作物栽培生理學(xué)講義

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流作物栽培生理學(xué)講義.精品文檔.作物栽培生理學(xué)講義(2008年9月，農(nóng)學(xué)05級(jí)、作物生產(chǎn)06級(jí)試用)學(xué)時(shí)數(shù)：農(nóng)學(xué)專業(yè)26學(xué)時(shí)、作物生產(chǎn)技術(shù)24學(xué)時(shí)。共12-13講。緒論作物栽培生理學(xué)是植物生理學(xué)與作物栽培學(xué)相交叉產(chǎn)生的邊緣學(xué)科，是研究與作物栽培有關(guān)的生理學(xué)問(wèn)題，是作物高產(chǎn)栽培的理論基礎(chǔ)之一，也是植物生理學(xué)的分支。作物生產(chǎn)是要取得較高的群體產(chǎn)量，為此，從作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的實(shí)際出發(fā)，研究作物群體生理問(wèn)題就有更重要的意義。經(jīng)過(guò)幾十年的研究與發(fā)展，一門介于作物栽培學(xué)與植物生理學(xué)之間的新興邊緣學(xué)科作物栽培生理學(xué)已在我國(guó)形成并已初步具備了自身的體系。將植物生理

2、學(xué)與作物栽培學(xué)結(jié)合起來(lái)，成為邊緣科學(xué)，從作物生產(chǎn)的實(shí)際了發(fā)研究生理問(wèn)題，又從生理學(xué)的觀點(diǎn)，去分析與解決作物生產(chǎn)的實(shí)際問(wèn)題，這就是作物群體生理也就是作物栽培生理問(wèn)題。一、作物群體及其生理問(wèn)題對(duì)于作物群體的概念，我們都很熟悉。即指在人為操作的耕地上種植的一種或幾種農(nóng)作物。所種植的農(nóng)作物當(dāng)然是經(jīng)過(guò)人工培育、具有產(chǎn)量高、抗性強(qiáng)、品質(zhì)優(yōu)、生長(zhǎng)發(fā)育整齊、熟期一致的優(yōu)良品種。群體大小是影響產(chǎn)量與品質(zhì)的重要因素之一。群體太小，生物學(xué)產(chǎn)量太低，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量也很低；群體過(guò)大，田間陰郁，光照不足，個(gè)體間相互蔭蔽，個(gè)體生長(zhǎng)不良。而且在高溫、高濕的情況下，病蟲(chóng)害嚴(yán)重，產(chǎn)量也較低。協(xié)調(diào)個(gè)與群體的關(guān)系是一切栽培技術(shù)措施的主要著

3、眼點(diǎn)。因此，只講求個(gè)體，而忽視群體，或只重視群體群體而忽略個(gè)體，都是不對(duì)的。作物的群體生理問(wèn)題主要包括以下幾方面：1.作物群體有其自身的特性與發(fā)育規(guī)律，作物高產(chǎn)要使群體和個(gè)體協(xié)調(diào)起來(lái)。如群體有自我調(diào)節(jié)能力、田間光照分布、田間小氣候等。研究個(gè)體與群體之間相互影響，彼此矛盾及統(tǒng)一控制途徑（合理密植），才能為合理群體構(gòu)建提供生理學(xué)基礎(chǔ)。2.提高群體的光能利用率。從植物生理學(xué)角度來(lái)看，總的葉面積越大，接受光能越多。但就群體而言，不會(huì)是越大越好。究竟是葉面積以多少為宜？受群體結(jié)構(gòu)的制約較大。因?yàn)樵诓煌娜后w里，葉片的排列方式、葉片的角度、反光現(xiàn)透光狀況是不同的，而這些對(duì)群體的光合能力具有直接影響。作物栽

4、培生理必須要解決作物群體的光合作用規(guī)律問(wèn)題（株型號(hào)與分布）。3.群體發(fā)展的動(dòng)態(tài)調(diào)控。高產(chǎn)的群體必須有高產(chǎn)的長(zhǎng)相，有高產(chǎn)的長(zhǎng)相必須有良好的發(fā)展動(dòng)態(tài)。如前期應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑龃蠊夂厦娣e，中期既要有充足的生長(zhǎng)量，又要有較好的透光通風(fēng)狀況，并且要維持較長(zhǎng)的功能時(shí)間，后期要確保不貪青又不早衰。為此，作物栽培生理更要解決作物群體的發(fā)展規(guī)律問(wèn)題（合理群體結(jié)構(gòu)）。二、作物栽培生理學(xué)的研究?jī)?nèi)容作物栽培生理是在田間栽培條件下研究群體的生理問(wèn)題。主要內(nèi)容有：1.作物群體的生長(zhǎng)發(fā)育與消長(zhǎng)變化規(guī)律，個(gè)體與群體的矛盾統(tǒng)一規(guī)律，合理群體的培育。2.作物群體光分布理論與光合作用規(guī)律。提高群體的光合能力。3.作物群體的自動(dòng)調(diào)節(jié)規(guī)律及

5、其與人工控制措施的關(guān)系。如何群體的自身調(diào)控，增加作物產(chǎn)量。4.作物高產(chǎn)群體的產(chǎn)量構(gòu)成因素及在作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的早期調(diào)控、生理變化與生理指標(biāo)的研究。5.農(nóng)作物品種良好性狀研究，高產(chǎn)群體必須要求作物品種具有良好性狀。如植株直立，葉片的著生姿勢(shì)、株壯等。6.作物群體中生態(tài)因子的研究，如氣象因子、土壤因子、土壤因子、土壤中的生物因子。7.作物超高產(chǎn)栽培理論與實(shí)踐的研究等。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的博士生研究方向：作物生理生態(tài)學(xué)、作物品質(zhì)生理與化學(xué)調(diào)控、作物超高產(chǎn)理論與應(yīng)用、作物生產(chǎn)信息化與智能化?？梢?jiàn)作物栽培生理學(xué)過(guò)去、現(xiàn)在、將來(lái)都是農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的核心問(wèn)題。三、作物栽培生理學(xué)研究研究狀況 我國(guó)的栽培生理研究已近

