第一篇 作物栽培学概述
　　第一章 作物的起源、分布与利用
　　广义的作物是指野生植物经过人类不断选择、驯化、利用，具有经济价值的被人工栽培的各种植物，可分为农作物、园艺作物和林木作物3类；狭义的作物主要指农作物。了解农作物的起源、分布和利用状况，有助于认识和把握作物进化的特点、生态适应性及其在农业生产发展中的作用。
　　第一节 作物的起源与传播
　　自然界已知的植物有50余万种，其中被人类利用的在5000种以上，被人类栽培种植的约2300种，大面积种植的约200种。中国种植的作物约有600种，其中粮食作物30多种、经济作物70多种、蔬菜110多种、牧草约50种、花卉130余种、药用植物50余种。
　　一、作物的起源
　　原始人类采集天然野生植物和渔猎野生动物以维持生存的本能劳动开创了人类认识、改造自然界的先河。在采集植物的活动中，人类逐渐注意并认识到可采用的植物种类及其相适应的采集季节，并逐渐发展到从以采集野生植物作为食物和衣物转变为有意识地栽培某些植物，从而开始了种植业。这些被驯化培育的新植物种类发展成一定的栽培规模称为作物（大田作物、农作物）。通过研究这些作物的起源，人们可以了解众多植物的遗传资源，利用有用的基因改造现有的作物并选育新品种为人类所利用；同时通过了解作物起源地的生态地理条件，达到人为控制作物生长的目的。
　　对作物地理起源中心问题研究较早的学者是瑞士植物学家康多尔（de Candolle），在他1883年出版的《栽培植物的起源》一书中，对477种栽培植物的起源地进行了划分。其后在20世纪二三十年代，苏联植物学家瓦维洛夫等借助于植物形态分类、杂交验证、细胞学和免疫学等手段，对他们在世界六大洲60多个国家采集到的30多万份作物品种材料进行了详细比较研究，于1926年写成 《栽培植物的起源中心》一书。其后为了更准确地确定作物起源和最初形态建成中心，他还补充查明遗传上相近的野生种和栽培种的多样性地理分布中心，把遗传变异最为丰富的地方作为该物种的起源中心。最后以考古学、历史和语言学的资料，对植物地理的划分加以修正，认为全世界栽培植物有8个起源中心，并于1935年出版了《育种的植物地理基础》一书，该书的一些基本理论至今仍有着重要的指导作用。
　　1968年，茹可夫斯基提出大基因中心的观点，认为很多作物除起源于瓦维洛夫的起源中心外，有必要加大地理范围。他将瓦维洛夫确立的8个起源中心扩大到12个。1975年，瑞典的泽文和茹可夫斯基共同编写了《栽培植物及其变异中心检索》，重新修订了茹可夫斯基提出的12个基因中心，扩大了地理基因中心起源概念，现简介如下。
　　(1) 中国-日本起源中心：中国基因中心是主要的、初生的，由它发展了次生的日本基因中心。中国起源地的特点是栽培植物的数量极大，包括了热带、亚热带和温带作物的代表。在栽培植物种和属的数量上，中国超过其他起源地。例如，黍、稷、粟、大麦、荞麦、大豆、裸燕麦等作物，中国是初生基因中心；普通小麦和高粱等是次生基因中心。
　　(2) 印度支那-印度尼西亚起源中心：是爪哇稻和芋的初生基因中心。这里还具有丰富的热带野生植物区系。
　　(3) 澳大利亚中心：除美洲外，这里也是烟草的初生基因中心之一，并有稻属的野生种。
　　(4) 印度斯坦中心：起源的作物有稻、甘蔗、绿豆、豇豆等，还有许多热带果树。
　　(5) 中亚细亚中心：为中国和印度中心之间的转换区，起源的作物有小麦、豌豆等。
　　(6) 近东起源中心：起源的作物有栽培小麦、黑麦等。
　　(7) 地中海中心：从许多作物品种和种群组成来看，这里是次生起源地，很多作物在此区被驯化，如燕麦、甜菜、亚麻、三叶草、羽扇豆等属的种。
　　(8) 非洲中心：起源的作物有高粱、棉、稻等属的种，此中心对世界作物影响很大，许多作物起源于非洲。
　　(9) 欧洲-西伯利亚中心：起源的作物有二年生的糖用块根和饲用甜菜、苜蓿、三叶草等。
