勢特色 一個小的生產(chǎn)單位 作物布局常能體現(xiàn)出較好的效益 二 作物布局的原則 P44 4點 1作物生態(tài)適應(yīng)性是基礎(chǔ) 2社會需要是導(dǎo)向 但也要考慮經(jīng)濟效益與風(fēng)險性 綜合協(xié)調(diào) 3社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)條件 三種植方式 一 復(fù)種 sequentialcropping P83 1171指在同一田地上一個年度內(nèi)種植兩季或兩季以上作物的種植方式 是一種在時間上集約利用土地的種植方式 例 一年一熟制 大豆 大豆 大豆 年間換茬種植 一年二熟制 小麥 中稻 小麥 中稻 年內(nèi)換茬復(fù)種 一年三熟制 小麥 早稻 晚稻 小麥 早稻 晚稻2復(fù)種指數(shù) 衡量復(fù)種程度高低的指標 例 某農(nóng)戶有稻田10畝 2005年度采用下列形式種植 其中4畝 小麥 中稻 3畝 油菜 早稻 晚稻 3畝 冬閑 中稻 該農(nóng)戶本年度復(fù)種指數(shù) 解 復(fù)種指數(shù) 4 2 3 3 3 1 10 100 200 復(fù)種有兩種方法 A接 平 換 茬復(fù)種 B套作復(fù)種 A小麥 中稻 小麥 中稻小麥 夏 玉米 小麥 夏 玉米B小麥 春 玉米 小麥 春 玉米 3復(fù)種的意義 1 是人多地少的國家 地區(qū)提高土地生產(chǎn)力的重要措施 我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平低于美國 耕地少于美國 我國以19 5億畝耕地生產(chǎn)的糧食超過美國28 2億畝生產(chǎn)的糧食 其原因在于美國復(fù)種少 耕地糧食畝產(chǎn)200kg 而我國為342 5kg 高71 1983年資料 日本是水稻高產(chǎn)國 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平高于我國 1988年水稻平均畝產(chǎn)397 而浙江省1989年平均耕地畝產(chǎn)796 1kg 這得益于耕地復(fù)種指數(shù)達到249 2 中國是世界上復(fù)種面積最大的國家 1990年全國平均復(fù)種指數(shù)為155 1 南方多在200 以上 最高的浙江省達254 韓國130 9 1980 日本氣候適宜復(fù)種 60年代曾達140 現(xiàn)壓縮到102 主要是糧食進口政策所致 谷物自給率僅46 小麥自給率4 僅大米有剩余 日本進口糧食應(yīng)占用的耕地相當與日本耕地的兩倍之多 足立 1987年 印度120 左右 菲律賓136 1987 泰國129 1987 埃及是灌溉農(nóng)業(yè) 高達188 2 有利于緩和糧 經(jīng) 飼 果 茶等作物的爭地矛盾 促進全面增產(chǎn) 3 有利于穩(wěn)產(chǎn) 4復(fù)種的條件 1 熱量條件 A年平均氣溫法 見下圖B積溫法 積溫比年平均氣溫更有效 如 北緯45 哈爾濱年平均氣溫3 5 比北緯51 的倫敦要低6 多 但 10 積溫哈要多500 所以倫敦只能種植麥類 馬鈴薯和甜菜等耐寒喜涼作物 黑龍江還可以種植喜溫的水稻 利用不同地區(qū)的積溫條件 10 和不同作物播種 成熟所需積溫進行對比 見下圖 C生長期法 一般以無霜期 日 或 10 日數(shù)表示生長期長短 見下圖 積溫法利用最廣泛 但要注意積溫條件與最熱月和最冷月平均氣溫的結(jié)合 如 昆明與濟南 10 積溫基本相同 但7月平均氣溫分別是20 25 左右 所以濟南能種植棉花而昆明不能 華北地區(qū) 10 積溫能滿足某些柑橘類植物的熱量要求 4000 4300 但冬季平均絕對最低溫度在 10 下 柑橘不能越冬而不能栽培 復(fù)種方式積溫計算 P98 Cti ft st 或Rt 其中 Cti 某作物播種至成熟 10 積溫 ft 農(nóng)耗時間 st 苗床積溫 Rt 套作積溫 作物歷 作物與積溫 熱量與復(fù)種 看出 熱帶 亞熱帶地區(qū)進行復(fù)種的熱量條件好 可一年三熟 暖溫帶僅一年兩熟 東北一年一熟 例一 小麥 夏玉米 北京常年 10 活動積溫4000 冬小麥 0 活動積溫2200 小麥 早熟夏玉米 小麥夏收后復(fù)種早熟玉米品種 需農(nóng)耗時間 10 活動積溫100 玉米品種至成熟需 10 活動積溫2200 共需 10 活動積溫是 2200 500 100 2200 早熟 4000 這里500是 10 的活動積溫 換算成 10 的活動積溫 南方可減去700 800 積溫是恰恰滿足 但若考慮玉米收后再播種冬小麥的100 的農(nóng)耗時間 積溫就不足 即一熟有余 兩熟不足 若小麥 中熟夏玉米 套作 節(jié)約400 活動積溫 2200 500 400 2600 中熟 3900積溫 玉米收后再加上播種冬小麥的100 的農(nóng)耗時間 積溫剛好滿足 并且可以種植生育期較長增產(chǎn)潛力高的中熟品種類型 例二 水田 麥 稻二熟制優(yōu)點 1 氣候利用穩(wěn)妥 風(fēng)險性小 麥稻兩熟集中分布區(qū) 10 積溫在4500 5200 年平均溫度15 16 稻麥兩熟積溫4500 5000 是比較充實的 冬半年少雨 夏半年多雨 日照充足 與小麥一水稻生長發(fā)育配合較理想 水稻后期受秋風(fēng)危害的可能性較少 比較穩(wěn)產(chǎn) 2 單季稻增產(chǎn)潛力大 一年兩熟 水稻生長季較充實 可選用生育期較長的品種 如太湖地區(qū)的一季粳稻畝產(chǎn)一般在500 600kg 西南地區(qū) 江蘇已形成水稻畝產(chǎn)水平500kg 小麥250 300kg 全年畝產(chǎn)750 800kg的機械化配套的稻麥兩熟耕作制度 3 省工省本 便于用養(yǎng)結(jié)合 據(jù)調(diào)查 用工與成本比雙季稻三熟制低1 3左右 農(nóng)耗期比三熟制長 有利于提高土壤耕作等農(nóng)活質(zhì)量 在熱量條件較充實的地區(qū)有2個月左右空閑季節(jié) 可填閑種植短生育期綠肥 有利于提高地力 麥 稻二熟制積溫計算某地積溫5000 10 冬小麥 0 積溫需2200 即需 10 積溫為2200 600 1600 晚熟中稻品種需 10 積溫3500 育秧40 50天 