1、第四章 植物生长与水分环境,王大庆,YOUR SITE HERE,H2O,植物吸水,土壤水分,蒸腾作用,大气降水,第一节 植物生长的水分环境,水分循环,YOUR SITE HERE,土壤由矿物质、有机质、水分、气体和土壤微生物 组成，水分作为土壤的重要组成部分，参与土壤中不断进行的各种物质和能量的转化。水分的形态、数量和能量决定着物质和能量的转化强度，进一步影响着植物吸水和土壤对植物的营养和水分供应。土壤的水分状况导致土壤的肥力差 异，土壤水分是土壤肥力因素中 不可分割的组成部分。针对地区 气候和水资源状况调节土壤的水 分含量与状态，增加土壤有效水 含量，是农业增产增收的重要措 施之一。,一
2、土 壤水 分,退 出,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分调节,水分类型,YOUR SITE HERE,退 出,土壤水分来源：降水，灌溉，地下水。土壤水分形态：固态，液态，气态。液态水分类型：吸湿水，膜状水，毛管水， 重力水。,（一）、土壤水的类型,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,水分关系,毛 管 水,膜 状 水,吸 湿 水,重 力 水,YOUR SITE HERE,1. 吸湿水,吸湿水：土粒依据分子引力和静电引力从土壤空气中吸收的气态水分，是最靠近土粒表面的一层水膜。 影 响：土壤质地，有机质，空气湿度。 意 义：无效水。,退 出,水分运动,水分能态,有效水分
3、,概 述,水分类型,水分调节,水分关系,毛 管 水,膜 状 水,吸 湿 水,重 力 水,YOUR SITE HERE,2. 膜状水,膜状水：土壤含水量达到吸湿系数后，土粒剩余的分子引力和静电引力吸附的液态水膜。 影 响：土粒总表面积，土壤质地，有机质含量，土壤溶液浓度。 意 义：艰难吸收的有效水。,退 出,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,水分关系,毛 管 水,膜 状 水,吸 湿 水,重 力 水,YOUR SITE HERE,3. 毛管水,毛管水：土壤含水量超过最大分子持水量时依靠毛管力保持在毛管孔隙中的液态水。 影 响：毛管半径，毛管孔隙度，土壤有机质含量。 意 义：
4、有效水分。,退 出,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,水分关系,毛 管 水,膜 状 水,吸 湿 水,重 力 水,YOUR SITE HERE,4. 重力水,重力水：土壤含水量超过田间持水量后，多余的由于重力作用沿大孔隙向下渗漏的水分。 影 响：土壤质地。 意 义：旱田无效，水田有效。,退 出,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,水分关系,毛 管 水,膜 状 水,吸 湿 水,重 力 水,YOUR SITE HERE,退 出,5. 土壤水分之间的关系,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,水分关系,毛 管 水,膜 状 水,吸 湿 水
5、,重 力 水,YOUR SITE HERE,退 出,（二）、土壤水分的表示方法及有效性,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,水分有效,水分表示,YOUR SITE HERE,退 出,1. 土壤水分的表示方法,重量百分数：水重占干土重（105110烘干）的百分数。 容积百分数：土壤水的溶积占土壤容积的百分数。 相对含水量：土壤自然含水量占该土壤田间持水量的百分数。 土壤水贮量：一定厚度的土层内土壤水的厚度（mm）。,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,水分有效,水分表示,YOUR SITE HERE,土壤最大有效水量田间持水量萎蔫系数 土壤实际有效水量
