本發(fā)明屬于作物學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠田間自然生長條件下對小麥群體抗倒伏臨界風(fēng)速測定及計(jì)算的方法。

背景技術(shù)：

倒伏是由刮風(fēng)、降雨以及植物莖稈強(qiáng)度等內(nèi)外界因素共同作用引起的使植物莖稈從自然直立狀態(tài)到永久錯(cuò)位的現(xiàn)象。目前，倒伏仍是嚴(yán)重影響小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的最主要限制因素之一。小麥從楊花至成熟各個(gè)時(shí)期均可以發(fā)生倒伏，倒伏不僅使糧食產(chǎn)量大幅度降低，一般可達(dá)10％-30％，嚴(yán)重者可達(dá)50％-80％，而且還可因病菌滋生產(chǎn)生毒素等致使糧食品質(zhì)嚴(yán)重下降，同時(shí)還給機(jī)械收獲帶來諸多困難。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，每年我國因倒伏造成的糧食損失高達(dá)20×10⁸公斤以上。因此，深入研究倒伏發(fā)生機(jī)制，防止小麥大面積倒伏的發(fā)生對保證國家糧食生產(chǎn)具有極其重要的意義。

目前，小麥生產(chǎn)中用于防止大面積小麥倒伏的方法雖有很多，如合理制訂小麥種植、管理方案、嚴(yán)格水肥管理、科學(xué)確定小麥品種推廣區(qū)域等，但選育抗倒伏品種仍是目前最簡單有效的方法。長期以來，國內(nèi)外小麥育種及生產(chǎn)工作者建立了許多不同的小麥抗倒伏評價(jià)方法或體系，這些方法依據(jù)其原理或操作形式可以分為三大類型。一是自然或人工誘導(dǎo)倒伏評價(jià)法，如通過增大種植密度,過量施用氮肥等栽培管理措施，將木板縱向拉過小區(qū)使小麥完全倒伏隨后根據(jù)小麥恢復(fù)直立的狀況確定其抗倒伏的等級等；二是莖稈物理特性評價(jià)法，如莖稈承重法、莖稈強(qiáng)度測定法、傳統(tǒng)田間感官判斷法等，利用其莖稈強(qiáng)度評價(jià)小麥的抗體倒伏性；三是力學(xué)評價(jià)法，利用莖稈基節(jié)的彈性模量和抗彎折強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)評價(jià)小麥莖稈的抗倒伏性。

目前，已經(jīng)有一些方法被應(yīng)用于小麥育種及生產(chǎn)推廣，但仍然存在一些明顯不足：一是除田間評價(jià)方法外，現(xiàn)有倒伏評價(jià)研究多以小麥單莖某一特性為對象，如莖稈物理特性法和力學(xué)評價(jià)法等，缺乏綜合性的客觀抗倒伏強(qiáng)度評價(jià)方法；二是現(xiàn)有評價(jià)方法多以定性為主，定量不足，評價(jià)結(jié)果多屬于不同實(shí)驗(yàn)材料相對抗倒伏性的比較，三是現(xiàn)有小麥倒伏評價(jià)結(jié)果與引起田間小麥大面積倒伏的最主要客觀外界因素—風(fēng)速條件還沒有聯(lián)系起來。

小麥抗倒伏能力是一種綜合指標(biāo)，它與小麥株高、穗重、種植密度、基部節(jié)間長度、莖稈粗細(xì)、化學(xué)組分、機(jī)械強(qiáng)度以及作物生長發(fā)育時(shí)期等多種因素均有重要的聯(lián)系；其中，株高、穗重、種植密度、莖稈基部節(jié)間長度與小麥抗倒伏能力呈負(fù)相關(guān)，莖稈直徑、機(jī)械強(qiáng)度與小麥抗倒伏能力呈正相關(guān)；而且，這些因素之間往往存在著復(fù)雜的相互制約關(guān)系，如種植密度對株高、基礎(chǔ)節(jié)間長度以及莖稈直徑等的影響。因此，建立在單一或少數(shù)幾個(gè)因素指標(biāo)基礎(chǔ)上的方法難以客觀評價(jià)小麥的真實(shí)抗倒伏能力，相反在田間自然生長狀態(tài)下，直接快速、準(zhǔn)確地測定小麥群體抗倒伏能力，綜合考慮小麥內(nèi)在植物因素和外部氣象因素的相互作用，利用抗倒伏風(fēng)速表示其抗倒伏性則更為簡單、客觀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明以小麥群體為對象，依據(jù)小麥倒伏的本質(zhì)因素，即“風(fēng)垂直施加在小麥莖稈上的彎矩超過其莖稈基部的破壞彎矩”原理，為小麥抗倒伏品種育種和推廣提供一種可以在田間、自然生長狀態(tài)下測定小麥群體的臨界抗倒伏推力，綜合考慮小麥內(nèi)在植物因素和外部氣象因素的相互作用，測定、計(jì)算小麥群體抗倒伏臨界風(fēng)速的方法。

