第三章作物产量与品质形成.

第三章作物产量与品质形成本章内容一．作物产量形成二．作物的源—库—流理论三．作物群体及其层次结构四．作物品质形成本章要求掌握作物产量的基本概念，了解作物产量的形成过程及特点；了解作物高产群体的特点；掌握植物源库流理论的概念及指导意义；掌握作物品质的基本概念，理解并思考提高作物品质的途径与措施。第一节作物产量形成作物产量的类型作物产量构成因素作物产量形成机理一、作物产量的类型生物产量：作物在整个生育期间生产和积累的有机物总量，即整个作物的总干物质量的收获量。常指收获时整个植株地上部分总干重。经济产量：作物在单位面积上所收获的有经济价值的主要产品的重量。生产中一般所指的产量即经济产量。不同作物所提供的产品器官各不相同。同一作物用途不同，其经济产量也不一样。收获种子的——禾谷类、豆类、油料等作物水稻小麦薏苡玉米谷子（粟）高粱绿豆大豆芝麻花生向日葵油菜蓖麻收获块根块茎的——薯芋类等作物红薯马铃薯木薯萝卜魔芋生姜收获全部茎叶的——绿肥饲料作物苜蓿紫云英满江红白三叶紫穗槐水葫芦（水浮莲）亚麻纤维用，经济产量指麻皮；油用，经济产量指种子。玉米粮食作物，经济产量指籽粒；饲料作物，经济产量指茎、叶、穗等全部有机物。经济系数（收获指数）：经济产量与生物产量的比率。作物的经济产量仅是生物产量的一部分，高的生物产量不等于高的经济产量，这取决于生物产量转化为经济产量的效率，即经济系数。经济系数的高低并不表明经济产量的高低，仅表明生物产量转运到经济产品器官中的比例。不同类型作物的经济系数差异较大。作物经济系数作物经济系数水稻、小麦0.35~0.50大豆0.25~0.35玉米0.30~0.50油菜0.25~0.30薯类0.70~0.85皮棉0.13~0.16甜菜0.60~0.70籽棉0.35~0.40烟草0.60~0.70饲料和绿肥1.00不同作物的经济系数差异很大，这与人们所需要的器官及其化学成分有关。一般说，凡以营养器官为主产品的作物，形成主产品的过程比较简单，经济系数较高。以生殖器官为主产品的作物，其经济产量的形成要经过生殖器官的分化发育直到结实成熟，同化产物要经过复杂的转化过程，因而经济系数较低。产品以碳水化合物为主的，在形成过程中需要的能量较少；而含蛋白质和脂肪较多的产品，在形成过程中需要的能量较多。因此，大豆、花生和油菜籽的经济系数都较禾谷类作物的低，但它们的单位重量产量所含有的能量却较多。二、作物产量构成因素作物的产量（一般指经济产量）构成因素是指构成主产品（经济产量）的各个组成部分，因作物种类和研究工作者的需要确定。作物种类代表作物产量构成因素禾谷类稻、麦、玉米、高粱穗数、每穗粒数、粒重豆类大豆、蚕豆、豌豆、绿豆株数、单株荚果数、每荚粒数、粒重根茎类甘薯、马铃薯株数、株根茎数、根茎重棉花棉花株数、株有效铃数、单铃籽棉重、衣分韧皮纤维作物苎麻、红麻、亚麻、大麻有效茎数、单茎鲜茎或鲜皮重、出麻率油菜油菜株数、株有效角数、每角粒数、粒重甘蔗甘蔗有效茎数、单茎重（含糖率）烟草烟草株数、单株叶数、单叶重饲料和绿肥作物苜蓿、紫云英、苕子株数、单株鲜重一般而言，越早形成的因素变异越大，受环境因素的影响越大，在栽培上认为促控的效果也越大。越晚形成的因素越为稳定，较多地受遗传特性所控制，在栽培上认为促控的效果往往较小。以收获营养器官为目的的作物收获茎叶的，以争取最大生物产量收获块根块茎的，生育前期需要大的光合系统，中后期争取贮藏器官膨大。以收获种子为目的的作物禾谷类，产量构成因素在全生育期依次重叠完成。双子叶植物，果实着生植株下部或全株的，营养与生殖矛盾大，结果数是关键。果实着生植株顶部和上部，生殖生长靠后，结实率是关键。产量因素之间的关系：相互制约关系：在一定范围内，很难同步增长。相互补偿关系：在作物生育的中后期，有一定程度的自动调节和补偿作用，特别是分支（分蘖）能力强的作物。三、作物产量形成机理作物产量的物质来源：光合作用生物产量=光合面积×光合能力×光合时间-消耗经济产量=生物产量×经济系数光合面积：是指作物上所有的绿色面积，包括所有具有叶绿体、能进行光合作用的各个部位。