作物生产力的估算方法

作物生产力的估算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 单位土地面积上，单位时间内(一年或一个生长季)作物形成有机物的最大能力叫做作物生产力，也叫潜在生产力、最大生产力或最高理论生产力。而把目前实际得到的最高产量叫现实生产力或记录产量。把一般的平均产量叫一般生产力或平均生产力。 作物的产量是作物遗传潜力和与环境条件相互作用的结果，如果记录产量能代表该品种在当地的遗传潜力，那么作物不能表现其潜力的原因往往主要是由不利的环境因素所造成的。目前记录产量比平均产量高3,7倍，而最高理论产量比记录产量还要高许多，所以，潜力是很大的，作物生理的主要任务就应该研究如何把作物的潜在生产力变为现实生产力，为栽培育种的实践活动提供可靠的科学依据，从而在人类挖掘作物潜在生产力的实践中发挥应有的作用。 通过最高理论产量的估算，为人类的作物生产活动提出可靠的奋斗目标，研究实际产量与奋斗目标之间的差距，有助于发现自然资源是否利用得充分合理、栽培技术和经营管理措施是否先进合理，如何去改进等等，对促进奋斗目标的实现具有重要意义。 ,1, 作物的光能利用率与光能转化效率 作物的产量潜力就是作物在最适条件下，群体结构等处于最佳状态时，单位土地面积、单位时间内由光能所决定的作物生产潜力。由于落到作物群体上的太阳能是有限的，所以，作物产量的提高也是有限的。提高单位面积产量，本质上就是提高作物的光能利用率问题。 光能利用率就是作物光合作用所贮存的化学能占光能投入量的比或百分比。即 WH,,E(%),，100u S, -2m式中:?W―测定期间的干物质的增加量，单位为g?; -1-1H―每克干物质所含能量，一般作物为16744,17800J?g，平均按17270J?g或 -117.27KJ?g计; -2 ?S―为测定期间的太阳能累计值，单位为KJ?m。 如测定某一时刻单叶的光能利用率，可根据当时投射在叶片上的辐射能量及叶片的光合速率来计算。已知每同化lmgCO可贮存10.67J的能量或同化lµmolCO贮能0.4695J的能量。 22,2,1,1光合速率(molCO,m,s)，0.4695J,mol,,2E(%),u,2,1叶片接受的辐射能(J,m,s) 目前高产田的光能利用率在1,5%之间，而一般低产田的光能利用率只有0.4%左右。 光能转化效率是光合产物中所贮存的化学能占光合作用所吸收的光合有效辐射能 -2-1-2(400,700nm，PAR)的百分比。当以最大的日平均生产率(CGR，g?m?d)和PAR(KJ?m)计算时，所得光能转化效率(Ec)，即 CGRH,E(%),uPAR吸收量 光能转化效率也可用量子转化效率来表示，量子转化效率是指光合组织每吸收1mol的 23光量子(6×10个量子)后，释放的氧量(mol)或同化CO的量(mol)。量子转化速率的倒数为2 量子需要量(光量子mol/COmol或量子数/CO)。在光合作用中，同化1分子的CO，至少222需要8,12个量子，即同化1mol的CO就需要8,12mol的光量子。每摩尔PAR的平均含2 能量以209KJ计算，共需1672,2508KJ的能量。同化lmolCO成为葡萄糖时，贮能为2 469.5KJ(673×4.186?6,469.5)。所以，能量转化效率(即量子转化效率)分别为: 469.5E(%),，100,28%u8，209 469.5E(%),，100,22.5%u10，209 469.5E(%),，100,18.7%u12，209 ,2, 最高理论产量的估算 最高理论产量的估算有各种不同的方法，一般假定作物群体和环境因素都处于最适宜的条件下，再根据光能资源的多少和作物群体的能量转化效率进行估算。也有按照其他因素进行估算的。 2.1 按全生育期的太阳辐射能估算法一些研究者(Loomis等，1963;汤佩松，1963;龙斯玉，1976;黄秉维，1978，村田吉男，1965)以作物全生育期间的太阳能为依据，来估算理论产量。