第四节  作物与水的关系

一、水的生理作用

1.水是作物主要的组成成分是很多物质的溶剂，它能维持细胞和组织的紧张度，使作物器官处于直立状态，以利于各种代谢的正常进行；

2.水还是光合作用制造有机物的原料；

3.水有较大的热容量，当温度剧烈变动时，能缓和原生质的温度变化，以保持原生质免受伤害。所以，水是作物生存的重要因子。

4.水是连接土壤一作物一大气这一系统的介质，水在吸收、输导和蒸腾过程中把土壤、作物、大气联系在一起。对于作物生产来说，水的收支平衡是高产的前提条件之一。水是通过不同形态、数量和持续时间三方面的变化对作物起作用。不同形态的水是指水的“三态”(固态、液态、气态)，数量是指降水量的多少和大气湿度的高低，持续时间是指降水、干旱、淹水等的持续日数。上述三个方面对作物的生长、发育和生理生化活动产生重要的生态作用，进而影响产品的产量和品质。由于各种作物长期生活在不同的水条件下，对水分的需要量是不同的。有些作物需水多些，有些则少些；就是同一种作物在不同发育阶段，以及在不同的生长季节，需水量也不一样。作物和水的这种供求关系，还受环境中其他生态因子如温度等的影响。在农业生产中，根据作物的需水量，采取合理灌、排措施，调节作物与水分的关系，以满足作物对水分的需求，是夺取高产优质高效的重要措施之一。

二、水的生态作用

    (一)作物对水的反应

1.种子发芽时土壤水分的作用

作物种子萌发时需要一定的土壤水分，因为水分能使种皮软化，氧气易透入，使呼吸加强；同时水分能使种子中凝胶状态的原生质向溶胶状态转变，使生理活性增强，促使种子萌发。

2.土壤水分对根系生长的作用

土壤水分含量的多少，直接影响作物根系的生长。在潮湿的土壤中，作物根系不发达，生长缓慢，分布于浅层；土壤干燥，作物根系下扎，伸展至深层。作物水分低于需要量，则萎蔫，生长停滞，以至枯萎；高于需要量，根系缺氧、室息、最后死亡。只有土壤水分适宜，根系吸水和叶片蒸腾才能达到平衡状态。

在田间作物中，除了水稻要求有一定的水层，属于湿生性作物外，多数要求水湿条件适中，属中生性作物。中生性作物的根系和输导系统比湿生性作物发达，以此来满足植株对水分的要求。中生性作物没有完整的通气组织，不能长期在积水、缺氧的土壤中生育。图4～8是水稻和小麦根的比较解剖结构。中生性作物中，有的对土壤含水量的要求略高些，有的略低些。豆类作物、马铃薯等的最适土壤含水量相当于田间持水量的70%～80%，禾谷类作物为60%～70%。土壤含水量低于最适值时，光合作用降低。各种作物光合作用开始降低时的土壤含水量(占田间持水量的百分数)分别为：水稻57%，大豆45%，大麦41%，花生32%。

(二)作物的水分平衡

在正常的情况下，作物一方面蒸腾失水，同时又不断地从土壤中吸收水分；这样就在作物生命活动中形成了吸水与失水的连续运动过程。一般把作物吸水、用水、失水三者的动态关系叫做水分平衡。只有当吸水、输导和蒸腾三方面的比例适当时，才能维持良好的水分平衡。当水分供应不能满足作物蒸腾的需要时，平衡变为负值。

（三）作物的需水量和需水临界期

1.作物的需水量

作物的需水量通常用蒸腾系数来表示。蒸腾系数是指作物每形成l克干物质所消耗水分的克数。它表示作物利用水生产干物质的效率。

2.需水临界期

作物一生中对水分的需要量，一般前期和后期较少，中期较多。作物一生中对水分最为敏感的时期，称为需水临界期。所谓对水的敏感期，就是说在这一时期若水分过多或不足，对作物的生长发育和最终的产量和品质有很不利的影响，以后即使水分供应适宜了，损失也难以弥补。

