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完整版作物栽培学小麦
作物栽培学(小麦)
第一节概述
教学目的与要求:
使学生了解小麦在粮食生产中的地位,世界和中国小麦生产概况和发展趋势,掌握小麦的起源与分类,了解我国小麦的分区状况。
教学方法:
课堂讲授
一、小麦在粮食生产中的地位
小麦是世界性的重要粮食作物。
全世界约有35%~40%的人口以小麦作为主要粮食。
小麦籽粒营养丰富,蛋白质含量高,一般为11%~14%,高的可达18%~20%;氨基酸种类多,适合人体生理需要;脂肪、维生素及各种微量元素等对人体健康有益。
醇溶蛋白和谷蛋白能使面粉加工制成各种食品,是食品工业的重要原料。
另外,小麦加工后的副产品中含有蛋白质、糖类、维生素等物质,是良好的饲料,麦秆还可用来制作手工艺品,也可作为造纸原料。
籽粒含水量较低,易于贮藏和运输,是主要的商品粮之一,在国际国内的粮食贸易中占有很大的份额。
小麦对气候和土壤的适应能力较强,既能在温度较高的南方生长,也能忍受北方零下20℃的严寒,无论山地、丘陵、平原的沙土和粘土均可种植。
小麦可与多种作物实行间、套种,能充分利用自然资源,提高复种指数。
小麦在耕作、播种、收获等环节中都便于实行机械化操作,有利于提高劳动生产率,形成规模化生产。
二、世界小麦生产概况和发展趋势
(一)世界小麦种植面积与产量>>TOP<<
小麦在世界上分布极广,南至45°S(阿根廷),北至67°N(挪威、芬兰),均有种植。
但主要集中在20°~60°N和20°~40°S之间,欧、亚大陆和北美洲的栽培面积占世界总栽培面积的90%,非洲由于干旱而小麦面积很少,赤道附近只能种在3657m以上的高度。
世界栽培小麦主要是冬小麦,与春小麦的面积比例约为3∶1。
春小麦主要集中在俄罗斯、美国和加拿大,约占世界春小麦总面积的90%。
据联合国粮农组织数据库资料,1998年世界小麦收获面积2.244×108hm2,总产58884×104t,单产2625kg/hm2。
种植面积超过0.1×108hm2的国家:
中国、俄罗斯、印度、美国、澳大利亚、加拿大,其中,澳大利亚、加拿大、俄罗斯、印度单产低于世界平均水平,中国、美国高于世界平均水平,单产(kg/hm2)较高的国家:
法国7603.5,英国7558.5,荷兰7375.5和德国7204.5等。
(二)世界小麦增产的主要经验
世界各国发展小麦生产的途径不尽相同,俄罗斯、加拿大、澳大利亚等国,土地面积大,主要依靠扩大种植面积增加总产量,但耕作粗放,单产较低。
荷兰、英国等土地资源少,主要依靠高度机械化和科学管理,以提高单产弥补耕地的不足。
世界各国提高产量的措施主要有:
采用高产、抗病、耐肥、抗倒伏品种;增施肥料(包括有机肥和无机肥);秸秆还田和种植养地绿肥作物培肥地力;扩大灌溉面积,改善灌溉方法;合理密植,化学除草等。
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三、我国小麦生产与科研概况
(一)建国以来小麦生产的发展
我国栽培小麦历史悠久。
据考古发现,河南陕县东关庙沟原始社会遗址的麦类印痕,距今约7000a;1955年在安徽亳县钓鱼台发掘的西周时期遗物中的炭化麦粒,说明在公元前8世纪或以前淮河流域已有小麦的种植。
商代的甲骨文中就有“来”、“牟”和“麦”字(“来”是小麦,“牟”是大麦,“麦”是小麦和大麦的总称);西周到春秋时期的《诗经》一书里也多处提到“麦”、“来”、“牟”;明代《天工开物》里谈到小麦种植已遍及全国,并在粮食生产中占有重要地位。
世界上最古老的农业书籍《汜胜之书》(公元前1世纪)中记载到小麦有冬(宿麦)、春(旋麦)两种类型。
《齐民要术》还记载着种麦要利用雪水处理种子或堆雪到地中湿润土壤的技术。
解放后,特别是改革开放以来,全国小麦生产无论面积、单产和总产都取得了很大的发展和提高。