6、半個(gè)世紀(jì)了。以殷宏章先生為代表的專家做了大量工作。出版了稻麥群體研究論文集（1961年），自80年代以來(lái)，作物栽培生理學(xué)研究步伐加快，先后出版了植物栽培生理（鄭廣華，1980）、植物栽培的生理基礎(chǔ)（婁成后，1981）、作物高產(chǎn)群體生理（王永銳，1991）。我國(guó)栽培生理學(xué)的研究?jī)?nèi)容和發(fā)展?fàn)顩r大致有以下幾個(gè)分支:一是光合性能的研究，二是作物營(yíng)養(yǎng)生理的研究，二是作物的生長(zhǎng)發(fā)育及其調(diào)控，四是水分生理與合理灌溉。1.關(guān)于光合性能的研究 主要著眼于理想株型與合理群體結(jié)構(gòu)的研究，選育出廠一系列緊湊株型的玉米雜交種；在光合速率提高方面，主要采用人工誘變加低呼吸和高光效篩選的方法，培育光合作用對(duì)強(qiáng)光、弱光均有較

7、強(qiáng)適應(yīng)能力的品種，葉片最大光合速率高，又有廣譜的光強(qiáng)適應(yīng)性。如廣東農(nóng)科院篩選出的水稻材料“葉青倫”株型優(yōu)良，穗大粒多，劍葉后期光合速率高，高光合能力持續(xù)期長(zhǎng)，常規(guī)品種“特青”創(chuàng)造了雙季稻每666.7m2/820kg以上的記錄。另外，與高光效育種的實(shí)際選育工作相配合，在作物高光效的理論研究方面，也開(kāi)展了大量的工作。張榮銑等通過(guò)對(duì)小麥屬不同種之間光合性能5個(gè)因素的比較，提出了葉源量即功能葉片直至衰老為止Cq同化量作為干物質(zhì)生產(chǎn)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)通徑分析，發(fā)現(xiàn)葉片光合作用高值持續(xù)期與葉源量的關(guān)系最為密切，可作為篩選高光效材料的重要指標(biāo)。 近年來(lái)關(guān)于光合作用的光抑制、氧抑光合、生物體內(nèi)的活性氧及活性氧

8、傷害，活性氧與葉片衰老、活性氧清除系統(tǒng)及其對(duì)植物組織的保護(hù)作用等研究工作十分活躍。凡能在高光強(qiáng)下維持高光合能力的品種或衰老速度較慢的品種多半具有較強(qiáng)的活性氧清除能力，尤其在逆境生理研究中，發(fā)現(xiàn)在各種逆境條件下都有不同程度的膜脂過(guò)氧化及活性氧傷害的其它癥狀出現(xiàn)。關(guān)于作物光合“午休”的研究，韓風(fēng)山、許大全等川研究了小麥午休現(xiàn)象，對(duì)午休類型、午休造成的損失、影響午休的主要因素及克服午休的途徑方面獲得廠可喜的成果。2.作物營(yíng)養(yǎng)生理的研究 近年來(lái)與營(yíng)養(yǎng)生理關(guān)系最大的研究進(jìn)展是關(guān)于作物耐肥性的研究。這引起了植物生理、栽培和育種3方面工作者的共同興趣。湯玉瑋等的研究發(fā)現(xiàn)，許多作物硝酸還原酶活力與耐肥性具有負(fù)

9、相關(guān)關(guān)系，甚至可用硝酸還原酶作為篩選耐肥品種的指標(biāo)?，F(xiàn)在對(duì)耐肥性的本質(zhì)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，如能“解開(kāi)耐肥品種也是費(fèi)肥品種”這個(gè)死結(jié)，創(chuàng)造出既高產(chǎn)又省肥的品種，將是對(duì)人類的一大貢獻(xiàn)。3.作物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控 作物生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控的研究進(jìn)展主要表現(xiàn)在器官分化發(fā)育和同伸關(guān)系的研究，也有了不少進(jìn)展，從葉齡指數(shù)法到葉齡余數(shù)法再到葉齡模式栽培法逐步完善 。自從提出庫(kù)源流的概念以后，研究3者關(guān)系成為栽培生理的熱門課題。凌啟鴻、曹顯程等依據(jù)源庫(kù)關(guān)系將不同品種劃分為源限制、庫(kù)限制、源庫(kù)平衡3種類型，分別根據(jù)限制因子提出相應(yīng)的栽培技術(shù)原則，對(duì)于減少空批粒，增加產(chǎn)量有很好的指導(dǎo)意義。 生長(zhǎng)發(fā)育研究中一個(gè)值得提倡的動(dòng)向是生理

10、特性與解剖構(gòu)造之間的關(guān)系，這一工作的開(kāi)展還可給古老的植物解剖學(xué)注人新的活力，有助于形成一門新的生理解剖學(xué)科。 作物生長(zhǎng)發(fā)育的化學(xué)調(diào)控，簡(jiǎn)稱“化控”，近年來(lái)取得重大進(jìn)展，幾乎成為一門獨(dú)立學(xué)科。在理論上可深人到分子水平，在實(shí)際應(yīng)用上可以通過(guò)大面積推廣各種化學(xué)調(diào)節(jié)劑，取得重大經(jīng)濟(jì)效益。4水分生理與合理灌溉問(wèn)題 水分生理與合理灌溉問(wèn)題近年來(lái)成為栽培生理研究的熱點(diǎn)之一。隨著工業(yè)發(fā)展、人口急增和氣候條件的變化，我國(guó)水資源匱乏的狀況日益嚴(yán)重，由于地下水的超量開(kāi)采，使地下水位急劇下降，甚至導(dǎo)致地面沉降和海水入侵。在這種情況下實(shí)行旱作農(nóng)業(yè)和節(jié)水灌溉就成為必然的趨勢(shì)。關(guān)于旱作農(nóng)業(yè)的研究主要有兩力一面，一是采取合理