三、旱、涝对作物的危害及作物的抗性

    （一）干旱对作物的危害及作物的抗性

1.旱害

环境中水分低到不足以满足作物正常生命活动的需要时，便出现干旱。作物遇到的干旱有大气干旱和土壤干旱两类。大气干旱是空气过度干燥，相对湿度低到20%以下；或因大气干旱伴随高温，土壤中虽有一定水分，但因蒸腾强烈，造成体内水分平衡失调，使作物生长近乎停止，产量降低。土壤干旱是指土壤中缺乏作物可利用的有效水分，对作物危害极大。我国北方春旱(3～5月)影响冬小麦拔节、抽穗、开花及棉花等春播作物的播种或育苗；伏旱易引起棉花蕾铃脱落，造成玉米“晒花”；小麦生长后期如遇干热风为害，常常“青干”。这些干旱常造成生长停滞，产量降低。

干旱引起作物死亡的原因：第一，代谢作用紊乱。干旱时，气孔关闭，蒸腾降低，呼吸(无效呼吸)增强，光合减弱，物质合成减少；特别是酶促反应协调破坏，而导致作物死亡。第二，干旱时细胞脱水变形，原生质受到机械伤害而死亡。第三，干旱缺水，蒸腾减弱，植株不能降温；当体温超过一定限度后，原生质发生凝聚变性，结构破坏，引起死亡。

2.作物抗旱性的特点 

就植物与水分的关系而言，一般栽培作物属于中生性植物。由于生长期间常受到干旱威胁，因此也具有一定的旱生结构，如形成庞大的根系或深入士壤深层；干旱时由于运动细胞先失水，体积缩小而使小叶卷曲(玉米)；原生质黏性和弹性较高等。作物种类不同，抗旱性也有差异，在大田作物中，比较抗旱的作物有谷子、糜子、高粱、绿豆等作物；甘薯、小麦次之；棉花、甜菜则较差。同一作物的不同品种，抗旱能力也有区别。从栽培的角度来说，抗旱的作物(品种)不但在于旱期间能够生存，更重要的是能够形成较高的产量。即要求作物在缺水条件下，能够维持正常或接近正常的代谢水平。为此，抗旱的作物(品种)应具备如下几个特点：

(1)原生质  原生质黏性和弹性要大。原生质黏性大时，束缚水含量高，自由水数量少，干旱时失水少，高温下不易变性，抗旱性强。原生质弹性大，不论脱水时细胞壁发生皱褶或吸水时细胞壁再度膨胀，原生质都不至于遭到太大的破坏，且能较快地恢复原状。

(2)形态结构  一般地说，根系较深的作物，耐旱能力较强。如根深入土层1.4～1.7m的高粱比根深1.4～1.5m的玉米抗旱；主根长3m左右的棉花比主根长2m的蓖麻抗旱。叶片上细胞小，气孔多，输导组织发达，茸毛多，角质化程度高或蜡质层厚，均比较抗旱。

(3)生理机能  耐旱性强的作物，受到缺水影响时，物质分解和合成的比例改变较小，物质合成仍然占优势；光合和呼吸的比率不改变或很少改变；体内蛋白质氮和非蛋白质氮保持在一定比例，不致出现蛋白质含量减少，非蛋白质氮增加；淀粉贮存正常，而不过分分解为可溶性糖。此外，缺水时气孔不会完全关闭，仍能继续进行光合作用等等。

3.抗旱锻炼 

（1）通过“蹲苗”进行抗旱锻炼。我国农民很早以前就有对小麦、花生、玉米、棉花、烟草等作物进行蹲苗以提高抗旱能力的经验。所谓蹲苗，就是在作物苗期减少水分供应，使之经受适度缺水的锻炼，促使根系发达下扎，根冠比增大，叶绿素含量增多，光合作用旺盛，干物质积累加快。经过锻炼的作物如再次碰上干旱，植株体保水能力增强，抗旱能力显著增加。

（2）通过种子进行抗旱锻炼。简便而有效的方法。其做法是播种前用一定量水(如小麦为风干重的40%，糜子为30%，向日葵为60%)，分3次拌入种子，每次加水后，经过一定时间的吸收，再风干到原来重量，如此反复进行3次，然后播种。在干旱条件下其产量比对照提高10%～30%。抗旱锻炼能增产的原因是，提高了原生质黏性和束缚水含量，改善了植株水分状况，提高了酶的活性，苗期生长良好，抗旱性增强，导致产量提高。

