作物栽培理论与技术.ppt

现代作物栽培新技术,河南农业大学赵全目次,作物栽培技术沿革作物栽培理论与技术体系现代作物栽培新技术,一、作物栽培技术沿革,原始的种植业,采集活动孕育了原始的种植业原始种植业的出现是妇女的一大贡献,原始种植业的发展阶段,100008000年前的刀耕火种农业阶段80005000年前的锄耕农业阶段50004000年前的发达锄耕或犁耕阶段,100008000年前刀耕火种农业阶段,不进行田间管理用石刀割穗作物种类：黄河流域是粟，长江流域是稻，华南地区是芋等根茎类植物耕作制度是撂荒制,80005000年前的锄耕农业阶段,生产工具是磨制石器：石斧、铲、锄等耕作制度：生荒向熟荒过渡时期作物种类,北方地区,南方地区,50004000年前的发达锄耕或犁耕阶段,生产工具：骨铲、蚌铲等作物种类：蚕豆、西瓜等，开始栽桑养蚕耕作制度：熟荒轮荒制：3-5年,夏商西周时期,对农时的重视对选种的讲究重视中耕除草开始防治虫害：点火诱杀开始施肥：商代开始,春秋战国时期,铁犁和牛耕出现，传统农业的形成重农思想和农学思想：农本论、三才论,农本论,以农桑为本业农业是经济繁荣和国富民强之本农业是政治安定和长治久安之本农业是富国强兵之本,三才论,三才：农业生产三大要素夫稼，为之者人也，生之者地也，养之者天也。对农业生产两大规律的认识：自然规律、经济规律：“上度之天祥，下度之地宜，中度之人顺”；“上得天时，下得地利，中得人和”。对客观规律性和主观能动性的认识：“天时不如地利，地利不如人和”。,耕作制度的重大发展,轮作复种制的创始深耕细作的提倡垄作耕法的初步发展,栽培技术明显提高,对农时的重视消灭三盗：地窃、苗窃、草窃改进播种方法：确定适宜的播种量控制适宜的覆土深度因土施肥,秦汉时期,精耕细作优良传统的形成重农思想的发展：农，天下之大本也铁农具的发展和牛耕的推广轮作复种的发展和旱作技术的提高改土和施肥技术的提高：压青、基肥、种肥和追肥的施用栽培技术和管理技术,栽培技术和管理技术,作物栽培的整体观念：“凡耕之本，在于趣时、和土、务粪、泽、早锄、早获”创造了二十四节气、七十二候确定播种期和播种量的原则：看物候定播期、看作物定播量,三国两晋南北朝,农具的改进：耙的创造多熟种植间作套种轮作防病的开端食物诱杀的创始适时收获,隋唐五代时期,南方传统农业的形成与发展水稻育秧移栽和稻麦轮作复种制的发展生物防治播种技术的发展：晒种、选种、浸种催芽水稻中耕烤田,宋元时期,主要农作物种植范围的扩大和缩小新农具的大量涌现土壤肥料理论和技术的重大突破：“地力常新论”、“用粪得理”水旱轮作技术体系,明清时期,精耕细作优良传统的定型新型生态农业的出现新作物的引进轮作复种的普及间作套种的发展药物治虫：砷剂、硫剂、石灰、硫酸铜,近代农业（鸦片战争新中国成立）,解放后中国作物栽培技术的发展,“理论联系实际，科学为生产服务”、“走群众路线”20世纪50年代：学习总结劳模经验1958年，农业“八字宪法”60年代：探讨合理密植70年代：南方多熟制、北方间套作、杂交稻80年代现代技术在农业上的应用：机械、地膜、生长调节剂，形成了模式化、规范化栽培技术体系90年代：三高一优、简化栽培21世纪：优质、高效、无公害,作物栽培科学的建立,作物栽培学作为完整独立的科学还是近50年的事20世纪50年代曾将前苏联雅库什金的作物栽培学翻译成中文，并推荐为教材1956年，由李竟雄主编，1958年出版了我国第一部作物栽培学通用教材1959年，相继出版了中国棉花栽培学、中国水稻栽培学、中国小麦栽培学、中国玉米栽培学。标志着中国作物栽培技术由看天看地看庄稼的经验式栽培，发展到运用系统理论和先进技术对作物进行科学调控的新阶段。