11、的栽培耕作措施和節(jié)水灌溉技術(shù)，二是選育抗旱作物品種，兩方面都離不開(kāi)栽培生理的研究工作。不過(guò)水分生理的研究與作物抗旱性關(guān)系密切，且抗性生理或逆境生理的研究工作己經(jīng)形成一個(gè)新的學(xué)科。5.作物超高產(chǎn)理論與實(shí)踐的研究  科技部“糧食豐產(chǎn)科技工程”課題在前期研究的基礎(chǔ)上，分別對(duì)三大平原三大作物超高產(chǎn)田的光、熱、水、氣等生態(tài)氣象因子，葉面積指數(shù)、光合效率、干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)等作物群體生態(tài)因子以及作物產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行跟蹤調(diào)查分析；對(duì)作物超高產(chǎn)理論模式的內(nèi)在參數(shù)進(jìn)行了科學(xué)的估計(jì)，明確了三大作物高產(chǎn)的產(chǎn)量性能變化特點(diǎn)，確定了不同的挖潛途徑，在三大平原初步建立了作物超高產(chǎn)產(chǎn)量性能數(shù)字化監(jiān)測(cè)體

12、系。在東北平原、華北平原和長(zhǎng)江中下游平原設(shè)立攻關(guān)基地和試驗(yàn)示范基地，在超高產(chǎn)搣三合結(jié)構(gòu)攠理論指導(dǎo)下，按照結(jié)構(gòu)性挖潛、功能性挖潛和結(jié)構(gòu)功能同步挖潛三條途徑，根據(jù)三大平原不同的生態(tài)區(qū)域條件和不同作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成規(guī)律，從調(diào)控作物內(nèi)在生理生化代謝與調(diào)控外部形態(tài)特征變化相結(jié)合的角度出發(fā)，創(chuàng)新作物超高產(chǎn)關(guān)鍵栽培技術(shù)，調(diào)控作物產(chǎn)量構(gòu)成因素，建立并完善三大作物超高產(chǎn)共性技術(shù)模式，實(shí)現(xiàn)作物單季和周年超高產(chǎn)，進(jìn)一步培創(chuàng)了超高產(chǎn)典型。 具體內(nèi)容包括：建立了作物產(chǎn)量性能定量化分析模型；有效地求解出關(guān)鍵參數(shù)MLAI（平均葉面積系數(shù)）與MNAR（平均凈同化率）；明確了三大作物高產(chǎn)的產(chǎn)量性能變化特點(diǎn)；確定了不同高產(chǎn)

13、挖潛途徑的產(chǎn)量性能特點(diǎn)；初步建立了作物超高產(chǎn)產(chǎn)量性能數(shù)字化監(jiān)測(cè)體系。課題實(shí)施兩年來(lái)，在三大平原建立攻關(guān)基地22個(gè)，集成關(guān)鍵技術(shù)8套，經(jīng)對(duì)攻關(guān)田和示范田實(shí)地產(chǎn)量驗(yàn)收，創(chuàng)造出一批世界級(jí)、國(guó)家級(jí)和省級(jí)超高產(chǎn)紀(jì)錄典型。雙季稻周年畝產(chǎn)1408.9公斤，創(chuàng)下了雙季稻周年畝產(chǎn)的全國(guó)紀(jì)錄，周年稻麥兩作超高產(chǎn)兩季1503.4公斤，頭季稻再生稻畝產(chǎn)最高達(dá)到1519.1公斤（其中頭季稻為畝產(chǎn)969.6公斤，再生稻畝產(chǎn)549.5公斤），創(chuàng)再生稻再生季單產(chǎn)592.2公斤世界新紀(jì)錄。課題累計(jì)投入資金450萬(wàn)元，參加單位16個(gè)，研究人員198人；獲得省級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)1 項(xiàng)，鑒定成果4項(xiàng)，獲專利（國(guó)家發(fā)明）3項(xiàng)，研制新

14、產(chǎn)品 3 項(xiàng)、新工藝 2 項(xiàng)、新裝置2項(xiàng)，發(fā)表論文94篇，撰寫著作10部。培養(yǎng)畢業(yè)博士生18名，碩士生28名四、栽培生理的發(fā)展趨勢(shì)與前景栽培生理學(xué)是基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的交叉學(xué)科，其最大特點(diǎn)就是理論與實(shí)踐的有力結(jié)合，服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)踐，滿足人類的需要。其發(fā)展趨勢(shì)是宏觀再拓寬更綜合，微觀再分解更深化。宏觀研究要為發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)科研提供戰(zhàn)略決策，微觀必須把握為生產(chǎn)服務(wù)的方向，為發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)奠定理論基礎(chǔ)，提供技術(shù)儲(chǔ)備和實(shí)用配套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物持續(xù)增產(chǎn)增收，從深度和廣度方面加強(qiáng)栽培生理學(xué)的研究。作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律與環(huán)境條件關(guān)系是本學(xué)科的層次問(wèn)題，它是技術(shù)措施的理論基

