农作学农作制度理论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 农作制度理论,2.1,植物生活要素及其调控,2.2,农业资源生产潜力及其增进,2.3,农业生态经济系统及其管理,1,有关农作制度理论基础的认识，早在公元前239年的吕氏春秋中就有初步论述，如：“夫稼，为之者人也，生之者地也，养之者天也”，可谓最早的对作物生产和农作制度中作物、土壤、气候、管理相互关系的理论概括；,“息者欲劳，劳者欲息”，则是对农业生产中用地与养地辩证关系的经验性概括。,2,农业资源生产潜力及其增进理论,作物生态适应性与合理布局理论 4,多熟种植模式理论 5,作物轮连作理论等 6,植物生活要素及其调控理论,农田水分和养分循环与平衡理论 7,地力学说与耕层构造理论 7,农田防护理论等 8,农业地域资源优势与利用理论,资源最佳经济投入与配合理论 9,农业产业化经营理论等 9,集约高效用地理论,多元持续养地理论,农作经营管理理论,农作制度的基本理论, 2.2, 2.1, 2.3,3,第一节 植物生活要素及其调控,一、植物生活要素的概念及其分类,二、植物生活要素的基本学说,三、植物生活要素调控与农作制度发展,4,植物生命活动必不可少的生态因素,一、植物生活要素的概念及其分类,1. 概 念,对植物有,直接关系,的环境因素,（直接影响植物种群结构及个体生命代谢 ）,5,一、植物生活要素的概念及其分类,2. 分 类,生活,要素,按基本来源和依托之所分类,特 点,利 用 途 径,光,宇宙因素：来自太阳的以光、热辐射为主体的能量形态,难大范围人工调控，世界各农区充裕，非障碍；,时空不平衡，总量稳定，季节分配有规律,作物角度 ,创造新的植物种群，培育高光效品种；,相宜植物种群，改进种植方式，发展多熟种植（复种、间作套种）；,环境角度,冷凉地区的温室栽培，以及地膜覆盖保护地栽培技术应用等，提高光、热资源转化效率；,培肥地力，全面改善植物生活条件,热,6,一、植物生活要素的概念及其分类,2. 分 类,生活,要素,按基本来源和依托之所分类,特 点,利 用 途 径,水,土地因素：来自地壳浅层土壤中的矿质营养元素，以及依托于土壤的水分、空气等物质形态,存在量有限,可有效地进行人工调控，满足植物生长需要；,存在状况受制于供求关系的变动，常不平衡,建立合理的农业整体结构及相应的关联部门的内部结构，促进农业系统物质良性循环，添加矿质营养物质（平衡、补充营养物质），促进农业扩大再生产的基础；,土壤耕作，良好耕层构造，协调水气矛盾，促进微生物活动，改善肥力条件，提高土壤营养物质转化效率，促进植物生长发育；,防除农田杂草、控制土壤侵蚀等，减缓土地因素无谓耗损,气,矿质营养,7,二、植物生活要素的基本学说,1. 植物生活要素的同等重要与不可代替性,光,热,水,气,矿质,营养,太阳辐射能的体现，是高等植物光合作用的基本能量来源,绿色植物生活动能，只有在温度适宜范围内，顺利进行全部生命活动,绿色植物的重要组成成分，一切生命的媒介,大气和土壤中的O,2,、CO,2,，都是植物赖以生存的养料和条件,能量的载体，构成有机物质的基础,8,二、植物生活要素的基本学说,1. 植物生活要素的同等重要与不可代替性,生理上的同等重要 生产中的相对重要性,生长发育,需要,Fe,大量占植物重量70%90%,微量仅约占植物重量0.0004%,植物生理功能方面，两者同等重要,生产实践中,不易满足,易满足,9,1 2 3 4 5 6 7 8,二、植物生活要素的基本学说,1. 植物生活要素的同等重要与不可代替性,证明试验之一,德国土壤学家赫尔里格尔的大麦水分试验,5%,10,20,30,40,60,80,100,10,1 2 3 4 5 6 7 8,二、植物生活要素的基本学说,1. 植物生活要素的同等重要与不可代替性,证明试验之一,德国土壤学家赫尔里格尔的大麦水分试验,5%,10,20,30,40,60,80,100,赫尔里格尔据此确定了因素“最低”、“最适”、和“最高”点，亦被称为“最低、最适和最高律”，认为在因素数量为中等时可以获得最高产量；在因素的数量最少（低量）和最多（高量）时，都不可能获得好产量,11,二、植物生活要素的基本学说,1. 