節(jié)約積溫700 10 所以麥 稻二熟制需積溫是1600 3500 700 4400 10 積溫利用率 1600 3500 5000 102 如果不育秧節(jié)約積溫700 麥 稻二熟1600 3500 農(nóng)耗時間 5100 積溫5000 不夠 例三 2 水分條件 降水量與灌溉 滿足熱量條件后 還有看水分條件 水分條件不但看總量 還看全年的分布 如果過于集中 往往出現(xiàn)季節(jié)性干旱 影響復(fù)種 在濕潤的南方地區(qū)常見 干旱地區(qū)沒有灌溉便沒有農(nóng)業(yè) 也談不上復(fù)種 半干旱地區(qū)降水不足 常常利用土地休閑為下季作物蓄水 提高復(fù)種后水分的消耗增加 下圖 有灌溉就能提高復(fù)種 同時放棄低產(chǎn)的粟 高粱等 種植高產(chǎn)的小麥 玉米等 3 社會經(jīng)濟技術(shù)條件 需投入更多的勞力 畜力 機械和肥料等農(nóng)用物資 否則會出現(xiàn) 三三見九 不如二五得十 現(xiàn)象 適宜的品種 遲播早熟 苗期長勢旺 適于間套作 和促早發(fā)早熟的技術(shù) 5復(fù)種技術(shù) 1 作物組合技術(shù)A利用休閑季節(jié)增種一季作物B短生長期的填閑利用C再生栽培 如發(fā)展再生稻 2 品種合理搭配技術(shù) A適宜的品種 遲播早熟 苗期長勢旺 適于間套作 B短生育期作物替代長生育期作物 3 復(fù)種時幾種節(jié)約積溫的種植技術(shù) p109 采用短生育期的早熟品種和促進早熟的技術(shù) 乙稀利 地膜覆蓋技術(shù) 減少前后季間農(nóng)耗時間 如機械化 少免耕等 套種 改直播為前作收獲前的育苗移栽 減少本田期 作物晚播技術(shù) 培育耐晚播的品種 增加播種密度等 5復(fù)種增產(chǎn)的原因怎樣提高單位面積產(chǎn)量 或者說提高光能利用率 無非是以下條途徑 一是提高光合速率 二是增加光合作用面積 三是延長光合作用時間 四是綜合 干物質(zhì)生產(chǎn)能力 g 葉面積系數(shù) 凈同化率 g d 光合持續(xù)時間 d 多少世紀來 科學(xué)家們設(shè)想通過改變作物的遺傳特性以提高單位葉面積的光合效率 但是近年來 許多研究得出 同一作物在一般正常的外界環(huán)境與栽培管理條件下 光合效率差剮不大 或者雖有差別但反映在產(chǎn)量上效果并不明顯 例如 美國有人通過對22個從古到今的玉米種測定后發(fā)現(xiàn) 經(jīng)過幾個世紀的改良 光合速率并沒有什么增加 小麥 水稻 甘薯 菜豆 棉花 大麥 苜蓿等也是如此 有的栽培種還不如野生種 伊文斯 澳 綜合大量試驗結(jié)果后得出 沒有確切的證據(jù)可以說明作物單位面積產(chǎn)量的增加是由于光合速率的提高 這樣 在遺傳工程還沒有取得新的突破之前 增加光合面積與光合時間就成為提高光能利用率的兩個主要方面 一般在低水肥條件下 主要矛盾是葉面積系數(shù)較小 增加的主攻方向應(yīng)該是以增加葉面提高單產(chǎn)為主 在水肥差 葉面積少的情況下 過分強調(diào)復(fù)種 就會出現(xiàn) 三三見九 不如二五得十 的現(xiàn)象 而隨著水肥條件改善與密度和葉面積的增加 再增加的葉面積與增產(chǎn)的相關(guān)性越來越小 過多的葉子反而減少了光照葉面積 凈光合率下降 以至造成減產(chǎn) 在這種情況下 再強調(diào)提高單產(chǎn)就很困難 因此在生長季節(jié)允許的地方 如熱帶 亞熱帶和暖溫帶的地區(qū) 變一熟為二熟或三熟以延長光合時間就成為增產(chǎn)的主攻方向 即時間集約型 根據(jù)1973 1978年16個玉米試驗處理的結(jié)果分析 作為反映葉面積與生長日數(shù)綜合指數(shù)的葉一日積 即平均葉面積系數(shù)與生長日數(shù)的乘積LAD 與玉米產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)高達0 895 其中在低葉面積系數(shù)時 生長日數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)只為O 19 而在較高葉面積系數(shù)時則達0 42 這說明 隨著產(chǎn)量與葉面積的增長 延長光合時間增加復(fù)種指數(shù)的增產(chǎn)作用就越來越大 可見在低水肥低產(chǎn)量水平下 即社會經(jīng)濟技術(shù)條件差 提高單產(chǎn)是增產(chǎn)的主要途徑 而在水肥高 產(chǎn)量高水平下 即社會經(jīng)濟技術(shù)條件好 爭取復(fù)種就成為增產(chǎn)的重要途徑 根據(jù)建國以來的經(jīng)驗教訓(xùn) 增加復(fù)種必須因地制宜 而且要以生產(chǎn)條件的改善為前提 否則將勞而無功 一般 作物單產(chǎn)產(chǎn)量如玉米低于300公斤 畝 不適于采用復(fù)種 以改善生產(chǎn)條件 增加葉面積 提高單產(chǎn)為主 玉米高于400公斤 畝 在熱量 水分和社會經(jīng)濟條件許可下 可采用復(fù)種 延長光合時間 進一步年度總產(chǎn) 一熟制和二熟制光合勢 d 的比較 哥斯達黎加熱帶農(nóng)業(yè)研究中心 在社會經(jīng)濟技術(shù)條件好 生長期足夠長的地區(qū)也應(yīng)注意一熟制和多熟制的關(guān)系 6復(fù)種的主要形式 1 一年一熟制 二年三熟制 在積溫少或北方旱地 春玉米 春玉米 大豆 一年一熟制春玉米 冬小麥 夏大豆 二年三熟制 春玉 冬小麥 夏甘薯 二年三熟制 冬小麥 夏大豆 綠豆 糜谷 冬小麥 夏休閑 二年三熟制冬小麥 冬小麥 夏玉米 二年三熟制春甘薯 冬小麥 夏花生 夏芝麻 夏大豆 二年三熟制 二年三熟制作物歷 2 一年二熟制旱地 一年二熟 我國二熟制稻田主要復(fù)種方式 3 一年三熟制稻田三熟制 旱地一年三熟制小麥 玉米 紅薯 我國復(fù)種的特點 套作復(fù)種和接 平 換 茬復(fù)種 耐寒作物 小麥為主 與喜溫作物的搭配 二 間 intercropping 套作 relaycropping P117 1155 1概念凈作 清作 單作 一個完整的生育期內(nèi) 只種植一種作物 間作 在同一田地上于同一生長期內(nèi) 分行或分帶相間種植兩種或兩種以上的作物的種植方式 