,作物栽培科学的主要内容,作物生育进程中各部器官建成和产量、品质形成规律，以及作物群体形成过程中分阶段的形态、生理性状特征和质量指标；,作物栽培科学的主要内容,作物群体形成过程中作物和外界环境之间（包括对温、光、水、肥、氧的要求，生育进程与季节进程的同步性，以及对气候因素、土壤、生物的适应性等）、群体内各个体之间、个体内各器官之间等三个方面的矛盾综合分析，各种矛盾表象特征及其诊断，确定影响群体正常发展的主要矛盾和调节措施的主攻方向；,作物栽培科学的主要内容,各种栽培措施和调节技术的作用原理，以及在不同群体、生态条件下的正负效应和应用原则，并向科学、定时、定量方向发展，逐步形成栽培调控技术的模式化、规范化。,二、作物栽培理论与技术体系,（一）作物产量构成理论,产量构成理论的建立,1923年英国育种学家Engledow在他发表的关于禾谷类作物产量的研究中，首次将作物的产量分解为产量构成三因素，即产量=穗数单穗粒数单粒粒重。作者最初的目的是在育种中将这种方法用于品种特性的比较和品种改良。由于该方法直接涉及收获产量的几个组成性状，便于直观准确地了解产量构成因子的生长发育过程和分析产量结果，且易于观察，受到育种和栽培工作者的重视，使其不断发展和完善，至今仍是作物产量研究中常用的基本方法和理论体系。,产量构成理论的建立,形式产量=穗数单穗颖花数结实率粒重产量=穗数穗重产量=株数单株铃数铃重衣分（棉花）产量=株数有效分枝数有效荚数每荚实粒数粒重（豆类）产量=株数单株叶数单叶重（烟草）,产量构成理论的建立,发展过程由增穗（株）增产转变为稳穗增粒增产由依靠主穗（轴）发展到依靠分蘖（分枝）探索了促进大穗、提高粒重的途径,产量构成理论的建立,由增穗增产转变为稳穗增粒增产在产量构成因素中，穗数（株数）是最易被控制的因素，所以早期研究着重在如何提高单位面积的穗数（株数）上。1958年农业生产大跃进，过大的密度、过高的穗数，使三因素之间的矛盾更加尖锐，造成大面积的倒伏和减产。大量的密度试验，得出了各作物在各地不同生产条件下的“适宜穗数”的数量指标，并认识到适宜穗数是协调三因素矛盾的主导因素。20世纪60-70年代末，认为适宜穗数是可以被突破的，且当时稻麦矮秆多穗型品种的育成和大面积推广，增穗增产的思路仍占主导地位。杂交水稻的育成及大面积推广应用，高产思路得到解放。即“稳定穗数，主攻大穗”途径。到80年代中期后，基本成为共识。,产量构成理论的建立,由依靠主穗（轴）发展到依靠分蘖（分枝）认为稻麦的主穗比分蘖穗大，主穗比分蘖穗发育早，具有成穗的优势。形成了“依靠主穗”的密植理论。但由于扩大了群体的数量，加剧了群体与个体的矛盾，使群体质量下降，产量降低。尤其在土壤肥力愈瘠薄或愈肥沃的情况下，矛盾更尖锐。开始重视分蘖（分枝）利用的研究。分蘖（分枝）在群体自动调节和产量中的作用分蘖（分枝）可利用的数量水稻50%，小麦30%，“分蘖成穗可靠性低”的观念长期束缚了科技界和实践者的思想。杂交水稻的问世及叶龄模式的研究，实现了由“主穗为主”“主茎分蘖并重”“依靠分蘖”的转变。,产量构成理论的建立,探索了促进大穗、提高粒重的途径穗发育的形态变化过程与外部形态变化的准确联系，便于外部诊断明确了形成大穗的前提是壮苗和壮株研究了提高粒重的子粒灌浆规律,相互关系及最佳配置,提高作物产量可通过提高产量因素中的任何一个或全部达到。穗数和粒数、粒重间常呈负相关。育种和栽培的目的，都是为协调三因素的矛盾，使三者的乘积达最大值。其中首先使前两个因素的乘积达最大值，而后使粒重达到或超过品种的正常水平，实现数量和质量的统一。