作物栽培学总论第三章作物产量形成概论

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作物栽培学总论

作物栽培学总论作物栽培学总论第一章绪论第一节性质、任务和研究法一、性质和任务1、性质作物栽培学是研究作物生长发育、产量和品质形成规律及其与环境条件的关系，并在此基础上采取技术措施以达到作物高产、稳产、优质、高效目的的一门应用科学。

也就是研究作物高产、稳产、优质、高效生产理论和技术措施的科学。

研究对象：各种作物群体9粮、棉、油、糖、绿肥、饲料等）。

作物与外界环境条件间的关系是必须研究的。

2、任务栽培作物包括作物、环境和措施3个环节。

作物栽培学的任务是根据作物品种的要求，为其提供适宜的环境条件，采取与之相配套的栽培技术措施，使作物品种的基因型得以表达，使其遗传潜力得以发挥。

二、理论基础1、与相关学科的关系2、总论与各论的关系：共性与个性的关系。

三、特点和研究法1、作物栽培的特点：系统的复杂性、技术的实用性、生产的连续性、生长的规律性、明显的季节性、严格的地域性、变动性。

2、作物栽培的研究法：田间试验法（产量对比法）、生物观察法、生长分析法、发育研究法、生长发育研究法、模拟模型研究法。

四、作物栽培学的新进展1、叶龄模式与模式化栽培（计算机模拟仿真栽培）2、作物智能栽培3、轻简型栽培：作物直播栽培、再生栽培技术、4、反季节栽培5、物化栽培6、作物分子栽培7、作物清洁栽培第二节作物的起源和起源地一、农业的发生二、世界各地最早种植的作物三、中国是世界栽培植物起源中心之一四、我国作物的来源第三节作物的多样性和作物分类一、作物的多样性及其保护1、保护生物多样性的必要性和重要性2、作物的多样性二、作物的驯化和创造驯化、挖掘、创造三、作物引种及引种原则1、作物引种的概念与理论2、作物引种原则：生态生活条件得到满足、克服限制因子、引种作物逐步适应。

四、作物的分类1、按作物的生理生态特性分析喜温作物、耐寒作物；长日照作物、短日照作物中性作物、定日照作物；三碳C3作物、四碳C4作物；春播作物、夏播作物、秋播作物。

2、按作物用途和植物学系统相结合分类（1）粮食作物：谷类作物、豆类作物、薯芋类作物（2）经济作物：纤维作物、油料作物、糖料作物、其它作物（如嗜好作物）（3）饲料和绿肥作物：有豆科的、有禾本科的、也有其它的。

作物栽培与耕作学—作物产量与品质形成(总论)

教学
重点
难点
重点与难点
作物个体与群体的关系及其调节。作物品质的调控。
教学进程
（含章节
教学内容、学时分配、
教学方法、辅助手段）
课堂组织与教学法
提问：
（1）那些作物是我国起源的？
（2）你知道张骞出使西域带回中原那些农作物？
板书：重要专业概念、容易模糊的字词、配合课程内容的举例。
多媒体课件。
授课提纲
第一节作物产量及产量构成因素
2.4.2 “源”、“流”、“库”关系在生产上的应用
第三节作物群体及其生产结构
3.1作物群体
3.1.1作物群体
作物群体是指同一地块上的作物个体群。一种作物组成的个体群是单作群体，两种或两种以上作物组成的个体群是复合群体。
3.1.2作物群体的特征
1、植株株型比较收敛
2、“反馈”和“自动调节”
3.2作物群体的层次构与光能利用率
章节
第三章作物产量与品质形成（理论课4学时）
教学目的
和
教学要求
目的与要求
目的：了解作物产量和产量构成因素及其形成。作物品质概念及品质形成。
要求：掌握作物生物产量、经济产量和经济系数（收获指数）的概念，主要作物产量的构成因素，产量构成因素形成的过程和特点。掌握作物品质的基本概念，不同类型作物品质的形成特点。
4.2作物产品品质的形成
4.2.1禾谷类作物的品质形成
籽粒形成初期，种子中含有很多非蛋白氮，主要是游离氨基酸和酰胺，并合成较易移动的易溶蛋白质，如白蛋白、球蛋白。随着成熟，非蛋白氮、水溶及盐溶蛋白质含量急剧降低，而醇溶谷蛋白和谷蛋白合成加强。
4.2.2豆类作物的品质形成
大豆结荚鼓粒期间，籽粒中非蛋白氮逐渐减少，而蛋白氮的含量逐浙增加，直到叶片衰老后，蛋白氮的百分含量仍在增加。