6、土壤实际含水量萎蔫系数速效水阶段：田间持水量-毛管断裂含水量 70%田间持水量 毛管水连续，移动迅速，供应及时，“水就根”。缓效水阶段：毛管断裂含水量-45%田间持水量粗毛管水断裂，移动缓慢，供应不足，“根就水”。迟效水阶段： 45%田间持水量-萎蔫系数 膜状水，移动更慢，难于利用，暂时萎蔫。,退 出,2. 土壤水分的有效性,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,水分有效,水分表示,YOUR SITE HERE,退 出,土壤水分能态：土壤水分的能量状态，由于土壤水移动缓慢，主要考虑其势能。,（三）、土壤水的能态,土壤水分能态：土壤水分的能量状态，由于土壤水移动缓慢，主要考虑
7、其势能。 水分能态表示：土水势 土壤水吸力 土壤水分特征曲线。,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,水分特征,水 吸 力,土 水 势,YOUR SITE HERE,土水势：同温、同压、同一高度下，土壤水与纯水 的自由能差。意 义：土壤内水分由水势高向水势低的区域移动。影 响：土壤吸力。,1. 土水势,退 出,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,水分特征,水 吸 力,土 水 势,YOUR SITE HERE,土壤水吸力：土壤水在承受一定的土壤吸力的情况下 所处的能量。,土壤水吸力：土壤水在承受一定的土壤吸力的情况下 所处的能量。意 义：土壤含水量愈低，
8、土壤水吸力愈大。土壤水 分由吸力低处向水力高处移动。,2. 土壤水吸力,退 出,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,水分特征,水 吸 力,土 水 势,YOUR SITE HERE,水分特征曲线：用土壤水的能量指标（巴）和土壤水 的数量指标（水重%）制定的相关曲 线。,水分特征曲线：用土壤水的能量指标（巴）和土壤水 的数量指标（水重%）制定的相关曲 线。意 义：同时反应土壤 含水量、土壤 水吸力和土壤 水分有效性之 间的关系。,退 出,3. 水分特征曲线,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,水分特征,水 吸 力,土 水 势,YOUR SITE HERE
9、,退 出,土壤水汽的扩散与凝聚： 水气压高处-水气压低处 水多处-水少处 暖处-冷处（夏季土壤回潮，春季土壤返浆）土壤水分的蒸发： 大气蒸发力阶段-土壤含水量田间持水量， 自由蒸发，决定大气。 土壤导水率控制阶段-土壤含水量田间持水量 控制蒸发，灌后适时松土。 扩散控制阶段-土壤含水量毛管断裂含水量 气态扩散，干土层，镇压。,四、土壤水分的运动,水分运动,水分能态,有效水分,概 述,水分类型,水分调节,YOUR SITE HERE,五、土壤水分的调节,（1）发展节水灌溉 根据土壤的持水量确定灌水定额：灌水量=田间持水量-土壤自然含水量；实行节水灌溉技术管道灌、喷灌、滴灌等。 （2）控制地表径流
10、，增加土壤水分入渗。实行坡地等高耕作，沟、垄间套种植。（3）加强栽培措施，减少土壤水分蒸发。雨后或灌水后及时中耕或地面覆盖，都能减少土壤水的损失。采取地面覆盖，如地膜覆盖、秸秆覆盖等可降低土壤蒸发强度。在疏松、漏风跑墒的土壤上，镇压也是保墒的有效措施。实行免耕栽培；应用土壤增温保墒剂。（4）合理耕作、施用有机肥，提高土壤水分有效性：提高田间持水量，降低凋萎系数。改良土壤质地、结构，增加孔隙度，减少无效孔隙，提高土温。,YOUR SITE HERE,植物通过蒸腾作用向空气中散失水分，江、河、湖、海和土壤中的水分经过蒸发分散到空气中，两者共同组成大气中的水分。大气中的水分有气态、液态和固态三种形态
