总论第三章 作物产量和产品品质形成

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％。

表3—5 玉米减1／2库和减1／2源对穗粒重(g)影响 (陈国平等，1998)

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，提高抽穗后群体物质生产量，才能进一步提高产量。凌启鸿等(1986，1993)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。

第三节 作物产量的潜力

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，在具体的生产条件下所能形成的产量，称为现实生产

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力。不断提高作物产量，是作物栽培学研究的目标和发展方向。 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；可达到的产量是往往受环境条件的种种制约；合算的产量取决于栽培管理的经济条件和效益；而实际的产量是在具体的生产条件下所能形成的产量，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。对于作物生产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。

(一)光合生产潜力的估算

1．第一种估算方法。太阳辐射能进入地球大气后，能量是相当大的，这些射到地面作物群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，三是被作物群体利用的部分。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．第二种估算方法。R．S．Loomis等(1963)在探讨光合生产力上限时，假设了一种理想环境条件，即除了太阳辐射以外，所有其他生态因子均处于最适水平，作物达到完全覆盖，叶片光合作用的量子效率达最大值，这时作物产量的高低仅取决于太阳辐射。作物光合作用所利用的光合有效辐射(PAR)约占太阳总辐射的44％。据Moon计算，大气质量为2时，光合有效辐射(400—700nm)区间的量子数在每焦耳总辐射中的估计值为2.064μE（μ爱因斯坦）。若太阳总辐射为2093.4J／cm·d，群体反射为5％—10％（平均8.33），非光合色素吸收10％，呼吸损失占33％，量子转化率为还原1个C02分子需要10个光量子或每

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还原1μmol C02需要10个μE，那么，光合生产潜力(日生产率)的计算如下： 总辐射：2093.4J/cm·d

光合有效辐射(PAR)：921.1J／cm2·d(占44％)

总量子数：4320μE/ cm·d(2093.4J×2.064μE／J)(400—700m) 反射损失：360μE/ cm·d(占8.33％) 非光合色素吸收：432μE／cm·d(占10％) 用于光合总量子数：3528μE / cm·d

生产的(CH2O) 353μmol/ cm·d （还原1个C02分子需要10个光量子或每还原1μmol C02需要10个μE）

呼吸损失(CH2O )：116μmol／cm·d(占33％)

净生产(CH2O )：237μmol／cm·d=2.37 mol／m·d（1μmol=10mol）

净干物质生产：71.1 g／m·d （2.37 mol／m·d ×30g ）(1 mol CH2O为30g)

=3.3964μg/J

根据上述推算，在太阳总辐射值为2093.4J/cm·d的地区，其光合生产潜力为71.1g／m·d。由此可以换算出每焦耳太阳辐射生产净干物质3.3964μg，这是一个非常有用的数值，可用来估算不同辐射量下的光合生产潜力。如果净干物质占总干物质的92％(无机成分占8％)，则作物生产潜力为77g/m·d。光合作用最初产物是葡萄糖，1 mol CH2O的产热量为468.922kJ，按上述干物质生产量:

光能利用率=(237μmol×10 ×468.922×10)/2093.4=5.3％(占总辐射的比率)

或5.3％/0.44=12％(占光合有效辐射的比率)。

目前，实际生产中的光能利用率仅为0.5％一1.5％，可实现的理想最高利用率为3％一5％，每公顷产量可达到l5000—22500kg(汤佩松，1982)。

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黄秉维(1985)在估算年光合生产潜力时，提出了估算系数0.123，即由总辐射换算光合生产潜力的系数，其估算公式为

Pf＝0.123Q(Q为每cm年总辐射量cal／cm·a ，lcal＝4.1868J；Pf为干物质生产量，斤/亩)。

或Pf＝220.3Q(Q为每cm年总辐射量kJ／cm·a ，Pf为干物质生产量kg/hm)。 3．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)温度资源和光温生产潜力

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。作物的每一生命活动过程都限制在一

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