作物栽培学(作物产量及其构成因素)

第一节作物产量及其构成因素•作物产量作物产量是作物一生所生产的产品数量。

作物产量通常分为生物产量和经济产量。

•生物产量指作物一生中，即全生育期内通过光合作用和吸收作用，即通过物质和能量的转化所生产和累积的各种有机物的总量，计算生物产量时通常不包括根系(块根作物除外)。

•经济产量栽培作物的目的是获得较多的有经济价值的产品。

经济产量是指栽培目的所需要的产品收获量，即一般所指的产量。

•经济系数或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效率，叫做经济系数或收获指数。

经济系数的高低仅表明生物产量转运到经济产品器官中的比例，并不表明经济产量的高低。

通常，经济产量的高低与生物产量高低成正比。

•生物产量、经济产量和经济系数的关系经济产量=生物产量×经济系数。

•产量构成因素作物产量是指单位土地面积上的作物群体的经济产品产量，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。

作物产量=株数×单株有效穗（分枝）数×每穗（分枝）粒（果荚）数×（每果粒数）×粒重•禾谷类作物的产量构成：穗数×单穗粒敷×粒重或穗数×单穗颖花数×结实率×粒重•豆类作物为产量：株数×单株有效分枝数×每分枝荚数×单荚实粒数×粒重•薯类作物产量：株数×单株薯块数×单薯重•棉花的产量：株数×单株有效铃数×单铃籽棉重×衣分•油菜的产量：株数×每株有效分枝数×每分枝角果数×每果粒数×粒重•产量构成因素间的关系•产量构成因素之间为乘积关系•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•株数(密度)与单株产品器官数量间的负相关关系较明显•在产量构成因素中，前者是后者的基础，后者对前者有一定的补偿作用•产量因素形成的特点产量因素的形成是在作物整个生育期内不同时期依次而重叠进行的；产量因素在其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。

作物栽培学(大豆的产量形成)

