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  作物栽培学的演进与发展

一、作物栽培学的简史

 在我国，作物栽培是一门古老而又年轻的科学。据考证，在距今10000～5000年的新石器时代创始了农业，成为世界上农业起源最早的国家。从事作物栽培业，据考古实物推测有七八千年的历史。春秋战国（公元前770年）时期的《吕氏春秋》中的“上农”篇提出重农理论和政策；“任地”篇提出利用土地的原则；“辨土”篇强调根据土壤性质进行耕作；“审时”篇讨论耕作及时与否对作物的影响。这四篇文章是我国现存的最古老的农学论文。还有西汉(公先前1世纪)的《汜胜之书》，后魏(公元6世纪)的《齐民要术》，南宋(公元12世纪)的《陈旉农书》，元代（公元13世纪)的《农桑辑要》及清代(公元18世纪)的《授时通考》等古农书都是对我国古代农业中的精耕细作、用地养地、抗逆栽培、因地制宜和因时制宜等经验的总结，至今仍有指导价值。

解放前，我国只有《作物学》，内容综合了作物的各个学科，包括育种、栽培、植病、昆虫、肥料、土壤、气象及贮藏等技术，例如《稻作学》、《麦作学》等，而没有独立的《作物栽培学》。新中国成立后，随着我国农业科学研究的发展和学科分工的需要，《作物学》走向分化，独立的作物栽培学应运而生。20世纪50年代末，我国出版了第一部《作物栽培学》。此后，又根据作物生产发展和不同地区特点，陆续出版了多种作物栽培学专著和教科书，使作物栽培学学科不断趋于完善和提高。

二、我国古代作物栽培的特点和经验

   （一）我国古代的农学思想——“天人合一”

1．什么叫“三才“观念？

“天人合一”是我国古代农学思想的核心。在我国历代古籍、古农书中，在我国历代农民的生产实践中，始终贯穿着一种观念：天、地、人统一，即“天人合一”。“天·地·人”又称“三才”。所谓“三才”观念，是指有关农业生产三大要素“天”(气候条件)、“地”(土壤条件)、“人”(人为因素)及其相互关系。“三才”观念产生于我国春秋时代。

2．典型例子

（1）《周易》“系辞下”中说：“有天道焉，有人道焉，有地道焉”。这是见诸于文献的最早“三才”提法。“三才”观念，或称“三才”农学理论，是具有中华民族特色的农学思想体系，其中蕴藏着指导作物生产的哲理。

（2）先秦，《吕氏春秋》(约公元前214年)“审时”篇在论述作物生产时写道：“夫稼，为之者人也，生之者地也，养之者天也”。这句话是说，庄稼靠人来种植，然而却是从地里长出来的，而养育成熟还得靠天。

（3）《管子》“五辅”中提出：  “上度之天祥，下度之地宜，中度之人顺”。否则“天时不祥则有水旱，地道不宜则有饥饿，人道不顺则有祸乱。”

（4）《淮南子》(两汉杂家著作)中也曾写过“上因天时，下尽地利，中用人力，是以群生遂长，五谷蕃殖”的话。

（5）战国时期我国就流传“天时不如地利，地利不如人和”(《孟子》“公孙丑”)。

（6）南北朝后魏贾思勰《齐民要术》(公元534年)在谈及种植业的时候，处处都体现了天时、地利、人和统一的观念。例如，在“种谷第三”中提到“顺天时，量地利，则用力少而成功多”。否则，“任情返道，劳而无获”。

3．现实意义

人们仍需在顺应天、地自然规律的基础上去改造自然，在运筹天时、地利、作物本性三者的关系中，在“天、地、人”的和谐中求得作物产量的增长。在地少人多、环境污染严重、自然灾害频繁的今天，我们更应当继承和发扬我国传统农学思想中合理的内涵，发挥人的作用，创造新的作物品种，改善栽培条件，获得作物高产、稳产、优质，保证人民不断增长的粮、棉、油需求。“天人合一”的观念，在“人口爆炸”、环境恶化、生态被破坏的当今尤应认真坚持。

   （二）我国历代的种植业传统——精耕细作

我国精耕细作的农业技术奠基于春秋战国时期(距今约2700—2200年)。精耕细作农艺的特点是，利用有限的资源，投入较大的人力物力，获得较多的农产品。我国古代精耕细作传统主要表现在深耕细锄、多施肥料、少种多收、合理利用天时地利并维持土壤肥力等几个方面。现分述如下：