15、礎(chǔ)，闡述為什么、是什么的內(nèi)在道理栽培生理學(xué)雖然取得了很大成績(jī)，但從探索闡明作物高產(chǎn)深層次的內(nèi)在規(guī)律看，還有很多不明之處。如作物根系的吸收機(jī)理、潛力、谷類作物源流庫(kù)內(nèi)在聯(lián)系與制約原因，作物群體對(duì)光能利用轉(zhuǎn)換效率，作物與其他生物間、作物與環(huán)境間的相互關(guān)系等都不十分清楚。當(dāng)今世界面臨著食物、能源、資源、環(huán)境和人口5大問(wèn)題，這些問(wèn)題都和生物學(xué)有關(guān)。植物利用太陽(yáng)光能吸收和放出合成有機(jī)物，在增收糧食，增加資源和改善環(huán)境等方面起著不可替代的作用。栽培生理在解決5大問(wèn)題中扮演著重要角色。雖然有人懷疑栽培生理研究的意義，加上缺少課題、經(jīng)費(fèi)支持，有的甚至撤消了研究機(jī)構(gòu)，但事實(shí)證明栽培生理的研究對(duì)指導(dǎo)栽培實(shí)踐具重要

16、性，許多理論成果在作物生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。如山東省在栽培理論指導(dǎo)下創(chuàng)造的小麥精播高產(chǎn)栽培途徑以及江蘇農(nóng) 另一方面，從栽培生理研究者的角度，必須在確定研究課題時(shí)，堅(jiān)持栽培生理學(xué)從生理觀點(diǎn)去分析，解決與作物栽培有關(guān)的實(shí)際問(wèn)題這一原則，特別是抓住農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重大問(wèn)題，從生理角度進(jìn)行深人系統(tǒng)理論的研究，并在此基礎(chǔ)上提出解決這些問(wèn)題的配套技術(shù)措施，與栽培工作者和育種工作者密切協(xié)作，進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，只有這樣栽培生理學(xué)這一學(xué)科才能根植于生產(chǎn)實(shí)踐的沃土，使之不斷發(fā)展壯大。反之離開(kāi)這個(gè)大目標(biāo)去搞生理研究或者甚至把測(cè)定幾個(gè)生理指標(biāo)當(dāng)成研究目的，就會(huì)使研究工作失去生命力，把栽培生理研究真正變成

17、了可有可無(wú)的東西。 “深化理論，強(qiáng)化應(yīng)用”是當(dāng)前和今后栽培生理研究的指導(dǎo)方針，在此方針指導(dǎo)下才能冠以栽培生理學(xué)強(qiáng)大的生命力，在新的科技革命背景下，發(fā)揮其應(yīng)有的作用，才能使其有廣泛的發(fā)展前景。五、我國(guó)栽培生理學(xué)的發(fā)展對(duì)策 我國(guó)栽培生理雖已有一了長(zhǎng)足發(fā)展，但為了栽培生理這一新興學(xué)科更加完善，使栽培生理研究成果在生產(chǎn)和教學(xué)領(lǐng)域中發(fā)揮更大的作用，還有許多工作要做。以下方面渴望得到完善和突破:明確栽培生理學(xué)的涵義，從栽培生理效用著手發(fā)揮其潛在力量，確立栽培生理體系，培養(yǎng)栽培生理人才，爭(zhēng)取栽培生理課題，開(kāi)設(shè)栽培生理課程，出版栽培生理專著，建立栽培生理組織，創(chuàng)辦栽培生理刊物，明確研究目的，使栽培生理這一新興

18、學(xué)科，更加富有生命力。在本學(xué)科的研究中密切注意基礎(chǔ)自然學(xué)科研究進(jìn)展，采用新的研究方法，引進(jìn)新理論、新思維，同時(shí)特別是要適應(yīng)我國(guó)商品農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，不斷拓展視野，延伸研究領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。附：科技日?qǐng)?bào)2005年7月29日訊  中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)家7月28日在此間宣布，他們用水稻、小麥、玉米超高產(chǎn)“三合模式”分析理論，建立的超高產(chǎn)共性關(guān)鍵技術(shù)體系，可以最大限度地挖掘作物產(chǎn)量潛力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的超高產(chǎn)突破。在三大平原的三熟區(qū)，已經(jīng)培育出小麥、玉米、水稻超高產(chǎn)典型。 據(jù)課題主持人、中國(guó)農(nóng)科院作物所研究員趙明介紹，課題起止年限為2004年6月2006年10月。全

19、國(guó)20多家優(yōu)勢(shì)科研單位，圍繞課題的總體任務(wù)和指標(biāo)，在糧食作物可持續(xù)超高產(chǎn)共性理論與技術(shù)模式方面開(kāi)展了重點(diǎn)研究，提出了作物產(chǎn)量挖潛的以下3條技術(shù)途徑和15個(gè)模式：一是結(jié)構(gòu)性挖潛途徑。通過(guò)選擇耐密性品種，采取緊湊錯(cuò)位、控株增密、寬行窄株密植等群體優(yōu)化增庫(kù)增源定向栽培技術(shù)獲得超高產(chǎn)。如：萊州夏玉米“雙緊湊”、東北春玉米“控株增密”、山東冬小麥“三壟一溝”、江山雙季稻“壟畦高密”、武穴雙季稻“壟廂增穗”等5個(gè)超高產(chǎn)模式。二是功能性挖潛途徑。通過(guò)精播細(xì)管，適當(dāng)肥水調(diào)控，提高群體質(zhì)量，保證后期光合物質(zhì)的長(zhǎng)期快速積累，達(dá)到高產(chǎn)目的。如：福建再生稻、東北春玉米“擴(kuò)穗防衰”、華北小麥優(yōu)勢(shì)蘗利用、山東冬小麥精播防

