CN106910022B - 小麦群体抗倒伏临界风速测定及计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小麦群体抗倒伏临界风速测定和计算方法。该发明的实施涉及小麦田间表观粗糙度、等效风速高度、近地面层风攻角、冠层阻风系数确定，群体临界抗倒伏强度测定，群体临界风荷载、地面等效风速和小麦群体抗倒伏临界风速，即距地面10米高处标准风速的计算。本发明直接以田间自然生长的小麦群体为对象，以导致倒伏的外界因素风速为指标具有明显区别于其它评价方法的特点，一是避免了利用单一或少数指标评价小麦抗倒伏能力所存在的偏差；二是方便育种工作者科学制订育种目标，合理选择品种推广区域；三是可以广泛用于小麦种植管理制度、冠层结构以及刮风、降雨等因素对抗倒伏强度的影响研究；四是操作简单、结果可靠。
Description
所属技术领域
本发明属于作物学领域，尤其涉及一种能够田间自然生长条件下对小麦群体抗倒伏临界风速测定及计算的方法。
背景技术
倒伏是由刮风、降雨以及植物茎秆强度等内外界因素共同作用引起的使植物茎秆从自然直立状态到永久错位的现象。目前，倒伏仍是严重影响小麦高产、稳产的最主要限制因素之一。小麦从杨花至成熟各个时期均可以发生倒伏，倒伏不仅使粮食产量大幅度降低，一般可达10％-30％，严重者可达50％-80％，而且还可因病菌滋生产生毒素等致使粮食品质严重下降，同时还给机械收获带来诸多困难。据有关统计，每年我国因倒伏造成的粮食损失高达20×108公斤以上。因此，深入研究倒伏发生机制，防止小麦大面积倒伏的发生对保证国家粮食生产具有极其重要的意义。
目前，小麦生产中用于防止大面积小麦倒伏的方法虽有很多，如合理制订小麦种植、管理方案、严格水肥管理、科学确定小麦品种推广区域等，但选育抗倒伏品种仍是目前最简单有效的方法。长期以来，国内外小麦育种及生产工作者建立了许多不同的小麦抗倒伏评价方法或体系，这些方法依据其原理或操作形式可以分为三大类型。一是自然或人工诱导倒伏评价法，如通过增大种植密度,过量施用氮肥等栽培管理措施，将木板纵向拉过小区使小麦完全倒伏随后根据小麦恢复直立的状况确定其抗倒伏的等级等；二是茎秆物理特性评价法，如茎秆承重法、茎秆强度测定法、传统田间感官判断法等，利用其茎秆强度评价小麦的抗体倒伏性；三是力学评价法，利用茎秆基节的弹性模量和抗弯折强度等力学指标评价小麦茎秆的抗倒伏性。
目前，已经有一些方法被应用于小麦育种及生产推广，但仍然存在一些明显不足：一是除田间评价方法外，现有倒伏评价研究多以小麦单茎某一特性为对象，如茎秆物理特性法和力学评价法等，缺乏综合性的客观抗倒伏强度评价方法；二是现有评价方法多以定性为主，定量不足，评价结果多属于不同实验材料相对抗倒伏性的比较，三是现有小麦倒伏评价结果与引起田间小麦大面积倒伏的最主要客观外界因素—风速条件还没有联系起来。
小麦抗倒伏能力是一种综合指标，它与小麦株高、穗重、种植密度、基部节间长度、茎秆粗细、化学组分、机械强度以及作物生长发育时期等多种因素均有重要的联系；其中，株高、穗重、种植密度、茎秆基部节间长度与小麦抗倒伏能力呈负相关，茎秆直径、机械强度与小麦抗倒伏能力呈正相关；而且，这些因素之间往往存在着复杂的相互制约关系，如种植密度对株高、基础节间长度以及茎秆直径等的影响。因此，建立在单一或少数几个因素指标基础上的方法难以客观评价小麦的真实抗倒伏能力，相反在田间自然生长状态下，直接快速、准确地测定小麦群体抗倒伏能力，综合考虑小麦内在植物因素和外部气象因素的相互作用，利用抗倒伏风速表示其抗倒伏性则更为简单、客观。
发明内容
本发明以小麦群体为对象，依据小麦倒伏的本质因素，即“风垂直施加在小麦茎秆上的弯矩超过其茎秆基部的破坏弯矩”原理，为小麦抗倒伏品种育种和推广提供一种可以在田间、自然生长状态下测定小麦群体的临界抗倒伏推力，综合考虑小麦内在植物因素和外部气象因素的相互作用，测定、计算小麦群体抗倒伏临界风速的方法。
利用本发明测定、计算小麦群体的抗倒伏临界风速包括下述步骤：
