作物产量和产品品质的

第三章作物产量和产品品质的形成第一节作物的产量与生产潜力第二节作物的品质及其形成第三节绿色食品与有机食品第一节作物的产量与生产潜力一.作物产量的概念产量(yield)——即是作物产品的数量；可以分为生物产量和经济产量。生物产量(Biomassyield）——是指作物一生中，即全生育期内通过光和作用和吸收作用，即通过物质和能量的转化所生产和积累的各种有机质的总量。整个植株总干物质的收获量。经济产量——指栽培目的所需要的产品的收获量，即一般所指的产量。不同作物其经济器官也不同：禾谷科作物（小麦、玉米、水稻）、豆类和油料作物（大豆、花生、油菜等）的产品器官是种子；棉花为籽棉或皮棉，主要利用种子上的纤维；薯类作物（甘薯、马铃薯、木薯）为块根或块茎；麻类主要是叶纤维和茎纤维；甘蔗为茎秆，甜菜为根，烟草为叶片；绿肥作物（苜蓿、三叶草）为茎和叶。木薯甘薯苜蓿经济系数（收获指数）—经济产量占生物产量的比例，即生物产量转化为经济产量的转化率。产量=生物产量×经济系数经济系数的高低仅表明生物产量转运到经济产品器官的比例，并不表明经济产量的高低。注意不同作物的经济系数有所不同，其变化与遗传基础、收获器官及其化学成分以及栽培技术和环境对作物生长发育的影响等有关。1.收获营养器官的作物，其经济系数比收获籽实作物要高；薯类作物：0.70—0.85；水稻、小麦：0.35-0.40；2.同为收获籽实的作物，产品以碳水化合物为主比蛋白质和脂肪为主的作物高；玉米：0.30—0.50；大豆0.25—0.40；油菜0.28左右；棉花（籽棉）0.35—0.40；皮棉0.13—0.16经济系数有其相对稳定的数值变化范围，但通过品种改良、优化栽培技术及改善环境条件等，达到高值范围。生物产量、经济产量和经济系数三者的关系1.作物的经济产量是生物产量的一部分。2.经济产量的形成是以生物产量即有机物总量为物质基础的。没有高的生物产量，也就不可能有高的经济产量。但是有了高的生物产量，经济产量的高低还要取决于生物产量转化为经济产量的效率--经济系数。由此看出，它们二者的关系十分密切。在正常生长的情况下，各个作物的经济系数是相对稳定的、因而生物产量高，经济产量也较高.二、产量的构成因素作物产量是指单位土地面积上的作物群体的产量，即由单株产量和单位面积上的株数两个基本因素所构成的。不同的作物产量构成因素有所不同。禾谷类：产量=穗数×单穗粒数×单粒重量豆类：产量=株数×单株有效分枝数×每分枝荚数×单荚实粒数×粒重蚕豆绿豆薯类:产量=株数×单株薯块重×单薯重油菜：产量=株数×每株有效分枝数×每分枝角果数×每角果粒数×粒重棉花：产量=株数×每株有效铃数×每铃籽棉重×衣分衣分指籽棉轧花后所得纤维（皮棉）重量占籽棉重量的百分率烟草：产量=株数×每株叶数×单叶重产量构成之间的关系：例如：小麦的产量(kg/hm2)=穗数*平均每穗实粒数*千粒重(g)／10002。由公式可以看出：①各构因越高，产量越高。（同一性）②作物栽培的对象是群体，在一定的条件下，各构因间势必要产生矛盾（矛盾性）。如密度增加，个体变小(是普遍现象)。但个体变小不—定产量就低，因作物栽培的最终目的是各构因的乘积达到最大值，当单位面积上的穗数(株数)增加能弥补并超过每穗粒数(每株荚数)减少的损失，仍表现为增产。相反，若—、二个构因的增加不能弥补其它构因的损失则表现为减产。三、作物产量的形成特点作物产量的形成与器官分化、发育和光合产物的分配和累计密切相关，把作物的生育期划分为3个阶段：生育前期：营养生长阶段，光合产物主要用于根、叶、分枝的生长，骨架生长生育中期：生殖器官分化、形成和营养器官旺盛生长的重叠期生育后期：结实成熟阶段，光合产物大量运往籽粒，营养器官停止生长且重量逐渐减轻，穗和籽实干物质重量急剧增加，直至达到潜在储存量。一般说来：a前一个生育期时期的生长程度决定后一个生育时期生长程度；b营养器官的生长和生殖器官的生长相互影响、相互联系。