20、衰氮肥后移、湖南雙季稻“節(jié)氮健根抗倒”、C4機(jī)制的光水氮高效性利用等6個(gè)超高產(chǎn)模式。三是結(jié)構(gòu)功能同步挖潛途徑。在適當(dāng)加密度的情況下，通過(guò)耕層上壤的改善，提高植株活力，達(dá)到“穩(wěn)穗、足粒、高結(jié)實(shí)率”，實(shí)現(xiàn)作物超高產(chǎn)。如：吳橋冬小麥“四統(tǒng)一”、江蘇水稻“壯根促流攻穗”、河南冬小麥夏玉米“全程壟作”、東北玉米“深松促根”等4個(gè)超高產(chǎn)模式。課題實(shí)施中還出現(xiàn)了批超高產(chǎn)典型。如福建再生稻連續(xù)2年突破1400公斤畝，并創(chuàng)造世界高產(chǎn)紀(jì)錄；萊州夏玉米、浙江早稻創(chuàng)造全國(guó)單產(chǎn)紀(jì)錄，湖北武穴創(chuàng)造湖北省早稻高產(chǎn)新紀(jì)錄；兩季作物中，連云港稻麥、萊州和浚縣麥玉超額完成指標(biāo)：吳橋、兗州小麥實(shí)現(xiàn)單季達(dá)標(biāo)，取得了一批技術(shù)成果。&#

21、160; 這一重大成果，源出2004年6月科技部、農(nóng)業(yè)部、財(cái)政部、國(guó)家糧食局緊急啟動(dòng)的“國(guó)家糧食豐產(chǎn)工程”主要糧食作物可持續(xù)超高產(chǎn)理論與技術(shù)模式課題。由全國(guó)15個(gè)國(guó)家級(jí)、省級(jí)農(nóng)業(yè)院校和科研單位近百人參加攻關(guān)。 據(jù)介紹，我國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)家是在搞清了“產(chǎn)量構(gòu)成、光合性能、源庫(kù)關(guān)系”三個(gè)作物產(chǎn)量的理論特點(diǎn)和內(nèi)在聯(lián)系后，首次提出的超高產(chǎn)“三合模式”的分析理論。通過(guò)高產(chǎn)品種選育與高產(chǎn)栽培技術(shù)相結(jié)合，從有效利用光、溫、水、氣、肥的角度，挖掘出作物的增產(chǎn)潛力。  在全國(guó)12個(gè)省的核心區(qū)實(shí)施的“主要糧食作物可持續(xù)超高產(chǎn)理論與技術(shù)模式”需要達(dá)到的指標(biāo)分別是，全國(guó)一熟區(qū)東北平原“春玉米”每畝1000公斤；二

22、熟區(qū)“黃淮海平原的冬小麥夏玉米”分別畝產(chǎn)為600650公斤和800公斤；三熟區(qū)“長(zhǎng)江中下游平原”的早晚稻、再生稻和稻麥全年畝產(chǎn)13501400公斤。     在7月歷時(shí)6天，橫跨5省的早稻超高產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)產(chǎn)驗(yàn)收中，中國(guó)水稻研究所章秀福研究小組在浙江省江山市的“中早22”，畝產(chǎn)突破697.3公斤的早稻最高紀(jì)錄；華中農(nóng)業(yè)大學(xué)黃見(jiàn)良教授研究小組在湖北武穴市大金鎮(zhèn)周干村的“兩優(yōu)287”，畝產(chǎn)達(dá)642.8公斤，創(chuàng)湖北省早稻之最?？萍既藛T說(shuō)，這與我國(guó)早稻產(chǎn)量多年來(lái)一直在每畝400500公斤徘徊形成鮮明對(duì)照。     課題主持人、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)

23、研究所趙明研究員介紹說(shuō)，這一超高產(chǎn)理論，是將作物產(chǎn)量提高過(guò)程從“源”、“庫(kù)”性能的數(shù)量向質(zhì)量過(guò)渡。超高產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，正是在充分保證數(shù)量的基礎(chǔ)上來(lái)挖掘質(zhì)量的潛能。科技人員還從作物的群體質(zhì)量、個(gè)體間器官協(xié)調(diào)等入手，從中找出高產(chǎn)的途徑，并創(chuàng)新出高光效生物技術(shù)、作物超高產(chǎn)化學(xué)調(diào)控技術(shù)、作物全價(jià)營(yíng)養(yǎng)栽培等一批新技術(shù)。     在三大作物的超高產(chǎn)實(shí)踐中，壟作栽培技術(shù)成為超高產(chǎn)共性技術(shù)。它不僅能增溫、節(jié)水，還兼有防倒、防衰、抗病、增產(chǎn)的作用。山東農(nóng)科院王法宏研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在2005年冬小麥不利年份中，采取壟溝栽培萊州超高產(chǎn)試驗(yàn)基地獲得小麥畝產(chǎn)609.9公斤的好產(chǎn)量。中國(guó)農(nóng)業(yè)大

24、學(xué)王志敏教授課題組在河北吳橋水資源緊缺的特定條件下，通過(guò)大播量、少灌水和肥料一次性底施等簡(jiǎn)化栽培技術(shù)，小麥畝產(chǎn)達(dá)648公斤，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水、省肥、高效、超高產(chǎn)四統(tǒng)一。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教授王空軍課題組與萊州農(nóng)科院合作，利用選育出冬小麥、夏玉米新品種，形成冬小麥/夏玉米超高產(chǎn)栽培技術(shù)模式，率先在二熟區(qū)突破冬小麥/夏玉米全年畝產(chǎn)1400公斤。1 作物群體的光分布和光合強(qiáng)度作物群體的光合能力受群體內(nèi)光的分布及強(qiáng)弱直接相關(guān)。1.1 作物群體光強(qiáng)分布規(guī)律1.1.1作物群體光強(qiáng)分布理論在作物群體內(nèi)，由于葉片著生狀態(tài)及在不同層次分布不同，使進(jìn)入群體的光能在不同層次的分布也不同，從而也影響群體的光合能力與光能利用率。對(duì)