如以沈阳地区为例，设某作物生育期为140天，这期间(5,9月)平均每天太阳能辐射量-2-1-22为18988 kJ?m?d (68.04kcal?cm?150×104×4.186)，全生育期太阳能总收入每hm -2-19-2为284820(kJ?m?d)×140×666.7,26.58×10(kJ?hm)经以下各项折合 (1) 光合有效辐射(PAR) 9-29-226.58×10(kJ?hm)×0.44,11.6944×10(kJ?hm) (2) 扣除反射、透过及漏光损失15%，作物组织吸收85% 99-211.6944×10×0.85,9.9409×10(kJ?hm) (3) 扣除非绿色组织的吸收，叶绿体吸收80% 99-2 9.9409×10×0.80,7.952736×10(kJ?hm) (4) 扣除光饱和损失5% 99-27.952736×10×0.95,7.5550992×10(kJ?hm) (5) 扣除呼吸1消耗损失40% 99-2 7.5550992×10×0.6,4.53305952×10(kJ?hm) (6) 能量转化效率以22%计 98-2 4.53305952×10×0.22,9.97273095×10(kJ?hm) 42每kg干物质含能量以1.727×10KJ计，每hm的生物学产量为 84-2 9.97273095×10?1.727×10,57735(kJ?hm) 经济系数以0.35计，则经济产量为 -257735×0.35,20205(kJ?hm) 这相当于光能利用率 20205，17270E(%),，100,3.75%u926.58，10 2.2 按产量形成期的太阳能估算法 由于作物生育前期漏光损失很多，同时，光合产物主要是用来形成营养器官和产量容器(谷壳，荚等)，只有少部分贮藏物质运往以后的穗部。按全生育期太阳能的估算法，没有区别不同生育期对产量的不同贡献。所以，有人主张(卢其尧，1980;李明启，1980)用经济产量形成期的太阳能来计算作物的最高产量和光能利用率。 2 如以沈阳地区的水稻为例，按其抽穗后30d计算，在这30d中。每天每m土地的太阳能 4-2-1投入量为1.758×10KJ?m?d 49-21.758×10×30×15×666.7,5.274×10(kJ?hm) 经各项扣除折合(同前)后为 95.274×10×0.44×0.85×0.8×0.95×0.6×0.22(量子需要量为10),1.978785× 810(KJ/亩)折合成每亩的生物产量为 84-21.978785×10?1.27×10,11445(kJ?hm) 以上干物质输送到籽粒中的量以90%计算(松岛省三，1962,1965年的研究结果)结果为 -211445×0.9,10305(kJ?hm) 水稻在营养生长期内，茎秆中贮存的碟水化合物转移到穗中去的约占1/3，而开花后的 -2光合产物约占产量的2/3，即10305?(2/3)=15450(kJ?hm) 稻米中灰分以1.4%、谷壳约占粒重的19%(在开花期形成)、水分约占重4%计，则稻谷的理论产量为 -2{[15450?(1―0.014)]?(1―0.19)}×1.14,22050(kJ?hm) 这相当于光能利用率 22050，17270E(%),，100,7.2%u95.274，10 2.3 简便估算法 为了克服利用各种参数进行理论产量估算的麻烦，可将有关参数计算为一个系数，再和作物生育期内的太阳辐射量进行计算，可以大大简化估算过程。 (1) 黄秉维(1978)提出利用太阳能总辐射量乘以0.124的公式来估算最高理论产量，即 -2y=Q×0.124(kJ?hm) 这是由以下11项得出，即 Y=Q×0.47×0.95×0.9×0.935×8.64×0.1×0.75×0.4?0.92?0.85 ,Q×0.124 -2式中:Q―太阳总辐射，cal?cm; 0.47―折算成PAR; 0.95―扣除5%的漏光损失; 0.9―扣除10%的可见光落在非光合器官上; 0.935―扣除作物反射6.5%的可见光; -2 8.64―每cal太阳熊换算为8.64微爱因斯坦(μEinstein?cm); 0.1―光合的量子需要量为10。