植物生产与环境教案(第4章)

第4章植物生产与科学用水
教学目标：
◆掌握：水对植物的生理作用；植物吸水的原理、根系吸水的动力和蒸腾作用的概念及生理意义；土壤水分的类型及有效性。

◆理解：降水、空气湿度的表示方法；影响根系吸水的主要因素；提高水分利用率的途径。

◆了解：气孔对蒸腾作用的调节及影响蒸腾作用的条件。

◆学会：降水量与空气湿度的观测方法。

教学时数：16学时
教学方法：理论讲授12学时、技能训练4学时
教学内容：
第一节植物生长发育与水
教学重点：
◆水对植物的生理作用。

◆植物细胞与根系对水分的吸收。

◆蒸腾作用的概念及生理意义。

◆植物的需水规律及合理灌溉的指标。

教学难点：
◆气孔对蒸腾作用的调节及影响蒸腾作用的条件；
◆影响根系吸水的主要因素；
一、植物对水分的吸收
（一）水对植物的生理作用
水是植物的重要组成成分，水利是农业的命脉，水对植物的生命具有决定性作用：水是细胞原生质的重要成分；水是代谢过程的重要物质；水是各种生理生化反应和运输物质的介
质；水分使植物保持固有的姿态；水分具有重要的生态作用。

（二）植物细胞吸水
一切生命活动都是在细胞内进行的，吸水也不例外。

植物细胞吸水有三种方式：
1．渗透吸水含有液泡的细胞吸水，如根系吸水、气孔开闭时保卫细胞的吸水为渗透吸水，主要是由于溶质势的下降而引起的细胞吸水过程。

2．吸胀吸水对于无液泡的分生组织和干燥种子来说，其细胞吸水依赖于低的衬质势而引起的吸水过程。

3．降压吸水主要是指因压力势的降低而引发的细胞吸水。

（三）植物根系的吸水
1．植物对水的吸收和运输植物根系吸收土壤水分后，便进行运输，其运输途径为：土壤中的水→根毛→根的皮层→根的内皮层→根的中柱鞘→根的导管或管胞→茎的导管→叶柄导管→叶脉导管→叶肉细胞→叶细胞间隙→气孔下腔→气孔→大气。

2．植物根系吸水的动力根系吸水的动力主要有根压和蒸腾拉力两种。

（1）根压根压是指由于植物根系生理活动而促使液流从根部上升的压力。

伤流和吐水是证明根压存在的两种生理现象。

（2）蒸腾拉力蒸腾拉力是指因叶片蒸腾作用而产生的使导管中水分上升的力量。

蒸腾拉力是植物吸水的主要动力。

3．植物根系吸水的途径水分在根内的径向运转有途径：质外体途径和共质体途径。

4．影响根系吸水的主要因素植物根系吸水一方面取决于根系的生长状况，另一方面又受土壤状况影响，并且土壤状况对根系吸水的影响很大。

主要因素有：土壤水分、土壤温度、土壤通气状况、土壤溶液浓度。

二、植物的蒸腾作用
（一）蒸腾作用的生理意义
蒸腾作用是指植物体内的水分以气态散失到大气中去的过程。

对植物的生命活动具有一定意义：蒸腾作用能产生蒸腾拉力；促进矿物质营养的运输和合理分配；降低植物体的温度；有利于CO2的同化。

（二）蒸腾作用的方式
叶片的蒸腾作用方式有两种：一是角质蒸腾，是指植物体内的水分通过角质层而蒸腾的过程；二是气孔蒸腾，是指植物体内的水分通过气孔而蒸腾的过程。

植物以气孔蒸腾为主。

（三）蒸腾作用的指标
蒸腾作用的强弱常用蒸腾速率、蒸腾效率和蒸腾系数来表示。

蒸腾系数越小，则表示该植物利用水分的效率越高。

（四）蒸腾作用的调节与影响因素
1．蒸腾作用的调节在植物生产上，采取有效措施适当减少蒸腾消耗：一是减少蒸腾面积。

移栽植物时，可去掉一些枝叶。

二是降低蒸腾速率。

在午后或阴天移栽植物，或栽后搭棚遮荫，或实行设施栽培。

三是使用抗蒸腾剂。

2．影响蒸腾作用的因素主要有光照、空气湿度、风速、温度、土壤条件等。

三、植物的需水规律
（一）植物的需水规律
在植物生活的全过程中，需要大量的水分，不同植物或同一植物不同品种，其需水量不同。

同一植物不同生长时期，需水量也存在很大差异。

植物有两个关键需水时期：一是植物需水临界期。

二是植物最大需水期。

（二）合理灌溉的指标
作物是否需要灌溉可依据气候特点、土壤墒情、作物形态、生理指标等加以判断。

1．土壤指标植物根系活动层土壤含水量低于田间持水量的60%～80%，应及时灌溉。

2．形态指标植物幼嫩的茎叶在中午前后易发生萎蔫；生长速度下降；叶、茎颜色呈绿色或有时变红等情况下，要及时进行灌溉。

3．生理指标常用植物叶片的细胞液浓度、渗透势、水势和气孔开度等作为灌溉的生理指标。

复习思考：
1. 植物细胞吸水的方式有哪些？有什么主要区别？
2. 什么叫质壁分离现象？如何设计一个实验来验证这一现象的存在？
3. 气孔是如何调节蒸腾作用的？
4. 在栽培作物时，如何才能做到合理灌溉？
第二节植物生产与水环境
教学重点：
◆降水、空气湿度的表示方法。

