作物产量和产品品质的形成讲义byri.pptx
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1、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(Biomass yield)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
2、)的产品器官是种子;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;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;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)为为根,烟草为叶片;绿肥作物(苜蓿、三叶草)为茎和叶。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,
3、并不表明经济产量的高低。注意 注意 不同作物的经济系数有所不同,其变化与遗传基础、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 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。育的影响等有关。1.1.收获营养器官的作物,其经济系数比收获籽实作物要高;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:薯类作物:0.700.85 0.700.85;水稻、小麦:;水稻、小麦:0.35-0.40 0.35-0.40;2.2.同为收获籽实的作物,产品以碳水化合物为主比蛋白质 同为收获籽实的作物,产品以碳水化合物为主比蛋白质和
4、脂肪为主的作物高;玉米:和脂肪为主的作物高;玉米:0.300.50 0.300.50;大豆;大豆0.250.40 0.250.40;油菜;油菜0.28 0.28左右;棉花(籽棉)左右;棉花(籽棉)0.350.40 0.350.40;皮棉;皮棉0.13 0.130.16 0.16 经济系数有其相对稳定的数值变化范围,但通过品种 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。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生物产量、经济产量和经济系数三者的关系 1.1.作物的经济产量是生物产量的一部分。作物的
5、经济产量是生物产量的一部分。2.2.经济产量的形成是以生物产量即有机物总量为物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低还要取决于生物产量转化为经济产量的效率-经经济系数。济系数。由此看出,它们二者的关系十分密切。在正常生由此看出,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、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
6、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:产量豆类:产量=株数株数单株有效分枝数单株有效分枝数每分枝荚数每分枝荚数 单荚实粒数单荚实粒数粒重粒重 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:产量棉花:产量=株数株数每株有效每株有效铃数铃数每铃籽棉重每铃籽棉重衣分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
7、量构成之间的关系:产量构成之间的关系:例如:小麦的产量 例如:小麦的产量(kg/hm(kg/hm2 2)=)=穗数 穗数*平均每穗实粒数 平均每穗实粒数*千粒重 千粒重(g)(g)1000 10002 2。由公式可以看出:。由公式可以看出:各构因越高,产量越高。各构因越高,产量越高。(同一性)(同一性)作物栽培的对象是群体,在一定的条件下,各构因间势必 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 要产生矛盾(矛盾性)。如密度增加,个体变小(是普遍现 是普遍现象 象)。但个体变小不。但个体变小不 定产量就低,因作物栽培的最终目的 定产量就低,因作
8、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 是各构因的乘积达到最大值,当单位面积上的穗数(株数 株数)增 增加能弥补并超过每穗粒数 加能弥补并超过每穗粒数(每株荚数 每株荚数)减少的损失,仍表现为 减少的损失,仍表现为增产。相反,若 增产。相反,若、二个构因的增加不能弥补其它构因的损、二个构因的增加不能弥补其它构因的损失则表现为减产。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配和累计密切相关,把作物的生育期划分为33个阶个阶段:段:生育前期:生育前期:营
9、养生长阶段,光合产物主要用于根、营养生长阶段,光合产物主要用于根、叶、分枝的生长,骨架生长叶、分枝的生长,骨架生长 生育中期:生育中期:生殖器官分化、形成和营养器官旺盛生殖器官分化、形成和营养器官旺盛生长的重叠期生长的重叠期 生育后期:生育后期:结实成熟阶段,光合产物大量运往籽结实成熟阶段,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。干物质重量急剧增加,直至达到潜在储存量。一般说来:一般说来:a a 前一个生育期时期的生长程度决定后一个生育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;
10、时期生长程度;b b 营养器官的生长和生殖器官的生长相互影响、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。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、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。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。节主要反映在对群体产量的补偿效
11、应上。如禾谷类作物如禾谷类作物:种植密度偏低或苗数不足,可以通过发生较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;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,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。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
12、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:源:作物产量的形成,实质上是通过叶片的光合作作物产量的形成,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(加工车间片(加工车间););叶鞘、茎、颖壳的绿色部分也能进叶鞘、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。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
13、的贮备;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;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(面积指数(LAILAI)叶面积指数(叶面积指数(LAILAI)是指作物群体的总绿色叶面积)是指作物群体的总绿色叶面积与该群体所占据的土地
14、面积的比值。即与该群体所占据的土地面积的比值。即LAI=LAI=总叶总叶面积土地面积;例如在面积土地面积;例如在666.7m666.7m22面积上,有面积上,有2000m2000m22,则,则LAI=3LAI=3。植株不同部位的叶片,其光合产物向籽粒运转的比植株不同部位的叶片,其光合产物向籽粒运转的比例不同,例不同,小麦的旗叶、倒二叶和倒三叶的运转值小麦的旗叶、倒二叶和倒三叶的运转值分别为分别为39.9%39.9%、37.9%37.9%和和12.9%12.9%;源的同化物有就源的同化物有就近输送的特性,近输送的特性,如水稻、小麦、高粱等旗叶的光如水稻、小麦、高粱等旗叶的光合产物对穗的贡献率最大
15、,玉米棒三叶,尤其是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。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:穗数小麦库潜力构成因素:穗数穗粒数穗粒数籽粒最大籽粒最大容积容积最大充实指数。最大充实指数。禾谷类的贮积能力(充实指数)禾谷类的贮积能力(充实指数)=灌浆持续期灌浆持续期灌灌浆速度浆速度 如如:青藏高原光照不足,气候冷凉,小麦
16、灌浆期青藏高原光照不足,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。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;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,否则粒小而灌浆期短的地区,应增加灌浆速度,否则粒小而不饱满。不饱满。流:指作物植株体内输导系统的发育状况及其运转流:指作物植株体内输导系统的发育状况及其运转速率。速率。流的主要器官是叶、鞘、茎中的
17、维管系统,同流的主要器官是叶、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,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。的速度可用放射性同位素示踪法测定。棉花棉花353540cm/h,40cm/h,小麦为小麦为39 39 109cm/h109cm/h,甜菜为,甜菜为50 50 135cm/h135cm/h 流决定于:韧皮部输导组织的发达程度流决定于:韧皮部输导组织
18、的发达程度 综上所述,源、流、库是决定作物产量的 综上所述,源、流、库是决定作物产量的3 3个不可分 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 割的重要因素,只有当作物群体和个体的发展达到源足、源足、库大、流畅 库大、流畅的要求是,才能获得高产;三者相互联系,相 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。互促进,有时可以相互代替。1.1.从源和库的关系看,源是产量库形成和充实的物质基础;从源和库的关系看,源是产量库形成和充实的物质基础;2.2.源、库器官的功能是相对的,有时同一器官兼有两个因素 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
19、如 的双重作用,例如:禾谷类作物开花前的营养生长阶段,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 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 器官;茎的生长过程中,贮积的大量有机物,开花后被“征调 征调”转移到籽粒中。转移到籽粒中。3.3.从源、库、流的关系看,库、源大小对流的方向、速率、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 数量都有明显影响,起着“拉力 拉力”和 和“推力 推力”的作用。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,
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