作物栽培学总论第三章作物产量与品质的形成

教案

章节	第三章作物产量和产品品质的形成(8学时)
教学目的和要求	要求学生理解作物产量与产量构成因素间的关系，学会作物测产的方法，领会源、库、流理论及其在产量构成中的作用，明确提高作物产量潜力和产品品质的途径。
重点难点	重点：作物产量与产量构成因素间的关系，源、库、流理论及其应用。难点：提高作物产量潜力和产品品质途径的综合应用。
§1作物产量及其构成因素(2学时) 教学方法:讲授法明确:不同作物经济产量不同结合教材表3-1 通过教材表3-2、表3-3数据讲授教学方法：实验法 §2作物的“源、流、库”理论及其应用（2学时）教学方法：讲授法、讨论法本章重点理解和应用 §3作产量的潜力（1学时）讲授法:使同学了解作物产量有很大的潜力可挖。本章难点 §4作物品质及其形成（1.5学时）教学方法：讲授法教学方法：讨论法 §5作物品质的改良（1.5学时）	一、作物产量 (一)产量栽培作物的目的是获得较多的有经济价值的产品。作物产量即是作物产品的数量。作物产量通常分为生物产量和经济产量。 (二)生物产量是指作物一生中，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(块根作物外)。 (三)经济产量是指栽培目的所需要的产品的收获量，即一般所指的产量。不同作物其经济产品器官不同，禾谷类作物、豆类和油料作物的产品器官是种子；棉花为籽棉或皮棉；薯类作物为块根或块茎；麻类作物为茎纤维或叶纤维；甘蔗为茎秆；甜菜为根；烟草为叶片；绿肥作物为茎和叶等。同一作物，因栽培目的不同，其经济产量的概念也不同。 (四)经济系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=经济产量/生物产量。 1.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。一般说来，收获营养器官的作物，其经济系数比收获子实的作物要高；同为收获子实的作物，产品以碳水化合物为主的比含蛋白质和脂肪为主的作物要高。其原因是营养器官的形成过程较简单，子实的形成则须经历生殖器官的分化发育和结实成熟的复杂过程；碳水化合物如淀粉、纤维素等形成过程中需要能量相对少些，而蛋白质、脂肪的形成要经过同化产物的进一步转化，需要能量较多。禾谷类作物的经济系数还与植株高度有关。 2.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。经济产量=生物产量×经济系数二、产量构成因素作物产量可以分解为几个构成因素，并依作物种类而异。例如，禾谷类作物的产量构成为: 产量＝穗数×单穗粒数×粒重，或产量＝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×粒重薯类作物为：产量＝株数（密度）×单株薯块数×单薯重等。田间测产时，只要测得各构成因素的平均值，便可计算出理论产量。单位土地面积上的作物产量随产量构成因素数值的增大而增加。但是，作物在体栽培条件下，由于体密度和种植方式等不同，个体所占营养面积和生育环境亦不同，植株和器官生长存在着差异。一般说来，产量构成因素很难同步增长，往往彼此之间存在着负相关关系。三、作物产量形成特点作物产量的形成与器官分化、发育及光合产物的分配和累积密切相关，了解其形成规律是采用先进栽培技术，进行合理调控，实现高产的基础。 (一)产量因素的形成 1．产量因素的形成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。如果把作物的生育期概分为3个阶段，即生育前期、中期和后期，那么以子实为产品器官的作物，生育前期为营养生长阶段，光合产物主要用于根、叶、分蘖或分枝的生长；生育中期为生殖器官分化形成和营养器官旺盛生长并进期，生殖器官形成的多少决定产量潜力的大小；生育后期是结实成熟阶段，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，穗和子实干物质重量急剧增加，直至达到潜在贮存量。一般说来，前一个生育时期的生长程度有决定后一个时期生长程度的作用，营养器官的生长和生殖器官的生长相互影响，相互联系。生殖器官生长所需要的养分，大部分由营养器官供应，因此，只有营养器官生长良好，才能保证生殖器官的形成和发育。因而，在高产栽培中，应通过合理密植、施肥、灌溉等措施，建成适度的营养体，为形成较多的结实器官，增加产量提供物质基础。 2．产量因素的自动调节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体产量的补偿效应上。不同作物的自动调节能力亦不同，分蘖作物如水稻、小麦等，自动调节能力较强；主茎型作物，如玉米、高梁等，自动调节能力稍弱。穗数是禾谷类作物产量因素中调节幅度较大的因素，粒数和粒重取决于开花结实及其后的光合产物向籽粒转移的程度。由产量因素的形成过程及自动调节的规律可以看出，禾谷类作物产量因素的补偿作用，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。