9作物与作物生态系统

在组建作物生态系统时，应因地制宜选择作物种类和 熟制，因地制宜确定播种期，使作物的生长发育与所处 的环境条件及其季节性变化相偶合（参见表8-5、图8-7、 表9-3），这也是作物生产成败的关键。
表9-3
川西滇北地区山地立体农业生态系统的垂直分布结构
3.2 作物生态系统的结构
（2）空间结构 空间结构是指在地块中作物的种植方式,包括单作、间作、 混作、套作和种养结合的结构形式。
埃塞俄比亚— 西非
墨西哥南部— 中美洲
高梁、芝麻、咖啡、西瓜、油棕、芦笋、秋葵
玉米、甘薯、菜豆、南瓜、棉花、可可、番木瓜、鳄 梨、腰果 马铃薯、烟草、番茄、辣椒、花生、草莓、菠萝、木 薯、橡胶树
南美洲
一、作物起源与生态型分化

12大基因中心学说
茹科夫斯基提出大基因中心的学说：将全世界作物 的变异中心地区，划分为12个大基因中心，在这12个 区域内，不仅有的是作物最初被驯化地点，也有的是 作物在被引入后又形成隐性基因性状多样化的次生地 点。 起源中心学说为搜集和丰富不同作物基因资源指出 了途径，对改进品种并充分利用近缘亲属植物的有益 基因具很大促进作用。
6 10 3 4 1 76
263
注：1：糖产量；2：包括干菜豆、豌豆、鹰嘴豆和蚕豆；3：假定蔬菜、 瓜类、水果和浆果含20%干物质，带皮坚果含50%可食性干物质；4：总 “可耕地”中，种短期性作物的为1022Mhm2;平衡式(13731022=351Mhm2)包括短期草场和休闲地；“永久性”作物包括所有的树 木和蔓生作物（水果、坚果、浆果、葡萄、橡树、可可、咖啡和茶树）。 资料来源：1989年《FAO生产年鉴》；蛋白质含量来自多方面资料（M： 百万）
三、作物生态系统
3.1 概念与基本特性 （1）作物生态系统 以农田为样块、以作物为中心，由作物与其他生物 及非生物组分所建立的、按人类社会需求进行物质生 产的一种人工生态系统。 作物生态系统与其他自然生态系统的最大区别是不 仅受自然生态规律的支配，而且在很大程度上受人为 过程和社会经济规律的支配。也即系统中的作物生产 不仅利用自然科学的原理，而且需要技术、经济和农 民本身的技能。
作物经人类扩大栽培地区后，为适应不同环境而产生 不同的生态型，多年生变为一年生，光周期敏感性的减 弱，种子丧失休眠期，丧失或降低对自然界逆境的适应 性，果实或种子由小变大且更加适口等。但这些变化不 是超越物种以上的变化，因这些后代基本上能与其起源 祖代进行杂交繁育，而在物种间一般是具有隔离效应的。 作物的演化是朝有利于人类的方向发展。
面积 （Mhm2） 220 146 127 76 86 47 702 18 14 14 46 16 9 25 68 55
产量 干物质（Mt） 438 416 349 145 80 70 1498 57 48 49 154 99 41 1401 47 92 蛋白质（Mt） 66 37 38 19 9 9 178 5 1 3 9 0 0 0 12 40
间套作和混作中的种间竞争与协调： 设作物A和B的混作（包括间、套作），其总相对产量 （RYT）可能表现如下： * 当A和B在生育期和空间分布上不存在时间差和空间差， 在生理机能上也无互补效应时。
* 当A和B存在时间和空间差或具生理机能互补性时
通常当两种作物按1:1混作时，因共同分享单位土地面积中 的资源，每种作物的产量为单种时的0.6倍，总产量则为1.2， 相当于提高了土地利用率。
心都有不少种作物的起源和发展，又有各种变异类型， 显示出起源植物的丰富多样性。
表9-1 八大起源中心及起源的主要栽培植物
中国—东亚 印度—热带亚 洲（含中国云 南、东南亚） 中亚 西亚 地中海地区
小米、大豆、绿豆、莲、白菜、葱、梨、杏、栗、核 桃、桑、枇杷、苧麻 水稻、荞麦、茄子、黄瓜、芋、山药、生姜、大麻、 黄麻、胡椒、茶、柑桔、（香蕉、甘蔗、芒果、椰子） 蚕豆、棉花、亚麻、洋葱、大蒜、兵豆、山藜豆、水 芹、菠菜、萝卜、葡萄、大枣、桃、乳香果 小麦、大麦、黑麦、燕麦、苜蓿、香瓜、胡萝卜、莴 苣、石榴、向日葵、苹果、樱桃、胡桃、紫苜蓿、罂 粟、茴香 豌豆、油菜、甘蓝、芜菁、甜菜、龙须菜、荷阑芹、 旱芹、啤酒花、橄榄、白三叶草、月桂
图9-1 茹科夫斯基栽培植物十二大基因中心 1. 中国-日本；2. 印度支那-印度尼西亚；3.澳大利亚； 4.印度；5.中亚细亚；6.西亚细亚；7.地中海沿岸及邻近区 域；8.非洲；9.欧洲-西伯利亚；10.玻利维亚-秘鲁-智利； 11.中美洲和墨西哥；12.北美洲
1.2 作物演化
野生植物被驯化并经过上万年的栽培后，由于环境条 件的改变、与其他生物自然竞争的减少、营养条件的改 善、人类对所发生能遗传的变异加以有意识或无意识的 选择、分离和繁殖，其外部性状及内部生理特性与最初 驯化时有很大差异，这称之为演化。如：