表示 混作 沒有明顯行的排列 同期混合種植兩種或兩種以上作物的種植方式 可以認為是間作的一種初級形式 表示 套作 在前作物的生育后期 在其行間或帶間播種或移栽后一種作物的種植方式 它是一種積溫節(jié)約的技術(shù) 表示 凈作是單一群體 只有種內(nèi)的競爭關(guān)系 后三種為復(fù)合群體 有種內(nèi) 種間的兩層競爭關(guān)系 小麥與喜溫作物套作的春季炕土 小麥與蔬菜 玉米的間作 p118 間套作的異同A共處期長短不同 間作共處期長 大于整個生育期的1 2 甚至整個生育期 B基本效益不同 間 混作主要是利用空間差 地上和 或 地下 禾谷類 豆類 空間集約型 套作除利用空間差外 主要是利用提早播種的時間差 使主作增產(chǎn) P150小麥 玉米 干薯 或主作平產(chǎn)但附帶收獲了副作 P149小麥 棉花 復(fù)種指數(shù)提高使全年增產(chǎn) 小部分時間空間集約型 大多數(shù)時間是時間集約型 C計算復(fù)種指數(shù)不同 間 混作不計入復(fù)種面積 套作計入復(fù)種面積 D相同的是 一年內(nèi)收獲了幾種作物 間作是同一季節(jié)的作物 而套作是不同季節(jié)的作物 間 混 套作主要作用 A通過不同生態(tài)位 植株形態(tài) 生理習(xí)性不同 的作物或品種搭配種植 在種植業(yè)邊緣區(qū)域和投入水平低的地區(qū)將自然風(fēng)險 干旱 不良溫度 病蟲危害等 洚低到最小 保證全年的穩(wěn)產(chǎn)性 早在現(xiàn)代單一栽培體系出現(xiàn)之前就已進入此混合栽培生產(chǎn) 是一種最古老的種植形式 B在投入水平高的傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)這種多樣化種植 以充實和擴展農(nóng)田生態(tài)位 提高資源 自然資源外 豐富的勞動力資源 的利用率 從而提高全年的總產(chǎn)和經(jīng)濟效益 C增加地表覆蓋減少水土流失 3合理間套作的衡量p119 1 土地當量比LER landequivalentratio LER yi yi 式中yi代表單位面積內(nèi)間 套 混作中的i個產(chǎn)量 yii代表該作物在同樣單位面積上的單作產(chǎn)量 LER 1代表間套混作有利 幅度越大越有利 同理LER亦用于間套混作經(jīng)濟效益 密度等衡量 或用總相對產(chǎn)量RYT relativeyieldtotal yi yii四川盆地旱三熟 小麥 玉米 甘薯土地當量比 產(chǎn)量 180 300 375 400 1050 1500 2 24其中計算式的第一 二 三項分別代表小麥 玉米和甘薯的產(chǎn)量 公斤 667m2 括號中的值為間作總面積上的產(chǎn)量kg 畝 括號外的值為占地面積上的產(chǎn)量 P肥用量 畝 6行小麥 2行大豆 行距和間距均是15cm 一個復(fù)合帶1 2m 小麥和大豆占地比例 0 75 0 25 小麥有優(yōu)勢而大豆無 高度差和增加N素供應(yīng) 可能還與種間相生有關(guān) 甘肅河西走廊 小麥 大豆LER5583 5759 380 1470 0 9694 0 2585 1 2279 種間互補作用和競爭作用的多種類型 A A A A A作物替換B作物的2元復(fù)合群體常見的產(chǎn)量效益類型 其中最常見的是a圖 一個增加 一個約減 但總LER增加 2 密植效應(yīng)是指間 混 套作復(fù)合群體的混合密度大于單作所起的增產(chǎn) 增值 效應(yīng) P127四川盆地旱三熟 小麥 玉米 甘薯 密度土地當量比A小麥 玉米密度當量比 12 20 3000 3000 1 6 其中12 20分子是小麥套作有效穗數(shù) 萬 667m2 分母凈作有效穗數(shù) 3000 3000是玉米套作與凈作的穗 667m2 B玉米 甘薯密度當量比 3000 3000 3000 6000 1 5其中3000 6000代表甘薯套作與凈作的穴數(shù) 667m2 4間 混 套作的原理P123 1 高斯排他假說凈作是單一群體 只有種內(nèi)的競爭關(guān)系 后三種人工復(fù)合群體 有種內(nèi) 種間的兩層競爭關(guān)系 人工復(fù)合群體在資源利用上的競爭 競爭 個體間相互抑制的負向相互作用生態(tài)位分異 不同動物之間的競爭 如果食物互不相同 又不以彼此為獵取對象 種間幾乎沒有競爭 這群動物可以視為在群落中稱為占據(jù)不同的生態(tài)位 如 空間 時間和營養(yǎng)生態(tài)位的分化 對動物的一些實驗表明 當兩種動物的生態(tài)位相似時 兩個種間的競爭強度最大 這些研究支持以下看法 即生態(tài)位相互重疊的種間競爭異常劇烈 以至于它們不可能繼續(xù)共存于一個群落之內(nèi) 這一假說稱為高斯排他假說 P42 48農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)駱世明2001 它在進化和動物生態(tài)學(xué)中有著特別的意義 并已被用作作物混作的理論基礎(chǔ) 高斯假說是否也那樣適用于植物 尚待進一步證實 競爭排斥原理告訴我們 環(huán)境穩(wěn)定時 生態(tài)位完全相同的兩個物種是不存在的 在一個穩(wěn)定的群落中 沒有任何兩個種是直接的競爭者 自然選擇不是加劇之間直接的競爭 而是促進生態(tài)位分化 自然界的群落是一個生態(tài)位上分化的系統(tǒng) 各種群在空間 時間和資源利用方面趨向于相互補充 而不是直接的競爭者 因此 具有物種多樣性的群落比單一物種的群落更有效地利用環(huán)境資源 維持較高的生產(chǎn)力 并具有較高的穩(wěn)定性 但是不少生態(tài)學(xué)家也對競爭排斥原理提出異議 根據(jù)競爭排斥原理可推論 生態(tài)位相似的物種傾向于不能共同生活在一起 但野外凋查 的數(shù)據(jù)并不支持這一觀點 王剛和張大勇 1996 近緣種的共存 而不是排斥 在自然界是普遍規(guī)律 許多研究也表明 一個生態(tài)位一個物種的理論不能提供令人滿意的解釋 Hlutchinson認為下列3種情況下可能就不會出現(xiàn)競爭排斥現(xiàn)象 環(huán)境不穩(wěn)定 物種之間不能達到平衡 資源不是限制因子 