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【转贴】作物株型研究基本概念
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因为部分图片不能正常显示，故附本帖内容的doc格式（欢迎各位做形态或株型（形）方面研究的同仁交流。）。 植株高度测定 (Plant Height Measurement): 作物生长高度的测定。定期测定植株高度，以了解作物生长速率及其与外界气象条件的关系，为农业和农业气象研究、服务工作提供资料。测定时间和和次数，因作物和测定目的不同，如了解作物整个生长过程的高度变化，应从出苗或三叶普遍期开始到高度不再增加为止，定期或在每个生育期的普遍期进行测定。一定研究目的的观测，则根据需要而定。测定对象，一般稀植作物采用固定植株，密植作物则多以定区(观测小区)不定株的办法进行，以减轻人为影响。高度测量的工具为米尺。禾谷类作物测定方法:苗期以反映叶片的生长速度为主，从土壤表面量至叶子伸直后的最高叶尖；拔节后主要了解茎的生长速率，则应自土壤表面量到上部展开叶子的基部或最上两片叶的交叉处；抽穗后量到穗顶(不包括芒)。其它作物从土壤表面量到主茎部。在大田调查中，通常不分株测定植株高度，只在有代表性的地方测量自然状态下的群体高度。 植株密度测定 (plant density measurement) 单位土地面积上植株数量的测定。植株密度是构成作物产量的重要因素之一，也是判断作物群体结构合理性的重要指标。密度的变化直接影响田间小气候状况。通过密度测定，可为改进栽培技术，改善田间小气候提供依据。密度测定的次数，因作物和发育期而异。禾谷类作物通常在三叶、分蘖、拔节、孕穗、乳熟期进行测定，乳熟期还应测定有效茎数。越冬作物在冬前停止生长和早春返青期需作测定，以了解其越冬死亡情况。对水稻，为了配合水肥管理，了解分蘖动态，控制苗数，可从分蘖开始3-5天加测一次密度。不分蘖的作物，一般在定苗后和成熟期各测定一次。密度测定方法因作物种类和播种方式而不同。撒播作物，在几个有代表性的地点共取 1m2的面积，数出里面的株(茎)数，再乘以666.7，即得每亩株(茎)数；稀植作物和丛栽作物，先测算出平均株距和行距(丛距)，然后以株、行距的乘积除以每亩地的面积，即为每亩株(丛)数。丛栽作物再乘以平均每丛茎数，即为每亩茎数。条播密植作物，以平均 1 m宽的行数和1m长的株(茎)数的乘积，即1m2内的株(茎)数，再乘以1亩的平方米数。也可采用倍数法，即先将1亩地面积缩小若干倍(例如1000倍)，算出缩小后面积上的行长，数其株(茎)数，然后再乘以原缩小倍数，即得出每亩株(茎)数。缩小后行长 L=A/(D*C*B)，式中 A为每亩面积的平方米数(即为666.7)；D为平均行距；C为测点重复数(一般为4)；B为缩小的倍数。为了扩大测点的代表性，把欲测行长长度内的植株取在相邻的两行上，每行各取其长度的一半。间套作作物的植株密度，可按倍数法对各作物分别进行测定。 株型观测 (observation of plant appearance) 对农作物各器官在植株上着生状态和整株体态的观察、测量和描述。株型一般分为叶型、茎型、穗型和根型等。叶型和茎型明显地影响田间群体结构状况和小气候，研究它们对利用和改善田间小气候、提高光能利用率和作物产量有着重要意义，因此农业气象研究中对株型观测着重于叶型和茎型的作物。观测株型也是栽培和育种工作所必须的。在实际观测中，根据不同的目的要求，观测的项目和方法是不同的。就叶型来说，主要观测叶面积 (见叶面积测定)、叶面积密度(见叶面积密度测定)、叶倾角、叶方位和叶片厚度等。叶倾角通常指叶片与茎秆的夹角，又称叶张角。