◆土壤水分的类型及有效性。

教学难点：
◆空气湿度的表示方法。

一、降水
（一）降水形成的原因
大气降水的形成，就是云层中水滴或冰晶增长到一定程度，在不断下降的过程中，不因蒸发而导致水分耗尽，降落到地面以后即成为降水。

1．对流降水地面空气受热以后，因体积增大而不断上升，到一定高度又冷却，水汽
凝结而形成的降水。

2．地形降水在山区，暖湿空气受山地阻挡，被迫抬升到一定高度，因水汽饱和而形成的降水。

3．锋面降水当暖湿空气沿锋面上升，因绝热冷却，水汽凝结而形成的降水。

4．台风降水在台风影响下，因空气绝热上升，水汽凝结后而产生的降水。

（二）降水类型
1．按降水性质降水分类连续性降水、间歇性降水、阵性降水、毛毛状降水。

2．按降水物态形式分类雨、雪、霰、雹。

3．按降水强度分类小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨、小雪、中雪、大雪等。

（三）降水的表示方法
1．降水量降水量是指一定时段内从大气中降落到地面未经蒸发、渗透和流失而在水平面上积聚的水层厚度。

通常以日为最小单位，进行降水日总量、旬总量、月总量和年总量的统计。

2．降水强度降水强度是指单位时间内的降水量。

根据降水强度大小，可将降水划分为若干等级。

3．降水变率有绝对降水变率和相对降水变率两种。

4．降水保证率降水保证率是指降水量高于或低于某一界限降水量的频率的总和。

二、空气湿度
（一）空气湿度的表示方法
空气湿度是指表示空气中所含水汽量和空气潮湿程度的物理量。

常用水汽压、绝对湿度、相对湿度、饱和差和露点温度来表示。

（二）空气湿度的时间变化
近地面空气湿度有一定的日变化和年变化规律，尤以水汽压和相对湿度最为明显。

1．水汽压的时间变化水汽压的日变化有两种基本形式，一种是单峰型，另一种是双峰型。

单峰型的日变化与气温日变化相似，一日中水汽压最大值出现在14～15时，最低值出现在日出之前。

单峰型日变化主要发生在海洋上、潮湿的陆地上及乱流交换较弱的季节。

双峰型有两个极小值和两个极大值。

一个极小值出现在日出之前气温最低的时候；另一个出现在15～16时。

第一个极大值出现在8～9时；第二个极大值出现在20～21时。

双峰型日变化多发生在内陆暖季和沙漠地区。

水汽压的年变化与气温年变化相似，在陆地上，最大值出现在7月,最小值出现在1月；在海洋上，最大值出现在8月，最小值出现在2月。

2．相对湿度的时间变化在大陆内部，其日变化与气温日变化相反，最大值出现在日出前后气温最低的时候；最小值出现在气温最高的14～15时。

沿海地区相对湿度的日变化表现为日高夜低，与气温日变化一致。

相对湿度年变化的位相，一般与气温年变化的位相相反，温暖季节相对湿度较小，寒冷季节相对湿度较大。

三、土壤水分
（一）土壤水分的存在形态
1．吸湿水吸湿水是指土粒表面靠分子引力从空气中吸附的气态水并保持在土粒表面的水分。

属无效水。

2．膜状水膜状水是指土粒靠吸湿水外层剩余的分子引力从液态水中吸附一层极薄的水膜。

吸湿水和膜状水又合称为束缚水。

3．毛管水 毛管水是指土壤依靠毛管引力的作用将水分保持在毛管孔隙中的水分。

分为毛管悬着水和毛管上升水两种。

4．重力水 重力水是指存在于土壤大孔隙中，受到重力作用又能向下移动的水分。

（二）土壤水分的有效性
1．水分常数 土壤吸湿系数、萎蔫系数、毛管持水量、田间持水量、全蓄水量等土壤水分常数。

2．水分有效性 通常情况下将萎蔫系数看作土壤有效水的下限，将田间持水量看作土壤有效水的上限，二者的差值称为土壤有效最大含水量。

（三）土壤含水量的表示方法
1．质量含水量
%100%100(%)221⨯-=⨯=W W W 烘干土质量土壤水质量土壤质量含水量
2．容积含水量
容重质量含水量土壤总容积土壤水容积土壤容积含水量⨯=⨯=
(%)100(%)
3．相对含水量 复习思考：
1. 降水形成的原因有哪些？
2. 降水有哪些类型？其表示方法有哪些？
3. 什么叫空气湿度？常用的表示方法有哪些？
4. 试述土壤水分的存在形态有哪些？土壤含水量的表示方法有哪些？
第三节 提高水分利用率的途径
教学重点：。