物種資源不存在激烈的競爭 環(huán)境變動 在某些物種絕滅之前已改變競爭方向 這種理論暗示著 生長習(xí)性十分相近的植株混作 即單作 植株間的干擾競爭較之習(xí)性不同的植株間的干擾要嚴重 然而 植物利用不同空間或不同資源 生態(tài)位分異 Nichedifferentivation 的機會比動物小得多 動物可以利用多種形態(tài)的食物 雖然元素的構(gòu)成相同 所有植物都需要相同的光照 二氧化碳 水分和養(yǎng)分資源 除了豆科植物能像利用土壤中的氮那樣利用大氣中的氮以外 植物種間在資源需要方面幾乎完全重疊 2 間 混作在資源利用上的互補互補作用 在時間和空間上對資源的較大利用 間 混作在資源利用上的互補作用可以來自兩個方面 一是共生期間對不同空間的利用 二是在時間上部分共生 自然界的植物群落中的空間上的分層性和時間上的演替性是植物間存在著互補的正向作用的典型典范 P124自然界中由喬木 灌木 草本或苔蘚植物組成群落的空間上的分層性和溫帶草原群落時間演替性 A共生期間對不同空間 地上 大氣資源 光 溫和氣 地下 土壤資源 水 肥 的利用 光資源不同的空間共生的作物實現(xiàn)生態(tài)位分異的惟一途徑是從不同空間獲取資源 但是在大氣資源利用方面很少能夠互補 因為水 肥資源足夠 光照能被任何完全封壟的葉片冠層完全截獲 最高100 單作達到完全封壟和多作種植 空間集約型 一樣容易 另外植物對光的競爭是不對稱的競爭 空間集約型的高位作物在光強 光質(zhì)上優(yōu)勢 和矮位作物并不是按播種面積比例分配太陽輻射 如果沒有完全封壟 正如在土壤水 肥資源形成制約時經(jīng)常發(fā)生的情況 則無論作物冠層如何排列都幾乎沒有區(qū)別 因為那樣所有的葉子都可以得到光照 最終產(chǎn)量主要取決于有限的土壤資源 土壤資源在土壤資源 養(yǎng)分和水資源 有限 作物的根系的生長習(xí)性又有顯著差異時 有時能夠通過利用不同的空間形成互補 在作物A和B混作時 淺根的A得不到的土壤資源可能被深根的B獲得 這樣兩種作物就有可能互補 混作的產(chǎn)量可以期望超過任何一個作物單作的產(chǎn)量 即RYT 1 在這種情況下 通過混作對土地進行空間不均勻處理 提高了對稀缺土壤資源的利用 但是 如果水分和養(yǎng)分供應(yīng)充足 每個作物都可以由其通常的根區(qū)輕易地各取所需 或培育C型品 則互補作用的基礎(chǔ)就不復(fù)存在了 再混作RYT降低 如上圖肯尼亞供氮充分的玉米單作可輕易地產(chǎn)出籽粒5 10t hm2 菜豆的單作產(chǎn)量可望達到2 3t hm2以上 而在缺乏養(yǎng)分和土壤障礙問題時玉米菜豆間作總產(chǎn)2 810t hm2 肯尼亞供氮充分的單作玉米可輕易地產(chǎn)出籽粒5 10t hm2 菜豆的產(chǎn)量可望達到2 3t hm2以上 表中肯尼亞玉米單作產(chǎn)量低一定是由于缺氮 而菜豆單作產(chǎn)量低則說明存在病蟲害 其他養(yǎng)分或酸性土壤等問題 從上看出 以利用不同土壤資源為基礎(chǔ)的互補作用的可能性顯然取決于資源水平 土壤資源有限的情況是實現(xiàn)互補作用的最好時機 一般說來 土壤表層 表土20 內(nèi) 的養(yǎng)分供給量最大 大多數(shù)作物都可以得到 而水資源分布于整個土壤剖面 因此 在不包括豆科的混作中 對水資源的生態(tài)位分異可能比對養(yǎng)分的更大 發(fā)達國家這種復(fù)合種植為什么并不廣泛 除了不便機械操作外 原因就在于此 作物生態(tài)學(xué)李雁鳴譯2002 P48 B是在時間上部分共生長的生長季在時間上為生態(tài)位分異創(chuàng)造了機會 當單一作物不能完全利用生長季時 生長時間可通過加上其他作物來延長 即接續(xù)種植的時間集約型 發(fā)達國家最常見的例子是把冷涼季節(jié)生長的禾本科牧草和溫暖季節(jié)生長的豆科牧草混播創(chuàng)建的牧草群體 P21圖2 8 這樣做不但延長了生長季節(jié) 而且整個季節(jié)青飼料的分布比單一種植更為均勻 但是RYT值很少超過1 禾本科牧草和豆科牧草對N肥的不同反應(yīng)所致 因此 主要的優(yōu)點似乎是改善動物營養(yǎng) 高蛋白的豆科飼料與生產(chǎn)力較高 纖維素較多的牧草互相平衡 增加固氮及飼料在一年中更均勻的分配 在發(fā)達國家認為這種復(fù)合種植 overlap 優(yōu)于單作是基于4點 在土壤資源有限 作物的根系的生長習(xí)性又有顯著差異時 其中一個種豆科作物 可看成對不同空間資源N的利用 即用空氣中的和用土中的 利用作物不同種類搭配種植對某些病 蟲 草的抑制有利 是在時間上部分共生延長總生育期 時間集約型 而對大氣資源的光照和二氧化碳利用方面很少能夠互補 5合理間 套 混作增產(chǎn)的原因 資源的互補 不同種類的作物在人工復(fù)合群體中具有空間的成層性和時間的演替性 1 單一作物群體的葉面積變化成拋物線變化 苗期 成熟期漏光現(xiàn)象嚴重 而最繁茂的中期 群體中下部受光不好 而上層又常常超過光飽和點 即平面受光 間 套作時 漏光損失可由復(fù)合群體其他作物的葉面積截獲 間套作時高位作物與矮位作物的同時存在 矮位作物的生長帶就是高位作物帶的通風(fēng)透光的 走廊 把單作的平面受光變成分層次的立體受光 增加中下部受光強度和時間 改善了光質(zhì)和CO2的流通量 增強了生長發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ) 所以間 套作復(fù)合群體的混合密度 總密度 常常大于單作時的密度 人工復(fù)合群體的立體受光 單一群體平面受光 2 單一作物群體地上 下部生長一致 即地上 地下分布的層次一樣 對水 肥等地下資源和光等地上資源需求一致 在最繁茂時期 對生活因子的競爭加劇 如光 肥 水 導(dǎo)致生境共享植物的生活因子降低 使生長發(fā)育不良 而在間套作的人工復(fù)合群體中 交替出現(xiàn)生長高峰期 緩解了對生活因子的競爭 圖示 四川盆地旱三熟 3 在間套作的人工復(fù)合群體中 可通過人為選擇搭配 把不同形態(tài) 高度 不同生育期 不同營養(yǎng)特性和有利的生化互作反應(yīng) 植物相生 化感作用 的作物組合在一起 利用相互間的互補作用 緩解種內(nèi) 種間的競爭 