利用本發(fā)明測定、計(jì)算小麥群體的抗倒伏臨界風(fēng)速包括下述步驟：

選定小麥抗倒伏強(qiáng)度測定裝置：本發(fā)明使用“便攜式作物抗倒伏強(qiáng)度電子測定儀”或“作物抗倒伏強(qiáng)度快速測定儀”。

確定田間小麥表觀粗糙度長度：小麥田間表觀粗糙度長度與大氣層結(jié)穩(wěn)定性、小麥冠層結(jié)構(gòu)及近地面風(fēng)速有關(guān)，其中影響最大的是田間風(fēng)速，小麥田間表觀粗糙度長度隨觀測風(fēng)速的增大而減小，并逐步趨向于一個(gè)基本穩(wěn)定的最小值，能夠引起小麥倒伏風(fēng)速條件下，小麥田間表觀粗糙度為0.16-0.25米。

確定小麥田間等效風(fēng)速高度h：能夠穿透小麥冠層引起倒伏的特定高度部位的風(fēng)速稱為有效風(fēng)速，該風(fēng)速的距離地面高度稱為等效風(fēng)速高度，等效風(fēng)速高度＝h_c+(h_c-z₀)，其中h_c小麥冠層高度。

確定田間近地面層風(fēng)攻角θ：風(fēng)攻角＝arctan(垂直方向平均風(fēng)速/水平方向合成風(fēng)速)，即田間實(shí)際風(fēng)速方向與地面所成的夾角，風(fēng)攻角與距地面高度有關(guān)，距地面1米處作物冠層3秒鐘平均最大向下風(fēng)攻角為﹣3.8–﹣46.1°。

確定小麥冠層阻風(fēng)系數(shù)κ：小麥冠層阻風(fēng)系數(shù)＝群體上風(fēng)向風(fēng)速/群體下風(fēng)向風(fēng)速的比值，阻風(fēng)系數(shù)與小麥群體的寬度有關(guān)。

確定小麥抗倒伏評價(jià)時(shí)期：小麥生長至抽穗期或群體形成之后就可以進(jìn)行抗倒伏測定評價(jià)，由于小麥倒伏多發(fā)生于灌漿至成熟期，因此小麥群體最大抗倒伏風(fēng)速的測定多在此時(shí)期進(jìn)行。

測定小麥群體臨界抗倒伏推力：利用“作物抗倒伏強(qiáng)度快速測定儀”測定待測小麥群體冠層高度2/3處，小麥群體倒伏至與地面呈45°時(shí)的最大臨界抗倒伏推力，單位為牛頓。

計(jì)算小麥群體臨界風(fēng)荷載w₀，單位為千牛頓/平方米：

計(jì)算地面等效風(fēng)速ν，單位為米/秒:

計(jì)算田間小麥群體抗倒伏臨界風(fēng)速，即距地面10米高處標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速ν₁₀，單位為米/秒:

本發(fā)明具有明顯的技術(shù)進(jìn)步及有益效果，主要包括以下幾方面：

本發(fā)明直接以田間自然生長狀態(tài)下的小麥群體為對象測定其臨界抗倒伏強(qiáng)度、計(jì)算群體抗倒伏臨界風(fēng)速，綜合考慮了小麥的冠層高度、穗重、種植密度、基部節(jié)間長度、莖稈粗細(xì)、機(jī)械強(qiáng)度等多種因素單獨(dú)或共同作用對小麥抗倒伏強(qiáng)度的影響，結(jié)果更真實(shí)可靠，消除了利用單一或少數(shù)因素指標(biāo)評價(jià)小麥抗倒伏能力所存在的偏差。

冠層高度、穗重、種植密度、基部節(jié)間長度、莖稈粗細(xì)等莖稈機(jī)械強(qiáng)度因素是決定小麥倒伏的內(nèi)因，風(fēng)速強(qiáng)弱是決定倒伏的外因，風(fēng)垂直施加于莖稈之上的風(fēng)荷載超過其莖稈破壞彎矩是引發(fā)小麥倒伏的最本質(zhì)原因，本發(fā)明直接以小麥群體能夠承受的最大風(fēng)速為抗倒伏指標(biāo)具有明顯區(qū)別于其他抗倒伏評價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，可以讓育種工作者根據(jù)育種目標(biāo)地區(qū)的歷史氣象信息，科學(xué)制訂育種目標(biāo)，科學(xué)選擇品種推廣區(qū)域。

