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、夏玉米以及長江中下游平原稻麥、雙季稻和再生稻為研究對象，對高產(chǎn)作物群體源庫關(guān)系以及產(chǎn)量形成生態(tài)條件進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，并利用田間試驗與模型模擬相結(jié)合的方

2、法，實現(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，通過公式代換可推導出某一已知參數(shù)與目標參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系，且計算數(shù)值與測定數(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)合田間試驗及模型模擬，通過數(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態(tài)模擬的相對葉面積指數(shù)(LAI)動態(tài)模型。通過對LAI及出苗至成熟天數(shù)進行歸一化處理，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)各時期的LAI值及該時期距出苗期的天數(shù)分別除以LAI<,max>和和全生育期天數(shù)，得到各時期相應相對LAI(取值范圍[0，1])和相對時間(取值范

4、圍[0，1])。以相對LAI(y)和相對時間(x)為參數(shù)進行模擬，得到相對LAI動態(tài)模型y=(a+bx)/(1+cx+dx<'2>)。該模型自拔節(jié)期起便可根據(jù)測定葉面積數(shù)據(jù)對整個生育期內(nèi)的作物LAI，變化動態(tài)進行較準確地模擬。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，以及任一時間點的LAI和任一時段的光合勢；結(jié)合田間調(diào)查數(shù)據(jù)，還可得到作物生長期間的平均凈同化率及平均作物生長率等重要的產(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，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)對作物高產(chǎn)區(qū)的土壤質(zhì)地、土壤養(yǎng)分含量以及生長季內(nèi)降水、積溫和日照時數(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)量沒有明顯的相關(guān)。光熱水資源的時空分布及其之間的協(xié)調(diào)程度可能是導致作物產(chǎn)量波動的原因之一，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)，計算得到了各地區(qū)作物生長季的光合生產(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)潛力當量(radiation production potential equivalence，RPPE)和光溫生產(chǎn)潛力當量(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)量指標的確定方法，為評價地區(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。針對當前高產(chǎn)地區(qū)作物高產(chǎn)實踐中存在的突出問題，分析了作物產(chǎn)量變化中的易變因素和實現(xiàn)產(chǎn)量突破的可能方向。認為，春玉米進一步高產(chǎn)的關(guān)鍵是，在群體增加的同時穩(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，通過提高不孕小穗的結(jié)實率來增加單位面積總粒數(shù)，可能是高產(chǎn)突破的一個途徑；水稻穗數(shù)和穗粒數(shù)同步提高是進一步