植物生活要素的同等重要与不可代替性,证明试验之一,德国土壤学家赫尔里格尔的大麦水分试验,水分增加抑制了分解土壤有机质的好气性微生物的活动，使有机质矿化速率下降，大麦难以获得足够的营养物质，导致产量降低。, BP威廉斯,12,二、植物生活要素的基本学说,1. 植物生活要素的同等重要与不可代替性,证明试验之二,氮素用量对小麦产量影响的试验（,18521864,）,仅改变氮素营养一个因素，增加氮肥施用量增产效果亦是递减的,英国洛桑试验站,13,二、植物生活要素的基本学说,1. 植物生活要素的同等重要与不可代替性,连续地只添加一个生活要素，而不相应地改善其它生活要素，实质是试图以单一因素代替其它因素的作用，从而违反了植物生活要素的同等重要与不可代替的客观规律。（如家庭盆花，往往只浇水不施肥）,这一规律启示我们，进行植物生产必须全面、充分地满足它所需要的各种基本生活要素。,14,二、植物生活要素的基本学说,2. 限制因素及其克服,植物生活要素之间有着相互联系、相互制约的关系。若因某一因素的不足，限制植物对其它因素的利用，进而影响到植物生长发育和产量水平，则该植物产量由处于相对最低数量的因素所决定。这就是通常所谓“最低因素法则”。,15,二、植物生活要素的基本学说,2. 限制因素及其克服,尽管所有其它养分很丰富，产量可能受到一种单一养分不足的限制。,当有限的养分得到供应后，作物的产量就会增加，直到另外的养分变得有限为止。,“最小因素”（李比希 1840年）,有关环境因素如何限制生长的研究,李比希提出的最低营养物质，就是指限制因素。,16,二、植物生活要素的基本学说,2. 限制因素及其克服,当一个过程的速度是被若干独立因子所影响时，这个过程的具体速度是被其“最慢”的因子的步伐所限制。,“限制因素” 定律（布莱克曼 1905年）,光强,温度,CO,2,浓度,17,二、植物生活要素的基本学说,2. 限制因素及其克服,“耐性定律”学说（谢尔富特 1913年）,生物的生存对环境的适应有一个最低限和一个最高限，在低限与高限之间称为耐性范围，任何一个因子数量上的不足或过剩，均会使生物的生存或生长发育衰退。,18,二、植物生活要素的基本学说,2. 限制因素及其克服,“耐性定律”学说（谢尔富特 1913年）,由此可见，任何接近或超出耐性限度的因子，都可能成为“限制因子”。,19,谢尔福特耐受定理,耐受下限,生理紧张带,不能耐受带,最适值,适宜范围,生理紧张带,不能耐受带,耐受上限,20,Shelfords Law of tolerance,(Shelford 1913):,21,二、植物生活要素的基本学说,2. 限制因素及其克服,北方旱作农区,南方湿润农区,调控或改善限制因素农业生产中至关重要的任务,蓄水保墒,防洪排涝,22,二、植物生活要素的基本学说,2. 限制因素及其克服,农业生产中的“限制因素”在不断发生变动,水,修渠打井,发展灌溉,肥料,广开肥源,合理用肥,P K,微量元素,23,二、植物生活要素的基本学说,3. 因子的综合作用,植物的生活要素在环境中的存在不是孤立的，而是结合成为一个整体，综合地影响植物的生长发育,植物生活要素的同等,重要与不可代替性,限制因素定律,24,二、植物生活要素的基本学说,3. 因子的综合作用,证明试验之一,春黑麦盆栽试验（德国 沃里尼 19世纪）,25,二、植物生活要素的基本学说,3. 因子的综合作用,证明试验之一,春黑麦盆栽试验（德国 沃里尼 19世纪）,只增加一个生活要素,水分，黑麦的产量呈现抛物曲线，即产量是上升的，效益是递减的；,同时增加两个生活要素,水分和养料，产量曲线明显上升，产量效益有了改进；,如果改善多数，甚至全部生活要素，例如同时增加水分、肥料、光照强度，黑麦产量的曲线将持续上升，效益有显著的增进。,26,二、植物生活要素的基本学说,3. 