Năng suất hạt là sản phẩm của nhiều quá trình, hiện tượng kiểu hình, sinh lý, sinh hóa biểu hiện tổng hợp chu kỳ sống của cây trồng được điều khiển bằng kiểu gen và tác động của các yếu tố môi trường. Bên cạnh kiểu gen một số yếu tố chính quyết định đến năng suất hạt có thể nhận biết qua khung khái niệm đã được phát triển.
a) Bức xạ mặt trời (Solar radiation): dưới điều kiện tối ưu nước và dinh dưỡng, bức xạ mặt trời được tán cây hấp thu là một yếu tố chính tạo thành năng suất hạt.
GY = [RAD x %RI x GLD x RUE] x HI
Trong đó:
+ GY = Năng suất hạt (grain yield)
+ RAD = Bức xạ tới/ngày (incident radiation per day) (ẹg. - 20 Mj/m2 or 2 x 105 Mj/ha).
+ %RI = Phần bức xạ tới được chắn bởi tán lá cây (ẹg. - 45% toàn bộ chu kỳ sống của cây).
+ GLD = Thời gian diện tích lá xanh (ẹg. - 100 days)
+ RUE = Bức xạ sử dụng hiệu quả (ẹg. - 2g Mj-1, or 2 x 10-6 t/Mj + HI = Hệ số thu hoạch (ẹg. - 0.04)
Yếu tố trình bầy trong ngoặc là năng suất sinh vật học là tổng năng suất vật chất khô trong toàn bộ chu kỳ sống của cây và hệ số thu hoạch HI là phần hệ số hiệu quả với hạt ví dụ như sau:
Tổng vật chất khô = [2 x 105 x 0.45 x 100 x 2 x 10-6] = 18 tấn/ha
Năng suất hạt = 18 x 0.40 = 7,2 tấn/ha
b) Đạm dễ tiêu (Nitrogen availability): đạm dễ tiêu cũng là một quyết định quan trọng đến năng suất cây trồng, phân tích như trên ta có:
GY = [NA x Nhút x NUE] x HI
Trong đó:
+ NA = Tổng số đạm dễ tiêu “nitrate or ammonium (ẹg. - 300kg N/ha)” + Nhút = Phần đạm dễ tiêu mà cây hút được (ẹg. - 0.50)
+ NUE = Hiệu quả sử dụng đạm (ẹg. - 0.12t vật chất khô/kg N) + HI = Hệ số thu hoạch (ẹg. - 0.40)
Ví dụ tổng vật chất khô và năng suât hạt như sau:
Tổng vật chất khô = [300 x 0.50 x 0.12] = 18 tấn/ha
Năng suất hạt = 18 x 0.40 = 7,2 tấn/ha
c) Nước hữu hiệu (Water availability): phân tích tương tự như trên, trên cơ sở
lượng nước hữu hiệu với cây trồng GY = [W x Ptrans x WUE] x HI Trong đó:
+ W = Tổng lượng nước hữu hiệu với cây trồng (ẹg. - 750mm) + Ptrans = Nước bốc hơi do cây trồng (ẹg. - 0.60)
+ WUE = Hiệu quả sử dụng nước (ẹg. - 0.04t dry matter/mm) + HI = Hệ số thu hoạch (ẹg. - 0.40)
Tổng năng suất sinh vật học và năng suất hạt sẽ là:
+ Tổng năng suất sinh vật học = [750 x 0.60 x 0.04] = 18 tấn/ha
+ Năng suất hạt = 18 x 0.40 = 7,2 tấn/ha
Lượng nước bốc hơi bởi cây trồng ảnh hưởng của độ sâu đất, thành phần cơ giới, lượng mưa, lượng nước tưới, mất nước do cỏ dại, mất nước do bốc hơi bề mặt đất etc. Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng năng suất sinh khối là đường tuyến tính với hô hấp tích lũy (nước bốc hơi x WUE). Hiệu quả sử
dụng nước là tỷ lệ nghịch với thiếu hụt áp suất hơi nước. (VPD, ịẹ - là khả
năng áp suất để hút nước). Nhiệt độ không khí cao hơn tăng hơi nước có thể
hút của cây và như vậy VPD cao hơn. Nhìn chung, cây C4 sử dụng nước hiệu quả hơn cây C3, mặc dù vậy tại mức cây trồng sử dụng nước hiệu quả WUE xuất hiện với đất khô và đất tốt. Một số biến động của WUE có thể biến động tỷ lệ hô hấp dưới những điều kiện bất thuận [23].
