棉花高产高效理论与技术第二次.ppt

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1、棉花高产高效理论与技术,作物化学控制研究中心田晓莉,LOGO,第二次课,高产高效的目的高产高效理论高产高效技术的发展历程高产高效技术的发展趋势高产高效技术,棉花高产高效栽培的目的,发挥品种的遗传潜力提高资源的利用效率,棉花高产高效理论,形态转变叶龄模式物质和能量的产生与分配产量构成三因素光合理论源库理论信息调控定向诱导双重调控,叶龄模式,叶片出现和其他器官分化、生长的同步/同伸关系个体发育在时间顺序上的量化指标,主茎叶片与根系的同伸关系,主茎叶龄与叶原基的同伸关系,主茎展平叶之间的同伸关系,主茎叶和果枝叶的同伸关系,果枝叶包括可见果枝叶、可见果枝顶叶原基和分化果枝上叶原基三部分可见果枝叶：按现

2、蕾的圆锥体递增果枝上的叶原基：相邻果枝上的叶原基按2递增主茎叶/果枝叶：现蕾时为1.5:1，盛蕾时1:1，开花时1:2.5分化果枝上的叶原基：,主茎叶和主茎节间的同伸关系,生育前期，主茎下部节间伸长较慢生育中期，节间伸长较快生育后期，上部节间伸长较慢每一节间：开始伸长-伸长最快，需要5-9天；开始伸长-基本固定，13天左右。各节间的伸长速度与其上方叶片的生长速度一致,主茎叶龄与果枝的同伸关系,相邻果枝同节位现蕾间隔2-3天同一果枝相邻两果节现蕾间隔4-6天,主茎叶龄与花芽分化的同伸关系,花芽原基伸长-心皮分化期（外观达现蕾标准）：15-20天现蕾-开花：25-30天开花-吐絮：50-65天中熟

3、品种：若果枝始节为6，约在第二叶展平时，第一个花芽原基进入伸长期；经过5个叶龄（2-6）的间隔，花芽分化完成。早熟品种：若果枝始节为5，花芽原基伸长始于第二叶期前经历4个叶龄，完成花芽分化，快于中熟品种。,主茎叶龄与果节数的同伸关系,果节数包括：可见果节数、可见果枝上的花芽数、分化果枝上的花芽数可见果枝上的花芽数（果枝顶端内花芽数）：现蕾期，每一果枝生长点内有3-4个花芽数；开花期，有4-5个花芽数，一般4个较多分化果枝上的花芽数（主茎顶芽内的花芽数）：,叶龄模式的作用,使作物栽培向生育进程模式化、栽培诊断指标化和技术措施规范化的方向发展叶龄模式对栽培措施的指导作用叶片与根系的同伸关系，为栽培

4、技术的应用提供直接指导依据茎叶的同伸关系，为调控措施的及时应用提供依据叶龄与果枝的同伸关系，有利协调群体与个体的矛盾利用同伸关系，预测灾后的对策效应,产量构成三因素,提出1923年，英国育种学家Engledow将禾谷类作物的产量分解为穗数、单穗粒数、粒重对栽培的指导意义便于从这些因素的形成过程中了解产量的形成规律，并采取针对性措施予以调控育种和栽培的目的，就是妥善调节三因素间的矛盾，使三者的乘积达最大值首先使穗数和穗粒数的乘积达最大值，而后使粒重达到或超过品种特性的正常水平，就能实现高产,光合理论,群体光合生产力=光合势（叶面积持续天数）净同化率群体叶面积、持续时间、净同化率三者之间呈显著负相

5、关研究重点适宜叶面积提高单位叶面积光合效率,定向诱导,根据作物生长发育的需要，应用植物生长调节剂从种子萌发开始对植物的生长发育进行调控，实现对各器官发育的定向诱导修饰植株外形和改善内部生理功能同步进行地上部与根系的发育和功能达到协调统一塑造理想株型的同时优化产量器官的建成,双重调控,分别应用“系统化控技术”和“传统栽培措施”对“作物自身”和“环境条件”进行同步调控使作物生产愈来愈接近于有目标设计、并可控制生产流程的工业工程,高产高效技术的发展历程,20世纪5060年代，总结和推广劳模经验，以县为单位的大面积丰产栽培经验70年代，明确了高产棉花的产量结构和合理生育进程产量构成因素间必须协调配合苗