其测量方法是将植株茎秆贴靠在钉有白纸的直立木板上，以茎秆为垂直轴画在纸上，使叶片呈自然着生状态，再在纸上点出叶尖与叶耳的位置，把两点连成一直线，用量角器量出该线与垂直轴的角度，即为叶倾角。苏联学者罗斯为了用数学表达方便，运用矢量概念，取叶片上表面的法线与天顶线夹角为叶倾角(θL)，以顺时针方向度量。测量时，使用一种特制的量器，它由一根直尺(法线尺)和一个半圆量角器连接组成。将法线尺一端的垂直线沿着叶上表面的自然伸展方向轻轻放上，并使与法线尺连接的量角器自然垂落转动，待停止时即读出叶倾角。量规上以每隔30°为一度量范围。同样根据罗斯的理论，叶方位系指叶片上表面的法线在地平面上的投影线与正北方向之间的夹角()，以顺时针方向度量。使用特制圆框尺把它划分为4或8个象限来度量，即每隔90°或45°划分为一叶方位角范围。测定时，通常把欲测样株取回室内，并按其在田间的自然方位摆在水平的圆框尺的中心位置上，用测量叶倾角的特制量器，在测量叶倾角的同时，测定该叶片的方位角。叶倾角和叶方位一般分层进行测量，从地表面算起每10或20厘米厚分为一层，从最上层开始测量。在同一层中，对每片叶进行测量；跨越两层的叶片，以层为界分别测量；因叶片弯曲造成一片叶各部位的倾角、方位不同者，应分段测量。根据测定结果可求得叶片配置函数。叶片厚度的测定，是将叶片放在显微镜下，用测微尺测量，或通过烘干叶片称重来表示叶片厚度。叶片厚度=叶片干重/叶面积(mg/cm2)。茎型观测一般包括各茎节间的长度和茎粗、株高、茎上着生的果穗位置(如玉米)，有旁枝的作物，测其着生节位和各旁枝的节间距及总长度(见作物群体结构)。 叶面积密度测定 (determination of leaf area density) 测定作物群体内单位空间的叶面积。它可用Ad=∫0ha(z)dz表示，式中Ad为叶面积密度，h为植株高度，a(z)为叶面积密度函数，z为分层的厚度。测定叶面积密度时，首先在欲测地段上选好有代表性的植株群，取回室内，保持其自然生长状态。然后将植株群体从地表面向上分成若干层，每层厚度10或20cm。自上而下，将同一层次内的叶片全部剪下 (若一叶片跨越两层间，则以层为界切开)，分别测其叶面积。最后求出各厚度层内的叶面积指数，再除以每层厚度，得出该层的叶面积密度(见作物群体结构)。 叶龄观测(leaf age observation) 对作物主茎每一叶片出现时间和过程的观测。由于叶片生长速度与外界条件(尤其是温度)关系密切，同时主茎叶片的生长和其它器官的生长存在一定的同伸关系，因此观测叶龄并结合气象资料进行分析，有助于研究和建立作物的生长模式，预测作物的生育动态，为进行科学的栽培管理提供依据。在杂交制种上，利用叶龄指标调节播种期，可使父母本花期适时相遇。 叶龄观测是在田间选择一定数量有代表性的植株分别进行的。为了便于观测，通常按出叶顺序用有色油漆在叶片上分别作记或在其上打号码。观测时间以不漏测、不迟测每一叶片为原则，并根据具体要求而定。禾本科作物一般从主茎第一片完全叶出现开始，按出叶顺序记载，直到最后一片叶完全展开为止。每一叶片完全展开时记为1。在此之前，根据叶片伸长的长度占该叶片完全展开时长度的比例记为小数。例如，现有展开叶3片，第4片叶已伸出长度占该叶片展开时长度的1/5，则叶龄记为3.2。由于各种作物叶片着生的位置不同,其叶片长度不同。如玉米基部和顶部叶片长度都小于中部叶片。因此，一般是根据该作物不同叶位的叶片长度配置规律，并参照前一片已经展开的叶片长度略为增长或缩短来估计某叶片完全展开时的长度。 作物主茎展开的叶片数与作物整个生育期间总叶片数的比值称为叶龄指数。如系未展开的叶片数与总叶片数的比值则称叶龄余数。它是衡量作物生长发育进程的一项指标。各种作物的总叶片数，视作物和品种而异。同一品种在不同环境、不同栽培技术条件下，其总叶片数不同；但同一品种在同一环境与栽培条件下是相同的。