　　(10) 南美洲中心：起源或驯化的作物有马铃薯、花生、木薯、烟草、棉、苋菜等。
　　(11) 中美洲-墨西哥中心：起源或驯化的作物有甘薯、玉米、陆地棉等。
　　(12) 北美洲中心：驯化的主要作物有向日葵、羽扇豆等。
　　我国学者在作物起源上也做了大量工作。例如，丁颖等在华南、西南地区对水稻起源做了大量调查和考证工作，证明了籼稻、粳稻都起源于我国。目前，许多学者仍在继续探索，如小麦就有可能起源于我国。但不论作物起源于哪个中心，其地理上均有两个特点：一是多在热带、亚热带；二是起源地多是山地。
　　二、作物的传播
　　野生植物在人类未干预条件下的传播，凭借风、雨、水流及动物活动等自然因素进行，有的则在繁殖器官成熟时破裂的弹力作用下向外传播。
　　作物的传播除表现野生植物的传播方式外，还突出表现出以人类活动、人类迁徙为主要传播途径，即人类有目标的引种传播。古代农业和传统农业中的栽培作物传播随人类通过陆路或水路迁徙踪迹而发展，陆路传播一般随人类迁徙的渐进形成作物种类和品种的辐射，水路传播一般随人类迁徙形成沿海岸线扩展或跨海型扩展。丁颖（1957）、柳子明（1975）研究认为栽培稻可能发源于中国云贵高原和东南亚各大河流流域，约在公元前12世纪由海路东传至日本，约在公元前1000年以前传至菲律宾，稻种也由籼型野生稻分化演变成籼亚种和粳亚种两大类型。而发源于近东的普通小麦，经陆路传播到中国和欧洲，进一步由海路远传到非洲，15世纪末传入印度群岛，18世纪引入澳大利亚。发源于中美洲的玉米，由海路传入西班牙，再由陆路传至欧洲和中东，16世纪30年代传入东亚，经好望角海路传到马达加斯加、印度和东南亚各国，并演变发展为2个种9个亚种类型。
　　世界历史上著名的中国通往西方的丝绸之路、哥伦布开辟好望角航行发现美洲新大陆、阿拉伯人公元8～10世纪经商活动等，都有力地推进了作物在东西方向的大量相互传播。经过传播交流的作物类型，有的在异地生长更好，有的发展更快。例如，原产于中国的大豆，现在在北美洲、南美洲栽培面积最大，单产最高，品种类型也丰富。原产于南美洲的花生，现在在印度和中国栽培面积最大。原产于南美洲的马铃薯，现成为欧洲各国主要的食品作物。原产于中美洲高原的陆地棉，传入亚洲，中国和印度成为最大的产棉国。
　　现代生物技术的广泛应用，只需1～2年就能完成一个作物品种的传播和新种质类型的创造，以最快的速度推进世界范围作物生产的发展。例如，近几年棉花Bt抗虫基因在我国的广泛应用就迅速有效地推进了我国抗虫棉花的生产。应该引起重视的是，现代作物的传播不能忽视由于不慎引进一个有害作物（基因）可能对某一生态区域的作物生产造成的严重危害，特别是对区域性食品安全和生物安全可能引发的危害。
　　第二节 作物的分布
　　作物的分布是指作物通过扩散，在不同地理区域种植后的空间配置情况。作物的分布与其生物学特性、气候、土壤、社会经济条件、生产技术水平、人们的习惯和社会需求等各种因素相关，但主要还是受自然生态环境的制约。
　　一、世界栽培作物的分布
　　（一）禾谷类作物
　　谷物是人类的主粮，2014年全世界谷物的总产量为24.76亿t，主要有稻谷、麦类、玉米等。亚洲的谷物面积约占世界总谷物面积的54％。中国、美国、印度、俄罗斯、尼日利亚、巴西、澳大利亚、加拿大是世界主要谷物生产国，总产以中国、美国最高，分别占22.4％、17.6％。
　　小麦是世界收获面积最大的禾谷类作物，适应范围广，自南纬45°到北纬67°均有小麦种植，其中北半球欧亚大陆和北美洲为主产区，而南美洲和大洋洲面积较小。中国为世界小麦总产量最多的国家，印度、美国分别居第二、三位。栽培的麦类作物还有大麦、燕麦、黑麦等。 玉米为世界收获面积第二大禾谷类作物，居谷物总产量之首。玉米为粮食、饲料、经济兼用作物，以亚洲和北美洲为主产区。美国为世界最大玉米生产国，总产量占世界玉米总产量的34.8％。中国居第二位，约占世界玉米总产量的21.4％。稻谷是世界收获面积第三大禾谷类作物，主要集中分布在温暖湿润的亚洲季风地区，该地区约占世界稻谷收获面积的88.9％。中国为世界最大稻谷生产国，印度稻谷收获面积居世界第一位，但单产和总产量不高，泰国和日本以生产优质稻米著称(表1-1)。