11、，大多数情况下以气态形式存在，三种形态在一定条件下可相互转化。表示空气潮湿程度（水分含量）的物理量，称为空气湿度。通常用水气压、相对湿度、饱和差和露点温度来表示。由液态或固态水转变为气态水的过程叫蒸发，水面蒸发是一个复杂的物理过程，它受温度、空气湿度、风速、气压等众多气象因子影响。 大气中的水分不断增多达到饱和，遇到合适的条件要发生凝聚作用。由气态水转变为液态水或固态水的过程称为凝结，最终以雨、雪、雹、露、霜、雾等形式降落地面。,二 大 气 中的 水 分,退 出,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,YOUR SITE HERE,退 出,大气中水分存在状态：气态，液态，固态。,大气中
12、水分存在状态：气态，液态，固态。空气湿度：表示空气潮 湿程度的物 理量，用水 气压、相对 湿度、饱和 差和露点温 度表示。,（一）、空气湿度,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,饱 和 差,相对湿度,水 汽 压,露点湿度,YOUR SITE HERE,水气压：空气中水气产生的压力，也称绝对湿度，以 百帕（hpa）为单位。,水气压：空气中水气产生的压力，也称绝对湿度，以 百帕（hpa）为单位。影 响：水气含量（正相关），温度（正相关）。,1. 水气压（e）,退 出,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,饱 和 差,相对湿度,水 汽 压,露点湿度,YOUR SITE HERE
13、,相对湿度：空气中的实际水气压与相同温度下的饱和 水气压的百分比。,2. 相对湿度（U）,退 出,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,饱 和 差,相对湿度,水 汽 压,露点湿度,YOUR SITE HERE,饱和差：一定温度条件下，饱和水气压与空气中实际 水气压的差值。 d = E e,饱和差：一定温度条件下，饱和水气压与空气中实际 水气压的差值。 d = E e影 响：温度 空气水气含量不变的情况下，温度下降，饱和差减小；温度升高，饱和差增大；空气饱和，饱和差为零。,3. 饱和差（d）,退 出,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,饱 和 差,相对湿度,水 汽 压,露点
14、湿度,YOUR SITE HERE,露点温度：空气中水气含量和水气压不变时，通过降 低气温使空气达到饱和时的温度。,露点温度：空气中水气含量和水气压不变时，通过降 低气温使空气达到饱和时的温度。影 响：水气压（正相关） 空气中水气压较大，温度降低很少即达饱和，因而露点温度较高；空气中水气压较小，温度降低很大幅度才能达饱和，因而露点温度较低。,退 出,4. 露点温度（td）,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,饱 和 差,相对湿度,水 汽 压,露点湿度,YOUR SITE HERE,退 出,水分蒸发：由液态或固态水转变为气态水的过程， 包括水面蒸发，植物蒸腾和土壤蒸发 三种。,（二）
15、、水分蒸发,水分蒸发：由液态或固态水转变为气态水的过程， 包括水面蒸发，植物蒸腾和土壤蒸发 三种。影响因素-水温（正相关） 饱和差（正相关） 风速（正相关） 水气压（负相关） 水面形状（凸面凹面）,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,YOUR SITE HERE,退 出,水分凝结：由气态水转变为液态或固态水的过程。,水分凝结：由气态水转变为液态或固态水的过程。水分凝结的条件：,水分凝结：由气态水转变为液态或固态水的过程。水分凝结的条件： 水气达到饱和-增加水气含量 降温（露点温度）,水分凝结：由气态水转变为液态或固态水的过程。水分凝结的条件： 水气达到饱和-增加水气含量 降温（露点