一、大豆的产量形成
（一）大豆产量构成因素
大豆的子粒产量是单位面积的株数、每株荚数、每荚粒数、每粒重的乘积。

在同一品种中，将荚多、每荚粒数多、粒大等优点结合在一起比较困难。

（二）光合产物的积累与分配
1. 大豆的光合作用
（1）光合速率。

大豆作为典型的C3作物，光合速率比较低。

（2）光呼吸。

大豆的光呼吸速率比较高。

由光合作用固定下来的二氧化碳为25%~50%又被光呼吸作用所消耗。

占饱和光下净光合速率的1/3左右。

2. 大豆干物质的积累动态
（1）叶面积指数。

适宜的叶面积指数动态：苗期0.2~0.3、分枝期1.1~1.5、开花末至结荚初期5.5~6.0、鼓粒期3.0~3.4。

叶面积指数在3.0~6.0范围内，叶面积指数与生物产量、经济产量的相关性极显著。

（2）生物产量的形成。

（3）子粒产量的形成。

大豆生长发育的重要特点是生殖生长开始早，营养生长和生殖生长并进的时间长。

大豆早熟品种在出苗后50d左右、晚熟品种在出苗后75d左右，荚中子粒即已开始形成。

整个子粒形成期为45~50d。

3. 大豆干物质的分配。

作物栽培学总论第3章作物产量和产品品质

二、作物品质形成的决定因素
作物品质的形成是由遗传因素和非遗传因素两个方面决定的。（一）优质品种的选用禾谷类作物品质改良的重点，长期以来是围绕着提高蛋白质及其必需氨基酸组分含量进行的。
1.小麦蛋白质含量，种间差异较大。
野生一粒小麦（18%-30%）和栽培一粒小麦（16%-27%）大于圆锥小麦 (9%-16%)和硬粒小麦(12%-16%)。我国栽培品种蛋白质含量在8.07%-20.42%，赖氨酸含量变化在0.28%0.55%之间，春小麦高于冬小麦，地方品种高于育成品种 2.大豆蛋白质和油分含量，种间和品种间变化较大。我国栽培品种的蛋白质含量变化在34.70%-50.75%之间(徐豹等，1984)；籽粒含油量随种皮颜色不同变化在17.83%-19.58%之间，种皮黄色＞种皮黑色和绿色＞褐色 (吉林市农业科学研究所，1982)。
合产物少，产量内容物主要依赖于花前贮备物。在高产栽培条件下，产
量的大部分来自花后的光合产物。源的同化产物有就近输送的特性。
除了叶面积大小和光合速率以外，颖花叶比、粒叶比等也用来表示
源的供给能力或强度，其比值越高，说明单位叶面积供给物质量越多。
二、库
定义：库主要是指产品器官的容积和接纳营养物质的能力。广义的既包括最终贮存同化物的器官，如种子、果实、块根、块茎等，也包括还在生长中的幼嫩器官，如根、茎、叶、花、
二、作物品质形成的决定因素
（二）环境条件对品质的影响 1.环境条件对蛋白质含量的影响 (1)禾谷类作物籽粒蛋白质含量有明显的地区差异性。小麦籽粒中蛋白质含量由北向南和由西向东逐渐提高，在同一经度上由北向南每推进10°，籽粒中蛋白质平均提高4.5%，而在同一纬度上由西向东推进40°，蛋白质含量提高了5.47%。

作物栽培学第三章作物产量与品质

在农业生产中，常将作物的产量分解为单株产量和单位
面积上的株数。单株产量又同分解为产品器官的数量和单个器官的重量。这些构成产量的性状称为产量构成因素。产量=穗数×单穗粒数×单粒重量产量=穗数×单穗颖花数×结实率×单粒重量
由于产量是各个产量因素的乘积，因此理论上仸何一个因素的增大，都能增加产量。但实际上，各个产量因素是很难同步增长的，它们乊间有一定的制约和补偿的关系。
通常有两种光合强度的概念：
一种是包括呼吸消耗在内的总同化率，
另一种是仍总同化率中减去呼吸消耗得出的净同化
率。

光合强度与作物产量乊间的关系相当复杂。同一作物生产能力不同的品种和同一品种在不同的栽培条件下，光合强度均有不同。幵非高产品种或在高产条件下就一定具有较高的光合强度。

外界生态因子，如光照强度、温度、CO2浓度、水分、矿质营养等对作物的光合强度有明显影响。
几个叶片同时向穗部供应同化产物时，每一个叶子又有自己就近供应的
定向区域。大豆叶片的同化物，首先供给同位节上的豆荚，而较少运辒它处。油菜开花后，角果的绿色表面可迚行光合作用，其同化产物以很
大的比例向种子运转和积累。

一些作物叶片的同化物同侧运辒，很少侧向运辒，甚至位于茎右边叶片运出的同化物不能运往要求同化物
此类作物适于密植。玉米的果穗位于植株中部，穗位
叶及其上、下叶片 ( 合称棒三叶 ) 是灌浆期的主要光合器
官，过度密植会使棒三叶遮荫严重，降低光合强度。大
豆的荚果分布于植株整个冠层，群体过大时底部叶片収黄，花荚脱落，更需注意调节群体大小和叶面积指数。
(1)改善群体的透光性能。具直立型叶片的植株，上层叶片截获光能较少，较多的光照射到下层的叶片，更多的叶片所接受的光能在光补偿点乊上，使较多的光合产物运