根据叶龄指数，可以判断穗分化进程，推算抽穗期的大致时间，可作为有关的农业气象预报情报服务的一项依据。 作物群体结构(crop colony structure) 作物生物量(根、茎、叶、植株、品种等)的空间分布。表示生物量的方法有两种：一是单位空间内生物体的重量(干重或鲜重)，单位为g/cm2；一是单位空间内生物体的表面积，单位为cm2/cm3或cm-1。在同一块农田上，由一种作物组成的群体，称为单一群体；由多种作物间作而构成的群体，称为复合群体。 简况 1953年，日本的门司正三和佐伯敏郎从物质生产的角度，给作物群体结构以定量的描述。他们把一定面积田块中的全部植株，从高到低按一定间隔，分层刈割，并将同化系统(即光合系统，如叶片和穗)和非同化系统(即非光合系统，如根和茎)，分别称量，求出各层物质数量的垂直分布，叫做分层刈割法或大田切片法。图 1所示为用这种方法所得草地两种植物群体生产结构图，中线左侧表示光合系统，右侧为非光合系统。图中以群体顶面的光照为100，群体内部分别按高度以及相对光照(百分率)表示，图中宽叶草本型(以灰黎为例)和窄叶禾本科型(以狼尾草为例)叶层差异，光照条件与群体结构的关系，是一目了然的。这幅图虽然是草本群体结构的两个类型，但基本上也可以反映作物群体的生产结构类型。这种以分层刈割法和生产结构图为基础的群体结构的描述方式，仅仅表示了叶层、光合系统的生物量，但没有考虑叶层的排列关系。后来，日本的角田(1960)用研究物质生产的方法，进一步发展了同化系统的想法，把个体或群体的叶层叫做叶系统。他对叶系统分析的方法是：①分析叶的角度，即每片叶是平展的还是直立的；②分析叶片面积的重量比率(比叶面积)，即叶厚还是薄；③分析叶片的面积大小；④分析叶的配置状态 (分为疏散型和密集型等)。这个方法，虽然在定量研究上跨进了一步，甚至从物质生产的研究来看，有较多可取之处，但它尚未涉及同环境之间的关系。因此 后来苏联学者罗斯等人于1966年提出了作物茎、叶、穗等器官在空间分布的几何特征。在正常发育的作物群体中，作物器官在水平方向上，是随机排列的 (生育初期例外)，因而对作物各器官的分布，只需考虑垂直方向的变化，即只要求出茎、叶、穗等器官的表面积密度函数(在讨论群体中的透光问题时，叶的表面积，一般取叶的一面的表面积，而茎和穗等则取其截面积)，及其空间配置函数就可以了。 作物器官表面积密度函数 主要是叶面积密度函数。它是指高度Z的单位空间体积内所含的叶面积，其单位为cm-1。为了对不同作物和不同生育期的叶面积进行比较，也常取相对高度 (Z为垂直高度，hl为群体高度)代替Z，所得的密度函数，称为标准叶面积密度函数 。即 式中 a(Z)为叶面积密度函数；L0为整个作物群体的叶面积指数。换句话说，标准叶面积密度函数，等于叶面积密度函数a(Z)与整个作物层单位高度内平均叶面积指数(L0/hl)之比。a(Z)的最大值和 的形状也是有变化的，它们决定 f植株密度、作物种类和生育期。根据测定，玉米(花期)、向日葵 (小花形成期)、马铃薯(花期)的叶面积多位于作物上层；棉花(花期)和苜蓿(花期)的叶面积多位于中部；高粱(花期)的叶面积垂直分布比较均匀。此外，茎和穗等器官表面积密度函数的表示方法，同叶面积密度函数相似。在禾谷类作物中，直立的茎穗数目比例较多，其消光效应，虽比叶面积的小，但作用不容忽视。因而在这种情况下，茎、穗截面积密度函数的测定，也是必需的。 作物器官的空间配置函数 主要是叶片空间配置函数，即指作物株间高度Z的某一厚度层中，叶片法线方向的单位立体角内叶面积同整个上半球空间内总叶面积的比率。它反映叶片在空间的排列状况，故又称叶片的空间排列函数。对此苏联学者罗斯等人曾以叶片法线(即从叶片背面指向正面的垂线)的两个角度：叶片倾角θl和方位角 来表示叶片在空间的位置。