6、期壮苗早发，蕾花期发棵稳长，花铃期多结三桃（伏前桃、伏桃、秋桃）不早衰总结出了高产棉株长势长相的形态诊断指标（如二叶平、四叶横、六叶亭），以及相应的一套促控结合的综合栽培技术措施。,高产高效技术的发展历程,8090年代，既要高产，又要优质中国农科院棉花所等：在最佳结铃期内集中多结伏桃和早秋桃，去除早、晚蕾，使棉叶的高光效能期和棉铃增长的高峰期与当地光热的高能期相吻合。河南省农科院：8月15日前的成铃比例达到85%以上，第一、二果节的成铃率达到85%-90%江苏省棉花高产优质经济栽培研究协作组：高产优质群体生态结构初花期生理指标，叶色诊断及其调节技术山西省农科院：株型栽培新疆：矮密早,育苗移栽地

7、膜覆盖化学调控技术滴灌技术简化整枝去早蕾？2009-7-1前2009-7-5前,免耕化除深耕培肥机械化：移栽采收无土育苗？缓释肥？,棉花高产高效技术,棉花高产高效技术的发展趋势,简化量化信息化精准安全,简化,除草膜以聚乙烯树脂为主要原料，加入一定量的除草剂除草剂具有单面渗透的特性，与地面接触的一面渗出量高无土化育苗、机械化移栽基质营养液促根剂保叶剂移栽机具简化整枝化学打顶免耕机械采收,量化,是否可以用数学方法进行研究，是衡量一门学科发达程度的重要标准栽培科学的理论与技术水平，很大程度上体现在一些关键生育指标的量化和应用措施的定量水平。作物栽培要发展成为一门独立的、具有很强指导作用的现代应用科学

8、，必须从“看天、看地、看庄稼”和“因地制宜、因时制宜”等定性的、经验性的和各具特点的生产技艺中提炼出共性规律，建立自身的理论体系，特别是具有普遍指导意义的定量指标体系。,指标化,在总结多年大面积丰产经验的基础上，根据丰产棉花的合理生育进程，优选出不同产量水平的植株形态和生理指标，采取有效措施，实现各项指标。形态指标：株高日增量、株高、红茎比例、叶龄指标、LAI、叶色、叶位、倒四叶宽度、果枝数、果节数、节枝比、铃枝比、叶铃比等生理指标：光合速率伤流量,群体质量,我国自20世纪50年代开展作物群体研究众多个体组成的群体具有新的质的特点作物大面积产量水平的不断提高，群体数量不是越大越好，而应在一定数

9、量的基础上注重提高群体的质量对任何一个群体的描述，最终都得通过一定的数量来表述，而所谓群体质量，即是各项指标的最优化数值所谓高产群体，是指经济器官生长期间具有高的光合效能和物质积累量,群体质量指标,提高盛花期后群体干物质生产量是高产群体最本质的指标在高产栽培中，不能追求生长前、中期高的光合生产积累量，而要大力提高开花至成熟期的群体光合生产能力。在育种上，对株型的培育方向：适当控制营养生长的物质分配比例，提高产量器官的分配比例。适宜LAI和合理的叶系配置是高产群体质量的基础以前的研究结果认为，棉花的最适LAI4.0随着品种的改良和栽培技术的进步，最适LAI提高到有效和无效叶面积：提高有效叶面积比

10、例的关键是控制盛铃期（8月15日）后边心和赘芽的生长无效叶：无效果节上的叶片高效和低效叶：高效叶为有铃对位果枝叶叶层配置：,群体质量指标,单位面积总铃数获得125公斤/亩的皮棉产量，总铃数要达到8万以上三桃比例江苏沿海、沿江、里下河地区（多雨湿润，伏前桃不宜多）：10：45：40-45淮北地区（雨量相对较少）：20：35：45山西：40：40：20适宜LAI条件下的铃叶比皮棉产量80-100公斤，铃叶比（个/m2）皮棉产量125公斤以上，铃叶比（个/m2）29个以上回归分析表明，皮棉产量在125-150公斤范围内，铃叶比需达到个,群体质量指标,合理株型是优质群体的空间结构基础株高及节间距的合理

11、分布果枝及果节长度的合理分布节枝比（江苏不同年代和地区）每亩4000株，15-16台果枝，适宜节枝比4.0左右，100公斤皮棉每亩3000株，16-18台果枝，适宜节枝比5.0左右，125公斤皮棉每亩2500株，18-20台果枝，适宜节枝比，150公斤皮棉果枝及叶片角度分布根系载铃量（个/m2、克/m2）和棉铃根流量（ml/铃.d）属于群体根系生理质量,应用形态指标确定栽培措施的实例,农六师芳草湖农场（呼图壁），应用棉花叶龄模式和红茎比确定头水前DPC的使用剂量：DPC用量=叶龄2，再加(减)红茎比例。当棉花浇头水前主茎叶片数为10时，DPC用量为102=5g，然后再观测红茎比例。棉花壮苗的红