每合成lμmol碳水化合物需要10μmol光量子(即10个 -2微爱因斯坦)，要将前一项的微爱因斯坦转换成μmol碳水化合物需乘0.1(μmol?cm); 0.75―扣除25%的呼吸消耗; -2-2 0.4―将μmol碳水化合物?cm转换为kJ?hm; -2 0.92―植物材料中含有无机养分约8%，折算成植物材料的量(kJ?hm); -2 0.85―植物材料含水量以15%，拆算成生物产量(kJ?hm)。 (2) 卢其尧(1980)提出用水稻产量形成期40天的光合有效辐射能来估算稻谷的产量，即 Y,0.385Q PAR 这是由以下八项得出，即 Y,Q×0.95×0.9×0.935×0.2177×0.6×23.8125?0.86 PAR 式中:Q―0.43S+0.57D(S为直射光，D为散射光); PAR 0.95―扣除5%的PAR漏光损失; 0.9―扣除非光合器官吸收10%; 0.935―扣除群体反射6.5%; 0.2177―量子需要量为10的能量转化效率; 0.6―扣除40%的呼吸消耗; -22 23.8125―Cal?cm转换成23.8125kg/ hm (每克干物质按4.2大卡计); -2 0.86 ―稻谷含水量为14%，折算成稻谷产量(kJ?hm)。 (3) 刘振业(1983)提出用作物生育期内的太阳总辐射能乘以0.15来估算最高理论产量，即: y,Q×0.15 这是由以下9项得出，即 34 Y,Q×0.47×0.9×0.9×0.9×0.22×0.65?4.25×10×.75×10 -2式中:Q—作物生育期内的太阳辐射能(Cal?cm); 0.47—折算成PAR; 0.9—扣除10%漏光损失; 0.9—扣除非光合器官吸收10%; 0.9—扣除反射(6.5%)和光饱和损失(3.5%)共10%; 0.22—光能转化效率; 0.65—扣除呼吸消耗35%; 3 4.25×10—形成一克干物质所需能量; 4-2-2 9.75×10—将g?cm转换为kJ?hm。 2(4) 按照国际单位制的规定，能量用焦尔表示，hm产量以kg表示，可按下式计算经济产量，即Y,Q×106.5 这是由以下11项得出，即 Y,Q×0.44×0.9×0.9×0.8×0.22×0.6×5790?0.95?0.86×0.4 式中:Q—全生育期每平方厘米上太阳能总量(KJ)，由卡值乘4.186换算， 0.44—换算为PAR; 0.9—扣除漏光损失10%; 扣除反射和光饱和损失10%; 0.9— 0.8—叶绿体吸收80%; 0.22—光能转化效率; 0.6—扣除呼吸消耗40%; 2-24 5790—由KJ/cm转换为kJ?hm的系数(每kg干物质含能1.727×10kJ); 0.95—灰分含量以5%进行折算; 0.86—水分含量以14%进行折算; 0.4—经济系数以0.4进行折算。 例如，沈阳地区某作物生育期为140天，期间每平方厘米土地太阳总投射量为265.8KJ，经济产量为 -2Y,265.8×106.5,28305 kJ?hm 这相当于光能利用率 28305，17270E(%),，100,1.8%u926.58，10 2.4 按含氮量来估算 本世纪40年代美国的Wilcox捉出用作物平均含N量来估算粮食作物的生物学产量，即 -2最高生物产量,360/N(kJ?hm) 式中N为作物最后的平均含N量，以水稻来说，稻谷含氮量大约是1.5%，稻草含氮量大约是0.5%，如谷:草,1:1，则平均含氮量为1%，于是 -2生物学产量,(360/0.01),36000(kJ?hm) 每亩稻谷产量为18000kg。几种作物的含氮量和理论产量如表3-5。可见，这种估算值和高产典型实例很接近。 表3-5 几种作物的含氮量和理论产量 小麦 水稻 玉米 大豆 作物 籽粒 秸秆 籽粒 秸秆 籽粒 秸秆 籽粒 秸秆 含氮为干重的百分值 2.5 0.5 1.5. 0.5 1.26 0.65 7.1 1.93 平均 1.5 1.0 0.8 4.5 -1理论生物产量(kg?公顷) 24000 36000 45000 7995 经济系数 0.36 0.40 0.44 0.43 -1经济产量(kg?公顷) 8640 14400 19800 3435