只有营养器官生长良好，才能保证生殖器官的形成和发育。因此，在高产栽培中，应通过合理密植、施肥、灌溉等措施，建立适度的营养体，为形成较多的结实器官，增加产量提供物质基础。产量形成过程中具有自动调节现象，这种调节主要反映在对群体产量的补偿效应上。如禾谷类作物:种植密度偏低或苗数不足，可以通过发生较多的分蘖，形成较多的穗数来补偿；穗数不足时，每穗粒数和粒重的增加，也略有补偿作用；生长前期的补偿作用往往大于后期，而补偿程度取决于品种，并随生态环境和气候条件的不同而有较大差异。四、作物的”源、库、流”理论Mason和Maskell(1928)年提出了“源库”学说后，在近代栽培生理中研究中，特别是在超高产栽培的理论探索中，常用源、库、流三因素的关系阐明作物产量的形成规律，探索实现高产的途径。源：作物产量的形成，实质上是通过叶片的光合作用进行的，因此，源指生产和输出光合同化物的叶片（加工车间);叶鞘、茎、颖壳的绿色部分也能进行光合作用但干物质生产量很小。禾谷类作物开花前光合作用生产的营养物质主要供给穗、小穗和小花等产品器官形成的需要，并在茎、叶、鞘中有一定量的贮备；开花后的光合产物直接供给产品器官；如：在氮肥供应比较少的低产栽培条件下，开花后的光合作用减少，光合产量少，产量内容物主要依赖于花前储备物；高产栽培条件下，产量的大部分来自花后的光合产物，因此花后需保持相应的叶面积指数（LAI）叶面积指数（LAI）是指作物群体的总绿色叶面积与该群体所占据的土地面积的比值。即LAI=总叶面积／土地面积；例如在666.7m2面积上，有2000m2，则LAI=3。植株不同部位的叶片，其光合产物向籽粒运转的比例不同，小麦的旗叶、倒二叶和倒三叶的运转值分别为39.9%、37.9%和12.9%；源的同化物有就近输送的特性，如水稻、小麦、高粱等旗叶的光合产物对穗的贡献率最大，玉米棒三叶，尤其是穗位叶的光合产物主要供给果穗。库:产品器官的容积和接纳营养物质的能力.产品器官的容积随作物种类而异：禾谷类作物产品器官的容积决定于单位土地面积上的穗数、每穗颖花数和籽粒大小的上限值；穗数和颖花数在开花前已决定，籽粒数决定于开花期和花后，籽粒大小决定于灌浆成熟期。小麦库潜力构成因素：穗数×穗粒数×籽粒最大容积×最大充实指数。禾谷类的贮积能力（充实指数）=灌浆持续期×灌浆速度如:青藏高原光照不足，气候冷凉，小麦灌浆期长，每克茎叶重形成的籽粒少，籽粒大；长江中下游和四川盆地，光照不足，气温高，灌浆持续时间短，每克茎叶重形成的籽粒多，籽粒较小。在灌浆持续期长的地区，应采用多粒品种；灌浆期短的地区，应增加灌浆速度，否则粒小而不饱满。流：指作物植株体内输导系统的发育状况及其运转速率。流的主要器官是叶、鞘、茎中的维管系统，同化物质运输的途径是韧皮部，韧皮部薄壁细胞是运输同化物的主要组织，在韧皮部运输的同化物质中，大部分是碳水化合物，少数是有机氮化合物，运输的速度可用放射性同位素示踪法测定。棉花35～40cm/h,小麦为39～109cm/h，甜菜为50～135cm/h流决定于：韧皮部输导组织的发达程度综上所述，源、流、库是决定作物产量的3个不可分割的重要因素，只有当作物群体和个体的发展达到源足、库大、流畅的要求是，才能获得高产；三者相互联系，相互促进，有时可以相互代替。1.从源和库的关系看，源是产量库形成和充实的物质基础；2.源、库器官的功能是相对的，有时同一器官兼有两个因素的双重作用，例如:禾谷类作物开花前的营养生长阶段，叶片是光合作用的主要器官，同时，又是光合产物的贮存器官；茎的生长过程中，贮积的大量有机物，开花后被“征调”转移到籽粒中。3.从源、库、流的关系看，库、源大小对流的方向、速率、数量都有明显影响，起着“拉力”和“推力”的作用。五、作物的生产潜力及提高产量的途径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，在具体的生产条件下所能形成的产量，称为现实生产力。1．