1．“深耕细锄”、“粪多力勤”、“少种多收”

（1）战国时期的李悝曾提倡“尽地力”，他指出：“治田勤谨，则亩益三升；不勤，则损亦如之”。

（2）《庄子》一书写道：“昔予为禾稼，而卤莽种之，其实亦卤莽而报予”，“来年深其耕而熟耨之，其禾繁以滋，予终年餍飨。”

（3）西汉赵过推行“代田法”，要求“一亩三圳，岁代处”，这样可以局部耕种，比之以往推行的缦田法每亩多收谷一至二斗。

2．“盗天地时利”(巧用天时和地利)

主要指复种、轮作、间作等，充分合理利用季节和地力。

3．“地力常新壮”(维持土壤肥力)

养育了中华民族的我国耕地，多数已经耕种了千百年，有的已经耕种了六七千年甚至上万年。在这样长的岁月里，地力能够保持不衰退，完全是用养结合、“以粪治之”的结果。也就是施用有机肥和绿肥等保持土壤肥力不下降甚至不断提高的经验。

三、作物栽培学的主要科技成就

半个世纪以来，我国作物栽培学科研工作取得了重大进展，对我国农业发展做出了突出贡献。主要表现在以下几个方面：

(一)研究与参加编制了各种主要作物的生态适应区划，合理种植制度区划和品质生态区划(与土壤肥料、耕作、气象学等专业协作进行)；充分发挥区域比较优势，加快农业布局调整和优化；提出重点地区的栽培技术改革途径，促进各农业区域大面积平衡增产。   

(二)研究了作物高产、稳产、优质、高效的植株个体形态、群体长势与长相、群体结构的动态指标，营养诊断指标，水分生理指标等。有重点地研究了与农业现代化相适应的生产操作机械化、农业技术指标化、栽培措施标准化，逐步形成了规范化的综合栽培技术体系。

(三)研究了作物栽培技术改革的新途径和新方法。如节能、省工、低消耗、高效率的栽培技术新途径；无土栽培、保护地栽培、覆盖栽培等新技术体系；信息技术在作物栽培中的应用等。

(四)研究了提高作物产量和品质的生物学理论基础。如研究作物产量形成过程中产量构成因素与器官建成的关系，器官同伸规律及其调节控制机理；群体结构及其发展动态，农田生态系统与光能利用；作物生长发育(包括产品数量与质量形成过程)对营养、水分的需要和吸收利用规律，作物田间诊断的原理、内容、方法和指标，以及作物生长发育对环境的要求、适宜范围、临界指标和对不良条件的反应等。

(五)通过上述研究揭示了作物的生长发育规律及其与环境条件的关系，配套集成了各种作物在主要产区的高产、稳产、优质、高效栽培技术，如“小麦玉米一体化亩产吨粮栽培技术”、“冬小麦精播高产栽培技术”、“小麦小窝疏株密植栽培技术”、“水稻抛秧技术”“棉花矮密早高产栽培技术”等，为我国作物生产的发展做出了重要贡献。

四、作物栽培学的发展

(一)作物的“源、流、库”理论及其应用

作物产量的形成，实质上是通过叶片的光合作用进行的，因此，源是指生产和输出光合同化物的叶片。就作物群体而言，是指群体的叶片面积及其光合能力。从产量形成的角度看，库主要是指产品器官的容积和接纳营养物质的能力。流是指作物植株体内输导系统的发育状况及其运转速率。从源与库的关系看，源是产量库形成和充实的物质基础。源、库器官的功能是相对的，有时同一器官兼有两个因素的双重作用。从源、库与流的关系看，库、源大小与对流方向、速率、数量都有明显的影响，起着“拉力”和“推力”的作用。源、流、库在作物代谢活动和产量形成中构成统一的整体，三者的平衡发展状况决定作物产量的高低。国内外在近代作物栽培生理研究中，特别是在作物产量和品质形成的理论探讨中，常用源、流、库三因素的关系研究与阐明其形成规律，探索实现高产、优质的途径，进而挖掘作物产量的潜力。