25、于群體內(nèi)葉面積數(shù)量與光能分面的關(guān)系，是以Lambert-Beer定律為基礎(chǔ)的。Monsi和saeki（1953）通過(guò)對(duì)草本植物的大量研究，指出當(dāng)在陰天的散射光下或晴天中午的直射光下，群體內(nèi)的光照強(qiáng)度從上而下，隨著累計(jì)葉面積指數(shù)的增加，而呈負(fù)指數(shù)下降。1959年，我國(guó)的殷宏章、王天鐸先生，對(duì)小麥群體的光能分布研究結(jié)果，也得出了同樣的結(jié)論。假定葉片水平、光線直射時(shí)，經(jīng)過(guò)一葉層的微小變化（），就會(huì)引起光強(qiáng)的微小減弱（），兩者之比與自然光強(qiáng)成正比。 或如欲求得某一葉面積層次處的光強(qiáng)累計(jì)減少量，則有：-lnIf/I0=KF或If= I0e-KF式中的If是所測(cè)的葉面積上的光強(qiáng)；I0是入射的光強(qiáng)；F為所測(cè)

26、層次的的葉面積指數(shù)（LAI）。當(dāng)葉片為水平時(shí)，同一高度上葉片所吸收的光強(qiáng)基本是一致的。K就某一群體而言，是一個(gè)常數(shù)，稱為消光系數(shù)。從上面的公式中可得出：，轉(zhuǎn)換成常用對(duì)數(shù)為：利用這一公式可求得群體的消光系數(shù)。消光系數(shù)受很多因素的影響，群體的密度、葉片數(shù)量、葉片的排列方式、葉片的厚度、光合色素含量、葉綠體的排列狀況、葉表面的光滑程度等，同時(shí)也受入射光的方向和成分、光線的直射與散射、各方向各角度光線的強(qiáng)弱、葉片的吸光、反光，透射等特性的影響。由此可見(jiàn)，群體內(nèi)光強(qiáng)的垂直分布取決于累計(jì)的葉面積與消光系數(shù)的變化。張厚瑄（1984）將實(shí)際消光系數(shù)K分為K=K+K式中K為理論消光系數(shù)，受作物品種株型特征即遺傳

27、特征控制，K為補(bǔ)償消光系數(shù)取決于遺傳之處的其他因素影響。魏燮中的研究結(jié)論是遺傳與環(huán)境對(duì)K值的影響大致為3：1。實(shí)際情況是作物群體受光有直射和散射兩方面，葉片也并非是水平的。太陽(yáng)高度角、方位也是變化的，因而作物群體的消光系數(shù)理論表達(dá)和實(shí)際測(cè)定很復(fù)雜。但在一定的栽培條件下，對(duì)同一種作物，K值大體上是一個(gè)常數(shù)，用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)際測(cè)定。為研究群體內(nèi)光照的分配分配情況，殷宏章先生（1961）曾經(jīng)作過(guò)一個(gè)設(shè)想，光合層為一層空間，中間懸浮著葉子，類似一層溶液。到達(dá)的光能一部分被吸收，一部分被反射，一部分被透射。I=A+R+T式中，I為溶液面上的光強(qiáng)；A為吸收光強(qiáng)；R為反射光強(qiáng)；T為透射光強(qiáng)。按照Lamber

28、t-beer定律，A=I（1-10-acd），兩式合并，可得到。即入射光與反射及透射光之和比值的對(duì)數(shù)與色素濃度和溶液厚度成反比。他指出，這個(gè)公式只適用于真正的稀溶液。假設(shè)在稻田中選取一塊單位面積為A的樣區(qū)，葉面積層數(shù)為L(zhǎng)，葉片中單位面積的葉綠素含量為m，此樣區(qū)的葉綠素濃度為，即cd=mL，代入上式為。設(shè)此光合層之反射和透光率為入射光的5%。R+T=5%I如葉綠素在乙醚溶液（藍(lán)光420-460nm）的消光系數(shù)為150mg/cm2，紅光（660nm）中的消光系數(shù)為100 mg/cm2，m值按水稻干重2mg/cm2，其中葉綠素含量為0.2%，計(jì)算得出，m=2*2*10-3=4*10-3 mg/cm2

29、。在藍(lán)光中：1.3=150*4*10-3L，L=2.17在紅光中，1.3=100*4*10-3L，L=3.215這表明，光可透過(guò)2-3層葉片。葉面積指數(shù)2-3。當(dāng)然這種計(jì)算，過(guò)于簡(jiǎn)單，可能不夠準(zhǔn)確。Rabinowitch(1951)測(cè)定的結(jié)果表明，一般葉子接受可見(jiàn)光，大約反射10%，透射10%。假定透射和反射光均能被其他葉片所利用，在強(qiáng)日光下（10萬(wàn)lux）下，第1片葉可得到10萬(wàn)lux，第2片葉可得2萬(wàn)lux，第3片葉可得到4000lux，第4片葉可得800lux，已達(dá)光補(bǔ)償點(diǎn)以下?？梢?jiàn)葉片最多不能超過(guò)3層。但是，劍葉或旗葉，用上部葉片一般不是平展的，葉面積可多一些。一般作物可達(dá)4-5，國(guó)際

30、稻8號(hào)可達(dá)8-10。1.1.2作物群體光強(qiáng)分布規(guī)律從上述分析中可見(jiàn)，光在作物群體中的推導(dǎo)和計(jì)算是很復(fù)雜的。1961年王天鐸先生對(duì)此進(jìn)行了研究，以下是研究的結(jié)論：1.1.2.1直射光在群體中的分布 當(dāng)葉片為水平時(shí)，群體內(nèi)某一層次的光強(qiáng)可用下列公式表達(dá)（門司正三，1953）：IF=I0（1-s）n。s為每層葉片的面積，n為葉片的層數(shù)。令ns=F，即n層葉片的面積。當(dāng)葉片很小，層次很多時(shí)，對(duì)上式求極限：，這表明，IF與入射光的角度無(wú)關(guān)。當(dāng)群體中葉片垂直時(shí)，垂直光穿過(guò)植物群體時(shí)，太陽(yáng)的天頂角（z）越大，陽(yáng)光穿過(guò)同樣群體時(shí)經(jīng)過(guò)的葉片越多，光減弱就越快。假定在群體中高度為h的一層中，分布著面積為F的垂直葉