d) Yếu tố tạo thành năng suất (Yield components): Các yếu tố cây trồng khác nhau quyết định năng suất cuối cùng của hạt:
GY = Số cây/ha x RPP x GPR x WPG Trong đó: + Số cây/ha = 45.000 cây/ha + RPP = Số bắp/cây (ẹg. - 1.2) + GPR = Số hạt/bắp (ẹg. - 400) + WPG = Khối lượng hạt (ẹg. -334 mg or 334 x 10-9 ton) + HI = Hệ số thu hoạch (ẹg. - 0.40)
Tổng năng suất lý thuyết và năng suất hạt sẽ là:
Năng suất sinh vật học = [45.000 x 1,2 x 400 x 334 x 10-9] = 18 tấn/ha Năng suất hạt = 18 x 0.40 = 7,2 tấn/ha
e) Nguồn và sức chứa (Source and sink):
Hạn chế của nguồn hay sức chứa đã có những cuộc tranh luận dài và phụ thuộc của nó lên môi trường, hai yếu tố này hạn chế năng suất ở rất nhiều mức khác nhaụ
Tổng cung cấp cho đồng hóa của nguồn được xác định như sau:
+ Lượng hút của cây cho sinh trưởng như [RAD x %RI x GLD], [W x Ptrans] và [NA x Nuptake].
+ Hiệu quả chuyển đổi các yếu tố của cây thành carbonhydrates, proteins và lipids - xây dựng các cơ quan (the building blocks of the plant) (ẹg., RUE, WUE, NUE)
+ Thời gian nhận được các yếu tố sinh trưởng.
Hạn gây giảm diện tích lá (%RI), nếu hạn xẩy ra trước ra hoa hay tại bất kỳ thời gian phát triển nào của cây, hạn đều làm giảm tỷ lệ quang hợp (RUE, WUE hoặc NUE) và với quá trình tổng đồng hóa của câỵ Hạn sau ra hoa làm giảm tuổi thọ lá xanh, như thế dưới điều hiện hạn nó có thể là yếu tố hạn chế
chủ yếu đối với năng suất hạt. Năng suất hạt cũng được quyết định bởi mức độ
cấu trúc bắp hạt và tế bào nội nhũ là đồng hóa và xây dựng sức chứạ
Trong giai đoạn trước trỗ ngô hình thành nhiều bắp và nhiều hoa hơn trong hai tuần nở hoạ Số bắp, số hạt và tế bào nội nhũ được xác định, ngô rất mẫn cảm thời kỳ nàỵ
Giai đoạn tích lũy vào hạt quyết định độ lớn bắp, hạt và tế bào nội nhũ
đã hình thành trong giai đoạn ra hoạ Giai đoạn này hạn chủ yếu ảnh hưởng đến yếu tố sức chứạ
Bởi vậy thời gian và cường độ hạn xác định yếu tố hạn chế thực sự đến năng suất hạt.
Nếu điều kiện sinh trưởng thuận lợi ở thời kỳ trước ra hoa và trong thời kỳ ra hoa, bởi vậy cây trồng thiết lập được diện tích lá lớn, là cơ sở để hình
thành nên số hạt cũng như số bắp. Hạn xẩy ra sau ra hoa là nguyên nhân lá tàn sớm. Nguồn cung cấp đồng hóa cho hạt sẽ hạn chế, có nhiều hạt nhỏ vì hạn chế quá trình đồng hóa từ nguồn năng lượng mặt trời [51].