例如，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，也可略有补偿。生长前期的补偿作用往往大于生长后期，而补偿程度则取决于种或品种，并随生态环境和气候条件的不同而有较大差异。（二）干物质的积累与分配 1．作物的干物质积累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、直线增长期和减慢停止期。例如，玉米从出苗到拔节是缓慢增长阶段，干物质积累量较少，仅占最终生物产量的2％左右；拔节至灌浆是直线增长阶段，干物质积累量达总生物产量的73％左右；从灌浆后期到完熟的1个月左右时间内，干物质纯增量占总生物产量的25％左右。 2.干物质的分配随作物种、品种、生育时期及栽培条件而异。生育时期不同，干物质分配的中心也有所不同。以玉米为例，拔节前以根、叶生长为主，地上部叶子干重占全干重的99％；拔节至抽雄，生长中心是茎叶，其干重约占全于重的90％；开花至成熟，生长中心是穗粒，穗粒干物质积累量显著增加。（三）作物生长分析 1.作物生长分析的几个指标相对生长率(Relative growth rate，RGR)相对生长率即单位重量在单位时间内干物重的增长量，常用的单位为g／g·d或g／g·周表示。按照其定义，相对生长率(RGR)用下式表示： RGR= 上式中：W=某一时间的干物重；t=时间；当时的干物质增长速度。若假设RGR为恒定，并用R来代表，将上式积分后可得到下式： W=W0eRt 式中：W0=最初植株干物重；e=自然对数的底；从上式可知，植株体在时间t时的干物重是由植株体的最初干物重(W0)、时间(t)及相对生长率(R)来决定的。若将上式两边取自然对数，则 1nW＝1nW0十Rt 可看出1nW与t的关系为直线关系，R是直线的斜率。R为常数是假定的，事实上在多数情况下R并不垣定，而是随生长进程而变化。因此又提出了以下关系式：在实际计算时，为了方便，可用t2—t1时间内的平均相对生长率，来近似地代表R。可用下式来计算：一般以克／克·日或克／克·周为单位。净同化率(Net assimilation rate，NAR) 表示单位叶面积在单位时间内的干物质增长量。其表达式如下： NAR＝上式中：L＝某一时间的叶面积；t＝时间；＝时间t时的干物质增长速度。根据实测值计算NAR时，可用下式进行：式中：L2、L1分别是t2、t1时的叶面积。净同化率也可用下式计算：净同化率是生长分析法的一个重要的基本概念，它表示单位叶面积在单位时间内物质增长量，大体上相当于用气相分析法测定的单位叶面积同化效率的数值。它是从叶片实际同化作用中，扣除了叶片、茎及根系呼吸作用所消耗的部分以及落叶失去的部分。净同化率的单位可用g／m2·周或mg／m2·d来表示。叶面积比率(Leaf area rate, LAR) 叶面积对植株干重之比，即作物单位干重的叶面积，称为叶面积比率。可用下式计算：式中：L为叶面积；W为植株干重。应用叶面积比率则相对生长率(RGR)可用净同化率(NAR)和叶面积比率(LAR)的乘积来表示： RGR＝＝LAR·NAR 比叶面积(Specific leaf area，SLA)比叶面积即为叶面积与相应的叶重之比，用来表示叶的厚度，比叶面积越小，叶片越厚。即：SLA= 式中：L为叶面积；WL为相应的叶干重。可将叶面积比率(LAR)分解为：式中：WL／W为叶干重占植株干重的比率，叫叶干重比（LWR）。进而可推导出下式： RGR＝NAR·SLA·LWR 由上式可知，相对生长率受净同化率、比叶面积及叶干重比的影响。作物生长率(Crop growth rate，CGR) 作物生长率又叫体生长率，它表示单位土地面积上作物体干物质的增长速度，也就是单位土地面积上作物体在单位时间内干物重增长量。即：式中：A＝土地面积；＝干物质增长速度。CGR又可表示为NAR和LAI(叶面积指数)的乘积：式中：＝LAI(叶面积指数)；＝NAR(净同化率) 上式表明，作物体干物质增长速度与净同化率及叶面积指数成比例。但由于两者中NAR变动幅度较窄，所以LAI对体干物质增长的作用较大。在利用试验测定结果计算CGR时，可用下式：式中：W2、W1分别是t2、t1时测得的干物重；A为土地面积。CGR的单位是g／m2·d。生长分析法是以作物生育过程中干物质增长过程为中心进行研究的，在测定干物质增长的同时，也要测定光合器官——叶面积，这是与光合作用的生理功能密切结合的。由此得出的生育特性与丰产性能的关系，已超越了简单的相关关系，而是生态、生理的因果关系。采用生长分析方法，对于不同种类的作物，同一作物的不同品种以及同一品种在不同栽培条件下的生长发育差异，均可进行比较研究。（四）与生长分析有关的2个指标 1．叶面积指数(LAI) 概念。叶面积指数是指作物体总绿叶面积与该体所占土地面积的比值。即叶面积指数＝总绿叶面积/土地面积。例如在666.7m2土地上，有叶面积2000m2,则叶面积指数为3，作物大田生产通常是依靠单位土地面积上的作物体来进行的，所以计算叶面积指数时要以单位土地面积上的体叶面积为准而不能以单株叶面积为准。 LAI的变化动态。作物体叶面积指数随生育进程，一般呈抛物线变化。