稳定性：是指系统生产力随时间的变化情况，即产 量的可重复性和可预见性。稳定性取决于作物对环境 变化的反应敏感性。

三、作物生态系统 3.1 概念与基本特性 （2）基本特性 ① 生态特性： 可持续性：是指在同一地点生产力水平能否保持长 期不衰减。它取决于生态环境的适宜性和农作资源的 安全、有效与永续利用。
三、作物生态系统 3.1 概念与基本特性 （2）基本特性 ② 社会特性 农业是更大外部社会的延伸，社会为作物生产提供 生产资料、科技、知识、农产品市场，而国家农业政 策、市场需求及价格水平又为作物生产的决策提供信 息，从而使作物生产具重要社会特性，即公平性与自 主性。
三、作物生态系统 3.1 概念与基本特性 （2）基本特性 ② 社会特性 公平性：是指农民所经营的作物生产体系与外部社会 的利益均衡性。公平性受市场需求和价格水平的调节， 但政府的农业政策对公平性有重要影响。
续
花生（带壳） 棉花（种子） 向日葵 油菜籽 其他油用种子 豆类和油用种子合计 蔬菜和瓜类合计 水果和浆果合计 坚果合计 所有作物总计 可耕地4 永久性作物4 永久性牧场 无冰土地总面积
20 34 15 17 13 222 (27)
(1022) 1373 100 3214 13080
23 53 21 22 5 263 463 313 23 2380
三、作物生态系统 3.1 概念与基本特性 （2）基本特性 作物生态系统的区域性强，并通过多种多样的农作 制度来体现其结构和功能。农作制度尽管很复杂多样， 但均具以下基本特性。 ① 生态特性 生产力：是指单位土地面积上有用产物的产量。它 受环境的制约，但作物的生态环境可人为相对优化调 控，因此作物生态系统的生产力比自然生态系统高。

自主性：是指作物生产对社会的依赖程度。传统自给 自足农业因不使用化肥、农药及动力机械，自主性高， 但生产力水平低、对社会贡献小。现代集约化农业则极 大依赖于社会所提供的生产资料和科技知识投入、市场 需求，其自主性低，但生产力水平高，对社会的贡献大。