如高桿與矮桿 深根與淺根 近似于空間生態(tài)位分化 長葉與圓葉 生理習(xí)性分異 長與短生育期 近似于時間生態(tài)位分化 喜氮 禾谷類 與固氮作物 豆科 相搭配 近似于營養(yǎng)生態(tài)位分化 如 A地上部分處于一層內(nèi) 地下入土深淺不同 蠶豆 小麥 B地上部分高矮搭配 地下部分處于一層內(nèi) 棉花 芝麻 玉米 大豆 C地上部分高矮桿與地下入土深淺根P146 棗糧間作 桐糧間作 玉米 或棉花 花生 果樹與油菜 或大豆 使地上和地下層加厚 D在廣東和江浙一帶利用優(yōu)越的自然資源 在高矮桿間作中 加入果樹 形成 三層樓 E稻魚結(jié)構(gòu) 稻萍結(jié)構(gòu)P153 果園 或荒地 坡 養(yǎng)雞結(jié)構(gòu) 果園養(yǎng)食用菌等結(jié)構(gòu)等 4 在套作時還利用了后作的提早播種的時間效應(yīng) 有利于趨利避害 提高后作產(chǎn)量 兩方面 和為后作提供早茬口 6間 套 混作的競爭表現(xiàn) 1 空間的競爭 P126 130 單作作物群體內(nèi)光強分布特點 單作作物群體內(nèi)光質(zhì)分布特點P130復(fù)合群體光分布特點 高位作物空間上光的均勻性 且強 質(zhì)量好 光合作用強 具有生長優(yōu)勢 而矮位作物光水平分布的不均勻性且弱 質(zhì)量差 光合作用低 光的形態(tài)建成作用必然會對小麥 棉花形成不同長勢長相的影響 因此高位作物的邊行優(yōu)勢和矮位作物的邊行劣勢同時形成 2 時間上的競爭 P130主要表現(xiàn)在套作中的前 后各茬作物爭季節(jié)的矛盾上 因為在一年一熟情況下 可從獲得單一作物最高產(chǎn)量出發(fā) 選擇最適宜的作物種類和品種 但套作后為使套作方式提高總產(chǎn)量 則必須使前 后茬作物在生長期方面協(xié)調(diào) 不能因追求前茬高產(chǎn)而選用長生育期品種 不正常地加長作物共存期 或延遲套種時間 雖然作物共存期變短 但降低后作產(chǎn)量 失去套作的意義 間作情況下 也存在時間上的競爭 生育期相近的作物間作 作物種間的競爭大于生育期有差別的作物 一個合理的間作應(yīng)有一定的高度差和時間差 P13 3 間套作復(fù)合群體內(nèi)對土地因素的競爭P131套作時 作物共存期短于間作 種間關(guān)系的密切程度相對較小 但在共存期間 前茬作物處于生育中后期 后茬作物卻只是苗期階段 后者對地下養(yǎng)分 水分的競爭明顯處于不利地位 而且往往比間作復(fù)合群體中矮位作物的 競爭力還弱 A水 肥競爭麥 棉方式 據(jù)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所觀測 當棉苗出現(xiàn)兩片真葉 根長20cm多時 小麥已進入灌漿期 棉苗根系周圍分布大量麥根 圖 麥 棉爭水矛盾突出 在春旱的4 5月份 套種棉行 耕層土壤含水率的值常較單作棉田減少2 3 旱情嚴重時 可達4 5 能在田間見到棉苗萎蔫 甚至死苗 陜西省棉花研究所測定 套種 棉花播前 4月11日 0 20cm土層處有效氮的 含量比單作棉低14 4 0 658ppm 有效磷低21 5 81ppm 小麥收獲后 6月13日 又分別降低19 2 B作物代謝產(chǎn)物對其它作物所產(chǎn)生的抑制作用植物間相生相克現(xiàn)象 也是作物之間不利關(guān)系的方面 據(jù)董鉆研究 蓖麻與鷹嘴豆間作時 蓖麻根系向鷹嘴豆相反的方向伸展 而鷹嘴豆的根系卻趨向蓖麻一方 其原因是由于鷹嘴豆根系分泌的酸性物質(zhì)對蓖麻根冠的生長起有毒作用 此外 如已知作物共同生長時 大麻和大豆相互抑制 養(yǎng)麥 菜豆對玉米有不利影響等 盡管已有的研究不能完全揭示當代栽培作物在代謝產(chǎn)物方面的關(guān)系 但是可以說明 在組成間 混 套作復(fù)合群體 它們之間不僅存在對陽光 水分和營養(yǎng)物質(zhì)的競爭 而且還有分泌物之間的影響 C對播種面積的競爭套作的前茬作物播種時需要預(yù)留套種地帶 存在播種面積的競爭 例如四川小麥 玉米 紅薯 小麥預(yù)留套種帶較寬 80 100cm 雖然小麥通過邊行優(yōu)勢可以適當彌補減少播種面積的損失 但一般減產(chǎn)仍有20 30 上 7邊際效應(yīng)和行比間混套作中邊行優(yōu)勢 高位作物 與邊行劣勢 矮位作物 是同時并存的 邊際 緣 效應(yīng) 作物群體邊緣部分與中間部分個體生產(chǎn)量的差額 作物邊緣效應(yīng)的絕對值隨水平邊距遞增而減少 高 矮位作物間作時的邊行優(yōu) 劣勢 邊際劣勢產(chǎn)生原因P133 在間套作時 高位作物的陰蔽下 矮位作物帶的光形態(tài)建成作用導(dǎo)致弱苗 直射光的時間短 因此土溫低 養(yǎng)分分解慢 特別是春季更明顯 其次是在套作時 前作物 高位作物 的根系向套作帶吸收水肥 形成套作帶的水肥貧乏區(qū) 麥 棉時 小麥形成的水肥貧乏區(qū)可達到33 40cm 使棉花幼苗的生長不良 1 邊際效應(yīng)與行比配置P140 為最大限度發(fā)揮邊行優(yōu)勢 減少邊行劣勢 一般高位作物 間作的高位作物 套作中的前作 不可多于 而矮位作物 間作的矮位作物 套作中的后作 不可少于邊際效應(yīng)所影響行數(shù)的兩倍 這是間套作中作物間行比選擇的一般原則 即 高位作物要窄 矮位作物要寬 例上表中 玉米 大豆 玉米應(yīng) 6行 即每一行都有邊行優(yōu)勢 大豆 4行 即大豆最少4行 玉米最多6行 可達較大的LER 2 帶寬 廂寬 幅寬和間距 P139 3 除上述因素外 還應(yīng)考慮主作與副作之分 來決定行比 小麥 棉花 以棉花為主時 應(yīng)按棉花豐產(chǎn)要求的行距 確定帶寬 小麥幅寬插入其內(nèi) 小麥為主時 應(yīng)按小麥豐產(chǎn)要求的行距 確定帶寬 棉花幅寬插入其內(nèi) 一個 復(fù)合 帶寬是間套作的各個作物順序種植一遍所占地面的寬度 包括各個作物的幅寬和間距 套作行 8主作與幅作主 副作的區(qū)別是由氣候 耕地等自然資源特點和經(jīng)濟效益和喜好決定 1 從溫 光 水資源分布特點看四川盆地小麥 耐寒作物 與水稻 喜溫作物 的氣候分布特點 占全年的比例 重慶 播種 成熟 日 月 小麥1 11 30 4水稻1 4 30 8鄭州 小麥15 