出苗后，随植株生长发育，叶面积指数由小到大，大约到体最繁茂的时候,禾谷类作物在抽穗开花期，双子叶作物在盛花结铃(或结荚、结角)期，叶面积指数达到最大值，而后随着部分叶片老化变黄或脱落、叶面积指数逐渐减少。生产上欲达到一定的产量水平，要求体叶面积指数有一个合理的发展动态，而且要求一生中叶面积指数最大值出现的时间要适宜，其值的大小要适中。最适叶面积指数。在体干物质生产和经济产量达到最大时的体叶面积指数的最大值叫最适叶面积指数，它的大小因生产水平、作物种类和品种而异。一般叶片上冲、株型紧凑的作物或品种，最适叶面积指数较大；而叶片平展、株型松散的作物或品种，最适叶面积指数较小。需要注意，叶面积指数不是越大越好，过大时叶片互相遮蔽，降低体透光度，导致减产。影响LAI变化的因素。LAI随作物种类、生育时期、种植密度及栽培环境等而变化。禾谷类作物体LAI比阔叶类体的大，LAI于生育中期达最大值，并保持一段平稳期，生育后期逐渐下降。种植密度和氮肥施用量对LAI影响都较明显。 2．光合势(叶·日积，叶面积持续期，LAD)：指在某一生育时期或整个生育时期内体绿叶面积的逐日累积，光合势的单位以平方米·日来表示。计算某一时期内的光合势的方法，一般是以这一时期内单位土地上的日平均叶面积乘以这一时期延续的天数。在体生长正常的条件下，体干物质积累数量与光合势呈正相关。不同作物及品种达到不同产量水平对光合势的大小指标有一定要求。生产上并非叶面积越大越好，叶面积过大反而会引起减产。不同作物和品种在cvb不同的栽培条件下，有其最适的LAI和坏小孩定理LAD。一、源（一）什么叫“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，源是指生产和输出光合同化物的叶片。就作物体而言，则是指体的叶面积及其光合能力。因此，作物体和个体的发展达到叶面积大，光合效率高，才能使源充足，为产量库的形成和充实奠定物质基础。在水稻、小麦、玉米、棉花等作物上，通过剪叶、遮光、环割等处理，人为减少叶面积或降低光合速率，造成源亏缺，都会引起产品器官的减少，如花器官退化，不育或脱落，或产品器官充实不良，如秕粒增多，粒重下降等。（二）源的作用可概括为“建库”和“充库”。二、库（一）什么叫库？从产量形成的角度看，库主要是指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；薯类作物则取决于单位土地面积上的块根或块茎数和薯块大小上限值。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，籽粒大小则决定于灌浆成熟期。同样，块根或块茎数于生育前期形成，薯块大小则决定于生长盛期。（二）库的潜力的大小库的潜力存在于库的构建中。如玉米体库的潜力由体个体数及个体库潜力所决定，体个体数决定穗数，个体库潜力与籽粒数量、体积和干重相关。禾谷类作物穗的库容量由籽粒数和籽粒大小所决定，两者有互补效应。小麦遮光和剪半穗处理，籽粒数减少，籽粒大小有所增加，但是，籽粒大小的增加不足以补偿粒数减少造成的穗粒重减轻(Bingam，1969)。三、流潍坊日向友好学校（一）什么叫流？流是指作物植株体内输导系统的发育状况及其运转速率。作物光合器官的同化物除一小部分供自身需要外，大部分运往其他器官供生长发育及贮备之用。光合作用形成的大量有机物质构成了较高的生物产量，如果运输分配不当，使较多的有机物留在茎和根之中，经济产量就会降低。（二）流的主要器官流的主要器官是叶、鞘、茎中的维管系统，其中穗颈维管束可看作源通向库的总通道，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，少部分是有机氮化合物。同化物的运输受多种因素的制约，韧皮部输导组织的发达程度，是影响同化物运输的重要因素；适宜的温度、充足的光照和养分(尤其是磷)均可促进光合作用以及产物由源向库的转运。流的实际完成量可用灌浆强度×灌浆时间＝粒重，再乘以单位面积总粒数(穗数×穗粒数)求得，实际等于经济产量。四、源、流、库的协调及其应用（一）源、流、库三者的关系源、流、库是决定作物产量的3个不可分割的重要因素，只有当作物体和个体的发展达到源足、库大、流畅的要求时，才可能获得高产。实际上，源、流、库的形成和功能的发挥不是孤立的，而是相互联系、相互促进的，有时可以相互代替。 1．从源与库的关系看，源是产量库形成和充实的物质基础。作物在正常生长情况下，源与库的大小和强度是协调的，否则，若有较多的同化物而无较大的贮存库，或者有较大的贮存库而无较多的同化物，均不能高产。因此，要争取单位面积上的体有较大的库容量，就必须从强化源的供给能力入手。水稻幼穗分化期遮光，降低源的供给能力，使每穗颖花数减少40％，空秕粒率增加50％，千粒重下降10％左右(江苏省杂交稻气象问题研究协作组，1982)。库对源的大小和活性有明显的反馈作用。水稻去穗试验(刘承柳，1985)证明，去穗6天后叶片的光合速率比不去穗的对照株降低52．3％，单茎积累的干物重仅为对照的55．51％。由此可见，水稻叶片的光合速率和干物质积累量均受库器官的制约。在高产栽培中，适当增大库源比对提高源活性，促进干物质积累具有重要意义。 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，由于叶片自身生长的需求，又是光合产物的贮存器官。