第二节 环境胁迫理论
环境胁迫理论是论述对生态系统的发展产生约束性作用的环境因素的理论。环境胁迫 (environmental stress) 是指环境对生物体所处的生存状态产生的压力，可以分为急性环境胁迫和慢性环境胁迫。
胁迫 (stress) 原本用于逆境生理学的研究中，是生物所处的不利环境的总称。在生态学中“胁迫”概念，学者们有不同理解：美国生态学家奥德姆等认为，胁迫是生态系统正常状态的偏移或改变；Barrett等(1976) 将胁迫视为与“反应”( response) 意义相关的概念；Knigh等(1981) 把胁迫定义为作用于生态系统并且使系统产生相应反应的刺激。广义的胁迫可概括为引起生态系统发生变化、产生反应或功能失调的作用因子。随着世界人口的增长和消费力度的提高，科学技术得到长足发展。但与此同时，由于人类活动范围的扩大、程度的加深，环境资源受到了很大的破坏，环境对很多生物体引起的胁迫日益严重。从人类发展的历史来看，古代社会基本处于农耕社会，农业生产基本围绕畜牧和农耕生产，人类改造生物圈的能力有限，即使破坏了生态系统，由于人口数量相对很少和生态系统的自身恢复能力，环境破坏力度和水平不具备大范围破坏生态系统的能力。真正意义上的破坏生态系统是从工业革命以来。人类不断发展，人口数量增加，人工破坏生态系统的能力进一步增强，人工生态系统不断扩展，因此自然生态系统不断地缩小，植物品种数量减少，许多野生生物不断地灭绝。由于工业发展需要，大量矿石被开采，人类破坏生态的力度开始向岩石圈地带扩展，持续加速生态环境的破坏和平衡力度；进入20世纪，尤其后半叶，随着工业经济和农业发展迅猛，世界大范围使用化石燃料，人们破坏环境的力度开始向大气圈扩散，水环境污染问题、大气环境污染问题频发造成大气圈和水圈的质量恶化，引发世界范围生态危机和气候问题，环境胁迫现象日益增多。
一 气候变化胁迫
气候变化问题成为环境领域的热点问题。温度是农作物生长的重要因素，并决定农作物的时空分布，农作物总是在达到特定温度总量时才能完成生长周期，不同农作物有其合适的温度空间，其必定要达到温度总量后才能正常发育生长。如果一些地区干旱高温持续影响，容易导致植物发育期提前或者影响农作物生长期的正常生长，导致农作物需水受到限制，高温胁迫严重时易出现农作物用水困难导致庄稼减产或者绝产。
极端低温天气和高温天气在全球层出不穷，温度胁迫包括低温胁迫和高温胁迫两种。作物所处环境中温度过高引起的生理性伤害称为高温伤害，又称为热害 (蒋三登，2006)。高温胁迫对植物的直接伤害是蛋白质变性，生物膜结构破损，体内生理生化代谢紊乱。热害往往与干旱并存，造成失水萎蔫或灼伤。高温胁迫还诱发多种病虫害，如黑斑病、炭疽病，以及避债蛾、蚜虫、蚧壳虫、蝗虫的大爆发，对农业生产十分不利。
低温胁迫是对植物耐寒性的检验，植物耐寒性是对低温环境长期适应中通过本身的遗传变异和自然选择获得的一种适应性 (蒋三登，2006)。低温胁迫是指农作物0℃以下的低温冻害和0℃以上的低温伤害。低温胁迫对农作物的影响巨大。但是关于低温胁迫对农业影响的问题还存在认识误区。农作物所具有的耐寒特性是其本身遗传特性，并且在环境温度逐步下降的过程中不断适应，我们称之为冷驯化和抗寒化。因此，我们在日常生活中总是忽略农作物这种特性，有时将南方热带，亚热带区域产量较好的良种农作物盲目引种北方，结果可想而知。因此在考虑农作物品种选育时，一定要考虑环境胁迫和温度胁迫问题，例如纬度差别、海拔差别、气象差别、土质差别等。一般来说，本地经营多年的农作物在正常情况下是适应当地常规气候的，但是遇到极端气候，比如突发的长时间雨雪冰冻天气，这种天气情况极易发生在深秋初冬和早春季节，正是作物休眠前和复苏萌动时期，对农作物的生长发育造成的伤害十分巨大。
二 灾害环境胁迫
水是生命之源。水分对作物的重要性不言而喻，农作物离开水无法正常发育生产。农作物对水的需求包括生理用水和生态用水。生理用水用来维持作物养分吸收和运输。生态用水用来保持作物生长需要的湿度环境，利于作物正常生长。作物光合作用正常情况下产生一份光合生产物，大概需300—800份水，土壤中水量保持60%—80%时，根系才能正常生长，并吸收养分，保证正常运转。水分胁迫对农作物表现为两个极端：一是干旱胁迫，二是水涝胁迫 (蒋三登，2006)。