但主要是叶面积。群体叶面积用叶面积指数（leafareaindex，LAI）来表示。叶面积指数=绿叶面积/土地面积在一定范围内，随着叶面积指数的增加，植物的光合作用产物和产量也相应增加。超过最适叶面积指数之后，下层叶片被遮荫，群体的光合生产率不能进一步增长而处于停滞状态。所以，各种植物都有其最适的叶面积指数。在取得最适最大叶面积指数的基础上还要在植物生长发育过程中形成较好的叶面积指数形成动态。不同产量水平小麦群体光合叶面积指数变化动态产量水平（kg/hm2）8034.57828.86340.7分蘖期0.6400.5050.689越冬始期1.5241.3451.404返青期3.4302.1232.739拔节期4.5263.9353.863孕穗期6.6346.1305.608开花期5.8705.0254.382光合能力：一般以光合强度、光合生产率或光合势为指标。光合强度：也称光合速率，是指单位时间内单位叶面积吸收、同化二氧化碳的毫克数。光合生产率：又称净同化率（NAR），是指单位叶面积在单位时间内所积累的干物质的数量。是在群体条件下测定植物叶片光合生产效率的指标。净同化率提高，产量也会提高？(X)光合势（LAD）：在某一生育期间或整个生育期内作物群体绿叶面积的积数，即每日叶面积的积加。单位m2·d光合势=[（L2+L1）/2]×(T2-T1)，上式中L表示叶面积，T为时间。光合时间：作物的有效光合时间与作物的生育期长短、光照时数、太阳辐射强度及光合器官有效功能期长短有密切关系。作物光合器官持续时间的长短可以用群体叶面积与其持续时间相乘的积（m2·d）来表示，叫做光合势。消耗：主要包括呼吸消耗、器官脱落和病虫危害等。呼吸消耗为主，约消耗光合产物的30%或更多，但同时又提供维持生命活动和生长所需要的能量及中间产物。不良环境条件如高温、干旱、病菌侵染、虫食等，都会造成呼吸增强，超过生理需要而过多地消耗光合产物。同化器官所制造的同化产物，必须有适当的仓库或容器来容纳，才能形成产量。要获得高产，必须塑造尽可能大的产量容器，因为不能期望获得比容器的容积更大的产量。第二节作物的源—库—流理论源、库、流的概念源—库—流的关系源—库—流理论的应用一、源、库、流的概念源产生或输出同化物的器官或组织。如功能叶、绿色的果皮或种皮、穗轴、萌发种子的子叶或胚乳、进行矿物质吸收和氨基酸、激素等物质的合成及运转的根系、具有一定光合功能并将花前的储藏物质输出的茎（鞘）等。库消耗和储藏同化物的组织、器官或部位。如根、茎、幼叶、花、果实、发育的种子等。分为代谢库和储藏库。大部分输入的同化物被用于生长组织细胞结构的构建和呼吸消耗，如生长中的根尖和幼叶等。大部分输入的同化物用于储藏的组织或器官，如种子、果实、块根、块茎等。源库关系是相对的、动态的，可因其所起作用或随着植物的生育期而变动。有些器官同时具有源与库的双重特点。流作物源器官形成的同化产物向库器官转移的过程。其强度可以用运输能力衡量。取决于植株体内输导系统的发育状况及其转运速率。同化物质的运输途径是韧皮部。植物体内有机物的运输“树怕剥皮”有机物运输的方向•向上向下双向横向•同化物的运输方向决定于源和库的相对位置。韧皮部内同化物运输的方向是从源器官向库器官运输。•一个库器官也可能接纳多个源器官供应的同化物，而且这些源库常分布于植株的不同位置。因此，同化物既可能向顶也可能向基运输，这种韧皮部同化物的双向运输已被许多实验证实。•然而对某一个筛管来说，通常认为同化物在其中的运输是单向的，而不是双向的。同化物运输的速度一般为0.2～2m·h－１。蒸汽环割正常状态下的物质流蒸汽环割处理处理后的物质流有机物运输的形式蚜虫吻刺法主要运输形式:蔗糖占90%蔗糖优点：①溶解度很高(0℃时，179g/100ml水)。②是非还原性糖，很稳定。③运输速率很高。④具有较高能量。运输途径有机物通过韧皮部向上下运输。