茎的生长过程中，贮积了大量有机物，开花后这些结构成分可能被“征调”转移到籽粒中。 3．从库、源与流的关系库、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。对水稻进行剪叶、疏茎、整穗等处理(凌启鸿等，1982)，可能使植株光合产物分配有明显改变。粒叶比越高，即相对于源的库容量越大，叶片光合产物向穗部输送的越多，留在叶和茎中的越少。另据Wardlaw(1965)试验，摘除小麦穗子2／3籽粒时，标记同化物由剑叶到达茎之后，在茎中向上运输速度至少比完整穗存在时慢l／3，同化物在根中积累量增加。通常，同化物的运输是由各生长部位的相对库容量决定的，要使同化物更多地转运到穗器官，必须增加穗的相对需求量(拉力)。 4．源、流、库与产量源、流、库在作物代谢活动和产量形成中构成统一的整体，三者的平衡发展状况决定作物产量的高低。一般说来，在实际生产中，除非发生茎秆倒伏或遭受病虫危害等特殊情况，流不会成为限制产量的主导因素。但是，流是否畅通直接影响同化物的转运速度和转运量，也影响光合速率，最终影响经济产量。关于输导系统发育与库关系的研究已有许多报道，如小麦茎秆大维管束系统的发育与小穗数、穗粒数及穗粒重相关极显著(李金才等，1996)，穗下节间大维管束数与分化小穗数呈极显著正相关(彭永欣等，1992)；水稻穗颈维管束数与穗粒数呈极显著正相关，粳稻穗颈维管束数主要由遗传因素控制，提高肥力和降低密度，穗颈维管束数变化不大，籼稻穗颈维管束发达，穗大粒多(徐正进等，1998)。因此，培育健壮的茎秆，使输导组织发达，可以促进库的形成。在高产品种选育时，穗颈大、小维管束数应作为选育的重要指标。例如，在水稻超高产育种中，从源、库、流的关系分析高产品种的特点，认为选育穗颈维管束发达，穗大粒多的大穗型品种是北方粳稻超高产的主要途径，穗颈维管束发达可以提高大穗型品种的成熟率。源、库的发展及其平衡状况往往是支配产量的关键因素源、库在产量形成中相对作用的大小随品种、生态及栽培条件而异。曹显祖等(1987)的研究发现，中熟灿粳稻品种间源库特征及其与产量的关系明显不同。增源即可增产的品种，单位叶面积颖花数较多或粒重较高，叶源不足使结实率低，籽粒异步灌浆，茎鞘输出的干物重占籽粒增重的比率较高，可达22.4％一28.2％，表现出对源不足的较大补偿作用；增库即可增产的品种，单位叶面积颖花数较少或颖壳总容量小，叶源充足，结实率高，籽粒同步灌浆，茎鞘输出于物质占籽粒增重的比率低(4.8％一8.7％)，这类品种的库容大小是决定产量的主导因素；源库互作型品种，源库关系较协调。该研究还发现，在不同氮素营养条件下，多数品种发生型变，因而，增产的主攻方向及措施应随之改变。陈国平等(1998)通过玉米的异地种植及剪叶剪穗处理，研究了源库与产量的关系。结果表明，减源(剪半叶)处理下，库容量较大的多花型品种掖单13(800—900朵花/穗)比库容量相对小的品种鲁玉10号(600朵花/穗)减产幅度大(表3—5)；减库(剪半穗)处理下，库容量小的品种减产幅度大；在光照充足地区，减源处理减产幅度明显低于阴雨天多的地区。由此可见，源、库都是限制产量的主要因素，但相比之下，库容量大小对产量的作用更为重要。减1／2库使产量降低了32％，而减1／9源仅使产量降低22．5％。 5．栽培上的应用分析不同产量水平下源、库的限制作用，对于合理运筹栽培措施，进一步提高产量是十分必要的。一般说来，在产量水平较低时，源不足是限制产量的主导因素。同时，单位面积穗数少，库容小，也是造成低产的原因。增产的途径是增源与扩库同步进行，重点放在增加叶面积和增加单位面积的穗数上。但是，当叶面积达到一定水平，继续增穗会使叶面积超出适宜范围，此时，增源的重点应及时转向提高光合速率或适当延长光合时间两方面，扩库的重点则应由增穗转向增加穗粒数和粒重。水稻超高产栽培，产量的主要限制因素是库而不是源，只有在增库的基础上扩源，即在增加单位面积颖花数的基础上，提高抽穗后体物质生产量，才能进一步提高产量。凌启鸿等认为，高产更高产的方向是既有高的最适叶面积指数，又有高的粒叶比。要提高最适叶面积指数，改良株型是主要途径，粒叶比的提高离不开叶片光合特性的改良。由此可见，高产的关键不仅在于源、库的充分发展，还必须根据作物品种特性、生态及栽培条件，采取相应的促控措施，使源库协调，建立适宜的源库比。饮食与健康的关系一、作物产量潜力作物单位面积产量究竟能达到多高水平，也就是作物的生产能力究竟有多大?这是人们特别是农业工作者十分关心的问题。在1991年召开的“作物产量的生理和决定”国际学术研讨会上，美国学者G．Still提出了作物产量的4个“A”即：Al为绝对产量(Absolute yield)，A2为可达到的产量(Attainable yield)，A3为合算产量(Affordable yield)，A4为实际产量(Actual yield)。绝对产量是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，其决定于品种(基因型)的遗传潜力；可达到的产量是不计成本采用目前最好的科学技术而达到的产量；合算的产量是经济效益达到最高时的产量，取决于栽培管理的经济条件；而实际的产量是在具体的生产条件下所能形成的产量，称为现实生产力，它与前三种产量的差距往往是很大的。