选定小麦抗倒伏强度测定装置：本发明使用“便携式作物抗倒伏强度电子测定仪”或“作物抗倒伏强度快速测定仪”。
确定田间小麦表观粗糙度长度：小麦田间表观粗糙度长度与大气层结稳定性、小麦冠层结构及近地面风速有关，其中影响最大的是田间风速，小麦田间表观粗糙度长度随观测风速的增大而减小，并逐步趋向于一个基本稳定的最小值，能够引起小麦倒伏风速条件下，小麦田间表观粗糙度为0.16-0.25米。
确定小麦田间等效风速高度h：能够穿透小麦冠层引起倒伏的特定高度部位的风速称为有效风速，该风速的距离地面高度称为等效风速高度，等效风速高度＝hc+(hc-z0)，其中hc小麦冠层高度。
确定田间近地面层风攻角θ：风攻角＝arctan(垂直方向平均风速/水平方向合成风速)，即田间实际风速方向与地面所成的夹角，风攻角与距地面高度有关，距地面1米处作物冠层3秒钟平均最大向下风攻角为﹣3.8–﹣46.1°。
确定小麦冠层阻风系数κ：小麦冠层阻风系数＝群体上风向风速/群体下风向风速的比值，阻风系数与小麦群体的宽度有关。
确定小麦抗倒伏评价时期：小麦生长至抽穗期或群体形成之后就可以进行抗倒伏测定评价，由于小麦倒伏多发生于灌浆至成熟期，因此小麦群体最大抗倒伏风速的测定多在此时期进行。
测定小麦群体临界抗倒伏推力：利用“作物抗倒伏强度快速测定仪”测定待测小麦群体冠层高度2/3处，小麦群体倒伏至与地面呈45°时的最大临界抗倒伏推力，单位为牛顿。
计算小麦群体临界风荷载w0，单位为千牛顿/平方米：
计算地面等效风速ν，单位为米/秒:
计算田间小麦群体抗倒伏临界风速，即距地面10米高处标准风速ν10，单位为米/秒:
本发明具有明显的技术进步及有益效果，主要包括以下几方面：
本发明直接以田间自然生长状态下的小麦群体为对象测定其临界抗倒伏强度、计算群体抗倒伏临界风速，综合考虑了小麦的冠层高度、穗重、种植密度、基部节间长度、茎秆粗细、机械强度等多种因素单独或共同作用对小麦抗倒伏强度的影响，结果更真实可靠，消除了利用单一或少数因素指标评价小麦抗倒伏能力所存在的偏差。
冠层高度、穗重、种植密度、基部节间长度、茎秆粗细等茎秆机械强度因素是决定小麦倒伏的内因，风速强弱是决定倒伏的外因，风垂直施加于茎秆之上的风荷载超过其茎秆破坏弯矩是引发小麦倒伏的最本质原因，本发明直接以小麦群体能够承受的最大风速为抗倒伏指标具有明显区别于其他抗倒伏评价的优点，可以让育种工作者根据育种目标地区的历史气象信息，科学制订育种目标，科学选择品种推广区域。
本发明所提供的小麦群体抗倒伏临界风速测定及计算方法可以广泛用于小麦种植管理制度、水肥管理措施因素、小麦冠层结构以及刮风、降雨等气象因素对抗倒伏强度的影响研究。
利用本发明评价小麦群体抗倒伏临界风速操作简单、方便，不受时间、地点的影响，方便不同地区、不同人员试验结果的比较。
本发明测定及计算方法经风洞试验验证，二者高度一致，结果可靠。
具体实施方式
本发明具体实施方式包括风洞模似实验验证和大田小麦群体抗倒伏临界风速测定及计算二个部分，以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
风洞模拟实验验证包括如下步骤：(1)选择小麦群体抗倒伏强度测定仪器，本发明选择专门为抗倒伏强度测定而设计的便携式作物抗倒伏强度电子测定仪为小麦群体抗倒伏强度测定仪器；(2)将小麦材料种植于60厘米×40厘米×25厘米的大型种植箱中，按常规种植方法种植和管理；(3)当小麦材料生长至开花期之后进行抗倒伏试验，将便携式作物抗倒伏强度电子测定仪放置于待测小麦材料种植箱前约25厘米左右，将群体测定探头调整至小麦冠层高度2/3部位，测定使小麦群体前部向后倾斜至与地面呈45°时的临界推力，重复三次，同时记录小麦冠层高度；(4)将完成推力测试的小麦材料随种植箱整体搬入倒伏实验风洞(风洞实验区长700厘米，宽120厘米，高200厘米，变频器调整风速)，每次二箱，并排放置，种植方向与风洞风向垂直，在小麦群体前后、冠层高度2/3部位各水平安装二支热线式风速计探头；(5)打开风洞电源开关，旋转变频器旋扭使风速缓慢增大，当小麦群体前部向后倾斜至45°时，记录小麦群体前后风速计风速值，重复三次，计算平均值；(6)利用小麦群体抗倒伏临界风速模型计算小麦群体最大抗倒伏风速并与实测风速进行比较。