(二)作物生长模拟研究及其应用

作物生产模拟是在作物科学中引进系统分析方法和应用计算机后兴起的一个研究领域。它是通过对作物生育和产量的实验数据加以理论概括和数据抽象，找出作物生育动态及其与环境之间关系的动态模型，然后在计算机上模拟作物在给定的环境下整个生育期的生长状况，确定因地制宜、因苗管理的应变决策，提出分类指导的最佳方案，提高现代化管理水平。例如，江西农业大学(1990)、华南农业大学(1991)、江苏省农业科学院(1992)分别提出了水稻模拟模型RICAM、RSM和RCSODS，北京市农林科学院研制了小麦管理专家系统ESWCM，中国农业科。学院棉花研究所研制出了棉花高产栽培生育动态模型CGSM，黑龙江省农业科学院和黑龙江省农牧渔业厅合作研制了指导大豆生产的专家系统SOYGRO。

(三)作物智能栽培技术

作物智能栽培使作物栽培学的研究工作从定性理解向定量分析、概念模式向模拟模型、专家经验向优化决策转化。作物智能栽培首先必须依赖于作物模拟模型及智能决策支持系统来实现对作物生产系统的动态预测和管理决策，提高生物技术的定量化、规范化和集成化程度。第二，需要应用数据库技术、网络技术和信息服务系统来提高农业信息获取、处理和应用能力。第三，3S技术—遥感(remotesensing，RS)、地理信息系统(geographicinformationsystem，GIS)和全球定位系统(globall：sitioningsystem，GPS)的应用则可对作物生产环境和状况、自然和生物性灾害等进行实时监测和预测，以及定时、定量、定位的智能化管理。这三方面的研究领域互相交叉和渗透，逐步发展形成综合性和智能化的作物栽培决策系统。

作物智能栽培的理论基础广泛涉及计算机技术、信息科学、系统科学、管理科学、生态学、土壤学、作物科学等多个学科领域，但其主要学术思想是将系统动力学、知识工程和智能管理的方法和技术创造性地应用于作物生产系统，对不同环境下的作物生产状况做出实时预测，并提供优化管理决策，实现作物生产的高产、优质、高效、持续发展。作物智能栽培的应用系统既可用于生产单位和技术指导部门，又可作为主管农业领导的管理办公系统。

(四)多学科相融合的现代栽培技术研究

从合理利用资源，获得高产、优质、高效、保护环境、可持续发展等多方面考虑，现代作物栽培技术的研究需要多学科交叉与融合，研究的对象从只注重单一作物的研究拓展到两作、多作的复合群体，乃至有关的连作、轮作等理论与技术；研究目标从单纯追求产量，发展到着眼于高产、优质、高效，要注重产品品质，讲求市场效益，掌握商品信息，关心经营管理；研究领域从单纯研究作物在农田的生产系统，延伸到产前(种子)和产后(农产品加工)相联系，农业生产与农业机械化相联系；研究途径从重视作物内在的栽培生理微观机理的研究，拓展到同时注重作物生产的生态环境、栽培环境、高效利用与节约自然资源，以及社会生产过程的宏观环境的研究，扩大视野与边界；研究手段和方法，从单纯研究某一生育阶段或生产技术的田间试验，发展到运用高新技术研究作物栽培的生物学机制，丰富作物栽培学科的理论基础。

(五)生物高新技术的研究将进一步促进作物栽培学的发展

作物产量和品质潜力是由作物自身的遗传特性和生理生化过程等内在因素所决定的，而产量和品质潜力的实现，则取决于环境因子和栽培条件与作物的协调统一。作物栽培的任务，说到底是改善环境、创造条件，使作物的遗传潜力得以充分表达。

当前，人们已经认识到，产量和品质潜力不但涉及作物形态、解剖、生理，而且与作物的基因、酶等有着密切的关系。在生理学水平上，改变光合色素的组成和数量，改造叶片的吸光特性，改良二氧化碳固定酶，提高酶活性及对二氧化碳的亲和力，均有助于提高光合效率。稻、麦的品质与淀粉的结构、理化特性及直链/支链淀粉的比例有关，降低直链/支链淀粉比率可提高稻、麦的食用品质。业已发现，直链淀粉和支链淀粉的生物合成由不同的酶系统所催化，研究提高支链淀粉生物合成关键酶的技术、措施，会有利于改善稻、麦的淀粉品质，国内外在这方面的研究已取得了较大进展。与生物高新技术的结合将赋予作物栽培学新的研究内容。