31、片，當(dāng)天頂角為z的光穿過(guò)葉片時(shí)，在群體中經(jīng)過(guò)路線的水平距離為d=h.tanz。如所有葉片的水平角均與入射光垂直，則入射光遇到葉片的機(jī)會(huì)為：。假定葉子的方向是隨機(jī)的，直射光遇到葉子的機(jī)會(huì)是：同樣可以推出光線到達(dá)距群體頂為h處機(jī)會(huì)，即該葉層的水平面被光照射的面積為。此處的水平光強(qiáng)與入射光強(qiáng)之比為：。因?yàn)檎兄翟诮咏鼤r(shí)，上升很快，所以當(dāng)太陽(yáng)接近地面時(shí)，植株下部受光的機(jī)會(huì)很小。群體最上層未被遮光的水平角為的直立葉片表面所接受的光強(qiáng)為：IsF=Is.sinz.sin；群體最上層各種葉片所接受的平均光強(qiáng)為：F層下處的葉片接受的平均光強(qiáng)為：葉面積為F的群體所接受的總光量為：其中為單位葉面積水平上所接受的光通

32、量，當(dāng)Ftanz越大時(shí)，越接近于0，群體接受的光量越接近于，也就接受越完全。從理論而言，直立葉群體，葉面積指數(shù)越小漏光越多。與水平葉群體相比，垂直葉群體漏光更多了，但是，具有這樣性狀的品種，可通過(guò)增加群體數(shù)量，增加葉面積指數(shù)，提高產(chǎn)量。1.1.2.2散射光的分布 散射光可以看成不同角度光線的總和（王天鐸，1961）。如果i代表每一方向的光強(qiáng)，則這一束光線在水平面上的光強(qiáng)為i.cosz，單位水平面散射光的總強(qiáng)度為，當(dāng)散射光均勻，各方向上光強(qiáng)相等時(shí)，。在水平葉群體中，漏光與入射光角度無(wú)關(guān)，所以這樣的群體中，散射光在群體中的分布規(guī)律與水平葉直射光分布規(guī)律相同。在F層葉下的表面接受散射光強(qiáng)度為IDF=

33、。在直立葉群體中漏光與光的角度有關(guān)，光照在葉片上的強(qiáng)度又與光頂角與光和葉的方向有關(guān)。但散射光各光束的天頂角與方向不同，情況更為復(fù)雜。光束穿過(guò)F層直立葉面積的機(jī)會(huì)是：，穿過(guò)F后的同一方向的光束的平均強(qiáng)度為。IF照在方向?yàn)榈娜~子上時(shí)的光強(qiáng)為：在F層下葉片接受的總光強(qiáng)為：按此公式計(jì)算出來(lái)的直立群體中各層次葉上散射光強(qiáng)分布與水平葉群體散射光分布相比，表明，葉面積指數(shù)小于2的上層葉片的散射光強(qiáng)，直立群體葉群體低于水平葉群體；若葉面積指數(shù)大于2時(shí)，直立葉群體上層葉透過(guò)F下層葉散射光強(qiáng)比水平葉群體大。1.1.2.3葉片透過(guò)光、反射光的分布 研究表明，反射光與透過(guò)光一般都不超過(guò)10%，葉片吸收入射光達(dá)80%以

34、上。透射和反射光可以為其他葉片所利用。但透過(guò)光與反射光在群體中的分布比入射光更復(fù)雜（王天鐸，1961）。如只考慮透過(guò)的光對(duì)光在水平葉群體中分布的影響，設(shè)葉片透過(guò)的光與入射光之比為，經(jīng)過(guò)葉面積為s的單層葉后的光強(qiáng)為I01-s(1-)，經(jīng)過(guò)n層葉片后，葉面積共有ns=F的葉層后，光強(qiáng)IF=，若s很小，n很大，則：1.2葉片的著生狀態(tài)與光能利用葉片著生的角度、直立性、披垂程度、長(zhǎng)短與寬窄、平展和卷曲等。都是葉片著生狀態(tài)的具體體現(xiàn)，這些影響著群體內(nèi)透光透光狀況，影響作物對(duì)光能的吸收。1.2.1有關(guān)概念 1.2.1.1葉片基角 葉片基角是莖稈與葉片平直部分的夾角，它是決定葉片“立”程度的指標(biāo)，也是株型的

35、指標(biāo)之一。孫旭初（1985）對(duì)于水稻按葉片披散程度分為3類，基角小于15°為立；葉基角在16-45°為傾斜；基角大于46°為披散。1.2.1.2開(kāi)張角與彎曲度 開(kāi)張角是指莖稈與葉耳和葉尖連線的夾角。彎曲度是開(kāi)張角與葉基角的差值。這是葉片“直”的指標(biāo)。分別用彎曲度與葉基角表示葉片的直立程度。 孫旭初對(duì)于水稻的彎曲度分為兩級(jí)，5°以內(nèi)為直，大于5°定為彎。表1-1 水稻劍葉立性分類表（孫旭初，1985）直立類型直立型直斜型直披型彎立型彎斜型彎坡型彎曲度（度）555555葉基角（度）1516-45461516-45461.2.1.3 葉向值 因?yàn)槿~片

36、的長(zhǎng)度和直立性不同，葉片的著生狀態(tài)也不同，對(duì)群體內(nèi)光照分布的影響也不同。為了表示葉片的著生狀態(tài)，采用葉向值（Leaf orientation value，LOV）的概念。式中：A-葉片仰角（葉片平直部分與水平面的夾角）；Lf-葉片長(zhǎng)度；Ls-葉片在水平面上的投影長(zhǎng)度；n-測(cè)定葉片數(shù)。這是表示葉片著生狀態(tài)的綜合指標(biāo)。葉片仰角反映了葉片偏離莖稈的程度。仰角大，即葉基角小，葉向值大?；饩嗪腿~片長(zhǎng)度的比值反映了葉片的彎曲狀態(tài)。當(dāng)比值接近1時(shí)，葉片完全挺直狀態(tài)，比值減少時(shí)，葉片彎曲程度增加，葉向值減少。1.2 葉片著生狀態(tài)利用 一般上層葉片比較挺立，有利于更多的光量射入群體內(nèi)部，下部葉片相對(duì)平展，有利