风洞模拟实验结果，表中平均推力测定探头宽度为0.33米，“10米风速”为距地面10米处10分钟平均风速，模拟地面风速与实测风显著相关，相关系数达0.95。
风洞模拟实验结果
大田小麦群体抗倒伏临界风速测定及计算包括下述基本步骤：(1)选择小麦群体抗倒伏强度测定仪器，本发明选用“作物抗倒伏强度快速测定仪”为大田小麦抗倒伏强度测定仪器；(2)确定抗倒伏风速测定时期，小麦生长至抽穗期或群体形成之后就可以进行抗倒伏测定评价，由于小麦倒伏多发生于灌浆至成熟期，因此小麦群体最大抗倒伏风速的测定多在此时期进行；(3)测定小麦群体临界抗倒伏强度，将作物抗倒伏强度测定仪通过地插垂直固定于待测植株前方约0.25米位置测定将小麦群体前部推倒至与地面呈45°时，记录小麦群体的最大抗倒伏强度，每个群体5次，计算其平均值；(4)确定小麦群体抗倒伏临界风速计算所需表观粗糙度长度、冠层高度、阻风系数，并结合田间风攻角、等效风速高度相关参数的取值范围；(5)计算小麦群体临界风荷载，单位为千牛顿/平方米；(6)计算地面等效风速，单位为米/秒；(7)计算田间小麦群体抗倒伏临界风速，即距地面10米高处标准风速，单位为米/秒；(8)小麦群体的抗倒伏能力随生育时期的不同有所变化，为客观了解不同时期小麦群体的抗倒伏能力变化，可以定期测定其临界抗倒伏强度，计算其抗倒伏临界风速。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.小麦群体抗倒伏临界风速测定及计算方法，其特征是以在田间、自然生长状态下小麦群体为对象，依据小麦倒伏是“风垂直施加在小麦茎秆上的弯矩超过其茎秆基部的破坏弯矩”原理，测定小麦群体抗倒伏临界推力，以导致小麦群体倒伏的临界风速，也即距地面10米高处标准风速表示其抗倒伏能力；小麦群体的抗倒伏临界风速测定及计算包括下述步骤：
(1)测定小麦群体临界抗倒伏推力p，利用作物抗倒伏强度测定仪测定待测小麦群体冠层高度2/3处，小麦群体倒伏至与地面呈45°时的最大临界抗倒伏推力，单位为牛顿；
(2)确定小麦群体抗倒伏临界风速计算所需的相关参数，相关参数有：田间小麦表观粗糙度长度z0、小麦冠层高度hc、小麦冠层阻风系数k，田间近地面层风攻角θ、小麦田间等效风速高度h，定义能够穿透小麦冠层引起倒伏的特定高度部位的风速为地面等效风速，地面等效风速距离地面的高度为所述小麦田间等效风速高度h，小麦田间等效风速高度h＝小麦冠层高度hc+(小麦冠层高度hc-田间小麦表观粗糙度长度z0)；小麦田间近地面层风攻角θ为田间实际风速方向与地面所成的夹角；小麦冠层阻风系数k＝群体下风向风速/群体上风向风速；其中田间小麦表观粗糙度长度z0为0.16-0.25米、小麦田间近地面层风攻角θ为-3.8°--46.1°、小麦冠层阻风系数k为0.70-0.95；
(3)计算小麦群体临界风荷载w0，单位为千牛顿/平方米；
(4)计算地面等效风速v，单位为米/秒；
(5)计算田间小麦群体抗倒伏临界风速v10，即距地面10米高处标准风速，单位为米/秒；
(6)小麦群体的抗倒伏能力随生育时期的不同有所变化，为客观了解不同时期小麦群体的抗倒伏能力变化，可以定期测定其临界抗倒伏强度，计算其抗倒伏临界风速，直接以小麦群体能够承受的最大风速为抗倒伏指标；
上述各步骤的算式中，l为作物抗倒伏强度测定仪的群体测定探头的宽度，p为小麦群体临界抗倒伏推力，hc为小麦冠层高度，z0为田间小麦表观粗糙度长度，k为小麦冠层阻风系数，θ为田间近地面层风攻角，h为小麦田间等效风速高度。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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