图2所示，①叶片倾角是用叶面的法线和天顶的夹角来表示，也可用叶片伸展方向和水平面的夹角来代替。例如，水平朝上的叶片其法线垂直向上，θl=0°；直立叶片，θl =90°；② 叶片方位角 ,用叶片法线在水平面上投影和子午线的夹角来表示 (从正北算起，按顺时针方向计算)。当叶面法线方向 确定后，叶片在空间的位置也就确定了。例如， 表示叶片法线为水平，即朝正南的直立叶片； 表示水平叶片。在作物群体中，叶片正面常向上，叶面可以视为向着上半球，其法线的空间是2π，θl 变化于 之间，而 变化于0-2π之间。 在实际测定中，一般对作物层取10-20厘米厚度为一层；叶片倾角从0°开始，每15°为一个取值区间，依次编为j = 1, 2, ...... 6组；叶方位角从正北(作为0°)开始，每45°为一个取值区间，依次编为k =1, 2,......8组,于是对每一水平层而言整个上半球就分成j*k个空间，即要测定j*k个叶面积。因此，叶片空间排列函数为: 式中 为某一层内叶倾角为 。 叶方位角为 的区间内的叶面积， 为整个上半球空间内总的叶面积。对大麦群体的成熟期进行几何结构测定的结果表明，大麦的穗表面积比较大，最上层和最低层倾角小的叶片占的比率大，在中层倾角((70°)大的叶片较多。而叶的方位角似乎是随机分布的。在作物生长初期，叶面积密度分布显然受不同处理的影响；到了后期，特别是大麦，不同处理的影响愈不明显，几乎没有差异。叶的排列函数与叶倾角、方位角有关，因生长发育时期变化很大，但看不出密度处理对它的影响。这意味着叶的排列函数是种或品种的固有特性，通过栽培措施难以使其改变(见株型观测、叶面积密度测定)。 灌浆速率测定(determination of milking speed) 禾谷类作物子粒形成至成熟期间，单位时间子粒干物质增长量的测定。灌浆速率是表征子粒成熟早晚、快慢和饱满程度的生长特征量。它用于鉴定不同作物和同一作物的不同品种灌浆期间的农业气象条件，研究农业气象灾害和农业技术措施对产量形成的影响，建立作物生长或产量预报模式等。其测定步骤是:①定穗。测定前，在欲测地段上，选择数百茎 (其数量一般大于整个测定期间总取样量的一倍以上)同一天抽穗 (玉米为吐丝)的植株，挂牌定穗，注明日期。有的作物 (如小麦)抽穗后多日才开花的，须进行第二次定穗，即从原定的样株中选同一天开花的穗茎，再挂牌注明日期。②取样(子粒)。定穗后开始测定的时间一般在子粒形成后，即从开花授粉后约7-10d起，每隔3或5d测定一次，直至种子成熟为止。每次从挂牌 (同一天开花)的株茎上取20-40穗带回室内。测定时，所取的穗粒部位按预定要求摘取，每次或固定取穗上某部位(如小麦取中部)的子粒，或取半穗 (以穗轴为界)，或取全穗子粒。③子粒称重。取下子粒后，数其总粒数，称其鲜重(克)，然后放入铝盒，在恒温干燥箱中，用60-80℃温度烘烤24h以上(幼小子粒烘烤温度宜低)，直至子粒重量不变为止。此时称得的子粒重量为干重(克)。④用以下公式求算: 光合势 (photosynthetic potential) 作物生长期内进行光合生产的叶面积与日数的乘积。单位为平方米•日。作物产量不仅取决于光合效率的高低，还取决于能进行光合生产的叶面积的大小。在较低产量条件下，增加光合势是提高产量的主要方面。亩产千斤的小麦，其生长期累积光合势为16-18万m2•日。有些学者提出叶日积 (LAI-D)的概念，即作物生长期内平均叶面积指数(LAI)与日数(D)的乘积，它与光合势意义相近。LAI-D与光能利用率成显著正相关。 分蘖动态观测 (tillering observation) 对分蘖的迟旱，着生节位的高低，分蘖多少及其消长状况的观测。分蘖动态不仅取决于作物品种的特性，而且与温度、光照、水分等气象因子密切相关，还受播种深度、密度、施肥等农业技术措施的影响。