作物高产理论与实践2016(在职)

作物高产理论与实践宁夏大学代晓华第一章作物产量栽培作物的目的——获得较高的目标数量即产量，从而获得较高的经济效益。第一节作物产量形成一、作物产量——作物目标产品的数量。（一）生物产量：作物在整个生育期间通过物质和能量转化所生产和积累的有机物质的总量，即植株全部地上部干物质的收获量。（二）经济产量：是指栽培目的所需要的有经济价值的主产品的收获量。不同作物其经济产品器官不同禾谷类、豆类、油料作物为籽粒；薯类为块根、块茎；麻类为茎或叶纤维；烟草为叶；绿肥为茎叶。同一作物不同栽培目的其经济产量概念不同。（三）经济系数经济系数=经济产量／生物产量（即生物产量转化为经济产量的效率）生物产量高是高产的基础，经济系数高是高产的必要条件。决定经济系数因素1、所利用器官：收获营养器官的作物，经济系数高于收获子实的作物。2、收获产品的成分：产品含碳水化合物多的比含蛋白质和脂肪为主的作物经济系数高。3.同一作物和同一品种还决定于栽培条件和水平。不同作物的经济系数作物经济系数水稻和小麦0.35~0.50玉米0.30~0.40薯类作物0.70~0.85甜菜0.60油菜0.28大豆0.25~0.35籽棉0.35~0.40皮棉0.13~0.16烟草0.60~0.70叶菜类1.0三者的关系产量＝生物产量×经济系数生物产量是基础，经济产量的高低与生物产量成正比，生物产量转化为经济产量取决于转化效率，即经济系数。二、作物产量构成因素及其相互关系株数单株有效穗（分枝）每果粒数粒重（一）作物产量单位土地面积上作物群体的经济产品的数量，即由个体产量或产品器官数量所构成。作物产量可以分解为以下几个构成因素。每穗（分枝）粒（果荚）数产量=单位面积穗数×单株粒数×单粒重量不同作物产量构成因素作物产量构成因子禾谷类穗数、每穗实粒数、粒重豆类株数、每株有效分枝数、每分枝荚数、每荚实粒数、粒重薯类株数、每株薯块数、单薯重棉花株数、每株有效铃数、每铃籽棉重、衣分率油菜株数、每株有效分枝数、每分枝角果数、每角果粒数、粒重甘蔗有效茎数、单茎重烟草株数、每株叶数、单叶重绿肥株数、单株重（二）产量构成因素特点产量各构成因素形成和决定的时间不同，有一定的顺序性；越早决定的因素变异越大，受环境影响越大，人为促控的效果越大。越晚出现的决定因素越稳定，较多受遗传特性控制，人为促控效果较小；（穗数﹥粒数﹥粒重）以收获营养器官为目的的作物：营养期收获，栽培管理技术比较简单；禾谷类：产量构成从生育前期、中期、后期交替完成；收获种子的作物：豆类：前期决定果数，中后期决定每果粒数和粒重；1.产量构成因素的形成特点1)作物产量形成具有一定顺序性，在作物整个生育期内不同时期依次而重叠进行。生育前期——营养生长——光合产物用于根茎叶蘖生长生育中期——生殖器官分化和营养器官旺盛生长——生殖器官多少决定产量潜力大小。生育后期——结实成熟阶段——光合产物运往籽粒，营养器官停止生长。2）各产量构成因子在产量形成过程中各具特点：穗数是产量因素中调节幅度较大的因素。小穗、小花分化数量是穗粒数潜力的基础，对产量有一定的补偿作用。粒数和粒重取决于开花结实及光合产物向籽粒转移的程度。3）产量构成因子间具有补偿作用主要表现为生长后期形成的产量因素可以补偿生长前期损失的产量因素(粒数补偿穗数).产量构成因子间的补偿作用株数／㎡穗数／㎡粒数／㎡粒重／㎡粒数／穗单粒重（mg）小麦54427.517484.8809.240.946.3114495.016978.5767.534.345.2149585.018544.5806.731.743.5水稻179480.032400.0868.367.526.8293550.532589.6870.259.226.7627649.531565.7842.848.626.7674673.527546.2724.540.926.3玉米33.71627.9392.3446241.065.82064.8458.8356222.296.91758.7350.0256198.9128.31627.2317.3179194.6水稻产量因素形成的特点（三）产量构成因子之间的关系•1、产量构成因素之间为乘积关系各产量构成因子的数值越大，产量就越高。