1949年,全国小麦播种面积2.167×107hm2,单产645kg/hm2,总产1376×104t;2000年分别为2.665×107hm2、3738.3kg/hm2和9963.6×104t,较1949年分别增长39.7%,479.6%,624.1%,这个速度为各个作物之首。
栽培技术方面已初步形成了良种、间套复种、高效施肥、节水灌溉、科学管理、机械化操作等一系列规范化—模式化高产栽培技术体系。
(二)高产地区小麦生产的主要途径>>TOP<<
高产地区小麦生产的主要途径:
一是选用分蘖力中等、秆壮抗倒、穗型较大的品种,中等播量,适期播种,以主茎与分蘖成穗并重达到高产;二是采取适当加大播种量,保证足够基本苗数,以主茎成穗为主,争取部分分蘖成穗达到高产;三是选用分蘖力强、抗倒伏的品种,采取小播量适期早播、匀播,以分蘖成穗为主达到高产。
(三)我国小麦栽培科学研究发展
建国后我国小麦栽培技术得到了迅速发展。
大致可以按年代划分为5个时期:
1.以总结群众经验为主的时期20世纪50年代,逐步把分散的零散的群众经验,总结成系统的小麦增产经验;2.为栽培理论研究奠定基础的时期1961年,金善宝主编出版了《中国小麦栽培学》;同年,殷宏章等发表了一批稻麦群体研究论文;此后,梅楠指导研究生们系统地研究了小麦的器官建成、器官同伸关系与肥水效应等。
这一切,为后来进行的栽培理论研究奠定了基础;3.栽培研究进展较快、高产典型频频出现的时期1978年,张锦熙和诸德辉等,提出了“小麦叶龄指标促控法”;余松烈等1979年正式推出“小麦精播高产栽培技术”,河南省1979年提出“实现小麦大面积高产、稳产、低成本的生产模式”;凌启鸿等1979年提出“小麦叶龄模式”与“小壮高”栽培技术体系;4.栽培研究横向扩展的主要时期20世纪80年代,陕西省提出“氮磷化肥配合一次深施技术”;侯庆福等于1985年创立“冬小麦晚播独秆栽培法”;单玉珊等于1989年完成了“小麦高产多途径理论及其配套技术”;80年代初,江苏省农业科学院提出“南方小麦湿害发生规律及防御技术”;此后,该院与南京农业大学、江苏农学院、江苏省农业厅合作,于1988年完成了“小麦高产模式化栽培技术”研究;5.栽培研究继续向纵深发展的时期20世纪90年代各地的栽培研究继续向纵深发展,主要在抗旱节水栽培、一年二熟双高产、小麦超高产栽培和化控技术应用等方面,取得了明显进展。
(四)发展前景>>TOP<<
我国地域辽阔,气候条件差异甚大,小麦生产极不平衡,低产田面积仍然较大,抵御自然灾害的能力仍不高。
今后的发展方向是:
根据气候、土壤等条件以及区域比较优势,合理布局,实现小麦区域化生产;根据市场需求,调整小麦品种结构,大力推广优质、高产、抗逆性强的专用小麦品种;集成小麦品质、产量形成规律研究新成果,建立优质高产高效生产技术体系;因地制宜,建立专用小麦生产基地,实现小麦产业化开发;同时,加强信息化、智能化在小麦上的应用研究,建立专家决策系统智能化栽培技术体系。
四、小麦的分类和起源
(一)栽培小麦的祖先与演化过程
人类祖先最初利用小麦是采食野生种的子实,后来将采食剩下的子实,进行人工种植,又经过长时间驯化才出现了栽培种。
小麦演化为农作物的最初阶段,大约出现在距今10000a前近东沿地中海东岸的“新月沃土”地带。
至今土耳其、叙利亚、伊朗等地还分布有一定数量的乌拉尔图小麦、野生一粒小麦、栽培一粒小麦、野生二粒小麦、栽培二粒小麦等原始种;考古学者对伊朗西南部公元前7500~公元前6750年的阿利科什居民点进行考古研究,发现了穗轴坚韧的栽培一粒小麦(T.monococcum);许多学者认为,实际上公元前7000年时期,栽培一粒小麦和栽培二粒小麦(T.dicoccum)同在西亚一带传播;普通小麦(T.aestivum)至迟于公元前5800年在西亚北部出现。
现在世界上广泛栽培的普通小麦是六倍体,具有21对(2n=42)染色体。
根据其遗传学和细胞学性质,这21对染色体可以分为三组(表示为AABBDD),每组7对,它们在小麦的起源和进化中有着不同的来源。