（3）增加作物抗旱性的其他措施。如增施磷、钾肥，以提高植株的抗旱性。因为磷、钾肥能促进RNA、蛋白质的合成，提高胶体的水合度；改善作物的碳水化合物代谢，增加原生质的含水量，提高作物的抗旱能力，促进作物根系发育，提高作物吸收能力。氮肥过多或不足都不利于抗旱，过多则枝叶徒长，蒸腾失水大，植株体内含氮量高，使细胞透水性增大，容易脱水；过少则根系发育差，植株瘦弱，抗旱能力弱。多施厩肥能增加土壤中腐殖质含量，有利于增强土壤持水能力。

    (二)涝害及作物的抗涝性

1.涝害对作物的影响

 水分过多对作物的不利影响称为涝害。水分过多一般有两层含义，一是指土壤含水量超过了田间最大持水量，土壤水分处于饱和状态（淹土），根系完全生长在沼泽化的泥浆中，这种涝害也叫湿害。另一种含义是指水分不仅充满土壤，而且田间地面积水，作物的局部或整株被淹没（淹作物），这才是涝害。湿害和涝害使作物处于缺氧的环境，严重影响作物的生长发育，直接影响产量和产品质量。

(1) 水涝缺氧对作物形态与生长的损害。 涝害缺氧，植株生长矮小，叶黄化，根尖变黑，叶柄偏上生长。淹水对种子萌发的抑制尤为明显，水稻种子淹没水中，萌发不正常，芽鞘伸长，不长根，叶片黄化，有时仅仅有芽梢伸长其他器官不发生。缺氧对亚细胞结构也发生深刻的影响，如水稻根细胞在缺氧时线粒体发育不良。

(2) 水涝缺氧对代谢的损害。淹水情况下，缺氧对光合作用可能产生抑制作用，这可能是由于水影响了C02扩散，也可能是因为出现了间接的限制，譬如，大豆在土壤淹水条件下，光合作用本身改变虽不大，但光合产物向外输出受阻，因光合产物积累而光合速率降低。缺氧对呼吸作用的影响，主要是限制了有氧呼吸，促进了无氧呼吸，如小麦与黑麦在淹水时酵解作用加强，无氧呼吸产物积累。

(3) 水涝引起营养失调。经水涝的植株常发生营养失调，主要原因在于：一是由于缺氧降低了根对离子吸收活性；二是由于缺氧和嫌气性微生物活动会产生大量C02和还原性有毒物质，如硫化氢、甲烷、氧化亚铁等，这些物质的积累能阻碍根系呼吸和养分的释放，使根系中毒、腐烂，以致引起作物死亡。土壤水分过多还会影响作物的品质，如烟叶中尼古丁和柠檬酸的含量都降低，品质变劣。

2.作物的抗涝性 

作物对水分过多的适应能力叫抗涝性。

（1）不同作物抗涝性不同。陆生喜湿作物中芋头比甘薯抗涝。旱生作物中，油菜比马铃薯、番茄抗涝；荞麦比胡萝卜、紫云英抗涝。高粱遭水淹后，只要时间不长，而且水未没顶，就能有一定收成；黑豆是低洼地的保收作物；水稻更喜水，不论生育前期或后期，只要水层未淹没到顶，总会有一定的产量。棉花、甘薯、谷子、花生、芝麻等作物则怕涝。

（2）同一作物不同类型抗涝性不同。水稻中，籼稻比糯稻抗涝，糯稻又比粳稻抗涝。

（3）同一作物不同生育时期抗涝程度也不同。如小麦在幼苗期较耐涝，但拔节后就怕涝；玉米苗期及抽穗前怕涝，抽穗后较耐涝。在水稻一生中以幼穗形成期到孕穗中期受害最严重，其次是开花期，其他生育时期受害较轻。

作物抗涝性的强弱决定于对氧的适应能力。如果具有发达的通气系统，地上部吸收的O2通过胞间空隙系统可输送到根或者缺02部位。作物的湿害和涝害主要是地下水位过高和耕层水分过多而造成的。因此，防御湿害和涝害的中心是治水，首先要因地制宜地搞好农田排灌设施，加速排除地面水，降低地下水和耕层滞水，保证土壤水气协调，以利于作物正常生长和发育。同时，采取开沟、增施有机肥料以及田间松土通气等综合措施，也能有效地改善水、肥、气、热状况，增强作物的耐湿抗涝能力。