三大糧食作物產(chǎn)量形成定量化分析及其高產(chǎn)途徑研究.pdf

1、作物高產(chǎn)理論的發(fā)展和栽培技術(shù)創(chuàng)新是作物產(chǎn)量提高的主要途徑，也是作物高產(chǎn)研究的重要方向。本研究以作物產(chǎn)量分析“三合結(jié)構(gòu)”模式為基礎(chǔ)，以東北平原春玉米、華北平原冬小麥、夏玉米以及長(zhǎng)江中下游平原稻麥、雙季稻和再生稻為研究對(duì)象，對(duì)高產(chǎn)作物群體源庫(kù)關(guān)系以及產(chǎn)量形成生態(tài)條件進(jìn)行了初步定量化分析，取得以下主要結(jié)果： (1)在作物產(chǎn)量分析“三合結(jié)構(gòu)”模式二級(jí)結(jié)構(gòu)層各因素的關(guān)系基礎(chǔ)上，建立了“三合結(jié)構(gòu)”定量方程，并利用田間試驗(yàn)與模型模擬相結(jié)合的方

2、法，實(shí)現(xiàn)了水稻、春玉米、夏玉米和冬小麥的定量方程各參數(shù)的定量。進(jìn)一步研究確定了玉米“三合結(jié)構(gòu)”定量方程各參數(shù)之間的具體函數(shù)關(guān)系式，通過(guò)公式代換可推導(dǎo)出某一已知參數(shù)與目標(biāo)參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系，且計(jì)算數(shù)值與測(cè)定數(shù)值非常接近。作物產(chǎn)量“三合結(jié)構(gòu)”定量方程的建立及參數(shù)間函數(shù)關(guān)系式的確立，為作物群體定量化研究提供了新的思路和方法。為全面掌握群體參數(shù)變化與產(chǎn)量形成的定量關(guān)系、明確產(chǎn)量提高的關(guān)鍵限制性因素以及指導(dǎo)作物生產(chǎn)技術(shù)調(diào)控等方面的研究提供了一定的理

3、論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。 (2)結(jié)合田間試驗(yàn)及模型模擬，通過(guò)數(shù)據(jù)歸一化處理，建立了適用于玉米、水稻和冬小麥的葉面積動(dòng)態(tài)模擬的相對(duì)葉面積指數(shù)(LAI)動(dòng)態(tài)模型。通過(guò)對(duì)LAI及出苗至成熟天數(shù)進(jìn)行歸一化處理，即分別將最大LAI(LAI<,max>)和全生育期(出苗至成熟)天數(shù)定為1，以作物生育期內(nèi)各時(shí)期的LAI值及該時(shí)期距出苗期的天數(shù)分別除以LAI<,max>和和全生育期天數(shù)，得到各時(shí)期相應(yīng)相對(duì)LAI(取值范圍[0，1])和相對(duì)時(shí)間(取值范

4、圍[0，1])。以相對(duì)LAI(y)和相對(duì)時(shí)間(x)為參數(shù)進(jìn)行模擬，得到相對(duì)LAI動(dòng)態(tài)模型y=(a+bx)/(1+cx+dx<'2>)。該模型自拔節(jié)期起便可根據(jù)測(cè)定葉面積數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)生育期內(nèi)的作物L(fēng)AI，變化動(dòng)態(tài)進(jìn)行較準(zhǔn)確地模擬。利用該模型還可以估算出作物生育期間的平均LAI和總光合勢(shì)，以及任一時(shí)間點(diǎn)的LAI和任一時(shí)段的光合勢(shì)；結(jié)合田間調(diào)查數(shù)據(jù)，還可得到作物生長(zhǎng)期間的平均凈同化率及平均作物生長(zhǎng)率等重要的產(chǎn)量相關(guān)生理參數(shù)。模型的建立為作物產(chǎn)量

5、“三合結(jié)構(gòu)”定量方程的參數(shù)的確定奠定了基礎(chǔ)；同時(shí)，作物群體生育期內(nèi)的LAI模擬數(shù)據(jù)可作為判斷作物群體發(fā)展合理與否以及作物群體性能優(yōu)劣的理論依據(jù)。 (3)對(duì)作物高產(chǎn)區(qū)的土壤質(zhì)地、土壤養(yǎng)分含量以及生長(zhǎng)季內(nèi)降水、積溫和日照時(shí)數(shù)等因素的分析結(jié)果表明，各高產(chǎn)地區(qū)的生態(tài)條件在正常年份基本上都能滿足作物的高產(chǎn)需要，高產(chǎn)地區(qū)光熱水資源與產(chǎn)量沒(méi)有明顯的相關(guān)。光熱水資源的時(shí)空分布及其之間的協(xié)調(diào)程度可能是導(dǎo)致作物產(chǎn)量波動(dòng)的原因之一，而栽培技術(shù)措施在一

6、定程度上能夠減弱或避免不利氣象條件的影響，在高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)中具有重要的作用。 (4)研究確立了基于光熱資源狀況和高產(chǎn)年份光熱資源利用效率的作物超高產(chǎn)理論產(chǎn)量指標(biāo)確定的方法。根據(jù)作物高產(chǎn)區(qū)的光熱資源氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算得到了各地區(qū)作物生長(zhǎng)季的光合生產(chǎn)潛力(radiation production potential，RPP)和光溫生產(chǎn)潛力(thermal production potential，TPP)。并根據(jù)各地區(qū)高產(chǎn)年份的產(chǎn)量水平及其相

7、應(yīng)的RPP和TPP，提出了表征高產(chǎn)年份光熱資源利用效率高低的作物光合生產(chǎn)潛力當(dāng)量(radiation production potential equivalence，RPPE)和光溫生產(chǎn)潛力當(dāng)量(thermal production potential equivalence，TPPE)的概念。以光熱資源狀況為和高產(chǎn)年份的RPPE和TPPE提出了作物超高產(chǎn)的理論產(chǎn)量指標(biāo)的確定方法，為評(píng)價(jià)地區(qū)間以及年際間作物生產(chǎn)技術(shù)水平及管理措施是否得

8、當(dāng)提供了一定依據(jù)。 (5)根據(jù)作物產(chǎn)量提高的變化規(guī)律，明確了結(jié)構(gòu)性挖潛途徑、功能性挖潛途徑和結(jié)構(gòu)與功能同步挖潛途徑是作物產(chǎn)量提高的主要途徑。針對(duì)當(dāng)前高產(chǎn)地區(qū)作物高產(chǎn)實(shí)踐中存在的突出問(wèn)題，分析了作物產(chǎn)量變化中的易變因素和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量突破的可能方向。認(rèn)為，春玉米進(jìn)一步高產(chǎn)的關(guān)鍵是，在群體增加的同時(shí)穩(wěn)定穗粒數(shù)；在穩(wěn)定冬小麥單位面積穗數(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)提高不孕小穗的結(jié)實(shí)率來(lái)增加單位面積總粒數(shù)，可能是高產(chǎn)突破的一個(gè)途徑；水稻穗數(shù)和穗粒數(shù)同步提高是進(jìn)一步