他提出运用科学技术应当缩小以上四者的差距，使实际产量逐渐与绝对产量接近。 (一)作物产量潜力的估算对于作物产量潜力的大小有多种估算方法，最常用的是根据对太阳辐射的光能利用率进行估算，叫光合生产潜力。 1．估算方法。太阳辐射能进入地球大气后，能量是相当大的，这些射到地面作物体上的太阳能有三个去向，一是被反射掉一部分，二是漏射到地面被土壤吸收一部分，三是被作物体利用的部分。在被作物吸收的这部分当中也并不能全部用于光合作用，能够用于光合作用的部分(光合有效辐射)约占总辐射的47%，其余的一半多转化成热而散失于空气中。还有光合有效辐射也不能全部转化到光合产物中，据测定，光合作用的最大转化效率为28%。假设在最优条件下，按反射和漏射占15%，光合有效辐射占总辐射的47%，最大光合作用转化效率为28%，呼吸消耗占50%，非光合器官吸收10%，那么：最大光能利用率＝(1-0.15)×0.47×0.28×(1-0.5)×(1-0.1)＝5% 也就是说，太阳总辐射的最大利用率的理论值为5%左右。国内外不少学者也大致得出了5%～6%的结论。目前我国见诸文字报道的粮食作物单产最高纪录有：湖南l亩水稻亩产891.5公斤；青海3.9亩小麦亩产1013公斤；吉林13.5亩玉米，亩产l113公斤。这些创高产的纪录，其光能利用率比较高。目前我国农田的平均光能利用率仅为0.32%～0.4%，全世界农田平均为0.2%，地球上水陆植物平均仅有0.1%，可见作物产量还有很大的潜力可挖。 2.．太阳辐射资源全年太阳辐射量的分布，因纬度、季节、太阳日照时数和地势的不同有很大差异。从全国来说，青藏高原最多，可达779千焦／cm2·年；四川盆地最少，为335～449千焦／cm2·年；多数地区为586千焦／cm2·年。山西省太阳辐射量的分布，一般呈由南向北递增的趋势，如晋南盆地为502～523千焦／cm2·年，晋北盆地为586～603千焦／cm2·年。全年太阳辐射量中只有在作物可生长季节内的才可以被作物利用。山西不同地区气候差异较大。不同地区可利用的太阳辐射能不同。无霜期最短的地区(75～80d)只能利用当地全年太阳辐射量的21%～22%；无霜期最长的地区(205天)可利用当地全年太阳辐射量的56.4%。但由于每种作物在不同地区的生育期有限，而且受温度、降雨等因素的影响，所以各种作物只能利用其生育期间的那部分辐射资源。因此，在作物生产上，采用合理的种植制度和种植方式，改善栽培条件，就能较充分地利用当地的太阳辐射资源。 (二)光温生产潜力 1．为什么要进行温度订正？温度虽然不是作物生长发育的源，但是，作物的生理代谢、生化反应及生长发育均受温度所制约，特别是光合速率随温度变化而有很大不同。因此，必须对光合生产潜力进行温度订正，订正后的作物生产潜力叫光温生产潜力。 2．光合生产潜力进行温度订正的方法对光合生产潜力进行温度订正有多种方法。其中，采用无霜期指标进行订正比较常见。无霜期的物理意义较明确，即温度降到0℃时出现霜冻，作物在出现霜冻前已受冷害或冻害，最低温度高于0℃，白天的温度可以达到作物活动温度，因此，无霜期是重要的农业气候指标，无霜期越长，对作物生长越有利。无霜期在年际间随气候变化而有所不同，实际应用时应遵照各地传统的安全期。无霜期是个累积数字，即一年中从春天最后一次霜(终霜)至秋天第一次霜(初霜)的天数，便于计算。如果设某地无霜期为n天，以n／365混凝土侧压力表示光合生产潜力的温度有效系数T，该地作物为：光温生产潜力PT＝Pf·T。在有霜冻的地区，T值必然小于1。 (1—n／365)为温度衰减系数，即无霜期以外的温度系数，在全年无霜的地区，T值为1，衰减系数为0，表示温度对光合生产潜力不起限制作用。 3．光温生产潜力的分布我国是一个多霜的国家，大部分地区位于温带，有霜范围很广。一般年份，除海南岛、云南省和台湾省部分地区外，均有霜冻出现。将各地区的温度有效系数乘上光合生产潜力，便得出各地区的光温生产潜力(图3—4)。〔三〕光温水生产潜力 1.我国广大地区光照条件较好，光合生产潜力高，作物产量水平较低的西部地区，光资源比东部好； 2.东部地区温度、水分条件与光照条件配合协调，生产潜力高； 3.限制光合生产潜力的主要因子，西部地区是水分不足，青藏高原和东北地区是低温； 4.气候一生物生产潜力与实际生产力变化趋势相一致，可作为确定产量目标的依据。二、提高产量潜力的途径（一）限制光能的原因 1.光能转化率低；2.一年中作物生长初期覆盖度较小；3.中高纬度地区，每年有一段低温时期，生长仅限于春夏两季；4.光合作用过程受空气中二氧化碳浓度的影响；5.营养缺乏；6.病虫害的危害等等。 (二)实现光合潜力理论值的条件针对以上原因，从理论上讲，要达到光合潜力理论值的高限(5%～6%)，必须具备下列条件：1.具有充分利用光能的高光合效能的作物品种；2.空气中二氧化碳浓度正常；3.环境因素均处于最佳状态；4.具备最适于接受和分配阳光的体结构。（三）提高光能利用率的途径在作物生产上应从改良品种和改善环境两方面考虑。 1.培育高光效品种。