10 15 6玉米20 4 30 9 不同地域不同作物溫 光 水資源占有特點 四川盆地從溫 光 水資源分布特點看 小麥為代表的耐寒作物僅占全年的1 3左右 而以水稻為代表的喜溫作物占全年的 3左右 所以前者在四川盆地稱為 小春作物 后者稱為 大春作物 即在四川盆地 小春作物 常為副作 大春作物 常為主作 副作要為主作適當讓路 表現(xiàn)在 旱地麥 玉最明顯 小麥為輔作 預(yù)留空行 玉米為主 早熟麥 油菜 早熟蔬菜等 稻田以水稻主 為水稻提供早 肥茬口 而在鄭州耐寒作物小麥與喜溫作物玉米并重 表現(xiàn)在小麥 玉米 我國東南部小麥 玉米 水稻主 副作的變化 P111我國東南部緯度愈高 積溫下降 降雨量下降 北京 長治 同川小麥為主 早熟玉米套作兩熟 濟南 運城 西安小麥為主 中 早熟玉米套 復(fù)種兩熟 徐州 鄭州 漢中小麥玉米并重 中 晚熟玉米復(fù)種 套作兩熟合肥 信陽 安康復(fù)種 套作兩熟比例加大 小麥玉米并重 此線以南以水稻為主 玉米的地位下降 西南地區(qū)小麥為副 玉米為主 9 間 套作的調(diào)控技術(shù) 小麥 玉米 紅薯 P141148 間作中影響矮位作物和套作中影響后作 如 小麥 玉米 生長的四個因素 動畫 預(yù)留行寬度 玉米寬幅套作 玉米套作行預(yù)留較寬 和窄幅套作 株高差 縮短高度差有利與保證矮位作物的競爭優(yōu)勢 小麥應(yīng)選用矮桿 早熟品種類型 同時玉米加強共生期的田間管理 促進生長 高 矮位作物間距離 間距 共處期時間長短 取決于播種早遲和小麥的成熟期早晚 寬幅套作可在前作收獲前30 60天播種 管理水平高可在此范圍內(nèi)提早播種 反之遲播 窄幅套作一般提早7 10天播種 玉米 抓苗 的技術(shù)原則 P147 151麥田兩熟套作 麥田三熟套作 實行規(guī)范化的玉米寬幅套作種植 2米帶寬 小麥玉米各占50 前作選用矮桿早熟品種 玉米生育期較長的類型 這既是套作的時間效應(yīng)所要求 又是后作在前作收獲后 有足夠的時間來克服邊行劣勢的后效而恢復(fù)正常生長的必要保證 麥收時玉米雌穗分化期不超過小穗分化期 這是所有套作都要遵循的基本原則 按照預(yù)留行寬度和管理水平確定播種期 加強共處期的田間管理 玉米營養(yǎng)缽育苗 3 4葉帶土移栽 早中耕 早施苗肥 寬幅套作的還要早施拔節(jié)肥 早防鼠和及時收獲前作 共處期田間管理好壞的標準 四川盆地 玉米窄幅套作在前作收獲時應(yīng)保證苗全 苗齊 玉米寬幅套作在前作收獲時應(yīng)保證玉米株高大于小麥 雌穗分化期不超過小穗分化期 3 間套例 P148 前圖 中行距帶寬6尺 2米 要求種植3000株 667 玉米 每穴一株時的株 窩 距的計算 667 10000 200 2 x 3000 x 11 3 前圖 窄行距帶寬4尺 4 3米 要求種植3000株 667 玉米時的株 窩 距的計算 667 10000 4 3 100 x 3000 x 16 9 10套作復(fù)種和接茬復(fù)種的比較當前中國間 套作種植 在共存期種間競爭不易全苗 苗壯 田間作業(yè)不便 播種 收獲費事費工 不便機械化播種 管理和收獲的缺點 主要取決與農(nóng)機的配套改革 有逐年減少的趨勢 同時接續(xù) 茬 復(fù)種雖然有農(nóng)耗期及苗期光能利用不高的缺點 但沒有種間競爭不良影響 只要積溫夠能保證后期正常成熟 排灌條件好 機械力強 如 當天收獲小麥當天播種夏玉米 再加復(fù)種作物有早熟 高產(chǎn)品種保證 也可以獲得省力節(jié)本高產(chǎn) 在黃淮海平原是當前主要的復(fù)種形式 可能是今后發(fā)展方向 所以 從實際出發(fā) 套作復(fù)種和接茬復(fù)種可選擇使用 例三北碚各月平均氣溫 積溫剩余法P100 一 冬小麥2200 0 減去 10 活動積溫 30 9 4 7 5 9 4 792減去年前 10 13 9 30 420年后 10 活動積溫還余 2220 792 420 980成熟期30 14 0 18 8 984所以4月下 5月上成熟 二 全年 10 活動積溫 30 14 18 8 13 9 5800還可用于其他喜溫作物 10 活動積溫 小麥收后到小麥再播種期的積溫 5800 420 980 4400 三 喜溫作物播種 成熟需 10 活動積溫 水稻 遲熟中稻 3600 玉米 中熟 2600 紅薯 3600小麥 玉米 2200 792 2600 4008 4008與全年5800或2600與4400相減 小麥 水稻 2200 792 3600 5008 同上 小麥 紅薯 2200 792 3600 5008 同上 例三四川盆地麥 玉 薯積溫分析 重慶北碚 所以 四川盆地積溫條件是 二熟有余 三熟不足 四 麥 玉 薯連環(huán)套作三熟積溫 1玉米4月套作20天節(jié)約積溫 4502紅薯6月上旬 7月中 下旬與玉米套作50 60天節(jié)約積溫13003麥 玉 薯連環(huán)套作三熟需要 10 活動積溫4400 2600 3600 450 1300 50基本滿足 但積溫很緊張 小麥常不能在正常播期播種而推遲 所以 在玉米帶正常播期播種小麥 播種完小麥后 再收獲紅薯 形成麥薯帶和玉米帶的年間輪作 4 10 活動積溫利用率 2200 792 2600 3600 5800 131 2 三 輪作 cropratation 與連作 continuouscropping P1571概念輪作 在同一田地上 不同年度間輪換種植不同的作物或不同的復(fù)種方式 連作 在同一田地上 不同年度間種植相同的作物或相同的復(fù)種方式 區(qū)別 農(nóng)業(yè)年度例 大豆 大豆 大豆 小麥 玉米 小麥 玉米 復(fù)種連作 大豆 玉米 小麥 油菜 煙 小麥 中稻 復(fù)種輪作 重茬 前后季 茬 作物相同 偏重于同一種作物的連年或連季種植 有2種情況 大豆 大豆 小麥 早稻 晚稻 換茬 或 倒茬 前后季 茬 作物不同 也可換茬輪作 迎茬 隔一年種 大豆 玉米 大豆 即2年輪作 輪作 連作的其它解釋 中國耕作制度 劉巽浩等農(nóng)業(yè)出版社1993 輪作 在同一田地上有順序地輪換種植不同作物的種植方式 即年內(nèi)連作 在同一田地上連續(xù)種植相同作物的種植方式 小麥 玉米 小麥 玉米 是復(fù)種連作還是年內(nèi)輪作 2輪 連作產(chǎn)生的歷史背景 在遠古時代的土地不能連續(xù)種植 