有机物分配的规律1.按源库单位进行分配2.优先供应生长中心3.就近供应，同侧运输4.功能叶之间无同化物供应关系5.同化物和营养元素的再分配与再利用二、源—库—流的关系作物的源库类型源限制型：即源小库大，光合作用不能充分满足库容的需要。•增产途径应重点放在增加叶面积和提高叶面积指数上。•但当叶面积增加到一定水平，继续增加会使叶面积超出适宜范围，此时增源的重点应及时转向提高光合速率或适当延长光合时间两方面。库限制型：即库小源大，结实率高且饱满，但粒数少，产量不高。源库互作型：产量由源库协同调节，自身调节能力强，定源增库或定库增源均可高产。源、库、流的相互关系1.源是贮藏器官（库）和疏导组织（流）形成及功能发挥的物质基础。2.库对源和流具有反馈作用。库需要的增加，使同化物从源到库的转运速度提高。3.流影响库的充实；物质运输（流）受阻，不但使库器官充实不良，也使叶片（源）光合能力降低。4.源库之间存在着竞争关系。5.源库流器官是相对的。三、源—库—流理论的应用在育种方面，应培育具有理想株型的品种，形成高光效的群体。即具有“源强、库大、流畅”的光合性能。在栽培方面，应尽量以形成合理冠层，提高群体冠层的光合效率为目的。减少基苗，增加分蘖成穗，增加LAI，加强田间管理以及注意中后期的病虫防治。源流库对产量的限制分析•在产量水平较低时，源不足是限制产量的主导因素。同时，单位面积穗数少，库容小，也是造成低产的原因。增产的途径是增源与扩库同步进行，重点放在增加叶面积和增加单位面积的穗数上。•当叶面积达到一定水平，继续增叶会使叶面积超出适宜范围，此时，增源的重点应及时转向提高光合速率或适当延长光合时间两方面，扩库的重点则应由增穗转向增加穗粒数和粒重。第三节作物群体及其层次结构作物群体的概念某种作物的许多个体的有机集合体。作物栽培的对象是作物群体作物群体的特点1.群体的自动调节功能：如分蘖的消长2.个体与群体：在一定范围内相互影响。群体的结构和特性是由个体数及个体生育状况决定的，而个体的生育状况又受群体的影响。这是因为群体内部诸如温度、光照、CO2、湿度、风速等环境因素，是随着个体数目而变化。群体内部的环境因素又反过来影响单株数目和生长发育。3.个体与个体：环境资源共享、竞争•一般讲，群体中每个个体不可能单独占有自身周围的环境，必须相互共享。这样，必然会发生群体中的个体对环境条件(光、温、水、肥、空间等)的相互争夺，争夺的结果必然会造成个体间获得量的差异，从而导致个体之间生长发育的不平衡，部分较弱个体生育受到抑制，甚至成为无效个体。作物群体结构主要指群体的组成、大小、分布、长相、动态变化以及整齐度等，与产量和品质有密切关系，既反映群体的特征，又是影响个体生长发育状况的主要因素。群体大小衡量指标有密度、干物质积累量、茎蘖（枝）数、叶面积指数、穗（铃、角、荚）数、根系发达程度等。•除密度外，群体大小是随生育进程而动态消长的。指标密度：是决定群体大小的最基本要素，是作物群体发展的起点，对生育进程中群体大小的动态变化有着深刻的影响。因此，在作物栽培中，确定合理的群体起点（密度）是一个重要的内容。干物质积累量：不仅可以反映出个体生育状况，而且也是反映群体物质生产和运输分配的常用指标。例如在群体较大的情况下，群体干物质可能也大，而个体干物质积累量可能较小。也可能出现群体和个体都较小的情况，此时说明群体结构很不合理。叶面积指数（LAI）：单位土地面积上所有绿色叶面积的总和，是反映群体光合面积大小的指标。一般LAI是随生育进程而动态变化的，LAI不是越大越好，高产群体要求有一个适宜的LAI和动态消长进程。茎蘖（枝）动态：指群体内所有茎蘖（枝）随生育进程的消长动态状况，反映群体大小、个体健壮程度、有效分蘖（枝）比例、对产量的贡献等。穗（铃、角、荚）数：是作物群体及产量构成因素之一，是群体中与产量关系非常密切的指标。根系发达程度：包括单位体积土壤中根系扩展度、根系数目及根系长短粗细、根系活力、根系干物质积累量等。群体分