作物栽培学：第3章作物产量和产品品质的形成

为武田的结论提供了佐证。
• 杨等的研究：
理论产量（ kg/m2）透光率 (%)
1
0.25
0.8
0.20
r = 0.464*
0.6
0.15
0.4
0.10
0.2
0 60
0.05 r = 0.416*
80
100
株高 (cm)
0.00 120
株高与产量、透光率的关系
• 结论：适当增加株高，可以降低叶面积密度，增加透光率，改善群体的光环境，提高群体光合效率，提高水稻产量。
第三章作物产量和产品品质的形成
第一节第二节第三节第四节第五节
作物产量及其构成因素作物的“源、流、库”理论及其应用作物产量的潜力（不讲）作物品质及其形成作物品质的改良
第一节作物产量及其构成因素
一、作物产量
作物产量是作物一生所生产的产品数量。作物产量通常分为生物产量和经济产量。
1、生物产量
３）叶面积密度与群体光合速率
• 叶面积密度是指冠层内叶的垂直分布密度。 • LAI相同时，高株高群体的叶面积密度较小。
• 武田，比较了12个水稻新旧品种，【-30d叶面积密度】——【-20～0d干物质产量】之间的关系。
• 发现【密度——产量】负相关
武田
550
干物质增加量（g/m2/d）
500
作物全生育期内通过光合作用和吸收作用，即通过物质和能量的转化所生产和累积的各种有机物的总量，计算生物产量时通常不包括根系（块根作物除外）。
3、经济产量
• 栽培作物的目的是获得较多的有经济价值的产品。经济产量是指栽培目的所需要的产品收获量，即一般所指的产量。