小麦的起源和进化过程经过了两个重要步骤:
野生的乌拉尔图小麦(T.urartu,染色体组AA)与拟斯卑尔脱山羊草组类型(Ae.Sect.sitopsistgpe(s))杂交,产生一个四倍的新生种—野生二粒小麦(T.dicoccodes,染色体组AABB),野生二粒小麦进化为栽培二粒小麦(T.dicoccum,染色体组AABB),栽培二粒小麦再和粗山羊草(Ae.τauschii,染色体组DD)杂交形成斯卑尔脱小麦(T.Spelta),六倍体普通小麦就是由它进化而来的。
(二)小麦的分类
小麦属于禾本科(Poaceae)、小麦族(Triticeaedumort)、小麦属(TriticumL.)。
对于小麦属的分类,各国学者观点不同,在种的划分和命名上也曾多次变更,但归纳起来大体可分为两种分类系统:
一种是传统的比较形态学分类系统,另一种是按染色体组分类系统。
《中国小麦学》采取将形态分类与染色体组分类相结合法,把小麦属分为5系22个种(表2-1)。
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表2-1小麦属(TriticumL.)的分类(引自金善宝主编《中国小麦学》,1996)
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五、我国小麦的分区
我国小麦分布地域辽阔,由于各地自然条件、种植制度、品种类型和生产水平存在着不同程度的差异,因而形成了明显的种植区域。
1996年金善宝主编的《中国小麦栽培学》为便于与国际上通行的小麦品种冬春性相区别,提出主区以播性取代“冬、春麦”,冬麦区改称秋播麦区,春麦区改称春播麦区,亚区以地理区域-播性-品种冬春性-熟期(指全国范围内相对的成熟、收获时间)作为命名的内容,将我国小麦划分为3个主区,10个亚区。
(一)春(播)麦区>>TOP<<
1.东北春(播)麦区包括黑龙江、吉林全部、辽宁大部和内蒙东部四盟。
在我国各麦区中本区的面积最大,总产最多,地位重要。
年降水量400~1000mm,无霜期90~160d,最冷月平均气温-10.3~-2.5℃,无霜期偏短且热量不足是本区的一个重要特点。
种植制度为一年一熟,品种为春性。
2.北部春(播)麦区包括内蒙古西盟以西、河北坝上、晋雁北、陕榆林,共四省(区)95个县市。
本区属大陆性气候,寒冷干燥。
日照充足,年日照2700~3200h;水资源贫乏,年降水量一般低于400mm,不少地区则在250mm以下,干旱问题十分严重。
以一年一熟为主,品种为春性。
3.西北春(播)麦区包括甘肃、宁夏和内蒙、青海、新疆小部分,共5省(区)171个县。
全区属中温带,地处内陆,大陆性气候强烈。
最冷月平均气温-9℃,常年降水不足300mm,全区≥10℃年积温为2840~3600℃,无霜期130d左右,生育期短,热量不足。
种植制度以一年一熟为主,品种为春性。
(二)冬(秋播)麦区
4.北部冬(秋播)麦区包括冀长城以南,晋中晋东南,陕、豫北部,宁、辽南部,陇东及京津,共9省市。
本区属暖温带,主要属大陆性气候。
最冷月平均气温-10.7℃~-4.1℃,年降雨440~710mm,无霜期149~194d。
以二年三熟为主,旱地为一年一熟。
品种为冬性或强冬性。
5.黄淮冬(秋播)麦区包括山东省全部,河南大部,冀中南、苏北、皖北、陕关中、晋南、陇天水,共8省区。
本区是我国小麦的主要产区,面积约占全国小麦总面积的45%左右。
最冷月平均气温-4.6℃~-0.7℃,无霜期183~211d,年降水520~980mm,小麦生育期降水约280mm。
一年两熟,旱地多实行两年三熟。
品种为冬性、弱冬性和春性。
6.长江中下游冬(秋播)麦区包括浙江、江西及上海全部,河南信阳以及江苏、安徽、湖北、湖南各省的部分地区。
