作物产量和产品品质的形成

一、作物产量及其构成因素

(一)作物产量

作物产量即作物产品的数量，通常分为生物产量和经济产量。

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积累的各种有机物的总量，计算生物产量时通常不包括根系(块根作物除外)。在总干物质中有机物质占90%～95%，矿物质占5%～10%。严格来说，干物质不包括自由水，而生物产量则含水10%～15%。

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。经济产量是生物产量中所要收获的部分。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，叫作经济系数或收获指数。

产量=生物产量×经济系数

(二)产量构成因素

作物产量是指单位土地面积上的作物群体的产量，由个体产量或产品器官数量所构成。

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。

(三)作物产量形成特点

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。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群体产量的补偿效应上。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、高粱等，自动调节能力较弱。

禾谷类作物：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(结实率=实粒数/着粒数×100%)

豆类作物：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：产量=株数×单株薯块数×单薯重

油菜：产量=株数×每株有效分枝数×每分枝角果数×每果粒数×粒重

2.产量构成因素之间的关系

(1)产量构成因素之间为乘积关系;

(2)产量构成因素相互间很难同步增长，往往彼此之间存在着负相关关系，株数(密度)与单株产品器官数量间的负相关关系较明显;

(3)在产量构成因素中，前者是后者的基础，后者对前者有一定的补偿作用。

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;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群体产量的补偿效应上。

3.干物质的积累与分配

作物产量形成的全过程包括光合器官、吸收器官及产品器官的建成及产量内容物的形成、运输和积累。

作物光合生产的能力与光合面积、光合时间及光合效率密切相关。

光合面积：包括叶片、茎、叶鞘及结实器官能够进行光合作用的绿色表面积，其中绿叶面积是构成光合面积的主体。

光合时间：光合作用进行的时间。

光合效率：单位时间、单位叶面积同化CO2的毫克数或积累干物质的克数。

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。

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。

生长分析法的基本观点是以测定干物质增长为中心，同时也测定叶面积，计算与作物光合作用生理功能相关的参数，比较不同作物、不同品种、不同生态环境下生长和产量形成的差异。

相对生长率(RGR)即单位时间单位重量植株的重量增加，通常用g/(g·d)表示。

二、作物的“源、库、流”理论及其应用

在近代作物栽培生理研究中，特别是在超高产栽培的理论讨论中，常用源、库、流三因素的关系阐明作物产量形成的规律，探索实现高产的途径，进而挖掘作物的产量潜力。

(一)源

是指植物光合作用制造的同化物的供应，它是作物发育及产量形成的物质基础。就作物群体而言，则是指群体的叶面积及其光合能力。因此，作物群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。

(二)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。

(三)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。流的主要器官是叶、鞘、茎中的维管系统。

(四)“源、库、流”的协调及其应用

源、库、流是决定作物产量的3个不可分割的重要因素，只有当作物群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。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。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，是支配产量的关键因素。

源与库的关系：源是产量库形成和充实的物质基础，源充足可以促使库发展;库对源的大小和活性有明显的反馈作用，库大又提高源的能力。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。

从库、源与流的关系看，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。

三、作物群体及其层次结构

(一)作物群体的概念

作物群体：是指同一块地上的作物个体群，包括单作群体和复合群体两大类。

单作群体：仅由一种作物组成的群体。

复合群体：由两种或两种以上作物组成的群体。

(二)作物群体的特征

在群体中个体的生长发育变化，引起了群体内部环境的改变，改变了的环境反过来又影响个体生长发育的反复过程叫作“反馈”。

自动调节：是通过个体对变化着的环境条件的反应而发生的，包括植物对刺激的感受(感应性)、传递和反应(如向性、生长、运动等)。自动调节能力是相对的，具有一定范围的。

(三)作物群体的层次结构

作物群体的结构是指组成这一群体的各个单株及总叶面积、总茎数、总根重在空间的分布和排列的动态情况。根据作物群体结构的功能及其与环境条件的关系，把整个群体可分为3个层次：光合层(叶穗层)、支架层(茎层)、吸收层(根层)。

(四)能量转换率和能量利用率

(1)影响作物群体结构及物质生产的因素：

株型：是指植物体在空间的存在样式。各种作物的理想株型都应当具有适于密植栽培而不倒伏、群体的生物产量及收获指数大等形态生理特征。

种植密度：实质上是指作物群体中每一个体平均占有的营养面积大小。而种植方式则指每一个体所占营养面积的形状，即行、株距的宽窄。

作物生长发育必须从环境中吸收营养物质，施肥是满足作物营养的重要手段，也是实现优质高产的有效栽培措施之一。强调有机无机相结合，氮、磷、钾平衡施肥对作物优质高产栽培十分重要。肥料的适时施用与适量施用也十分重要。一般苗期要施足基肥，早施速效追肥，促进早而快地出叶、发根和分枝，为中后期生长奠定良好的基础，生产上称之为“长好苗架”。

(2)作物群体的光能作用：

作物群体的光合作用能源来自于太阳辐射能，辐射能量以每单位面积上每分钟所接受的能量计，即1.98Ly/min(1Ly=4.18J/cm2)，这个数值称为太阳常数。

投射到植物群体的太阳辐射，一部分为植物体所反射，一部分透过群体而达到地面，剩下的一部分则为植物所吸收而用于光合作用。

四、作物的品质及品质形成

(一)作物的品质

作物品质是指收获目标产品达到某种用途要求的适合度。根据人类栽培作物的目的，可大致将作物分为两大类，一类是为人类及动物提供食物的作物，如各种粮食作物和饲料作物等;另一类是为轻工业提供原料的作物，如各种经济作物。对提供食物的作物，其品质主要包括食用品质和营养品质等方面;对提供轻工业原料的作物，其品质包括工艺品质和加工品质等。

(二)作物品质的评价标准

形态指标：是根据作物产品的外观形态来评价品质优劣的指标，包括形状、大小、长短、粗细、厚薄、色泽、整齐度等。

理化指标：是根据作物产品的生理生化分析结果评价品质优劣的指标，包括各种营养成分，如蛋白质、氨基酸等。

(三)作物品质的主要类型

食用品质：蒸煮、口感和食味等的特征。

营养品质：作物被利用部分所含有的供人体所需要的有益化学成分及对人体有害和有毒的成分。

工艺品质：影响产品质量的原材料特性。

加工品质：不明显影响加工产品质量，但又对加工过程有影响的原材料特性。

(四)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，产量与品质间有着不可分割的关系。

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。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。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。

一般认为，作物产量和品质是相互制约的，产量高往往品质较差。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。水稻的产量与稻米蛋白质含量呈负相关，但也有二者呈正相关或不相关的情况。一般中产或低产情况下，随着环境和栽培条件的改善，如增施氮肥，籽粒产量与蛋白质含量同时提高，二者呈正相关，至少二者不会呈负相关。当产量达到该品种的最高水平后，随施氮量增加，蛋白质继续增加，稻谷产量下降。