3.2 作物生态系统的结构 在一定意义上，作物生态系统的结构主要是指依据 气候资源、生产条件和当地经济发展水平所设计的种 植制度与种植方式。 种植制度是指一个地区或生产单位（农场、农户） 的作物组成、配置、熟制与间套作、轮连作等种植方 式的总称。 种植方式是指在一块土地上，一季或一年内，栽种 作物的种类及其配置方式。包括单作、间作、混作、 套作、复种以及沟、垄、穴、畦、厢种的作物搭配和 株、行、带距的配置方式。
合理的空间结构（种植方式）可以充分利用光能、地力和 作物种间关系，最大限度地提高单位面积产量和经济效益。 ①单作：等行距种植可均衡利用光热、养分、水分资源， 宽窄行种植有利充分发挥边行优势，单一作物的产量高。
② 间套作、混作：选择不同生物学特性和生育期的作物 进行间套作或混作可充分利用不同空间的自然资源，土地生 产力高。禾谷类作物与豆类、绿肥、牧草等的间套作、混作 还具生理机能互补性，有利于用地养地结合及农牧结合。
一、作物起源与生态型分化
1.3 作物生态型与品种生态型
* 不同作物的生态型分类
依土壤酸度适应性：酸性土作物、中性土作物、碱 性土作物； 依土壤含盐量：耐盐作物、淡土作物； 依水环境适应性：水生作物、湿生作物、旱地作物。 某一特定生态型的不同作物对其特定生态环境具备 相同或相近的要求及适应机理。
一、作物起源与生态型分化
1.3 作物生态型与品种生态型
* 同种作物的品种生态型 同种作物因长期异地驯化栽培或经人工杂交选育，均可 产生在形态、生理和生态性状上相对稳定的遗传变异，而
形成新的生态型，这在习惯上称之为品种生态型。
如小麦中的强冬性、冬性和春性品种，水稻中的早、中、 晚熟品种是对温、光反应不同的生态型。 研究作物及品种的生态型，对选择适应于当地生态环境 的优良品种、引种驯化、制定生态区划，以及充分利用当 地自然资源等方面均有重要意义。
棉田间、套作生态结构模式： 棉株生育期长，特别是播种至封行期约3个月，因行距大 光能利用率低，最适于间、套作其他作物，以提高光能和 土地利用率。
棉花 2500株/亩 4月中下旬Байду номын сангаас播或移植 番茄 1500株/亩 3月中移栽
番茄 750kg/亩 皮棉 48kg/亩
2.4m 棉花 3500株/亩 4月中下旬直播 芝麻 20kg/亩 皮棉 75kg/亩
第九章 作物与作物生态系统
2学时
第九章 作物与作物生态系统
内容提要 一、作物起源与生态型分化
二、作物资源
三、作物生态系统
第九章
作物与作物生态系统
作物的种类繁多，并因起源地不同及长期异地驯化 栽培和人工选择的结果，形成了在生长发育和生理特 性上要求特定环境的各种生态类型。 依据作物或品种的生态特性与当地自然条件相适应， 所设计的不同种植制度和种植方式，便形成了各种作 物生态系统。
一、作物起源与生态型分化
1.1 作物起源
作物起源:
狭义是指人类最初驯化的植物及其地点;
广义则指在驯化前由更原始的野生基本种经逐步 演化形成为现今作物的历程。
一、作物起源与生态型分化

栽培植物八大起源中心学说
八大中心彼此为山丘、沙漠、海洋所隔离，农业是
独立发展起来的，农具和耕作方法均不相同，每个中
二、作物资源
我国幅员辽阔、纬度垮度大，具寒带至热带的各 种气候类型，适于世界上各种作物的生长，而且是 许多作物的起源地，作物资源极其丰富。 我国所搜集保存的水稻品种资源达4.3万余份，其 中地方品种占80%，引进品种占10%，育成品种占4%。 小麦品种约3万份，其中地方品种和育成品种1.9 万份，引进品种近万份。 我国作物种类和品种的多样性，为作物生产的因 地、因气候种植，抗逆性种植，高产稳产种植，提 供了充分的选择余地。
芝麻 1500株/亩 5月下旬播种 2.4m
西瓜 棉花 2000株/亩 550株/亩 4月上旬直播 4月上旬移栽 3月中移播 花生 花生 2.4m 3000株
西瓜 1500kg/亩 花生 250kg/亩 皮棉 50kg/亩
一、作物起源与生态型分化
1.3 作物生态型与品种生态型
* 生态型：是指不同作物因遗传上的差异或同种作物 因发生了可遗传的变异而形成适应不同生态环境的作 物群或品种群。 * 不同作物的生态型分类
依成花对日长的要求：短日性作物，长日性作物， 中日性作物； 依光强适应性：阴生作物、耐阴作物、阳生作物； 依生长发育对温度的要求：寒带作物、温带作物、 热带作物；
3.2 作物生态系统的结构 （1）环境与作物适应结构
作物的生长发育程序受基因控制，但基因表达的时间 和强度受环境的制约。不同作物因遗传特性的不同，在 完成生活周期的过程中，要求不同的环境条件（如日长、 温度、水分、土壤类型等）。也即不同作物只有生长在 与其要求相适应的环境条件下，才能顺利完成生活周期 和形成高额的产量。
二、作物资源
世界上主要作物类型，栽培面积与总产量
表9-2
世界主要作物的面积、可食性干物质（DM）和粗蛋白质的产量（1988）
（谷类和豆类产量值按干物质含量0.86的比例做了调整，括号内数字为估计数）
作
物
小麦 水稻 玉米 大麦 高梁和谷子 其他（燕麦、黑麦等） 谷物合计 马铃薯 木薯 甘薯、薯蓣等 根茎类作物合计 甘蔗 甜菜 糖料作物合计 豆类小计2 大豆