小麦生育期间降水340~960mm,无霜期255d左右,最冷月平均气温-0.1℃~7.3℃,热量资源丰富,≥10℃积温高达4800℃~6900℃。
种植制度一年两熟以至三熟,品种弱冬性和春性。
7.西南冬(秋播)麦区包括贵州全部,川滇大部,陕南、陇东南及湘、鄂两部。
本区地形复杂,以山地为主。
最冷月平均气温3.2℃~8.6℃,无霜期268d左右,年降水1100mm左右,日照不足,日均只有4.4h。
一年两熟或三熟。
品种春性。
8.华南冬(晚秋播)麦区包括闽、粤、广西、台湾全部及云南的一部分。
年降水量1500mm左右,无霜期346d,最冷月平均气温6.3℃~20.7℃。
种植制度主要为一年三熟,部分地区为稻─麦二熟或二年三熟。
品种春性。
(三)冬春麦兼播区 >>TOP<<
9.新疆冬春(播)麦区包括南疆和北疆共78个县。
年降水量南疆39.9mm,北疆192.6mm,最冷月平均气温-18.3℃~-5.9℃,无霜期150d左右。
一年一熟为主,南疆部分地区实行一年两熟。
秋播冬性品种,春播春性品种。
10.青藏春冬(播)麦区包括西臧全部,青海大部及川、甘、陇西南等地。
最冷月平均气温-18℃~4℃,无霜期0~197d,有的地区全年霜冻,降水量各地分布亦不平衡,变动幅度在15~950mm之间。
秋播冬性品种,春播春性。
江苏省根据自身生产条件、生态条件、产量水平、种植制度等,将江苏小麦生产区域划分为6个农区:
淮北、里下河、沿海、沿江、丘陵、太湖农区。
思考题:
1、查阅相关资料,分析目前小麦生产形势与发展趋势(具体数据说明)。
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第二节小麦的温光特性
一、引言
教学目的与要求:
使学生了解小麦生长、发育的概念,在小麦生长过程中应温光变化使小麦生长发育发生变化的特征,掌握春化阶段、光照阶段的概念和划分类型;掌握小麦温光特性在生产中的应用(主要掌握在栽培和引种上的应用)。
教学方法:
课堂讲授
在小麦生产中,有时会出现这样的情况,有的冬小麦品种春天播种,萌发以后,其茎端生长点只分化叶芽,形成营养器官——叶片和分蘖,不能抽穗结实。
有的小麦品种秋天播种,却又提早开始花芽分化,形成生长点器官——幼穗,在越冬前拔节而死。
事例:
(1)1951年广东从河南引种,当年生长旺盛,但不开花结实。
(2)1989年江苏响水从北京引进春小麦铁杆小麦,当年冬季冻害发生严重,几乎全部冻死。
这一营养体的异常现象,早在1925年苏联李森科提出阶段发育理论后就得到了回答。
即小麦从播种到抽穗结实,除了需要肥水等条件外,还必须有保证其发育的特定条件,只有在这种特定的条件下,使其在内部生理上经历一系列质的变化以后,具备了花芽分化的内在因素,才能使小麦由营养生长转向生殖生长,即小麦完成其生活周期必须在内部发生一系列质变基础上,才能使小麦由营养生长转向生殖生长,这种阶段性的质变即是小麦的阶段发育特性,每一次质变过程即为一个发育阶段。
小麦的生长发育是两种不同的生理现象。
生长是植物细胞数目的增多和体积的增大。
生长过程中导致性器官形成的内在质变称为发育。
发育必须以生长作为基础,为尚未萌动或休眠的小麦种子,既无生长,也就谈不上发育。
反之小麦的器官生长必须在一定的发育阶段基础上进行,为小麦的叶、蘖发生、幼穗的分化均需以一定的生育阶段为基础。
小麦营养体生长一定程度后,需要一定的温度茎端生长锥才能开始转向分化幼穗,以后又需要一定的日长才能使幼穗正常发育。
前者称春化阶段,后者称光照阶段,二者并具有严格的顺序性。
在自然界中温度和日长的变化是有规律的,因而已成为调节小麦生长发育的信号,并在生产中发挥着重要的指导作用。
早在50~60年代,崔继林、黄季芳等依据李森科段发育理论,将当进我国小麦品种的春化阶段与光照阶段各分为三个类型。
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二、小麦的感温性
1.定义:
小麦从种子萌动开始后到生长锥伸长必须经过一个零上低温的阶段,然后才能抽穗、开花、结实,否则终生不实,这一现象称为小麦的春化现象(春化阶段)。
<1>春化阶段可以开始于种子萌动(如果条件适宜),结束于生长锥伸长,即生长锥伸长是春化阶段结束的标志,但山东农大研究认为:
二棱期才是春化阶段结束的标志。
<2>春化阶段除要求综合条件外,低温起主导作用。
<3>小麦春化阶段接受低温反应的器官是萌动种子胚的生长点或绿色幼苗茎的生长点。
2.分类:
由于小麦广泛分布于世界各地,其生长发肓与演化过程是经长期的自然与人工选择,产生出不同的生态类型:
五十年代,崔继林、黄季芳等根据小麦品种经过春化阶段要求的温度高低与时间长短,把小麦分为春性、半冬性、冬性三种类型,80年代罗春梅等认为就划分为强春性、春性、偏春性、弱冬性、冬性和强冬性六种类型。
春性小麦:
5━20℃ 5━15d 最适8━15℃
强春性 苗穗期短 辽春6号
春性 苗穗期长 扬麦5号
半冬性:
0━12℃15━30d 最适0━7℃
偏春性:
0━30℃ 10d丰产3号
弱冬性:
0─30℃ 20━30d秦1号徐州17
冬性:
0━5℃35d最适3℃
冬 性:
0─30℃40─50d秦山4号
强冬性:
0─30℃>50─60d
80年代,《中国小麦学》将小麦品种的春化阶段分为六个类型,即:
①强春型;②春型;③冬春型;④冬型;⑤强冬型;⑥超强冬型。
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我国秋播小麦的冬性程度:
南方品种春性较强,向北推移增强,华南、长江流域的品种以春性为主,海拔高的地区有少数冬性品种,黄淮平原以半冬性和冬性为主,北部麦区和新疆地区冬小麦多属强冬性,东北、西北、北部麦区品种属春性。
3.影响小麦春化速度快慢的因素。
小麦春化速度快慢受温度、水分、营养物质、光和空气等因素的影响。
<1>温度
小麦春化阶段适温高的品种通过春化所需时间短,适温低的品种,通过春化所需时间长,同一品种在高温下春化时间长,短日照下春化时间短,由于春化过程需在一定的生长过程中进行,任何品种当气温低于0℃时,春化速度降低,-4℃时停止。
在春化阶段过程中,如遇到较长时间高温,特别是对春化阶段进行不够充分时,也会降低春化作用的效果,即不稳定的春化效果会被解除,出现这种现象时,只要以后温度条件适宜,仍可重新进行春化。
<2>水分
种子春化时含水量低于45%,因而胚的生长停止,春化停顿,干燥种子无萌动基础,不能春化,土壤严重干旱可使已开始的春化效果解除。
<3>营养物质
饱满的种子是提供幼芽(种子)春化的最初物质来源,能加快幼芽的春化。
春化处理期间,多核糖体在胚内含量增加,因而春化效果强烈,Cu、Zn、Mo、B不但能促进麦苗初期生长,而且能加快春化阶段的发育,N有延缓春化的作用。
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<4>光
种子春化消耗的是胚乳中贮存的糖,因此光对种子春化作用无影响,幼苗春化时,光照强度对苗体糖分积累有直接影响,因而光有提高幼苗春化的效果。
小麦在春化过程中一般是长日促进春化,但肥麦等品种有具有短日春化现象。
<5>空气
春化过程与生长过程紧密相连,伴随着糖的氧化和分解。
因此,氧气是春化阶段的必须因素,缺氧会严重影响春化的进行。
有人认为促进春化进行的春化物质(春化素)是糖分解过程中的中间产物。
糖的分解要有O2的存在。
<6>苗龄
一般认为苗体春化效果比种子春化为好,处于2/0-3/0叶期的幼苗比出苗时和分蘖期快。
小麦通过春化阶段以后,生理上发生显著变化:
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1、蒸腾强度提高,细胞持水力降低,水分代谢作用加快。
2、糖含量增加,干物质积累速度加快。
3.呼吸强度显著提高。
4.各种酶的活力增强。