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0.30~0.40
0.70~0.85
0.60
0.28
0.25~0.35
0.35~0.40
0.13~0.16
0.60~0.70
1.0
二、作物产量构成因子
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
在整个生育期中，不同生育时期有不同的同化物分配中心。
生殖生长阶段同化物的分配与经济产量形成有关。
经济产量来自部分生殖阶段的光合产物；抽穗前植株中光合产物向籽粒运转的能力。
60
12
50
干 40 物质 30 （g/株）
674
673.5
27546.2
40.9
26.3
3
3.7
玉6
5.8
米
9
6.9
12
8.3
1627.9 2064.8 1758.7 1627.2
392.3 458.8 350.0 317.3
446
241.0
356
222.2
256
198.9
179
194.6
第四节干物质生产、转运分配与产量形成
一、干物质的生产（源）
地运到距它最近的需求器官。
2、同侧运输有些作物叶片生产的同化物运向同
侧的需求器官。
（三）源库的相互关系与同化物运输
1、源的光合能力与同化物运输当光合旺盛的情况下，同化物的运输能力
也增强。 2、库对同化物运转的影响
光合产物运转的数量、方向、速度都因库的状态而变化。
三、整个生育期同化物的分配
许多作物生育前期茎叶既是源也是库，干物质在茎叶中积累迅速；在生育后期大部分同化产物运向籽粒。
作物在生长发育过程中进行干物质生产的主要器官是叶片—源。
源的大小和生产能力直接影响物质生产的量，进而影响作物产量的形成。
源的供给能力
禾谷类作物开花前的光合产物
产量器官贮备在茎、叶、鞘
在现代高产栽培情况下，产量大部分来自
于花后的光合产物。要求在栽培上控制好源器官，使叶面积指数在灌浆期间具有较高值和维持较长时间。
第三节作物产量形成特点
1、作物产量形成具有一定顺序性
2、各产量构成因子在产量形成过程中各具特点
3、对环境和栽培技术要求也有一定差异
4、产量构成因子间具有补偿作用
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）
54
427.5
17484.8
809.2
40.9
46.3
作物在某一具体环境条件下表现出来的生产力是现实生产力。
12000
8000 最大生产力最大生产潜 4000 力
光合生产
7500
光
5000
温生
气候
气候—土壤生产潜力 3750
潜产力力
生产
力
作物生产潜力
二、限制作物生产潜力的因素
1、光能利用率低 2、温度：积温不足 3、水分：降水在空间和时间上分布不均 4、土壤基础肥力下降 5、管理措施跟不上
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
产量构成因子之间的关系
1、各产量构成因子的数值越大，产量就越高。各产量构成因子相互制约。
2、产量构成因子之间负相关
在任何情况下作物产量都随产量构成因子的增加而增加；单位面积穗数和单粒重在低产低肥条件下与产量关系密切，在高产高肥和穗数达到一定范围后关系不大。穗粒数在提高穗粒重的作用中占60~80%。千粒重比较稳定。
小麦
114
495.0
16978.5
767.5
34.3
45.2
149
585.0
18544.5
806.7
31.7
43.5
179
480.0
32400.0
868.3
67.5
26.8
293
550.5
32589.6
870.2
59.2
26.7
水
稻 627
649.5
31565.7
842.8
48.6
26.7
724.5
（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。
（三）经济系数
经济系数=经济产量／生物产量 1、收获器官不同，经济系数不同 2、主产品的化学成分不同，经济系数也不一样。
不同作物的经济系数
作水稻和小麦玉米薯类作物甜菜油菜大豆籽棉皮棉烟草叶菜类
物
经济系数
0.35~0.50
二、干物质的积累
正在生长的幼嫩组织
库
暂时性的贮藏器官
永久性的贮藏器官
库的贮积能力
灌浆持续期灌浆强度
库的贮积能力
二、干物质的转运
（一）运转速率和比集运量
运转速率是指单位时间内运转同化物的量比集运量是指单位时间内单位韧皮部横截面运转的同化物的量。
（二）同化物的运输方向
1、就近运输每个叶片生产的同化物首先或大量
不同部位的叶片对产量的贡献不同
1、穗子顶生作物籽粒碳水化合物主要来自于穗和最上部3片叶的光合作用，但不同叶片的贡献不同。
2、玉米棒三叶，特别是穗位叶的光合产物主要供给果穗；
3、大豆各层次叶面积与豆粒间的相关显著；
4、油菜花后主要光合部位是角果。
增强源的供给能力的措施
1、延长光合时间 2、提高光合强度 3、增加光合面积 4、二氧化碳充足
第三章作物产量形成
第一节作物生产力及限制因素
作物栽培的目的是为了获得较高的产量，从而获得较高的经济效益。作物生产的实质是绿色植物的生产，转换贮存能量。作物之所以能够进行物质生产，主要是作物具有生产力。
一、作物生产力的概念
把初始生产者即作物所具有的这种对外界能量和物质进行吸收、转化和积累的能力，称为作物生产力。
不同作物、同一作物不同品种、同一品种不同栽培条件作物生产力有很大差异。
作物生产潜力和现实生产力
我们假设环境中光、温、水、二氧化碳和氧气均不对作物生长施加限制；土壤基础良好；无病虫害及其它自然灾害的破坏。作物在所有的生长因子都充分地、合理地、而又适时适量地得到供应，同时作物群体结构处于最适状态下达到的生产力是最大生产力，也就是生产潜力。
三、提高产量潜力的途径
1、高光效育种，提高光能利用率 2、合理密植，提高光能截获率 3、利用间作、套作和复种，提高光能利用率 4、合理安排茬口 5、采用最佳综合栽培技术，利用育苗移栽和地膜覆盖技术。
第二节作物产量和产量构成因子
一、作物产量
（一）生物产量：作物在整个生育期间生产和积累的有机物质的总量，即全部植株干物质的收获量。

作物栽培学总论第三章作物产量形成概论