12、茎比：苗期50%，蕾期60%，花期70%，铃期80%当头水前红茎比例在60%(蕾期)时，DPC用量不加不减，当红茎比例超过70%时DPC用量应为5-1=4g，当红茎比超过80%时，DPC用量应为5-2=3g。反之，当红茎比低于50%时，DPC用量应为5+1=6g，当红茎比低于40%时，DPC用量应为5+2=7g。,应用形态指标确定栽培措施的实例,判断棉花化学催熟脱叶剂应用时间的量化指标：OBP 60%NACB=4DDs=472 after NAWF=5,信息技术,对有关棉花生产中的生物、土壤、气候、经济和社会信息的生成、传递、处理和利用的技术。主要包括作物生长模拟模型作物生产决策系统农业专家系

13、统等,作物生长模拟模型,20 世纪60 年代以来作物栽培领域新的研究方向利用系统分析和计算机技术，综合作物生理生态、农业气象、土壤和农学等学科研究成果，将作物与环境因子作为整体，进行动态的定量化分析和生长模拟的过程。棉花生长模拟模型就是利用计算机程序模拟棉花在自然条件下利用光能，把水分和二氧化碳结合成有机物、完成组织和器官的建成、死亡以及产品的形成等过程。40 多年来，作物生长模拟模型已从理论研究进入到生产应用，并逐步深入到农业研究的各个领域，为当前的农业生产开辟了新的途径。,作物生长模拟模型,美国棉花生长模拟模型：SIMCOTSIMCOT+RHIZOSGOSSYM（1983）1984 年，G

14、OSSYM 模型开始推广运用于生产，经逐年改进已形成新的版本，这一模型是迄今为止世界上最为著名的棉花生长动态解释模型它可以模拟大田棉花生长发育和产量形成过程，给出相应的棉花模式图，并预测产量，提供管理决策等。其他棉花模拟模型模型：COTTONPLUS、KUTUN、OZCOT、COTMAM中国棉花模拟模型：吴国伟等，CGDMM 模型；唐仕芳等(1990年)，CDSM；李秉柏等（1991 年)；刘文等(1992 年)，COTSM；肖荧南等(1995 年)；潘学标(1996 年)，COTGROW；马新明(1997 1999 年),专家系统,是人工智能重要的组成部分。一个成功的专家系统能模仿人类专家对

15、某些复杂的问题进行推理、判断和决策，完成只有专家才能完成的高级任务。棉花COMAX专家系统：用GCL ISP 语言编写，解释GOSSYM 的输出信息，并向棉农推荐棉花生产中的管理措施。COMAX 解释模型的结果并最终为生产决策服务，如灌溉日期和灌溉量，施氮时间和施氮量，化学生长调节剂和收获期等决策。美国农业部农业研究局作物模拟研究所于1985 年建立的COMAX-COSSYM 系统是目前世界上开发应用最为成功的农业专家系统。张立桢等，基于G IS 棉花生产管理专家系统的设计,作物决策支持系统,基于人工智能的原理和方法，利用已知“作物环境技术”三要素之间的辨证统一关系，及时作出管理决策，以调整作

16、物的生长发育，获得高产、优质、高效。作物生产决策系统不同于以经验方式为基础的计算机统计模型或者以专家系统为基础的作物系统模型，而是一种以模拟模型和系统模型为主体，以其他技术方法为补充，集预测、诊断、决策等多种功能为一体。能够定量作物生产布局、农艺技术措施、作物生长过程等作物系统行为与特征,作物决策支持系统,理想的作物生产决策系统能够实现品种选择、产量与栽培模式的设计、播期、播种方式及密度的确定、施肥与灌溉决策、病虫草害的综合管理、实时苗情评估、产量预测及综合效益分析等。从认识论的角度来看，作物生产决策系统是较为高级的作物信息工程技术，它将作物生长的系统预测、人们的主观能动性及计算机的信息处理功

17、能融为一体，并在作物生产管理中充分体现。,棉花决策系统,1981 年，Hearn 等人建立了棉花虫害计算机管理系统-SIRATAC1991 年，郭向东等运用专家系统技术建立了一个棉花生产管理决策系统DECOCA1993 年，董占山等建成了棉花生产管理决策支持系统CPMSS2003 年，张怀志（曹卫星等）建立了基于知识模型的棉花管理决策支持系统KMDSSCM,精准农业（Precision Agriculture）,20 世纪90 年代开始在发达国家兴起，是现代信息技术与人工智能技术的结合通过卫星或机载遥感及传感器连续采集数据，实时获取田间生态环境和作物长势等信息；通过智能型农业专家系统分析处理后

18、提出精确变率播种、施肥、灌溉、喷药等措施；再通过电子地图与GPS 定位指挥农业机具自动进行农事操作，根据特定地块的作物潜在生产能力控制不同投入水平；,精准农业（Precision Agriculture）,建立在“空间差异”（Spatial variability）的数据采集和处理上核心是适时监测作物群体在不同地段上生长的实际需要进而有针对性地确定肥料、灌溉、农药等的投入数量、质量和时间。使农业生产向智能化、精准化、数字化和工厂化方向发展提高农业生产的可控程度和稳定性走向资源节约、高效利用和持续发展的道路,42,精准农业6项核心技术的集成（胡兆璋，田笑明）,兵团精准管理技术体系,安全,可控光降