37、于截獲更多的光能。葉片著生的角度大小直接影響葉片的遮蔭面積。式中：s-葉片遮蔭面積；A-葉面積；為葉片著生角。可見(jiàn)直立葉與水平葉相比，遮蔭面積小。假定群體內(nèi)入射光的葉面積為A平行光束穿過(guò)群體的厚度為dr，則截光葉片的體積為A.dr，令入射光與葉片法線方向的夾角為，f為單位體積中的葉面積，所以在光路dr內(nèi)的截光葉面積為dA，。對(duì)于從天頂直射的等量陽(yáng)光而言，受光面積是隨著著生角的減小而增大，尤其是在小于30°以后，受光面積增大很快。但是一作物的葉片著生角度都大于30°，因此在30-10°之間的潛力很大。在葉片受光面積增加的同時(shí)，葉面的受光量也按正弦規(guī)律減弱。由作物的光

38、飽和點(diǎn)和當(dāng)?shù)氐淖魑锷L(zhǎng)季的自然光強(qiáng)，可求得不同作物適宜的葉片著生角度的理論值。如水稻的光飽和點(diǎn)為4000lux，而生長(zhǎng)季中的最大光強(qiáng)度為10萬(wàn)lux，于是sin=0.4，=23.33°。不過(guò)最大光強(qiáng)的時(shí)間是較短的，如考慮到群體中下層葉片的光照問(wèn)題，上位葉片的著生角度還可以小一些。綜合研究結(jié)果，一般水稻劍葉以15°為宜，小麥劍葉以20°為宜，玉米果穗以上的葉片著生角以10°為宜，中下部葉片著生角較大為好。早晚弱光下，挺立葉與陽(yáng)光接近垂直，可充分接受光能，在中午強(qiáng)光下，光線斜射葉面，可以減少?gòu)?qiáng)光的不利影響。據(jù)劉紹棣等（1988）報(bào)道，緊湊型玉米各葉片在莖稈上

39、的空間分布近似紡錘型，果穗以上葉片的平均葉向值一般為44.5-58.2，比平展型大60-80%。從群體透光考慮，緊湊型玉米穗位以上葉向值應(yīng)在45以上，全株平均大于35為宜。當(dāng)然，葉片的著生狀態(tài)是一個(gè)復(fù)雜的性狀，不同作物、不同環(huán)境條件下均會(huì)有所不同。在育種上，應(yīng)從充分利用光能出發(fā)，選育適宜的品種。1.3作物群體的光合強(qiáng)度顯然，作物群體光合強(qiáng)度的計(jì)量不能用單葉光合能力的測(cè)定結(jié)果，應(yīng)采用群體光合作用的計(jì)算方法。1.3.1群體光合作用與光強(qiáng) 門司正三（1953）將群體光合作用光強(qiáng)的關(guān)系列為如下的公式：式中P為真正的光合強(qiáng)度（mgCO2/m2.h）；I為葉片所受的光強(qiáng)；A為飽和光強(qiáng)度（mgCO2/m2.

40、h）；可以視為暗反應(yīng)的最高強(qiáng)度；b為弱光下光合作用的光強(qiáng)系數(shù)（gCO2/m2/lux）；表示光化學(xué)反應(yīng)的速度。 殷宏章先生（1959）將門司公式引入國(guó)內(nèi)，建立了小麥、水稻群體內(nèi)光分布和群體光合量的計(jì)算模型：P總為逐時(shí)整層群體的凈光合強(qiáng)度，Pi為各層植被的凈光合速度， r為呼吸率，K，F(xiàn)為群體消光系數(shù)和葉面積系數(shù)，ki、Fi分別為第i層植被消光系數(shù)和葉面積系數(shù)。a、b為常數(shù)。（關(guān)于群體的光合力的計(jì)算請(qǐng)參閱王永銳先生作物高產(chǎn)群體生理一書(shū)）2 作物群體的冠層特性與碳固定研究作物群體的冠層特性，對(duì)構(gòu)建具有良好的根、莖、葉生長(zhǎng)狀況的群體結(jié)構(gòu)，獲取高產(chǎn)意義很大。群體的冠層特性包括：葉姿、葉面積及葉面指數(shù)、

41、葉片的光合勢(shì)、凈同化率、作物生長(zhǎng)率，干物質(zhì)生產(chǎn)等內(nèi)容。2.1葉面積與葉面積指數(shù) 2.1.1葉面積指數(shù)與光能利用率 葉面積是與產(chǎn)量關(guān)系最密切、變化最大、同時(shí)又是最容易控制的一個(gè)因素。所多栽培措施之所以具有顯著的增產(chǎn)作用，主要是適時(shí)、適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)大了葉面積，增加了對(duì)光能的吸收。1947年，watson提出了葉面積指數(shù)（Leaf Area Index，LAI）。的概念， 一年生作物葉面積的發(fā)育，早期葉面積發(fā)育很快的，葉面積增大，截取光能增加。從開(kāi)花起，葉面積停止發(fā)育。栽培目的在于最大限度增加作物對(duì)太陽(yáng)能的截獲，以提高作物生長(zhǎng)率和增加干物質(zhì)積累。這是谷類作物的有效產(chǎn)量模式，谷類作物種子的重量多數(shù)是由開(kāi)花后光合作用產(chǎn)生的。光能利用率與葉面積關(guān)系，群體葉面積