要求作物品种具有高光合能力，低呼吸消耗，光合作用能保持较长时间，叶片大小、着生角度适当，株型、长相均有利于田间体最大限度地利用光能。 2.充分利用生长季节，合理安排种植制度。采用间作、套种及复种等方式，增加复种指数，在温度许可的范围内，一年内在同一块土地上延长作物生长时间，特别是在光合潜力最大的时期，使单位土地面积上有较大的绿叶面积，以求提高光能利用率。 3.采用科学合理的栽培措施。首先要因地制宜合理安排种植方式，调节体内的光分布，建立一个合理的体结构，最大限度地利用光能。其次要加强科学管理，正确运用水肥促控措施，以满足作物各个阶段对外界环境的要求，适时防治病虫害，保证作物健壮生长。 4.运用现代科学研究新成果，提高光合效率。随着作物生产集约化程度的提高，作物栽培的促控技术日益受到人们的重视。如利用现代数学方法和电子计算机等手段、建立作物生长模型，利用多指标多手段调控作物生长发育向有利于人们需要的方向发展，还有作物模式化栽培，专家决策支持系统、地膜覆盖技术、化控技术等的应用，对挖掘作物增产潜力均起了很重要的作用。为了在不久的将来实现作物产量的潜力，仍需在以上几个方面不断继续深入地探讨研究。一、作物品质的概念和评价指标（一）品质的概念 1．什么叫品质？作物产品的品质是指产品的质量，直接关系到产品的使用价值和经济价值。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。作为食用的产品，其营养品质和食用品质更重要，作为衣着原料的产品，其纤维品质是人们所重视的。 2．什么叫优质？从狭义上说，优质主要是指农产品自身及其延伸所表现出的优良品质，如食用农产品包括营养品质、食用品质、加工品质和商业品质四个方面。 3．什么叫营养品质？指农产品所含的营养成分，如蛋白质；脂肪、淀粉以及各种维生素、矿质元素、微量元素等。还包括人体必需的氨基酸、不饱和脂肪酸、支链淀粉与直链淀粉及其比例等。营养品质反映产品的营养价值。好的营养品质一方面要求富含营养成分，另一方面要求各种营养成分的比例合理。 4．什么叫食用品质？主要指适口性即人食用时的感觉好坏，即通常说的好吃不好吃。如稻米蒸煮后的食味、黏性、软硬、香气等差异，表现为不同的食用品质。 5．什么叫加工品质？一方面指农产品是否适合加工，另一方面指加工以后所表现出来品质。加工品质不仅与农产品质量有关，而且与加工技术有关。 6．什么叫商业品质？是指农产品的外观和包装如形态、泽、整齐度、容重、装饰等，也包括是否有化学物质的污染。若农产品存在着整齐度差、纯度、净度不高以及装饰粗糙等问题，则在国际市场上的竞争力就会下降。农产品中的植酸、单宁、芥酸、硫代葡萄糖甙、棉酚及胰岛蛋白酶抑制素等，从营养学观点看是一类有害的化学成分。植酸的存在，影响人体对钙、磷的吸收；高粱中的单宁，不仅有涩味，还会降低蛋白质的利用率；油菜中的芥酸，在人体内消化吸收较慢，并可能带有毒性；硫代葡萄糖甙经芥子酶水解后可生成有毒的异硫氰酸盐和唑烷硫酮；棉酚的存在影响棉花系列产品的综合利用；大豆中的胰蛋白酶抑制素，抑制蛋白质分解为可吸收的各种氨基酸，但加热煮熟后便可将其破坏，失去影响消化的作用。由此可见，农产品中有害化学成分的高低，直接影响着人类的健康，但通过选用无种或采用一些物理、化学、生物方面的脱毒技术，即可提高其品质。（二）评价作物产品品质的指标。 1．生化指标生化指标中包括作物产品所含的生化成分，如碳水化合物、脂肪、蛋白质、微量元素、维生素等，还有有害物质含量以及化学农药、有毒金属元素等污染物质的含量等。 2．物理指标如产品的形状、大小、泽、滋味、香气、种皮厚度、整齐度、纤维长度及纤维强度等。每种作物都有具体的指标体系。二、各类作物的品质概述 (一)粮食作物的品质粮食作物产品品质可概括为营养品质、食用品质、加工品质及商品品质等。 1．营养品质禾谷类作物，如小麦、水稻、玉米、高粱、谷子等是人类获取蛋白质和淀粉的主要来源。禾谷类作物籽粒中含有大量的蛋白质、淀粉、脂肪、纤维素、糖、矿物质等。由于蛋白质是生命的基本物质，因此，蛋白质含量及其氨基酸组分是评价禾谷类作物营养品质的重要指标。食用豆类作物，如大豆、蚕豆、豌豆、绿豆、小豆等，其籽粒富含蛋白质，而且蛋白质的氨基酸组成比较合理，因此营养价值高，是人类所需蛋白质的主要来源。大豆作为蛋白质作物，籽粒的蛋白质含量约占40％，其氨基酸组成接近“全价蛋白”，大豆蛋白质的生物价值为64—80。其他豆类籽粒蛋白质含量在20％—30％，蛋白质组分中，赖氨酸含量较高，但蛋氨酸和氨酸含量较少，与禾谷类混合食用，可以达到氨基酸互补的效果。薯芋类作物的利用价值主要在于其块根或块茎中含有大量的淀粉，甘薯块根淀粉含量在20％左右，马铃薯块茎含淀粉10％—20％之间，高者可达29％。甘薯块根中蛋白质的氨基酸种类多于水稻、小麦，营养价值较高，马铃薯块茎中非蛋白质含氮化合物以游离氨基酸和酰胺占优势，提高了块茎营养价值。此外，块茎中含有大量的维生素C(每100g含10—25mg)。 2．食用品质。作为食物，不仅要求营养品质好，而且要食用品质好。以稻米为例，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。一般认为，直链淀粉含量低、胶稠度长、糊化温度较低是食味较佳的标志。外观品质中的透明度与食味有极密切的关系。