A不翻地 不中耕 雜草叢生 農(nóng)耕文化特點分析 B不施肥 土壤N P的過渡消耗 土壤肥力不能繼續(xù)維持生長 一般2 3年后必須棄耕 重新 刀耕火種 遠古時代農(nóng)業(yè) 刀耕火種 的歷史 合理性 分析 棄耕后土壤肥力的緩慢恢復(fù) P195年復(fù)一年的營養(yǎng)物質(zhì)的閉合式循環(huán) 使營養(yǎng)物質(zhì)和有機質(zhì)呈緩慢的上升式循環(huán) C 有機質(zhì) N營養(yǎng)來自大氣 有效的P K Ca等來自土壤內(nèi)部的富集和活化 土壤結(jié)構(gòu)來自于植物根系對土壤的穿插 切割和死亡后留下的通道 植被生長越好 閉合式循環(huán)的作用越明顯 其中自生 共生固N菌和多年生的木本 多年生草本植物更重要 所以 天然植被是良好土壤肥力的締造和保護者 免于風(fēng)雨對土壤的侵蝕 但土壤肥力的恢復(fù)一般需幾十 幾百年時間 植被生長越好 時間越短 輪作在無肥或少肥的原始農(nóng)業(yè)和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)階段是 旱地 農(nóng)作的基本技術(shù) 是保持耕地連續(xù)種植主要技術(shù)之一 如 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)階段我國北方旱地的禾豆輪作 南方的 綠 肥稻復(fù)種輪作 西歐的諾爾?？溯喿髦?在工業(yè)革命后的商品經(jīng)濟時代連作的主要物質(zhì)和技術(shù)支撐 化肥 P195 197 非常方便而高效快速地保持營養(yǎng)物質(zhì)的平衡循環(huán)或上升式循環(huán) 由于產(chǎn)量增加 可返田的有機質(zhì)數(shù)量也可呈現(xiàn)平衡循環(huán)或上升式循環(huán) 表8 3 6 使土壤培肥的方式發(fā)生了巨大的變化 從生物養(yǎng)地發(fā)展到化學(xué)養(yǎng)地和有機與無機結(jié)合的養(yǎng)地方式 P198 202 農(nóng)藥 殺蟲 殺菌及除草劑 的大量而廉價供應(yīng) 良種 先進的栽培技術(shù)的應(yīng)用 拋荒 短期 采集 連續(xù)種植 土壤耕作 灌溉 有機肥 豆科作物和輪種 拋荒 長期 拋荒 短期 3連作障礙 P161同一作物在同一地塊上連續(xù)種植 引起產(chǎn)量 品質(zhì)下降的現(xiàn)象 連作障礙在旱地的蔬菜 瓜類 豆類 煙草等作物等中比較普遍 如黑龍江大豆 除對產(chǎn)量影響外 還對品質(zhì)有影響 病粒率 蟲粒率上升 城市郊區(qū)蔬菜地病蟲害嚴重 溫室的換土 美國棉花帶由南方向西部的轉(zhuǎn)移 連作障礙的兩個特點 作物特異性 對不同種類作物特別是親緣關(guān)系較遠的異種作物之間 可以克服這種障礙 有害物質(zhì)的濃度積累 連作年限的增加有加劇的趨勢 見 蔬菜輪作設(shè)計的原則 化感作用 allelopathy 農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)駱世明 2001 P47 植物逆境生理生態(tài)學(xué) 趙福庚 何龍飛等 2004 P9 36 一節(jié)概念 植物化感作用 是植物與周圍環(huán)境中生物之間的相互作用是植物通過釋放化學(xué)物質(zhì)到環(huán)境中而產(chǎn)生對自身和其他生物直接或間接的作用這些作用包括克生抑制 相互促進以及自毒等作用 是生態(tài)系統(tǒng)中植物的自然化學(xué)調(diào)控現(xiàn)象和植物適應(yīng)環(huán)境的一種生態(tài)機制 兩千多年前人們已經(jīng)觀察到化感現(xiàn)象 但是真正深入研究卻僅僅是最近幾十年來的事情 1937年德國科學(xué)家Molish首次提出了化感作用一詞 它涵蓋了各種植物之間包括微生物的生化相生及相克作用 之后Rice在他的專著中又進行了補充 國外在這一領(lǐng)域的研究日趨活躍 又稱異株相克 互感 化感 克生抑制 相互促進以及自毒等作用 定名為化感作用 全國自然科學(xué)名詞審定委員會 1992年 二節(jié)次生代謝產(chǎn)物植物化感物質(zhì)主要是植物次生代謝物質(zhì) 次生代謝產(chǎn)物在種間關(guān)系中的作用不論植物 動物還是微生物 生命活動的基本代謝物質(zhì)都是蛋白質(zhì) 核酸 脂肪和糖類 然而 次生代謝各種生物差別很大 同一屬不同種的生物其次生代謝也不相同 次生代謝體現(xiàn)了生物的個性 次生代謝物是一些非基本生命活動所必需的物質(zhì) 與生物的基礎(chǔ)代謝無直接的關(guān)系 過去認為生物的次生代謝產(chǎn)物是基礎(chǔ)代謝的一些廢物 但進一步的研究發(fā)現(xiàn)次生代謝產(chǎn)物在調(diào)節(jié)生物種群間之相互關(guān)系上有著重要的作 用 是種群數(shù)量調(diào)節(jié)的重要機制 現(xiàn)已確定了結(jié)構(gòu)的次生代謝產(chǎn)物超過3萬種 主要是酚酸 水楊酸 阿魏酸等 類 生物堿 扁豆堿 煙堿 罌粟堿 嗎啡 咖啡堿等 萜類 青蒿素等 黃酮類 醌類 羥基胡桃苷等 脂族化合物 非蛋白質(zhì)氨基酸 聚乙炔類 生氰糖甙 單寧 多環(huán)芳香族化合物等 三節(jié)釋放的方式植物化感作用是通過向環(huán)境釋放化學(xué)物質(zhì)而實現(xiàn)的 這些起作用的化學(xué)物質(zhì)稱為化感物質(zhì) 植物化感物質(zhì)主要是植物次生代謝物質(zhì) 它們分布于植物的根 莖 葉 花 果實或種子中 其存在的部位影響其釋放的方式 常見的釋放方式有以下四種 揮發(fā) 一些揮發(fā)性化感物質(zhì) 主要是萜類 通過植物體表 莖 葉 花 進入環(huán)境而發(fā)揮作用 如洋槐 蒿屬植物 桉屬植物和鼠尾草屬植物等產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)能抑制附近雜草的生長 淋溶 由于雨水或霧滴的作用 一些有機酸 氨基酸 萜類和酚類等水溶性化合物易被從植株表面淋溶下來 對周圍植物產(chǎn)生影響 例如 菊科植物洋艾 