培育高光效的农作物品种在目前高产水平下，利用现有品种提高LAI和光合速率的潜力已相当有限，要取得产量水平的新突破，必须培育与现有品种不同株型、长相、光合速率、灌浆强度和产量构成的新品种---高光合能力、低呼吸消耗，光合机能保持较长时间，LAI适当、株型、长相都有利于田间群体最大限度地利用光能的特点。特点：株型紧凑、株高适中、叶片挺直、穗形整齐、长相健壮2.创造复合群体利用间作、套种、复种、立体种植、育苗移载等措施，延长和充分利用生长季节(温度许可的范围)内，经常保持较高水平的适宜LAI(尤其在阳光最强的时期)，减少苗期和后期的漏光损失，增加光合面积和光合时间(LAI.LAD)3.延长单个叶片的光合时间后期叶片早衰使作物的灌浆期长度和强度大受影响。通过水肥调控，群体结构调节，生长调节剂使用和抗早衰品种选用等措施，可以延长叶片功能期，增强其光合能力，促进光合产物的生产、积累和运转.4．合理的栽培措施(水肥供应、C02、光照)合理密植，保证田间有最适宜的作物群体，最大限度的利用光能；加强田间管理，正确运用肥水，充分满足作物各生育期对外界环境的要求。土壤水肥不足是我国广大中低产田作物产量水平提高的最大限制因素。西北、东北和华北干旱、半干旱地区，降水较少土壤水分不足，加上耕作粗放，施肥量少，土壤有机质含量低保水保肥能力差、产量水平不高。在这些地区通过改善农田生态环境，精细整地等措施，蓄积自然降水，并增施肥料，特别是增施有机肥。不少研究表明，即使在土壤肥力相对较高的东北地区，施肥仍是比灌溉更为有效的抗旱增产措施。第二节作物品质及其形成一、作物产品品质的重要性1.提供营养，改善人类的生活水平;2.参与国际农产品的竞争；3.提高效益.二、作物品质的涵义品质：是指产品的质量，直接关系到产品的经济价值。作物产品品质的评价标准，即所要求的品质内容因产品用途而异，食用的其营养品质和食用品质更重要，作为衣着原料的产品，纤维品质重要。一般采用两种指标:一是化学成分以及有害物质如化学农药、有毒金属元素的含量等；二是物理指标，如产品的形态、大小、滋味、香气、色泽、种皮厚度、整齐度、纤维长度等。（一）粮食作物的品质粮食作物包括禾谷类作物、豆类作物和薯芋类作物，产品为籽粒、块根和块茎。产品品质概括为营养品质、食用品质、加工品质和商品品质。1.营养品质：指产品的营养品质，主要决定于产品的化学成分及其含量；禾谷类作物是人类营养中蛋白质和淀粉的主要来源，小麦籽粒中蛋白质含量9%-26%，谷子8%-9%，玉米5%-20%，水稻5%-11%。禾谷类作物蛋白质的氨基酸成分及含量来判断的生物营养价值。食用豆类作物，如大豆、蚕豆、豌豆、绿豆、小豆等，其籽粒蛋白质含量和氨基酸的组成合理，营养价值高。大豆籽粒的蛋白质含量约占40%，蛋白质组成中赖氨酸含量较高，蛋氨酸和色氨酸含量较少，于禾谷类混合食用，可以达到氨基酸互补的作用。薯芋类作物的价值主要在于块根和块茎中的含有大量的淀粉，甘薯块根中淀粉含量20%左右，蛋白质的氨基酸种类多余水稻、小麦，营养价值较高；马铃薯块茎中淀粉含量10%-20%之间，高者可达29%，块茎中含有大量的维生素C(每100g含10～25mg)2.食用品质：与营养品质、蒸煮食味品质、加工品质及外观品质等有关。如稻米：决定食用品质的理化指标有粒长、长宽比、垩白率、垩白度、透明度、糊化温度、胶稠度、直链淀粉及蛋白质含量等。小麦、黑麦、大麦等麦类的食用品质主要是指烘烤品质，烘烤品质与面粉中面筋含量和质量有关，面筋含量越高，品质越好。3.加工品质水稻的碾磨品质指出米率，品质好的稻谷应是糙米率大于79%，精米率大于71%，整精米率大于58%；小麦的磨粉品质是指出粉率，籽粒近球形、腹沟浅、胚乳大、容重大，粒质较硬的白皮小麦出粉率高，河南小麦出粉率78%左右，青海高原春小麦56%。4.商品品质水稻的外观品质，要求无垩白、透明度高、粒形整齐。玉米色泽鲜亮、粒形整齐、无破碎、含水量低。糙米（二）经济作物的品质纤维作物：棉纤维品质由纤维长度、细度和强度决定，我国棉纤维平