16、温度） 凝结核-对水分子有亲和力和吸附力的微粒。,水分凝结：由气态水转变为液态或固态水的过程。水分凝结的条件： 水气达到饱和-增加水气含量 降温（露点温度） 凝结核-对水分子有亲和力和吸附力的微粒。 灰尘，烟粒，盐粒，花粉，SO2， SO3,水分凝结：由气态水转变为液态或固态水的过程。水分凝结的条件： 水气达到饱和-增加水气含量 降温（露点温度） 凝结核-对水分子有亲和力和吸附力的微粒。 灰尘，烟粒，盐粒，花粉，SO2， SO3 。水气凝结物：露，霜，雾，雪，云，雨，雹。,（三）、水气凝结与降水,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,雨 雪 雹,雾,霜,露,云,YOUR SITE H
17、ERE,1. 水气凝结 露,形成条件：无风或微风的夜 晚，地面有效辐 射强烈，近地气 层温度降至露点 温度以下。作用：放热， 萎蔫植物复苏， 引起病虫害。,退 出,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,雨 雪 雹,雾,霜,露,云,YOUR SITE HERE,2. 水气凝结 霜,形成条件：无风或微风的夜 晚，地面有效辐 射强烈，近地气 层温度降至露点 温度以下，露点 温度 0 。作用：放热， 萎蔫植物复苏， 引起病虫害。,退 出,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,雨 雪 雹,雾,霜,露,云,YOUR SITE HERE,3. 水气凝结 雾,形成条件：低层温度降至露 点温
18、度以下。种类：辐射雾 平流雾 平流辐射雾作用：影响光合 推迟开花 果实劣质 病虫入侵预防：降低地下水位 营造防护林,退 出,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,雨 雪 雹,雾,霜,露,云,YOUR SITE HERE,云底高、云量少、云层薄、颜色明亮，不会下雨。,云底低、云量多、云层厚、颜色黑暗，可能下雨。,4. 水气凝结 云,云：高空大气中的水气凝结 而成的水滴、冰晶或他 们混合组成的悬浮体。形成条件：充足的水分 足够的凝结核 适宜的冷却条件作用：天气晴雨的征兆。,退 出,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,雨 雪 雹,雾,霜,露,云,YOUR SITE HERE,退
19、 出,降水量：降水未经蒸发、渗透、流失而在地面积聚的 水层厚度。,形成条件：冷热对流（雷阵雨） 地形迫雨（地形雨） 干湿交接（锋面雨） 台风影响（台风雨）表示方法：降水量 降水强度 降水形式：雨 雪 雹,蜘蛛收网 大雨必降,5. 水气凝结 雨 雪 雹,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,雨 雪 雹,雾,霜,露,云,YOUR SITE HERE,退 出,（四）、水分与植物,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,需水规律,需 水 量,YOUR SITE HERE,农业谚语：有收无收在于水，收多收少在于肥。 风调雨顺，五谷丰登。植物的需水量： 玉米（株）-2000kg 小麦（1
20、千克干物质）-400500kg蒸腾系数：植物每合成1克干物质所需要蒸腾水 分的克数。,1. 植物需水量,退 出,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,需水规律,需 水 量,YOUR SITE HERE,退 出,水分监界期：植物对水分缺乏最敏感、最易受到伤害的 时期。一般为“花粉母细胞四分体形成期”。植物的需水规律： 生理需水-根系吸水，体内运输，叶面蒸腾。 生态需水-株间蒸发，田间渗透。 植物需水量-植株蒸腾，株间蒸发，田间渗透。“少-多-少”规律：出苗-拔节（少） 拔节-开花（多） 拔节-衰老（少）,2. 植物需水规律,概 述,植物需水,水气凝结,水分蒸发,空气湿度,需水规律,需