三因素的协调水平因育种和栽培技术的改进而不断发展。,产量构成理论与实践,水稻“小壮高”小麦精播半精播高产栽培小麦“独秆栽培”水稻“稀少平”水稻“三高一稳”水稻“群体质量栽培”玉米紧凑型优良组合的应用,（二）作物光合性能理论,作物光合性能理论的形成,是长期以来由多种概念结合与深化而成的。1917年人们开始探讨用生长分析法来研究光合作用。生长分析法的创始人Blackman（1919）提出了作物干物质的增长恰似银行存款的“复利法则”。Watson（1947，1958）提出了叶面积指数的概念，并用实验方法研究了LAI与NAR及干物质增长量的关系。,Nichiporovch于1954年提出了生物学产量和经济产量的概念，从而将光合作用与作物产量紧密结合起来。经济产量=生物学产量*K，其中K为经济系数。Donald于1962年提出了收获指数的概念。,我国学者于1966年概括了光合性能五因素及与经济产量的关系，将其表示为经济产量=（光合面积*光合能力*光合时间消耗）*经济系数。,光合性能各因素间及其与作物产量的关系,由于比较早地知道了干物质积累量的多少主要取决于群体叶面积及绿叶面积的持续期，因此通过栽培措施，如合理密植、间套作、复种、防早衰等扩大叶面积、保持叶片稳定和持久的功能，从而达到增产的目的一直是一条行之有效的途径。,山东提出“以光定叶，以叶定穗，以穗定蘖，以蘖定苗”的栽培原则。在株型上，矮秆化和叶直立化占据了20年的主导地位。理想株型稻辽粳5号和玉米紧凑型品种的培育成功，进一步完善了理想株型的概念。光合面积与净同化效率呈显著负相关。,（三）作物源库理论,作物源库理论的形成,Mason和Maskell（1928）年通过碳水化合物在棉株内分配方式的研究提出了作物的源库学说。大量研究在20世纪60年代开始的植物生理学的物质运输机理研究中不断丰富,源库的概念,源库的概念通常是根据碳水化合物输入作物生长中心器官的特点来描述的，一般将生长中心器官定义为库，而将为生长中心器官提供营养物质的器官定义为源。经典的源库理论认为：源(Soune)是指产生或输出同化物的器官或组织。植株的源系统由绿色的茎、鞘、叶以及根系等组成，功能叶及其叶鞘是主要的源；库(Sink)是指利用或贮藏同化物的器官或组织，库系统由新生的组织及子实等构成，穗(主要是籽粒)是主要的库。,源库划分的相对性,源库在水稻生长发育过程中是相对的、动态的，可因其所起作用的不同而变化。有些器官是永久的源，有些器官是永久的库，而有些器官属源库兼用型。如水稻在幼穗分化之前源主要是叶片，库即是当时生长着的新生叶、叶鞘、茎和根；幼穗分化至抽穗，源主要还是叶片，库即是当时生长着的营养器官和穗部器官；抽穗后源由两部分构成，一部分是叶片生产的光合产物，另一部分是茎鞘等营养器官贮藏的非结构性物质，而库主要是籽粒。,源库理论的发展,（四）作物群体质量理论,Nichi-ponovich经验公式,经济产量生物产量经济系数,合理性：对作物成熟期的群体作理论归纳是合理的，因此，该理论表述式一直被公认并沿用。,经验公式的局限性,局限性：用该理论公式指导生产过程，往往产生误导。经济产量生物产量经济系数,为了取得高产，首先提高生物产量，把生物产量提高上去，认为提高经济产量就有了物质基础，在此基础上再设法提高经济系数从而创造更高的产量。在生产水平低下的情况下，能起到一定的增产作用；但在肥力水平高时，频频发生倒伏等减产。,原因分析,对生物产量和经济产量的形成在时间和数量上没有正确的定量概念对经济系数的生理本质没有正确揭示，认为经济系数是生物产量转移为生物产量的比值，反映为生物产量通过经济系数再分配转移为经济产量。