本發(fā)明屬于作物學領(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速測定及計算的方法。

背景技術(shù)：

倒伏是由刮風、降雨以及植物莖稈強度等內(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)到永久錯位的現(xiàn)象。目前，倒伏仍是嚴重影響小麥高產(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時期均可以發(fā)生倒伏，倒伏不僅使糧食產(chǎn)量大幅度降低，一般可達10％-30％，嚴重者可達50％-80％，而且還可因病菌滋生產(chǎn)生毒素等致使糧食品質(zhì)嚴重下降，同時還給機械收獲帶來諸多困難。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，每年我國因倒伏造成的糧食損失高達20×10⁸公斤以上。因此，深入研究倒伏發(fā)生機制，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、嚴格水肥管理、科學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倒伏評價法，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法，如莖稈承重法、莖稈強度測定法、傳統(tǒng)田間感官判斷法等，利用其莖稈強度評價小麥的抗體倒伏性；三是力學評價法，利用莖稈基節(jié)的彈性模量和抗彎折強度等力學指標評價小麥莖稈的抗倒伏性。

目前，已經(jīng)有一些方法被應用于小麥育種及生產(chǎn)推廣，但仍然存在一些明顯不足：一是除田間評價方法外，現(xiàn)有倒伏評價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評價法等，缺乏綜合性的客觀抗倒伏強度評價方法；二是現(xiàn)有評價方法多以定性為主，定量不足，評價結(jié)果多屬于不同實驗材料相對抗倒伏性的比較，三是現(xiàn)有小麥倒伏評價結(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，它與小麥株高、穗重、種植密度、基部節(jié)間長度、莖稈粗細、化學組分、機械強度以及作物生長發(fā)育時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相關(guān)，莖稈直徑、機械強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)幾個因素指標基礎(chǔ)上的方法難以客觀評價小麥的真實抗倒伏能力，相反在田間自然生長狀態(tài)下，直接快速、準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，利用抗倒伏風速表示其抗倒伏性則更為簡單、客觀。

技術(shù)實現(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、計算小麥群體抗倒伏臨界風速的方法。

利用本發(fā)明測定、計算小麥群體的抗倒伏臨界風速包括下述步驟：

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

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)及近地面風速有關(guān)，其中影響最大的是田間風速，小麥田間表觀粗糙度長度隨觀測風速的增大而減小，并逐步趨向于一個基本穩(wěn)定的最小值，能夠引起小麥倒伏風速條件下，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速稱為有效風速，該風速的距離地面高度稱為等效風速高度，等效風速高度＝h_c+(h_c-z₀)，其中h_c小麥冠層高度。

確定田間近地面層風攻角θ：風攻角＝arctan(垂直方向平均風速/水平方向合成風速)，即田間實際風速方向與地面所成的夾角，風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攻角為﹣3.8–﹣46.1°。

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

確定小麥抗倒伏評價時期：小麥生長至抽穗期或群體形成之后就可以進行抗倒伏測定評價，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速的測定多在此時期進行。

測定小麥群體臨界抗倒伏推力：利用“作物抗倒伏強度快速測定儀”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°時的最大臨界抗倒伏推力，單位為牛頓。

計算小麥群體臨界風荷載w₀，單位為千牛頓/平方米：

計算地面等效風速ν，單位為米/秒:

計算田間小麥群體抗倒伏臨界風速，即距地面10米高處標準風速ν₁₀，單位為米/秒:

本發(fā)明具有明顯的技術(shù)進步及有益效果，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度、計算群體抗倒伏臨界風速，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、機械強度等多種因素單獨或共同作用對小麥抗倒伏強度的影響，結(jié)果更真實可靠，消除了利用單一或少數(shù)因素指標評價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、莖稈粗細等莖稈機械強度因素是決定小麥倒伏的內(nèi)因，風速強弱是決定倒伏的外因，風垂直施加于莖稈之上的風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速為抗倒伏指標具有明顯區(qū)別于其他抗倒伏評價的優(yōu)點，可以讓育種工作者根據(jù)育種目標地區(qū)的歷史氣象信息，科學制訂育種目標，科學選擇品種推廣區(qū)域。

本發(fā)明所提供的小麥群體抗倒伏臨界風速測定及計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、降雨等氣象因素對抗倒伏強度的影響研究。

利用本發(fā)明評價小麥群體抗倒伏臨界風速操作簡單、方便，不受時間、地點的影響，方便不同地區(qū)、不同人員試驗結(jié)果的比較。

本發(fā)明測定及計算方法經(jīng)風洞試驗驗證，二者高度一致，結(jié)果可靠。

具體實施方式

本發(fā)明具體實施方式包括風洞模似實驗驗證和大田小麥群體抗倒伏臨界風速測定及計算二個部分，以下對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

風洞模擬實驗驗證包括如下步驟：(1)選擇小麥群體抗倒伏強度測定儀器，本發(fā)明選擇專門為抗倒伏強度測定而設(shè)計的便攜式作物抗倒伏強度電子測定儀為小麥群體抗倒伏強度測定儀器；(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)當小麥材料生長至開花期之后進行抗倒伏試驗，將便攜式作物抗倒伏強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°時的臨界推力，重復三次，同時記錄小麥冠層高度；(4)將完成推力測試的小麥材料隨種植箱整體搬入倒伏實驗風洞(風洞實驗區(qū)長700厘米，寬120厘米，高200厘米，變頻器調(diào)整風速)，每次二箱，并排放置，種植方向與風洞風向垂直，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速計探頭；(5)打開風洞電源開關(guān)，旋轉(zhuǎn)變頻器旋扭使風速緩慢增大，當小麥群體前部向后傾斜至45°時，記錄小麥群體前后風速計風速值，重復三次，計算平均值；(6)利用小麥群體抗倒伏臨界風速模型計算小麥群體最大抗倒伏風速并與實測風速進行比較。

風洞模擬實驗結(jié)果，表中平均推力測定探頭寬度為0.33米，“10米風速”為距地面10米處10分鐘平均風速，模擬地面風速與實測風顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達0.95。

風洞模擬實驗結(jié)果

大田小麥群體抗倒伏臨界風速測定及計算包括下述基本步驟：(1)選擇小麥群體抗倒伏強度測定儀器，本發(fā)明選用“作物抗倒伏強度快速測定儀”為大田小麥抗倒伏強度測定儀器；(2)確定抗倒伏風速測定時期，小麥生長至抽穗期或群體形成之后就可以進行抗倒伏測定評價，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速的測定多在此時期進行；(3)測定小麥群體臨界抗倒伏強度，將作物抗倒伏強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，記錄小麥群體的最大抗倒伏強度，每個群體5次，計算其平均值；(4)確定小麥群體抗倒伏臨界風速計算所需表觀粗糙度長度、冠層高度、阻風系數(shù)，并結(jié)合田間風攻角、等效風速高度相關(guān)參數(shù)的取值范圍；(5)計算小麥群體臨界風荷載，單位為千牛頓/平方米；(6)計算地面等效風速，單位為米/秒；(7)計算田間小麥群體抗倒伏臨界風速，即距地面10米高處標準風速，單位為米/秒；(8)小麥群體的抗倒伏能力隨生育時期的不同有所變化，為客觀了解不同時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度，計算其抗倒伏臨界風速。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，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、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。