但各产量构成因子是相互制约。2、产量构成因素相互间很难同步增长，往往彼此之间存在着负相关关系。3、株数(穗数)与单株产品器官(粒数)数量间的负相关关系较明显4、在产量构成因素中，株数是基础，粒数和粒重对株数有一定的补偿作用。禾谷类作物产量构成因素变化作物基本苗(万/hm2)穗数(万/hm2)每穗粒数千粒重(g)产量（kg/hm2)水稻60.0387.075.226.07576.5120.0492.061.526.17945.5240.0526.551.726.17938.0439.5552.048.726.07642.5小麦60.0300.036.5438401.5120.0540.033.943.58908.5180.0555.032.143.28847.0240.0690.029.542.58665.5一、产量的物质来源从物质生产的角度分析，作物产量实质上是通过光合作用直接或间接形成的，取决于光合产物的生产、运输、分配与积累。作物产量形成的全过程包括光合器官、吸收器官及产品器官的建成，干物质形成、运输、分配和积累。光合作用是产量形成的生理基础。生物产量=光合面积*光合能力*光和时间-呼吸消耗三、作物产量形成的机理作物光合生产的能力包括叶片、茎、叶鞘及结实器官能够进行光合作用的绿色表面积，其中绿叶面积是构成光合面积的主体光合作用进行的时间是指在单位时间内单位叶面积同化CO2的毫克数或积累干物质的克数光合时间光合效率光合面积叶面积、叶层结构光和强度、光合生产率生育期、光照时数、太阳辐射强度、光合器官的功能期光合产物的消耗作物生命活动需要消耗能量。呼吸消耗、器官脱落、病虫害、不良环境条件等。结论在适宜范围内，光合面积愈大，光合时间愈长，光合效率又较高，光合产物非生产性消耗少，运输畅，分配利用较合理，就能获得较高的经济产量。二、产量物质的运输和分配作物的干物质积累动态遵循Logistic曲线(S形曲线)模式，即经历缓慢增长期、指数增长期或直线增长期、减慢停止期。干物质的生产、运输、分配和积累随作物、作物的品种、生育时期及栽培条件而异。同化产物的运输运输部位——韧皮部；运输方式——蔗糖的形式运输；影响因素——内部因素：输导组织发达程度；外部因素：温度、光照强度、水肥条件；同化产物的分配取决于各种库的吸力大小和距离源的远近；还受维管束连接方式的约束代谢旺盛的幼嫩器官、库源相对位置较近的、分配同化产物多；小麦旗叶、水稻剑叶、玉米棒三叶库多同时竞争一种有限的同化物时，物质分配明显偏向较大的库，如玉米多穗。四、作物高产的途径作物产量潜力潜在生产力在充分理想条件下所能形成的产量，即作物产量的潜力得到充分发挥时所能达到的产量，称为潜在生产力或理论生产力现实生产力在具体的生产条件下所能形成的产量，称为现实生产力。一般生产力平均生产力现实生产力纪录产量潜在生产力最大生产力生产中一般的平均产量水稻413.8kg/亩，仅为高产国家的64.9％；小麦267.3kg/亩，仅为高产国家47.7％；玉米328.3kg/亩，仅为高产国家53.4%。目前实际生产中得到的最高产量单位土地面积上，单位时间内作物形成有机物的最大能力作物产量潜力：在最适条件下，单位面积、单位时间内由光能所决定的作物生产潜力。光合作用的本质：吸收利用太阳能的过程；光能利用率的高低与作物产量密切相关。一）作物的增产潜力提高光能利用率是提高产量的重要途径。作物只能利用太阳辐射的可见光部分（占总辐射的44.4%）进行光合作用，称为有效辐射。叶片反射、漏光10%，叶绿体以外的部分吸收的光10%，叶绿体能量转化效率为22.4%，呼吸消耗为1/3。