,以结实器官为收获对象的经济产量，来自于花前和花后两部分，但来自花前的物质是很有限的。,花前光合产物的重新调运，仅仅限于贮藏物质；贮藏化合物的重新调运在结实期当光合作用不能提供库足够的同化产物时才会发生；重新调运的量是有限的。,大量的试验证明，作物成熟期群体的总生物产量与经济产量呈密切的正相关，与Nichi-ponovich公式是一致的，但分花前花后两个时期进行分析，结论截然不同。,经济产量与开花期的群体干物质积累量是二次方程曲线关系（y=a+bx-cx2)表明在开花期群体只能有适量的光合物质积累，过多、过少均不宜。,开花至成熟期的干物质积累量与经济产量呈极为密切的正相关关系（y=a+bx),经济产量的理论表述式,经济产量花后光合积累量花前贮藏物质RR：花前贮藏物质的再分配率,生产中的意义,在高产栽培实践中，不能追求作物生长前、中期高的光合生产积累量，只能控制其有适当的量；提高开花至成熟期的群体光合生产积累量式高产群体最核心的质量指标,作物群体的质量指标,本质质量指标：经济器官形成期高的干物质积累量成熟期的干物质重抽穗期的干物质重,基础质量指标,开花期适宜的叶面积指数,在适宜LAI条件下，扩大总“库容量”，是提高群体经济产量的形态和生理质量指标,增大单位面积内经济器官总“库容”是高产的基础只有在群体适宜LAI条件下，提高总库容量，才能妥善解决源库矛盾，也是今后不断提高产量的主题目标,在适宜LAI范围内提高粒/叶比是库源关系协调的综合质量指标,颖花/叶（cm2)比实粒数/叶(cm2)比粒重/叶(cm2)比,调整叶系组成，提高有效和高效叶面积率是提高库源比的必要条件，是高光效群体的质量指标,有效叶面积率：有效茎上的叶面积占总叶面积的百分比高效叶面积率：高效叶面积占总叶面积的百分比高效叶片：与穗分化同步、离穗最近、光合效率最高,壮秆的质量指标,单茎茎鞘重,根系活力的质量表达：颖花根活量、颖花伤流量,群体质量指标的数量表达,二次回归方程关系直线回归关系百分率极限值关系右偏斜曲线关系序数表达式,所谓群体质量指标，是各项数量指标中最优化的数值。优化群体质量，就是在群体培育过程中努力使各项数量指标达到质量值，或尽可能向质量值靠拢。使二次回归方程关系的数量指标达到峰值，使右偏斜回归关系的数量指标达到适宜的峰值，使百分率极限值关系的数量指标向极限值靠拢。当这三者均达到峰值或极限值时，进一步提高产量主要靠直线关系的各项指标值的不断提高。,（五）精确定量栽培理论,1、总思路(1)以最后的作物高产群体空间结构的定量指标值为目标，通过叶龄诊断对各部器官的生长作定时、定向、定量的调控，保证高光效群体的最终形成；,(2)以壮大个体去发展最适群体，走“小（群体）、壮（个体）、高（积累）”的栽培途径；(3)促进有效生长，控制无效和低效生长，在稻麦上通过稳定适宜穗数，提高成穗率来实现；在棉花上以控制适宜总果节量，提高结铃率来达到；油菜可通过控制适宜的主茎和一次分枝数，并提高二次分枝数的比例来完成。以上各点是密、肥、水和化调技术定量适用的重要依据。,2、几项关键栽培技术的定量,（1）适宜播期的合理确定；（2）培育壮秧的定量技术；（3）基本苗的合理定量：,以壮大个体发展适宜群体的原理计算。,(4)施肥的精确定量,施肥是作物精确定量栽培中最重要，而又最难的环节。在施肥总量和阶段性追肥量的确定上，Stanford差值法的计算公式具有适用性。作者等在水稻的N肥运筹上，用斯坦福公式确定最经济的施N总量和最合理的基蘖肥及穗肥的用量，肥料的当季利用率大幅度提高，获得了节肥、高产、优质、高效的综合效果。,在小麦、玉米等作物上也都开始了用差值法对N肥运筹决策的研究。