因子的综合作用,证明试验之二,玉米氮钾肥料配合施用试验（美国伊利诺州）,不施钾的玉米在每公顷施入160kg氮时产量最高；,每公顷用钾45kg，玉米最高产量时氮的用量上升到200kg；,每公顷用钾200kg时，供应的氮肥最高用量270kg/hm,2,，没有显示出玉米产量回降现象。,两种营养元素共同作用于玉米，产量最高。,氮的最佳施用量取决于钾肥的用量,27,三、植物生活要素调控与农作制度发展,农作制度演进的历史是人类对植物生活要素调控力度不断增强的过程,28,第二节 农业资源生产潜力及其增进,一、生产潜力的概念与层次,二、农业资源生产潜力的研究方法,三、农业资源生产潜力的增进,29,一、生产潜力的概念与层次,作物生产潜力（,Crop Potential Productivity,）是指某一地区的农田在特定农业资源组合条件下，人们种植作物应能实现的最大生产能力。,1. 概念,30,一、生产潜力的概念与层次,对于准确评价农业资源系统的基本特征，揭示影响作物产量的限制因素，合理开发和利用农业资源，提高农田生产能力具有指导意义；,对于科学地制定农业发展规划，确定合理的作物布局和种植制度，选择适宜的作物播期和种植方式，拟定作物灌水和施肥方案有重要的应用价值。,2. 研究作物生产潜力的意义,31,一、生产潜力的概念与层次,3. 层次,依次衰减,32,二、农业资源生产潜力的研究方法,普遍采用的是数学模型推导的方法。,由于生产潜力的研究受到国内外学者的广泛重视，不同学者所处的环境条件不同，研究思路各异，因而所采用的数学模型和有关参数订正值有明显差异，形成种类繁多的研究方法。,早先的生产潜力研究多限于理论推导和公式概算，近期的研究考虑虽较周全，仍以公式概算的多，生产验证的少，虽有相当的理论意义，但较少的应用价值。,公式概算、田区定位试验与高产记录值相结合”的方法,33,二、农业资源生产潜力的研究方法,1. 瓦赫宁根法（Wageningen method）,热量生产潜力,34,二、农业资源生产潜力的研究方法,1. 瓦赫宁根法（Wageningen method）,气候生产潜力,35,二、农业资源生产潜力的研究方法,2. 光、温、水逐级订正的阶乘模型,黄土高原旱农地区的作物生产潜力模型,（西北农业大学蒋骏、王立祥等 1998）,光合生产潜力估算,36,二、农业资源生产潜力的研究方法,2. 光、温、水逐级订正的阶乘模型,黄土高原旱农地区的作物生产潜力模型,（西北农业大学蒋骏、王立祥等 1998）,热量生产潜力估算,37,二、农业资源生产潜力的研究方法,2. 光、温、水逐级订正的阶乘模型,黄土高原旱农地区的作物生产潜力模型,（西北农业大学蒋骏、王立祥等 1998）,水分生产潜力估算,38,二、农业资源生产潜力的研究方法,3. 作物生长模拟模型,20,世纪,80,年代以来，在北方旱区旱作农田水分生产潜力研究中广泛采用了“公式概算、田区定位试验与高产记录值相结合”的方法（西北农林科技大学王立祥等）,研究结果生产应用价值较高，但仍存在一些不足之处,39,二、农业资源生产潜力的研究方法,3. 作物生长模拟模型,通常多考虑光、温、水等环境因素，较少涉及作物生长发育机理，忽略了产量潜力形成的主体,作物本身,计算过程多以作物发育阶段或旬为时间步长，常常掩盖了短时期极端光、温、水条件对作物生长和产量形成的胁迫作用,通常采用多年平均气候资料进行估算，难以获得不同气候年型的作物产量潜力,通常未考虑地形和土壤因素对降水有效性的影响,公式概算法,40,二、农业资源生产潜力的研究方法,3. 作物生长模拟模型,田区定位试验,田区定位试验法受试验技术条件的限制，难以达到生产潜力试验要求“采用最佳的品种和最佳栽培管理措施，只有光温或光温水为限制因素”的前提条件,田区定位试验难以覆盖不同的气候年型和不同的气候类型区,代表性不强，需要花费大量人力、物力和时间，试验投资较大,41,二、农业资源生产潜力的研究方法,3. 作物生长模拟模型,高产记录值,高产记录值调查法只代表了特定气候年型的产量潜力，不能反映不同气候年型（有利、正常、不利年型）的产量潜力，,只代表了当时栽培技术条件下的产量潜力，未能反映光温水资源的真实潜力。