從葉面上的腺狀微毛溢出的物質(zhì) 被雨水沖到土壤中 抑制周圍其他植物的生長 蒿屬植物葉的淋溶物對森林中的下層植物生長有抑制作用 錫生藤的葉的淋溶物可抑制大豆的生長 根的分泌 很多化感作用物是從根中分泌出來的 如小麥 燕麥 玉米 黃瓜 番茄的根都可分泌抑制性的物質(zhì) chou等 1992年 發(fā)現(xiàn) 水稻連作時 根分泌物中含有大量的酚酸類物質(zhì) 這些物質(zhì)的大量分泌抑制水稻根系的正常生長 是造成水稻減產(chǎn)的主要原因 植物殘株的腐爛中釋放 植物及其某些器官死后 其中的復(fù)合物或聚臺物被微生物分解而釋放出某些化合物 這對周圍植物起化感作用 水稻 油菜 小麥 高粱 玉米作物的殘株腐爛后可釋放出體內(nèi)相克物質(zhì) 或通過微生物作用將原來無毒物質(zhì)變化為有毒物質(zhì)后進入土壤環(huán)境中 例如蕨是一種具有很強的化感能力的植物 在這些蕨類植物之間很少存在其他的草本植物 其化感物質(zhì)就是由枯死的枝葉釋放出來的酚類物質(zhì) 主要成分是阿魏酸和咖啡酸 作用的結(jié)果 四節(jié)環(huán)境脅迫對植物化感物質(zhì)的誘導(dǎo)假說一碳素 營養(yǎng)平衡 Carbon NutrientBalance CNB 假說cNB假說認為 物體內(nèi)以c為基礎(chǔ)的次生代謝物質(zhì) 如酚類 萜烯類和其他一些僅以c H O為主要結(jié)構(gòu)的化合物 與植物體內(nèi)的c N 碳素 營養(yǎng) 比呈正相關(guān) 而以N為基礎(chǔ)的次生代謝物質(zhì) 如生物堿等含N化合物 與植物體內(nèi)c N比呈負相關(guān) 該假說建立在植物營養(yǎng)對植物生長的影響大于其對光合作用影響的理論基礎(chǔ)之 在營養(yǎng)脅迫時 植物生長的速度大為減慢 與之相比 光合作用變化不大 植物會積累較多c H元素 體內(nèi)c N比增大 因此 酚類 萜烯類等以c為基礎(chǔ)的次生代謝物質(zhì)就會增多 然而 在遮蔭條件下 光合作用降低 植物體內(nèi)c N比降低 導(dǎo)致酚類 萜烯類等不含N次生代謝物質(zhì)數(shù)量降低 cNB假說成功地預(yù)測了許多有關(guān)營養(yǎng) 光照對植物次生代謝物質(zhì)的影響 但是許多研究也得出了一些相反的結(jié)論 這可能是由于不同植物之間確實存在著這種差異 二生長 分化平衡 Growth Differentiation Balance GDB 假說植物的生長發(fā)育從細胞水平上可分為生長和分化兩個過程 前者主要包括細胞的分裂和增大 后者主要包括細胞的分化和成熟 次生代謝物質(zhì)是細胞分化和成熟過程中生理活動的產(chǎn)物 GDB假說認為 在資源充足的情況下 植物以生長為主 而在資源匱乏的情況下 植物以分化為主 該假說與cNB假說具有相同的理論基礎(chǔ) 但它比cNB假說的內(nèi)容更為廣泛 GDB假說認為 任何對植物生長影響超過對植物光合作用影響的環(huán)境因子 都會導(dǎo)致次生代謝物質(zhì)的增多 如營養(yǎng)匱乏 低溫 co2濃度升高等 盡管GDB假說較之cNB假說有了很大的適用范圍 而且許多研究結(jié)果都支持這一假說 但它存在著與cNB假說同樣的不足 如次生代謝的成本問題 這兩個假說均認為次生代謝物質(zhì)的產(chǎn)生是不會以減少植物生長為代價的 五節(jié)化感作用在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 一 化感作用與作物栽培耕作制度間套作在世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 由于化感作用中抑制效應(yīng)所造成的損失每年達數(shù)十億美元 所以 應(yīng)根據(jù)不同作物化感作用的性質(zhì)和特點 特別是充分利用化感作用中的相生效應(yīng) 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中進行合理布局 改進或調(diào)整某些作物原有的不合理的間 混 套等栽培技術(shù)和耕作制度 變害為利 化損失為收益 豆科作物與玉米或谷類間作 可明顯提高玉米和谷類對P K ca的吸收 桃園間作小麥可減輕線蟲的危害 輪作合理地利用輪作制度 不僅可以減少土壤中有抑制作用的化感物質(zhì)的積累 盡可能避免連作中經(jīng)常出現(xiàn)的自毒現(xiàn)象 還可以最大限度地利用輪作中一茬有明顯抑制效應(yīng)的植物的化感作用 既對當年也對下一茬植物發(fā)揮治草作用 研究表明 番茄不僅具有自毒作用 而且植株的揮發(fā)物和根系分泌物均對黃瓜的生長有明顯抑制作用 因此 番茄種植應(yīng)采用輪作方式 其水培或大棚種植時 應(yīng)避免與黃瓜間作 利用植物根系分泌物或殘體腐解后所產(chǎn)生的化感物質(zhì) 來抑制土壤中致病微生物的萌發(fā)和生長繁殖 從而減輕植物病害 如前作是大麻 則幾乎可以使馬鈴薯免遭晚疫病的侵害 前作若為苜蓿 可明顯降低棉花凋萎病的發(fā)生 前作若為車軸草 亞麻的立枯病感染率則降低 二 作物秸稈還田技術(shù)的改進I秸稈還田中化感作用的抑制效應(yīng)秸稈還田是植物營養(yǎng)元素循環(huán)利用的有效措施 也是保證我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要途徑 所以其還田面積正在逐年擴大 然而秸稈如何還田才能起到有益無害的作用 正日益受到重視 有關(guān)作物秸稈還田的產(chǎn)量效應(yīng)和土壤的培肥作用 已進行了較深入的研究 而秸稈還田中化感物質(zhì)的抑制效應(yīng)并未引足夠的重視 秸稈經(jīng)過雨水的淋浸和 或 微生物的腐解而釋放出的化感物質(zhì) 常對下茬作物產(chǎn)生不良的影響 如水稻秸稈腐爛產(chǎn)生的羥基苯甲酸 苯乙醇酸 香豆酸 丁香酸 香草酸 阿魏酸 丙炔酸 乙酸等抑制水稻幼苗生長 玉米 高粱 燕麥殘株腐爛產(chǎn)生的咖啡酸 綠原酸 肉桂酸 香豆酸 阿魏酸 香草酸 沒食子酸 香草醛 苯甲醛等可以抑制高粱 大豆 向日葵 粵草的正常生長 甘蔗秸稈腐解的羥基苯甲酸 香豆酸 丁香酸 阿魏酸 香草酸 甲酸 乙酸 草酸 丙二酸 酒石酸 蘋果酸