本發(fā)明所提供的小麥群體抗倒伏臨界風(fēng)速測定及計(jì)算方法可以廣泛用于小麥種植管理制度、水肥管理措施因素、小麥冠層結(jié)構(gòu)以及刮風(fēng)、降雨等氣象因素對抗倒伏強(qiáng)度的影響研究。

利用本發(fā)明評價(jià)小麥群體抗倒伏臨界風(fēng)速操作簡單、方便，不受時(shí)間、地點(diǎn)的影響，方便不同地區(qū)、不同人員試驗(yàn)結(jié)果的比較。

本發(fā)明測定及計(jì)算方法經(jīng)風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證，二者高度一致，結(jié)果可靠。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明具體實(shí)施方式包括風(fēng)洞模似實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和大田小麥群體抗倒伏臨界風(fēng)速測定及計(jì)算二個(gè)部分，以下對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證包括如下步驟：(1)選擇小麥群體抗倒伏強(qiáng)度測定儀器，本發(fā)明選擇專門為抗倒伏強(qiáng)度測定而設(shè)計(jì)的便攜式作物抗倒伏強(qiáng)度電子測定儀為小麥群體抗倒伏強(qiáng)度測定儀器；(2)將小麥材料種植于60厘米×40厘米×25厘米的大型種植箱中，按常規(guī)種植方法種植和管理；(3)當(dāng)小麥材料生長至開花期之后進(jìn)行抗倒伏試驗(yàn)，將便攜式作物抗倒伏強(qiáng)度電子測定儀放置于待測小麥材料種植箱前約25厘米左右，將群體測定探頭調(diào)整至小麥冠層高度2/3部位，測定使小麥群體前部向后傾斜至與地面呈45°時(shí)的臨界推力，重復(fù)三次，同時(shí)記錄小麥冠層高度；(4)將完成推力測試的小麥材料隨種植箱整體搬入倒伏實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞(風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)區(qū)長700厘米，寬120厘米，高200厘米，變頻器調(diào)整風(fēng)速)，每次二箱，并排放置，種植方向與風(fēng)洞風(fēng)向垂直，在小麥群體前后、冠層高度2/3部位各水平安裝二支熱線式風(fēng)速計(jì)探頭；(5)打開風(fēng)洞電源開關(guān)，旋轉(zhuǎn)變頻器旋扭使風(fēng)速緩慢增大，當(dāng)小麥群體前部向后傾斜至45°時(shí)，記錄小麥群體前后風(fēng)速計(jì)風(fēng)速值，重復(fù)三次，計(jì)算平均值；(6)利用小麥群體抗倒伏臨界風(fēng)速模型計(jì)算小麥群體最大抗倒伏風(fēng)速并與實(shí)測風(fēng)速進(jìn)行比較。

風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表中平均推力測定探頭寬度為0.33米，“10米風(fēng)速”為距地面10米處10分鐘平均風(fēng)速，模擬地面風(fēng)速與實(shí)測風(fēng)顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.95。

風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

大田小麥群體抗倒伏臨界風(fēng)速測定及計(jì)算包括下述基本步驟：(1)選擇小麥群體抗倒伏強(qiáng)度測定儀器，本發(fā)明選用“作物抗倒伏強(qiáng)度快速測定儀”為大田小麥抗倒伏強(qiáng)度測定儀器；(2)確定抗倒伏風(fēng)速測定時(shí)期，小麥生長至抽穗期或群體形成之后就可以進(jìn)行抗倒伏測定評價(jià)，由于小麥倒伏多發(fā)生于灌漿至成熟期，因此小麥群體最大抗倒伏風(fēng)速的測定多在此時(shí)期進(jìn)行；(3)測定小麥群體臨界抗倒伏強(qiáng)度，將作物抗倒伏強(qiáng)度測定儀通過地插垂直固定于待測植株前方約0.25米位置測定將小麥群體前部推倒至與地面呈45°時(shí)，記錄小麥群體的最大抗倒伏強(qiáng)度，每個(gè)群體5次，計(jì)算其平均值；(4)確定小麥群體抗倒伏臨界風(fēng)速計(jì)算所需表觀粗糙度長度、冠層高度、阻風(fēng)系數(shù)，并結(jié)合田間風(fēng)攻角、等效風(fēng)速高度相關(guān)參數(shù)的取值范圍；(5)計(jì)算小麥群體臨界風(fēng)荷載，單位為千牛頓/平方米；(6)計(jì)算地面等效風(fēng)速，單位為米/秒；(7)計(jì)算田間小麥群體抗倒伏臨界風(fēng)速，即距地面10米高處標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速，單位為米/秒；(8)小麥群體的抗倒伏能力隨生育時(shí)期的不同有所變化，為客觀了解不同時(shí)期小麥群體的抗倒伏能力變化，可以定期測定其臨界抗倒伏強(qiáng)度，計(jì)算其抗倒伏臨界風(fēng)速。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。