,42,三、农业资源生产潜力的增进,当时当地最佳作物管理技术水平下的最高产量,非匀速的阶跃式上升,作物生活要素,调控力度,不断增强,品种,43,第三节 农业生态经济系统及其管理,一、农业生态系统理论与“三大车间”学说,二、农业可持续发展理论,三、农业技术经济理论,四、农业地域资源优势与利用,五、农业产业化经营,44,一、农业生态系统理论与“三大车间”学说,B. P. 威廉斯,植物生产,（基本车间）,动物饲养,（加工车间）,土壤管理,（转化车间）,生产者,消费者,分解者,B. P. 威廉斯最早认为，有机质的合成和分解是农业的两大任务，并进一步指出，农业生产是由植物生产、动物饲养和土壤管理三个环节组成，彼此密切相关地成为一个生产体系，称之谓农业工厂的“三大车间”（图2-5）。,45,植物生产,（基本车间）,动物饲养,（加工车间）,土壤管理,（转化车间）,食物,纤维,饲料,维护环境,提供木材、薪炭、果品、饲料等,涵养水源、改善小气候、防风固沙、净化大气和生物多样性,低价值高,不宜农牧,排泄,（粪肥）,31%49%,33%,残体,废弃物,46,二、农业可持续发展理论,定义一：,FAO 1988,管理和保护自然资源基础，调整技术和体制改革方向，以便确保获得和持续满足当代和后代人的需要。这种持续农业能够保护土地、水资源和动植物遗传资源，不造成环境退化，在技术上适当，经济上可行，而且能为社会所接受。,47,二、农业可持续发展理论,持续农业是指在一个长时期内有利于改善农业所依存的环境与资源，提供人类对食物与纤维的基本需要，经济可行并有利于提高农民以及整个社会生活水平的作法。,定义二：,美国农学会、作物学会和土壤学会 1989,48,可持续发展的定义可持续发展是既满足当代人的要求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展。,Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their needs。,资料来源：World Commission on Environment and Development，Oxford University Press, 1987.,49,历史时期,人类对人地关系,认识,行为表现,后果,采猎文明,崇拜自然，存在“天命观”,对环境的恐惧和依赖，环境对人类的制约作用较强，人类对环境改造作用较弱,主要是生物资源遭到破坏，物种减少，但对人类自下而上威胁较小,农业文明,宣扬“有神论”，但对环境认识有科学萌芽出现,农业技术创新，人类开始大规模开发利用土地、农业生产大发展，发行自然能力增强,人类与环境对搞性大大增强，始出现局部区的恶化，土地沙化、生物资源破坏、物种减少,工业文明,前期（18世纪中叶到20世纪60年代）,妄图征服自然。“征服论”如人定胜天,18世纪中叶开始的工业革命，人类获取能源和资源的能力越来越强，人地之间对抗性大大增强，关系呈不协调发展，人地矛盾激化,环境急剧恶化，环境问题成为公害，呈全球化发展趋势。构成对人类生存和发展的严重威胁。,后期（20世纪60年代）,谋求人地协调发展。,“协调论”形成持续发展的全面认识,自20世纪50年代后对人地关系的认识可逐渐系统化、科学化，环境科学迅速发展,环境和发展问题得到国际社会越来越普遍的关注和重视，环境科学迅速发展。