因此，观测分蘖动态，结合气象资料建立分蘖动态模式，对于预测田间群体结构和产量形成具有重要意义，同时为采取科学的管理措施提供依据。 分蘖动态观测 一般是对田间单株作物不同蘖位的分蘖消长进行的追踪记载 。所选株数视作物种类、试验条件和要求而定。在分蘖前给选定的植株挂牌编号，从第一个分蘖的第一片叶的叶尖露出时开始，以后每隔1-2d观测一次，直至植株停止分蘖为止。为了鉴定各分蘖的产量性状，可观测至籽粒成熟为止。观测时，除记载各株每个分蘖第一片叶叶尖露出日期外，还应记其着生的节位及此时主茎的叶龄。记载时，按叶(主茎叶)蘖同伸关系填表或绘出分蘖示意图。 分期播种 (sowing by stages experiment) 利用气象要素的时间变化特征，分期播种某一种农作物，以便研究气象条件与作物相互关系的一种农业气象田间试验方法。这种方法既可使作物的同一发育期遇到不同的气象条件，也可使相同的气象条件出现于作物的不同发育期，从而在一个生产年度内可获得较多的试验数据。分期播种法常用于研究作物生长发育、产量形成的适宜农业气象条件，以及作物在不利气象条件下受害的时期、症状、机制和指标等。 分期播种法中，关键是确定适当的播种期数、播期间隔日数和首期播种日期。播种期数是由要研究的气象条件的年际变化幅度和作物发育期的持续时间决定的；播种间隔日数是由作物发育期持续日数决定的；首期播种日期则由关键发育期之前的生长时间(也可用积温值来表示)，推算得出。在研究作物生长发育及产量形成的适宜气象条件时，上述三项因素则以这个地区的最适播期为依据，结合试验作物在这个地区实际生长期长短和允许生长期的可能来确定。 此外，分期播种试验方案的设计，还要了解试验作物的光温特性、生长期变化规律及抗逆性等。同一课题进行多年试验时，应注意年际间试验条件的一致性，每年的播期也最好相近，使观测结果能够比较分析。 分期播种法的主要缺点是:①同一年度内因播期不同造成的气象条件差异往往与年际间实际的气象条件差异不完全相同，试验结果并不能完全代表实际情况；②试验结果客观上都是各个气象因素的综合影响，在进行单因子分析时会有一定误差；③播种期的差别可造成病虫危害、土壤微生物活动、肥效速度、杂草、雀、鼠危害程度等不同，增加试验误差。 干物质重量测定 (determination of dry matter weight) 作物经干燥后体重的测定。作物干物质是光合作用的产物，其重量是表征作物生长状况的基本特征量之一，它用于分析干物质的积累和分配与气象条件的关系；鉴定农业技术措施的效应；掌握一定气候条件下的作物产量形成过程及其特点，研究其气候适应性；还用于计算其它生长特征量(如净同化率等)，评定其光能利用率等。此项测定在一般作物生育状况观测地段或专题试验地进行。根据不同的目的，确定观测的时间、次数和项目。一般可在4个发育期的普遍期或在某一育阶段定期测定，其间隔天数可定为10, 15或20d，每次测定整株或分别测定某些器官(根、茎、叶、叶鞘、穗等)的干物质重量。测定时，在地段上几处(一般为4个测区)任选一定数量(一般为10-20株)有一代表性的植株，连根挖取(若不测根系可切去)，冲洗干净，用纱布吸干附着的水分，注意防止植株失水萎蔫，随即称其鲜吸(g)，并装入纸袋，作好标记，放入恒温干燥箱，先在100℃下烘烤约半小时，以杀死植株，然后降至60-80℃以光合烘烤约24-48h，直至样品重量不变为止(可根据样品的大小、老嫩和多少，适当掌握其温度的高低和烘烤时间的长短)，此时称得的样品重为干重(kg)，据此可计算: [ Last edited by laizuliang on 2007-7-19 at 08:48 ] |
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