21、水 量,YOUR SITE HERE,第二节 水分与植物生长,（一）植物的需水量 (一)不同作物对水分的需要量不同 根据蒸腾系数估计水分的需要量：生物产量蒸腾系数 = 理论最低需水量 (生物产量作物一生中形成的全部有机物的总量) (二)同一作物不同生育期对水分的需要量不同 早稻苗期 由于蒸腾面积较小，水分消耗量不大； 分蘖期 蒸腾面积扩大，气温逐渐升高，水分消耗量增大； 孕穗开花期 蒸腾量达最大值，耗水量也最多； 成熟期 叶片逐渐衰老、脱落，水分消耗量又逐渐减少。,YOUR SITE HERE,一、作物的水分临界期,作物的水分临界期 -植物在生命周期中，对水分缺乏最敏感、最易受害的时期。 大多
22、处于花粉母细胞四分体形成期，这个时期一旦缺水，就使性器官发育不正常。如小麦一生中有两个水分临界期：孕穗期。缺水，小穗发育不良，特别是雄性生殖器官发育受阻或畸形发展。开始灌浆到乳熟末期。缺水，影响旗叶的光合速率和寿命，减少有机物的制造和运输，影响灌浆，空瘪粒增多，产量下降。,YOUR SITE HERE,二、水分在植物生命活动中的作用1.水分是原生质的组成成分,含水量减少 溶胶 凝胶 含水量增加,YOUR SITE HERE,2.水分是生命活动的介质和参与者 3.水分是物质吸收和运输物质的工具 4.水分能使植物保持固有的姿态 生理需水-满足植物生理活动所需要的水分 生态需水-利用水的理化特性,调
23、节植物周围的环境所需要的水分,YOUR SITE HERE,三 植物对水分的吸收,满足植物生长发育的需要水分，主要是从土壤中吸取的。植物吸水的器官是根，吸水部位是根毛区。细胞是植物体结构和功能的基本单位，植物吸水首先是细胞吸水。,YOUR SITE HERE,（一）、植物吸水原理,（1）水势水势：相同温度下，一个系统中一摩尔的水与一摩尔的纯水之间的自由能差。溶液浓度愈大，水势愈低。水的流动方向由水势的高低决定，水由水势高流向水势低的区域。水在植物体内的移动主要形式为集流与扩散。渗透作用是扩散的一种特殊形式。,YOUR SITE HERE,细胞吸水,扩散作用： 物质分子从高浓度区域向低浓度区域转
24、移，直到均匀分布的现象。渗透作用：水分子通过半透膜由水势高向水势低的部位流动的现象。半透膜：水分子可以自由通过，其他物质有 选择通过的特殊的膜。原生质层：包括质膜、细胞质和液泡膜看成一个半透膜，液泡内的细胞液含许多溶解在水中的物质，具有水势。因此，细胞构成一个渗透系统 。细胞的吸水方式：渗透性吸水（细胞形成液泡后的主要吸水方式）；吸胀吸水（未形成液泡的细胞的吸水方式）；代谢性吸水（直接消耗能量的吸水方式）。植物细胞主要是通过渗透作用来吸收水分的。,YOUR SITE HERE,质壁分离与复原,质壁分离： 细胞失水使原生质与细胞壁分离的现象。质壁分离复原： 质壁分离的细胞吸水，原生质膨胀最终恢复
25、与细胞壁相接触的现象。 利用细胞质壁分离和质壁分离复原的现象可以判断细胞死活。,YOUR SITE HERE,（2）根系吸水,1.根系吸水的部位主要在根的尖端，从根尖向上约10mm的范围内，包括根冠、根毛区、伸长区和分生区，以根毛区的吸水能力最强，因为：根毛多，增大了吸收面积(510倍)；细胞壁外层由果胶质覆盖，粘性较强，有利于和土壤胶体粘着和吸水；输导组织发达，水分转移的速度快。,YOUR SITE HERE,（二）.植物根系吸水动力,主动吸水由植物根系生理活动而引起的吸水过程。 根的主动吸水具体反映在根压上。 被动吸水植物根系以蒸腾拉力为动力的吸水过程。,YOUR SITE HERE,根系