消除污染、改善生态、清洁生产受到越来越多的国家和人们的重视,可持续发展的兴起,50,寂静的春天对传统行为和观念的早期反思 1962年,增长的极限引起世界反响的“严肃忧虑” 1972年（1968年成立的罗马俱乐部）,联合国人类环境会议人类对环境的正式挑战 1972年,我们共同的未来环境与发展思想的重要飞跃 1987年我们共同的未来,51,联合国关于可持续发展的几次会议简况,1联合国人类环境会议（United Nations Conference on the Human Environment）,召开时间：1972年6月516日,召开地点：瑞典斯德哥尔摩,参会国家：113个国家派团参加,会议成果：（1）关于人类环境的斯德哥尔摩宣言（The Stockholm Declaration on Human Environment）（2）人类环境行动计划（Action Plan for Human Environment）,2联合国环境与发展会议（United Nations Conference on Environment and Development）,召开时间：1992年6月3日14日,召开地点：巴西里约热内卢,参会国家：178个国家派团参加了这次会议，其中103个国家元首或政府首脑参加了这次会议,会议成果：（1）关于环境与发展的里约热内卢宣言（The Rio Declaration on Environment and Development）（2）21世纪议程（Agenda 21）（3）联合国气候变化框架公约 （The United Nations Framework Convention on Climate Change）（4）联合国生物多样性公约（The United Nations Convention on Biological Diversity）（5）关于所有类型森林的管理、养护和可持续开发的无法律约束力的全球协商一致意见的原则声明（Non-legally Binding Authoritative Statement of Principles for a Global Consensus on the Management, Conservation and Sustainable Development of All Types of Forests）,52,3可持续发展世界首脑会议（World Summit on Sustainable Development）,召开时间：2002年8月269月4日,召开地点：南非约翰内斯堡,参会国家：191个国家派团参加了这次会议，其中104个国家元首或政府首脑参加了这次会议,会议成果：（1）关于可持续发展的约翰内斯堡宣言（The Johannesburg Declaration on Sustainable Development）（2）可持续发展世界首脑会议实施计划（Plan of Implementation of the World Summit on Sustainable development）,4. 联合国可持续发展实施目标,召开时间：2005年5月105月12日,召开地点：中国.江西,参会国家：正式代表约150名。其中来自联合国及中、美、德、英、韩、新加坡、尼日利亚等30多个国家和地区的代表60多人。,会议成果：水资源、卫生设施、人居环境和一些交叉问题。主要围绕经济社会可持续发展、环境保护、人与自然和谐共处等议题进行探讨，研究可持续发展方面的战略和政策问题，交流可持续发展的经验和教训。,53,二、农业可持续发展理论,三个战略目标：,（与农作制度一致）,积极增加粮食生产,促进农村经济发展，开展多种经营，扩大农村劳动力就业机会，增加农业收入,合理利用、保护与改善自然资源，创造良好生态环境,54,二、农业可持续发展理论,研究范畴：,（大部分与农作制度重合）,各种动植物资源基因库的建立和保存；,抗逆性品种的应用和推广、布局；,生物和农作措施的综合有害生物防治,（利用轮作、生物防治和调整播期等）,；,强化有机与无机结合的培肥体系,（通过生态技术和有机体的再循环以减少对化肥、农药等化学制剂的依赖）,；,土壤耕作措施,（各种保护耕作、覆盖耕作和少免耕等）,的正确运用；,农林牧综合发展的混合农作制度,55,二、农业可持续发展理论,主要的4种模式：,低投入农业,Low-input agriculture,欧美,（农产品过剩和经济发达 ）,低投入、低产出,（粗放型 ）,低耗持续农业,Low-input sustainable agriculture,美国为首的发达国家,试图控制和减少农用化学物质和化石能源的投入，实施多种传统农业技术综合，避免石油农业弊端,有机持续农业,Organic sustainable agriculture,西方,（标榜持续，忽视发展内涵）,完全禁用现代工业产品,集约持续农业,Intensive sustainable agriculture,中国国情与现代农业技术有机结合,集约农作,高产高效,持久发展,56,三、农业技术经济理论,1. 