作者认为，这一方法，在理论上是可信的，实践上是可行的。关键是求出目标产量的需N量、土壤的供N量和N肥的当季利用率三个参数。作者通过试验己初步找到了探求三个参数的可行方法。其中目标产量的需N量，在一定地区、同类型品种和各等级产量水平下相当稳定；N肥的当季利用率，在同一地区、同一肥料品种和采用综合高产栽培措施（包括前后期适当的施肥比例）的前提下，也表现为较高的、变化幅度较小的数值，可在生产上应用。土壤的N素供应量，不同地区、不同土壤、不同肥力水平的表现不同，可通过普查测定，建立县城范围内的土壤供肥水平的地理信息系统（GIS）来供生产上定量应用。在确定获得高产的合理施N方案的同时，还应研究改进品质的追肥运筹的合理时间。,在宏观定量正确的情况下可辅助以各生育时期的植株养分测定、叶绿素含量测定，以及叶色差诊断等方法，对追肥的精确施用，做进一步的微观调节。宏观决策不正确，仅仅依靠生育中期的植株诊断是难以实现精确施肥的。磷、钾肥的精确定量，采用何种方法（差值法、临界值法、土壤速效肥含量法等），需研究明确。施肥与土壤水分配合的诊断值。,（5）水分管理的精确定量在少雨缺水地区，研究用最少的水资源，促进最大的有效生长，获取高产（增产）的节水栽培的系统定量指标（如灌水的最大效益期、适宜的灌水量，需灌水的生理生态诊断指标等）和节水灌溉的方法。,在多雨丰水地区，要重点研究有效控制无效生长的适宜控制期和控制效应的土壤水分临界值，以及相应的形态生理指标值。同时要研究高产群体健康生长的水分管理的定量技术。,斯坦福（Stanford）理论方程,达到目标产量的施氮量(kg/667m2)=,而要使上述公式应用于实际，必须找出公式中3个参数的稳定可靠值：（1）目标产量的需氮量和阶段吸氮量；（2）土壤氮素供应量和阶段供应量；（3）氮肥的当季利用率和阶段利用率。,1.目标产量的需氮量,目标产量需氮量目标产量100kg稻谷需氮量100。求取目标产量需氮量，首先得求取100kg稻谷需氮量。,江苏单季粳稻的100kg稻谷需氮量定为：500kg/667m2的为1.73kg左右，600kg的为1.93kg左右，700kg/667m2的为2.12kg左右；中籼稻的100kg稻谷需氮量为：500kg/667m2的为1.57左右，600kg的为1.79kg左右，700kg/667m2的为1.90kg左右，均比粳稻低0.2kg左右。,2.土壤供氮量,研究发现，直接利用不施氮空白区稻谷产量及其对应的100kg稻谷的需氮量，测得的稻谷需氮量，更能客观地反映土壤的综合供氮量(包括灌溉水，降雨的氮及生物固氮的氮)，便于在生产上直接应用。,同为400公斤左右的地力水平，每100公斤稻谷需氮量，粘土地上为1.7公斤左右(1.64-1.88)，而砂土地上，每100公斤稻的需氮量为1.53公斤左右(1.45-1.629),3.氮素的当季利用率,(1)40%的氮素利用率，是夺取高产的低限临界指标值，(2)在低施氮时，氮素当季利用率虽经常会达到40%以上，但不能高产；(3)在高产栽培时，必须通过提高氮素的当季利用率到40%以上，才利于实现高产。,三、现代作物栽培新技术,粮食生产的科技需求,1、基于区域性作物超高产的关键技术需求提出主要粮食作物区域性可持续超高产共性创新理论及其相应高产挖潜的技术途径，确立超高产技术集成创新优化与定量化的原则与标准，建立具有明显创新特点的区域性超高产核心技术。并根据粮食主产区的区域特点，建立以关键技术创新为核心的高效可持续超高产技术模式，并不断创造超高产纪录，同时发挥超高产的引领作用，使高产变稳产，低产变高产。,2、适应作物大面积高产的大型机械化全