小麦、黑麦、大麦等麦类作物的食品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。一般面筋含量越高，其品质越好，烘制的面包质量越好。面筋的质量是根据其延伸性、弹性、可塑性和教结性进行综合评价的。 3．加工品质和商品品质。评价指标随作物产品不同而不同。水稻的碾磨品质是指出米率，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，一般籽粒近球形、腹沟浅、胚乳大、容重大，粒质较硬的白皮小麦出粉率高。甘薯切丝晒干时，要求晒干率高，提取淀粉时，要求出粉率高、无异味等。稻米的外观品质即是商品品质，优质稻米要求无垩白、透明度高、粒形整齐；优质玉米要求泽鲜艳、粒形整齐、籽粒密度大、无破碎、含水量低等。 (二)经济作物的品质 1．纤维作物的品质。棉花的主要产品为种子纤维。棉纤维品质由纤维长度、细度和强度决定。我国棉纤维平均长度在28mm左右，35mm以上的超级长绒棉也有生产。一般陆地棉的纤维长度在21—33mm之间，海岛棉在33—45mm之间。纤维的外观品质要求洁白、无僵黄花、成熟度好、干爽等。 2．油料作物的品质。脂肪是油料作物种子的重要贮存物质。油料作物种子的脂肪含量及组分决定其营养品质、贮藏品质和加工品质。一般说来，种子中脂肪含量高，不饱和脂肪酸中人体必需脂肪酸——油酸和亚油酸含量较高，且两者比值(O/L)适宜，亚麻酸或芥酸(油菜油)含量低，是提高出油率、延长贮存期、食用品质好的重要指标。 3．糖料作物的品质。甜菜和甘蔗是两大糖料作物，其茎秆和块根中含有大量的蔗糖(Cl2H22O11)，是提取蔗糖的主要原料。出糖率是糖料作物的加工品质评价指标。 4．嗜好作物主要有烟草、茶叶、薄荷、咖啡、啤酒花等。烟草烟叶品质由外观品质、化学成分、香吃味和实用性决定。烟叶质量通常分为外观质量和内在质量。外观质量即是烟叶的商品等级质量，如成熟度、叶片结构、颜、光泽等外表性状；内在质量是指烟叶的化学成分、燃吸时的香气吃味、劲头、刺激性等烟气质量以及作为卷烟原料的可用性。 (三)饲料作物的品质常见的豆科饲料作物如苜蓿、草木樨，禾本科饲料作物如苏丹草、黑麦草、雀麦草等，其饲用品质主要决定于茎叶中蛋白质含量、氨基酸组分、粗纤维含量等。一般豆科饲料作物在开花或现蕾前收割，禾本科饲料作物在抽穗期收割，茎叶鲜嫩，蛋白质含量最高，粗纤维含量最低，营养价值高，适口性好。三、作物品质形成的生理生化基础通过讨论，了解不同类型作物，其产品的内在质量与不同生育阶段的物质答谢关系极为密切，要想获得高质量的产品，必须了解品质形成的规律。一、影响农产品品质的因素肉肉更健康影响作物产品品质的因素是错综复杂，归纳起来主要受遗传控制、气候生态因素、栽培措施等三个方面的影响。（一）遗传因素（基因型）对作物品质的影响 1．不同作物的品质不同。禾谷类作物以碳水化合物为主，油料作物以脂肪为主，豆类作物除大豆脂肪含量较高外，其他蛋白质含量较高与油料作物相近，但脂肪含量却较少。这些都与它们的基因型不同有关。 2．同一作物不同品种的品质不同。如高油玉米脂肪含量高而普通玉米则低。强筋小麦蛋白质和湿面筋含量比弱筋小麦高。大豆不同品种含油量和蛋白质量也不同。 (二)气候生态因素 1．地理因素同一作物产品品质的优劣，因种植的地理环境条件不同，而有很大的差异。如小麦籽粒的蛋白质含量随地理位置的南移，雨量和相对湿度的增加，而逐渐减少；大豆蛋白质的含量为南高北低，大豆油分则相反，纬度越高，越有利于油分的积累；海拔高度对烟草尼古丁的含量影响比较大； 2．季节因素同一种作物，由于种植与成熟的季节不同，产品品质差异很大。如早稻与晚稻相比，一般都是早稻稻米的品质比晚稻差。主要表现在：早稻米质腹白较多，米质疏松，加工时易产生碎米，特别是早籼品种的蒸煮品质不佳；晚稻米质则腹白少，米质坚实，碎米少，米饭食味和蒸煮品质也比早稻好。 3．温、光因素温度和光照同样影响作物产品的品质，如棉花生长后期的棉桃纤维之所以成熟度低、强度差，主要是由于低温影响纤维素的淀积，次生胞壁较薄的缘故。又如棉纤维在日光下暴晒940h，其纤维强度即可下降50％，这是由于在日光的作用下，纤维素可在空气中逐渐氧化，生成氧化纤维素，使纤维变得脆弱。 (三)栽培措施栽培技术措施对作物产品品质有很大的影响。如甘薯增施钾肥除能加强根部形成层的活动，增加块根数和加速块根的肥大外，还能减少块根纤维，增加糖分和淀粉含量，从而增进甘薯的品质；又如通过调整播种期和调控棉花生育进程，争取在最佳的温、光条件下多结伏桃和早秋桃，才能达到优质高产。做好病虫草害的防治工作，对作物产品品质的影响也很大，如小麦赤霉病、甘薯黑斑病等都使可品质降低。二、提高作物产品品质的途径 (一)选用优质品种随着育种手段的不断改进，品质育种越来越受到重视，粮、棉、油等主要作物的优质品种，有很多得到了推广。如“四低一高”(低纤维、低芥酸、低硫代葡萄糖甙、低亚麻酸、高亚油酸)的油菜品种；高蛋白质、高脂肪的大豆品种；高赖氨酸的玉米品种；抗病虫的转基因棉花品种等，都对我国的高产优质农业起到了推动作用，以后在提高作物产品品质方面，仍将起着重要的作用。 (二)改进栽培技术研究和实践表明，在作物生长发育过程中，采取各种栽培措施都可以影响产品的品质，所以，优良的栽培技术是提高产品品质的一条途径。 1．合理轮作合理轮作是通过改善土壤状况、提高土壤肥力而提高作物产量和品质的。如棉花和大豆轮作，可使棉花产量增加，成熟提早，纤维品质提高；马铃薯和玉米间作，可防止马铃薯病毒病，提高其品质等。 2．合理密植作物的体过大，个体发育不良，可使作物的经济形状变劣，产品品质降低。如小麦体过大，后期引起倒伏，子粒空瘪，蛋白质和淀粉含量降低，产量和品质下降，但是纤维类作物，适当增加密度，能抑制分枝、分蘖的发生，使主茎伸长，对纤维品质的提高有促进作用。 3．科学施肥营养元素是作物品质提高不可缺少的因子之一，用科学的方法施肥，能增加产量，改善品质。如棉花，适当增施氮肥能增重棉铃、增长纤维；施磷肥可增加衣分和子指；施钾肥可提高纤维细度和强度；使用硼、钼、锰等微量元素能促进早熟，提高纤维品级等。对烟草而言，过多施用氮素，会造成贪青晚熟；难以烘烤，使品质下降。所以，要针对不同的作物，合理施用营养元素，提高其品质。 4．适时灌溉与排水水分的多少也会影响产品品质。水分过多，会影响根系的发育，尤其对薯类作物的品质极为不利，可使其食味差、不耐贮藏、肉不佳，甚至会产生腐烂现象。如土壤水分过少，也会使薯皮粗糙，降低产量和品质；陆稻和水稻的水分条件不同，使陆稻的蛋白质比水稻高，但在食味方面，往往水稻比陆稻好。 5．适时收获小麦要求在蜡熟期收获，到了完熟期蛋白质和淀粉含量均有下降；水稻收获过早，糠层较厚；棉花收获过早或过晚都会降低棉纤维的品质。此外，作物农药的残留、杂草的危害等都会影响产品品质。 (三)提高农产品的加工技术农产品加工是改进和提高其品质的重要措施之一。农产品中的有害物质(单宁、芥酸、棉酚等)可以通过加工的方法降低或取剔。如菜籽油经过氧化处理后，将几种脂肪酸不同的油脂调配成“调和油”，极大地改善了菜籽油的品质；将稻谷加工成一种新型的超级精米，使80％的胚芽保留下来，其品质较一般米优良。另外，在食品中添加人类必需的氨基酸、各种维生素、微量元素等营养成分，制成形、、味俱佳的食品，大大提高了农产品的营养品质和食用品质。三、作物产量与品质的关系作物产量和产品品质是作物栽培、遗传育种学科研究的核心问题，实现高产优质的栽培是作物遗传改良及环境和措施等调控的主要目标。作物产量及品质是在光合产物积累与分配的同一过程中形成的，因此，产量与品质问有着不可分割的关系。不同作物，不同品种，其由遗传因素所决定的产量潜力和产品的理化性状有很大差异，再加上遗传因素与环境的互作，使产量和品质间的关系变得相当复杂。（一）一般高成分，特别是高蛋白质、脂肪、赖氨酸等含量很难与丰产性相结合从世界人类的需求看，作物产品的数量和质量同等重要，而且对品质的要求越来越高。实际上，即使是以提高某些成分为目标，但最终仍是以提高营养产量或经济产量为目的。在大多数作物上观察到，一般高成分，特别是高蛋白质、脂肪、赖氨酸等含量很难与丰产性相结合。作物产品中的有机化合物都是由光合作用的最初产物——葡萄糖进一步转化合成的。据研究，不同的有机化合物和具有不同成分的作物籽粒的形成所需要的葡萄糖数量不同，形成淀粉、纤维素，与所利用的葡萄糖重量比为0．83，即1g葡萄糖可以转化形成0．83g的淀粉或纤维素；形成蛋白质和脂肪，与所利用的葡萄糖重量比则分别为0．40—0．62和0．33。水稻籽粒以淀粉为主要成分，而大豆籽粒是以蛋白质和脂肪为主要成分，这两种作物籽粒形成与所利用的葡萄糖重量比分别为0．75和0．50。显然，在光合作用生产的葡萄糖量相等时，籽粒中的化学成分以淀粉为主的作物，其产量必然高于那些以蛋白质和脂肪为主要成分的作物。换言之，若提高籽粒中蛋白质或脂肪含量，产量将会有所下降，除非进一步提高作物的光合效率，增强物质生产的能力。（二）禾谷类作物，如小麦、水稻、玉米，其籽粒蛋白质含量与产量呈负相关，高赖氨酸玉米比普通同型种产量低。美国内布拉斯加大学研究了9个小麦品种产量与蛋白质含量的相关关系，发现有正相关，也有负相关，说明高产与低蛋白质含量不存在必然的内在联系，可以通过育种和栽培等措施，在提高产量的同时，改善品质，达到高产优质的目的。近年来，产量和品质兼优品种的选育已取得很大进展。如前所述，环境和栽培措施对作物产量和品质均有明显影响。一般认为，不利的环境条件往往会增加蛋白质含量，提高蛋白质含量的多数农艺措施往往导致产量降低。但是，产量和蛋白质含量间的关系不是直线关系，合理的栽培措施，适宜的生态环境常常是既有利于提高产量，又利于改善品质。随着生物技术的发展，通过进一步扩大基因资源，改进育种方法，利用突变育种或近缘种技术，根据作物、品种的生态适应性，实行生态适种，调节不同生态条件下的栽培技术，创造遗传因素与非遗传因素互作的最适条件等，是可以打破或削弱产量与品质间的负相关关系，促进正相关关系的。
本章思考题	1．作物产量与产量构成因素间的关系如何? 2．何谓源、库、流?它们在作物产量形成中的作用是什么? 3．如何提高作物的产量潜力? 4．提高作物品质的途径有哪些?
主要参考资料	1.李焕章,韩学信主编.《作物栽培学》.中国农业科技出版社.1997.4 41-59 2.杨守仁,郑丕尧主编.《作物栽培学概论》.中国农业出版社.1989.10 86-126
备注	教案有电子版本。