19、解膜加入一定比例的光降解剂在阳光照射下一定时间后，可自行降解成小块地膜，然后被土壤微生物继续分解生物降解地膜在聚乙烯或合成高分子中，掺入一定比例的淀粉及其他成分经细菌或其他微生物吞噬，使薄膜解体，变成微孔结构和碎片，再进一步氧化分解，最终被土壤微生物吸收可控性尚不理想,膜下滴灌,膜下滴灌,膜下滴灌,1996 年,新疆兵团引进滴灌技术与大面积推广的薄膜覆盖技术相结合形成膜下滴灌技术翻开了新疆兵团节水农业的新篇章发展迅速1996，1.67 hm 22002，12 万hm 2目前，兵团普及，地方正在推广,膜下滴灌增产机理,保证棉花的生长始终处于一个良好的水分环境中 有利于棉花充分利用当地的光热资源叶

20、面积指数(L A I)高值持续期进入早,持续时间长 积累的光合产物多,获得较高的经济产量成铃率提高棉株中下部果枝的平均成铃率提高第2 果节成铃率也显著提高,膜下滴灌的效益,节水：20%-50%增产：棉花膜下滴灌较沟灌增产10%20%中低产田增产30%籽棉单产增幅为870.01411.5 kg/hm2,平均1031.9 kg/hm2保土保肥：防止次生盐渍化：滴灌水浸润性湿润土壤,在棉花根区形成一个低盐区,为棉花的生长发育提供了良好的低盐环境。同时滴灌水渗透深度一般在60 cm 以内,避免了地表水和地下水的接触,降低了地下水位,防止土壤的次生盐渍化,膜下滴灌的效益,降低生产成本：节水节地省工（劳动

21、生产率提高3-4倍）省机力提高肥效（可溶性化肥如尿素、磷酸二氢钾等可随水滴施到棉花根系活动层,不产生深层渗漏）平均可降低棉花生产成本1333.6 元/hm2经济效益分析：年投入200元以上/亩增产效益200元以上/亩节约成本80-90元左右/亩,膜下滴灌存在的问题,叶面积易增大,不利于通风透光根系变浅,易发生倒伏早衰肥水配比、平衡施肥问题还有待于研究盐碱地滴灌棉田易出现“小雨死苗”问题宽窄行配置容易引起棉花根系争水争肥问题发生缺少适合滴灌的品种物化投入成本较高,宽膜覆盖的发展,1990 年,农七师128团改窄膜(70cm)为宽膜(140 150cm)提高了棉花保苗率节约了灌溉用水大幅度提高了棉

22、花产量1995 年，该团种植宽膜棉700hm2平均产量1 777.5kg/hm2,比窄膜植棉平均增产367.5kg/hm2,增产幅度达26.6%。1996 年，兵团示范推广6.87 万hm2,占当年棉花播种面积的24.2%1997 年，全兵团宽膜植棉面积达20.67 万hm 2,占当年植棉总面积的65.5%。,宽膜覆盖的研究,时间：1995 1998年单位：新疆农科院经作所、自治区农业技术推广总站、新疆农垦科学院棉花所、农二师农科所、石河子棉花研究所等研究内容：宽膜植棉生态、生理、早发、早熟生育规律、群体动态、光合效率、干物质积累与分配规律;灌溉、施肥、化控、病虫害防治等综合配套技术宽膜植棉增

23、产原理与配套技术由新疆农垦科学院棉花所陈冠文等编著,从理论上形成了较为完善的宽膜植棉技术体系,指导自治区与兵团棉花生产。,宽膜覆盖增产机理,增温：宽膜中心日平均温度较窄膜增加1.6，棉花灌第一水前地积温增加112。增光保墒：010cm 土层内宽膜较窄膜土壤含水率高1.9%;10 20cm 前者较后者高0.5%;抑盐灭草提高出苗率、促进壮苗促进早熟、改善品质,宽膜覆盖效益,稳定增产：10%左右减少劳动投入：棉田覆盖率为73.5%,较窄膜种植增加11.013.5%,减少了田间中耕面积,提高工效40%。节水：膜上灌,一般宽膜较窄膜节水15%20%。经济效益显著（莎车县，4 年结果）增产增加产值1651.5 元节约标准劳动日112.5个,计1125 元节水20%，计人民币27.45 元以上各项增收减去地膜增支的90 元,总计公顷效益为2713.95 元。生态效益：节水、早熟,谢 谢！,