农业技术经济效果原理,使经济效果的评价与保持生态环境的良性循环，提高土地生产力，合理利用自然资源，以及提高单位资源的利用效果紧密地联系起来，可以防止掠夺式经营，对于纠正片面追求效益的短期经济行为，具有长远的战略意义,57,边际产量,平均产量,总产量,三、农业技术经济理论,2.生产三阶段与边际均衡原理,MPP,APP，EP ,1，资源转化效率高，可以获得资源的最大效用(A点)；,TPP不断上升；,MPP上升到最高点后开始下降，APP上升至最高点(B点)；,适宜大量投入,。,58,边际产量,平均产量,总产量,三、农业技术经济理论,2.生产三阶段与边际均衡原理,MPP0，继续投入仍有利可图；,APP开始下降，TPP逐渐上升至最高点(C点)。,生产资源投入的最适区间,，当边际成本(MIS)等于边际收益(MVP)时，可获得最大纯收入，此时的资源投入量即为最适投入水平,59,边际产量,平均产量,总产量,三、农业技术经济理论,2.生产三阶段与边际均衡原理,EP0，,TPP、APP均下降，,MPP0。,生产不合理阶段，资源投入过量,60,三、农业技术经济理论,3.农业生产资源报酬递减律,资源投入,O,MPP,APP,APP,MPP,O,TPP,TPP,资源投入,报酬递减阶段的前中期还处在适宜农业大量投入阶段，一直到边际收益等于边际成本时，利润达到最大点，以后则渐渐下降。,一定范围的报酬递减是允许存在的，因为绝对报酬还是增加的,61,四、农业地域资源优势与利用,农业自然资源的地域分异,社会经济发展水平的地区差异,农业资源组合,地域性,区域特色,农业,62,五、农业产业化经营,生产,加工,销售,农业产业化经营是指以市场为导向，以家庭承包经营为基础，依靠龙头企业及各种产业协会的组织和带动，将数量大、规模小的农户联合起来，建立相对集中的商品性生产基地，促使农业的生产、加工、销售诸环节联结为完整的产业链条，实行技术互补、信息互通、利益共享、风险共担的一体化经营体制，增强抵御自然风险和市场风险的能力，最终实现农业经济高效和持续发展的新型农业经营方式。,63,农作制度基本理论为集约用地、持续养地与高效经营相结合,植物生活要素学说,农业资源生产潜力的概念及其增进,农业生态系统理论与农业可持续发展,重点内容,64,名词解释：植物生活要素 限制因素 作物生产潜力 光合生产潜力 热量生产潜力 降水生产潜力 气候土壤生产潜力 “三大车间” 学说 可持续农业 农业地域资源优势 农业产业化经营,农作制度的基本理论体系是什么？,植物生活因素的基本学说是什么？简述植物生活因素调控与农作制度发展的关系？,作物生产潜力的层次包括哪些？如何评价一个地区的作物生产潜力？,为何说作物生产潜力增进是基于科学技术的不断进步？,试论发挥农业地域资源优势，实现农业产业化经营的意义？,复习思考题,65,Version I：,我总结了，其实课堂可短暂了，有时一想，跟睡觉是一样一样滴。眼睛一闭一睁，一堂课过去了，嚎 眼睛再一闭不睁，一上午就过去了，嚎,你知道人生最痛苦的事儿是啥？就是下课了，但人还没醒；可是你知道人生最最痛苦的事儿是啥？就是人醒了但课还没下,66,Version II：,上学其实可短暂了：宿舍一出一进，一天过去了，嚎 宿舍一出不进，一学期过去了，嚎,上学这一天最痛苦的事儿是啥，你知道吗？就是去上课了，老师没点名。,上学这一天最最痛苦的事儿是啥，你知道吗？就是没去上课，老师点名了。,上学这一天最最最痛苦的事儿是啥，你知道吗？就是第一节课去了不点名，第二节课走了老师点名了,67,