实际上进行光合作用的可见光只有(100-10-10)×22.4％×2/3＝12％以玉米为例：华北每天太阳辐射为500卡/cm2，玉米生育期按100天计，全生育期50千卡/cm2，每亩666.6×50×104=3.33亿千卡。（1）有效辐射=3.33×44.4%=1.48亿千卡/亩（2）光合能力=1.48×12%=1776万千卡/亩，每克生物产量（CH2O）需4千卡。（3）玉米子粒产量=1776万/4×0.4（经济系数）=1776kg/亩，光能利用率每提高1%，就增加产量150公斤左右。实际产量记录，玉米1113kg，小麦1013kg，稻891.5kg/亩。光能利用率：作物光合作用所贮存的化学能占光能总投入量的百分比。Eu（%）＝ΔW•H∑S×100%ΔW：测定期间干物质的增加量，单位g•m-2H：每克干物质所含能量，一般作物为16744-17800J•g-1，平均按17270J•g-1或17.27KJ•g-1∑S：测定期间太阳能累积量，单位KJ•m-2光能转化率：作物光合产物所贮存的化学能占光合作用所吸收的光合有效辐射能的百分比。Ec（%）＝CGR•HPAR×100%CGR：最大的日平均生产率，单位g•m-2•d-1H：每克干物质所含能量，一般作物为16744-17800J•g-1，平均按17270J•g-1或17.27KJ•g-1PAR：光合有效辐射（400-700nm），单位KJ•m-2光合有效辐射3叶绿体吸收量光饱和损失2反射、透射损失呼吸损失5光波不可见光线宇宙射线γ射线Χ射线紫外线可见光线不可见光线红外线微波长波超长波150～4000nm380～760nm这部分能量只是太阳总辐射的44%左右。能量转化效率影响因子影响光能利用率的因子2反射、透射损失3叶绿体吸收量4光饱和损失光照强度光合速率光饱和点呼吸损失5光合有效辐射44%3叶绿体吸收量80%光饱和损失5%2反射、透射损失15%呼吸损失40%5能量转化效率22%影响因子Eu（%）＝Q*0.44=Q*3.75%*(1-0.15)*0.8*(1-0.05)*(1-0.4)*0.2201按全生育期的太阳辐射能估算法02按产量形成期的太阳辐射能估算法03简单估算法04按含氮量估算法最高理论产量按产量形成期的太阳辐射能估算法如以宁夏水稻为例，按其抽穗后30d计算，在这30d中，每天每平方米土地的太阳辐射投入量为1.758×104KJ•m-2•d-1，请计算每亩的最高理论产量。175801758030d前期漏光损失较多；光合产物主要用来形成营养器官；没有区别不同生育时期对产量的不同贡献。每亩太阳能总收入＝1.758×104KJ•m-2•d-1×30×666.7＝3.516*108KJ•666.7m-2每千克干物质所含能量以1.727*104KJ计算，则：÷1.727*104＝763kg•666.7m-21.32*107每亩的生物产量为：＝687kg•666.7m-2763*0.9以上干物质输送到籽粒中的量以90%计算：根据各项扣除折合为：3.516*108KJ•666.7m-2×0.44×0.85×0.8×0.95×0.6×0.22=1.32*107KJ•666.7m-2＝1030kg•666.7m-2687÷2/3水稻营养生长期内，茎秆中贮存的碳水化合物转移到穗中去的约占1/3，而花后的光合产物约占产量的2/3即：Eu（%）＝763*172703.516*108KJ•666.7m-2×100%=3.75%谷壳约占粒重的19%：1030÷（1-0.19）=1271.6kg我国18亿亩耕地每年约接受5×1018KJ的太阳辐射，如果光能利用率按2%计算，我国粮食的产量潜力是多少？太阳能总收入＝5*1018×2%＝1*1017KJ每千克干物质所含能量以1.727*104KJ计算，则：÷1.727*104＝5.8*1012kg有机物58亿吨1*1017每年耕地可生产5.8*1012×0.4=2.3*1012kg23亿吨粮食可折合粮食(经济系数0.4)2.3*1012