干旱环境和干旱天气极易使农作物缺水，是各种农作物常受威胁的环境因素。农作物干旱在西北地区来说有三种：一是土壤干旱。土壤中正常用水不足或缺失，会导致作物缺水而受损。二是大气干旱。在土壤环境并不缺水的条件下，农作物会受干热风灾害和高温威胁使得强烈蒸腾作用导致作物缺水受害。三是冻害。在西北地区冬春期间，土壤水分结冰或地温过低，作物根系吸水受到威胁和限制，导致农作物严重缺水。西北地区是干旱灾害常发区域，在西北内陆地区的沙漠戈壁环境，干旱常发性是区域气候环境特征；但是在西北地区有些区域干旱的季节性特征十分明显，如在一些绿洲区域或者灌溉区域，农业用水环境较好，干旱胁迫不是十分严重。因此，西北地区干旱因地域不同而有所差异，但总的来说农作物干旱胁迫主要有土壤干旱、大气干旱、冻害三种状态。对于农作物来说，干旱胁迫的实质是缺水。即干旱导致作物缺水以致作物不能正常发育生长。Hsiao (1973) 曾将水分胁迫的程度划分为轻度胁迫、中度胁迫、重度胁迫三种类型，它们的区分标准是土壤相对含水量为8%—10%、10%—20%、20%以上。西北地区干旱胁迫对农作物影响比较深远，应注意农作物的发育和生长时期，加大应对农作物干旱胁迫的技术研究。
水分胁迫的另外一个表现就是水淹胁迫。水淹胁迫顾名思义就是水分过多，土壤水分过多和大气湿度过高极易破坏作物体内水分失衡，从而影响农作物生长 (蒋三登，2006)。土壤水分过多总的来说有两种。一种是土壤中水量过高，处于饱和状态，我们称之为“渍水”，又称渍害；另一种是水分完全充满土壤，并且地面积水淹没农作物的个体根部和全株，一般称为“涝害”。通常来说水分对农作物生长是有利的，水分过多对农作物的伤害的实质是由于积水而导致土壤中缺氮气并发生二氧化碳累积。有学者研究认为沙土地水淹两周后氧气浓度由21%降到1%，而二氧化碳的浓度由0.34%升至为3.4% (Schaffer,1992)。土壤水分过多还会导致农作物中毒，最大胁迫是对土壤多数矿质营养元素的吸收急剧减少，使作物根部和生长新叶的能力进一步降低，最终农作物因淹水致死。西北地区不是水涝灾害的常发区域，但是在一些地区季节性水涝灾害也时常发生，因此要关注水淹胁迫对农作物的影响。
三 土地污染胁迫
土壤在一定的自然条件和自然地质作用中形成，并具有良好的物理性状和化学组成，为作物的繁衍生长提供最基本的物质条件和生态环境，其中最主要的物质条件就是水和营养盐分的丰度和供给条件，大多数情况下，各种土壤都能为作物的生存提供适宜的水盐环境，然而由于人类的栽培作物对生存条件的适应性和人类对农作物的不懈追求，许多情况下土壤的水盐条件不适用于农作物的生长，即使在土壤水分良性供给的地方，土壤盐分太高，仍可产生植物的生理性干旱而不宜作物生长。这种土壤称盐渍土，对作物生长构成盐胁迫。全世界所有大洲都有盐碱土，不适合作物生长的盐碱土有10亿公顷之多。随着工业现代化发展，灌溉地和设施面积的扩大，中国目前有各类盐渍土8180万公顷，还有1733万公顷的土壤存在潜在盐碱化的威胁 (王遵亲，1993)。土壤次生盐日趋严重。
土壤盐渍化的主要危害使土壤中水溶盐分在植物根系环境中形成很高的渗透压，抑制根系对水分的营养部分的有效吸收，造成植物生理性干旱，影响植物的正常代谢和生长，严重时可使植物死亡，不同作物种类具有不同的耐盐性能，农业栽培作物一般耐盐性较差。盐渍化对农业发展影响逐步加大。如盐渍化危害较重的新疆，每年土壤盐渍化灾害减产粮食2亿—2.5亿公斤，棉花2500万公斤 (张丙乾，1993)。过量的盐碱土降低土壤的渗透功能、持水能力和有机质活性，使土壤生态环境恶化，不利于作物生长，极易产生风蚀和水蚀，进一步导致土地荒漠化。
四 生态环境胁迫
Cambridge Mass (1970) 认为生态胁迫过程是指人类活动对自然资源和生态环境构成的压力。人类的生存和发展依赖于自然环境，同时又极大地影响和改变着自然环境。而Holdren和Ehrlich ( 1974)、Ehrlich (1977) 认为作为复合生态系统的组成之一，自然生态环境不仅为人类提供粮食、药品和工农业生产的原料、工具，而且维持着生命物质的化学循环和生物物种的遗传进化，更重要的是还保证了人类生存所必需的空气、水以及活动空间。但随着人口剧增，资源大量消费、生态环境污染、社会进步以及农业和经济发展，人类对自然的干扰能力越来越强，强度不断加大，带来一系列生态问题，威胁人类的生存和发展。人类活动对生态环境的胁迫有两层含义：一是资源胁迫，表现为人类对自然资源的过度开发、资源耗竭趋势；二是环境胁迫，表现为人类为了生存和发展而输出的污染物破坏了环境净化平衡能力，造成现有生态环境有不断恶化趋势 (苗鸿，2001)。