5.生长点蛋白质等物质发生变化,未春化为5.32,完成春化为4.88。
6.原生质透性增加,根系吸收离子加快。
7.抗寒性和抗旱性显著下降,通过春化阶段植株保持低温则抗寒力保持,温度回暖则抗寒力下降。
三、光照阶段(光周期现象)
(一)定义
小麦通过春化阶段后,外界条件适宜,便进入第二阶段光照阶段。
光照阶段的概念最初光周期现象而来,此发育阶段主要影响因素为日照长度,其次是温度,即这一阶段要求一定的日照长度和较高的温度,如日照长度不能满足,就不能开花结实。
光照阶段接受日长反应的器官是叶片。
小麦品种因起源地不同,对日照长短的反应敏感性也不相同,其总趋势是:
愈是北方的品种,对长日照的要求愈严格,愈是南方的品种,对日照长度的反应愈弱。
根据我国栽培的小麦品种,其通过光照时对日照长短的反应情况可分为三类:
1.反应迟钝在每日8-12小时的日照条件下,16天以上即能通过春化阶段而抽穗,低纬度的春性品种属此类型,扬5,宁3。
2.反应中等在每日8小时日照下不抽穗,在每日12小时日照条件下,才能通过光照而抽穗,但需24天以上。
一般半冬性品种属此类型,如徐州114。
3.反应灵敏在每日8-12小时日照下都不能抽穗,要在每天12小时以上的日照条件下,才能通过光照阶段而抽穗,且需30-40天,一般冬性品种和高纬度春性品种属此类,如济14,。
(二)影响光照阶段进行的因素>>TOP<<
小麦光照阶段发育除受光照时间影响外,光照强度不足,光合作用积累的营养物质少,麦株体内的新陈代谢的强度低,光照阶段进行缓快。
日本后腾虎男以日本北海道的春播小麦农林29(日长反应敏感)试验证明:
20lux启明光照和10lux薄暮光照有与明期的强光(12万lux)相同效果。
故统计日照长度时应将曙光20lux和暮光10lux列为有效临界照度,而分别将日出前26min和日落后23min加算在内。
长光波(红光)有促进作用,短光波(蓝、紫光)则有延缓作用。
1.温度最适15-20℃,起点4℃,低于10℃/高于25℃时通过的速度减慢。
2.水分水分不足,小麦植株生长过程减慢,光照阶段则加速进行,但缺水超过一定限度时,又会延缓光照阶段的进行。
3.营养条件N过多,麦株内N与糖类形成而消耗过多糖分,生长锥糖分营养相对减少,延长光照阶段进行时间。
磷则有促进作用。
4.苗龄幼苗阶段小麦日长因素无反应,唯有达一定苗龄后,小麦才能感受日长反应,苗龄增加,光合产物增加,敏感性增强,苗龄过大,敏感又会降低。
光照阶段开始于生长锥伸长时至雌雄蕊分分化期结束,近来有人认为从二棱期开始。
小结>>TOP<<
阶段
南方品种 春性 反应迟钝 要求温度范围宽 要求日长短
冬 时间短 时间短
麦 半冬性 中等
区
北方品种 冬性 敏感 低温,长时间 长日照长时间
春麦区 春性 敏感 低温宽,时间短 长日照
山西农业大学(1984~1989年)研究指出,冬型与春型对低温及光长反应明显不同。
决定春型苗穗期长短的主要因素是光长,其光长对苗穗期长短的作用力达92%以上,而低温作用力仅5%以下,可见春型小麦抽穗并不需要春化过程。
决定冬型苗穗期长短的主要是低温,其作用力达70%以上,而光长的作用力一般也在10%~30%左右。
半冬性型品种介于冬型与春型之间,低温作用力与光长作用力分别各占40%~60%左右。
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四、小麦温光特性在生产上的应用>>TOP<<
1.引种一般而言,北种南引,由于春化阶段要求低温,且通过时间长,光照阶段要求长日照,南方很难满足其要求,常表现迟熟,甚至不能正常抽穗,故引种不易成功;南种北引,低温、长日照能够满足,一般表现早熟,但抗寒性弱,易遭受冻害,难以越冬,产量低。
所以,原则上应从纬度相同或相近的生态区内引种,成功的可能性相当大。
2.品种
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