26、吸水的动力,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。大多数植物的根压为0.10.2MPa，有些木本植物的根压可达0.60.7MPa。伤流和吐水是证实根压存在的两种生理现象。,YOUR SITE HERE,伤流 从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象。 伤流是由根压引起的。从伤口流出的汁液叫伤流液。伤流液其中除含有大量水分之外，还含有各种无机物、有机物和植物激素等。,伤流和根压示意图伤流液从茎部切口处流出；用压力计测定根压,YOUR SITE HERE,吐水 叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象。,YOUR SITE HERE,（三）.产生根压的原因,植物根系主动吸收土壤溶
27、液中的离子。离子转运到根的内皮层内，使中柱细胞和导管的溶质增加。内皮层的水势低于土壤溶液的水势时，土壤中的水分顺水势梯度从外部经内皮层渗透进入中柱细胞和导管。,YOUR SITE HERE,（四）影响根系吸水的土壤条件,1.土壤温度土温低使根系吸水下降，原因：粘度增加，扩散速率降低；根系呼吸速率下降，主动吸水减弱；根系生长缓慢，有碍吸水面积的扩大。土温过高对根系吸水不利，原因： 提高根的木质化程度，加速根的老化， 根细胞中各种酶蛋白变性失活。,YOUR SITE HERE,2.土壤通气状况 CO2浓度过高或O2不足，则根的呼吸减弱，不但会影响根压的产生和根系吸水，而且还会因无氧呼吸累积较多的酒
28、精而使根系中毒受伤。3.土壤水分 土壤缺水时，植物细胞失水，膨压下降，叶片、幼茎下垂，这种现象称为萎蔫。 4.土壤溶液浓度 土壤溶液浓度过高，土壤水势降低，若低于根系水势植物不能吸水反而失去水分，这样导致生理性干旱。,（四）影响根系吸水的土壤条件,YOUR SITE HERE,第三节 水分的散失蒸腾作用,一、蒸腾作用1.蒸腾作用：植物体内的水分以气态散失到大气中去的过程。2.蒸腾作用的生理意义 蒸腾拉力是植物吸水与转运水分的主要动力 促进木质部汁液中物质的运输 降低植物体的温度（夏季，绿化地带的气温比非绿化地带的气温要低3-5 ） 有利于CO的吸收、同化3.蒸腾作用的方式皮孔蒸腾（茎、枝）角质
29、层蒸腾（叶）气孔蒸腾（叶）植物蒸腾作用的最主要方式,YOUR SITE HERE,二、气孔蒸腾,1.气孔的形态结构及生理特点：气孔是植物表皮上一对特化的细胞保卫细胞和由其围绕形成的开口的总称，是植物进行体内外气体交换的门户。植物叶片表面特别是叶缘部分分布着大量的气孔，但气孔很小。气孔所占面积，不到叶面积的1%，但气孔的蒸腾量却相当于所在叶面积蒸发量的1050，甚至100。 2.小孔扩散律：气体通过多孔表面扩散的速率,不与小孔的面积成正比，而与小孔的周长成正比。,YOUR SITE HERE,三、气孔运动的机理,蔗糖淀粉假说气孔运动是由于保卫细胞中蔗糖和淀粉间的相互转化而引起渗透势改变而造成的。
30、 2. 无机离子泵学说又称K+泵假说。 K+从副卫细胞转运到保卫细胞中引起渗透势下降，气孔张开；K+反向转运，则气孔关闭。,YOUR SITE HERE,四、影响蒸腾的因素,1.光 通常气孔在光下张开,暗中关闭。2.水分 水分胁迫条件下气孔开度减小，如蒸腾过于强烈，即使在光下，气孔也会关闭。3.温度 随温度的上升气孔开度增大，30左右开度最大。4.风 微风促进蒸腾，强风引起气孔关闭。总之：外界较高的光强和温度、较低的湿度、较大的风速有弊于气孔的蒸腾。,YOUR SITE HERE,五、水分的传导,一、水分传导途径： 土壤 根毛 皮层 内皮层 中柱鞘 根的导管 茎的导管 叶柄导管 叶肉细胞 叶细胞间隙 气孔下腔 气孔 大气 二、 水分传导的速度 在根、茎、叶细胞内的运输有两种途径：（1）经过质外体（导管等）。运输速度一般345mh-1 （2）经过活细胞。以渗透方式进行运输，运输距离短，运输阻力大，一般只有10-3cmh-1,