　　表1-1 2013年世界作物生产情况（FAO统计数据库，2014/8/4） （单位：面积，khm2；产量，万t）
　　（二）豆类作物
　　世界豆类作物收获面积占作物总面积的10.1％。豆类作物分布遍及世界各大洲，以亚洲和北美洲种植最多。豆类作物包括大豆、蚕豆、豌豆、小红豆等。美国是大豆栽培面积最大的国家，总产量达世界总产量的1/3。
　　（三）薯类作物
　　薯类收获面积占作物总面积的5.2％，包括马铃薯、甘薯、木薯等，集中分布于非洲、亚洲和欧洲，其中马铃薯主产国为俄罗斯、中国、印度和美国，甘薯主产国为中国。
　　（四）油料作物
　　油料作物为世界第二大类作物，收获面积占世界作物总面积的15.5％。各大洲均有油料作物种植，亚洲和美洲占74.0％。大豆、油菜籽、花生和向日葵为世界四大油料作物，另外还有油橄榄、芝麻、油茶、油玉米等。花生在亚洲和非洲的收获面积占世界收获面积的95.4％，主要分布在中国、印度和尼日利亚等国。
　　（五）纤维作物
　　全世界纤维作物收获面积为3710万hm2，占世界作物面积的7.4％。棉花是最主要的纤维作物，主要分布于北半球的中国、印度、美国、巴基斯坦、巴西等国家，中国为世界最大的产棉国。麻也是重要的纤维作物，面积约有400万hm2，以黄麻、红麻、亚麻为主。
　　（六）糖料作物
　　全世界糖料作物收获面积为12.2万hm2，其中4/5为甘蔗，1/5为甜菜，少量种植甜叶菊等。甘蔗以亚洲和南美洲为集中产区，巴西、印度为最大甘蔗生产国，分别占世界甘蔗总产量的37.1％和19.1％。甜菜产于温带，主产国有白俄罗斯、德国、意大利等。
　　（七）饲料作物
　　全世界饲料作物以牧草为主，绝大部分用非可耕地栽培（人工草场），非洲、欧洲、北美洲、南美洲、大洋洲为牧草主产区。牧草作物主要有禾本科和豆科两类。
　　（八）嗜好类作物
　　全世界嗜好类作物主要包括烟草、茶叶、咖啡、可可等，总收获面积为675万hm2。其中烟草主产国有中国、巴西、印度、美国、津巴布韦、土耳其、印度尼西亚等，中国烟草面积占世界的35.0％。茶叶栽培以亚洲为主，中国、印度、巴基斯坦、肯尼亚为主要产茶国。咖啡、可可栽培主要分布于赤道两侧地区。
　　二、中国栽培作物的分布
　　中国是世界上开始农业生产和栽培作物最早及最为广泛的国家，耕地面积保持在1.3亿hm2，世界栽培作物绝大部分在中国有分布（表1-2）。
　　表1-2 中国主要作物的生产量
　　资料来源：《中国农业年鉴》编辑委员会，2014
　　（一）禾谷类作物
　　1. 麦类作物 栽培品种主要为普通小麦。长城以南、岷山以东地区为冬小麦区，栽培面积占小麦总面积的83%左右，以华北平原的河南、山东、河北和苏北、皖北、关中平原为集中产区。长城以北、岷山以西地区为春小麦区，栽培面积占17％左右。小麦平均单产以北京、山东、西藏、新疆最高，2014年全国平均单产为5056kg/hm2。小麦品质以淮河以北地区为强筋小麦产区，长江沿岸及其以南地区为弱筋小麦产区，江淮地带为中筋小麦产区。大麦主要分布在江苏、云南、河南、湖北、甘肃等地，作饲料和啤酒原料。燕麦主要分布在西藏、山西和内蒙古，单产以西藏最高。
　　2. 稻谷 稻谷90％以上分布在秦岭淮河以南、青藏高原以东区域，长江三角洲、珠江三角洲、皖中平原、鄱阳湖平原、洞庭湖平原、江汉平原、川西平原、海河流域平原、三江平原等是我国著名的稻谷产区。稻谷在长江以南可双季栽培，品种以籼稻为主；在江淮之间单双季混作；在淮河以北单季栽培，品种以粳稻为主。稻谷平均单产以天津、宁夏、上海、江苏最高，2014年全国平均单产为6717kg/hm2；中国的杂交稻研究和生产在世界稻米生产中享有很高的声誉。