论文总字数：12771字

目 录

中文摘要 1

英文摘要 2

前 言 3

1 材料与方法 4

1.1 试验设计 4

1.2 观测内容和方法 4

1.2.1 玉米生育期的划分 4

1.2.2 玉米发育期资料及气象数据资料来源 5

2 玉米发育动态模型 5

2.1 玉米发育动态基本模型 5

2.1.1 玉米发育阶段温度参数 5

2.1.2 玉米的发育速率 5

2.1.3 玉米发育动态基本模型的建立 5

2.1.4 模型函数及参数的生物学意义 7

2.2 玉米发育动态模拟模型 8

2.3 模型参数的确定方法 8

2.4 模型检验方法 9

3 结果与分析 9

3.1 模型参数的确定 9

3.2 模型的检验 9

4 讨论 11

5 结果 11

参考文献 11

致谢 13

基于光温要素的夏玉米发育期模拟模型

耿硕鹏

, China

Abstract ：Base on the ‘Rice Clock Model’, a photo-thermal model to simulate the summer maize（Xundan 20）was established in this study. The parameters of the model were determined by the data that came from field experiments in Nanjing in 2014 and 2015. The data to examine the model was from the references searching. The results show that the model can accurately predict the Xundan 20’s phenology, and the observed and predicted values of the correlation coefficients of different developmental stages was a highly significant correlation (P lt;0.05). Comparing the observed values with the simulated values, the absolute errors(ABSE) were all within 1 day, and the root mean square errors (RMSE) were all within 4 days. The prediction accuracy of seeding to emergence is the highest(RMSE=1.38d), and the prediction accuracy of emergence to silking is the lowest. The model takes the effects of diurnal and temperature on the maize development process into account, and can meet the needs of agrometeorological services. So it can be used to forecast the development period of Xundan 20.

Key words: maize(Xundan 20); photo-thermal; phenology; simulation mode

前 言

作物的发育期模拟最早开始于18世纪三四十年代，法国的A.F.de.Reanmar发现作物完成某一发育阶段所需要的积温是恒定的，并提出积温（Growing Degree Days, GDD）法则。此后出现了基于作物同一发育阶段的有效积温恒定来构建作物发育期线性模型的方法，并因为其简单易用得到广泛应用^[1^]。上世纪八十年代初，有研究发现作物某发育阶段所需的有效积温和该阶段的平均温度是一个非线性关系，从而提出了一种作物发育速率的非线性温度响应模式^[2^]，从而改进了积温法。高亮之等[³]综合考虑水稻的遗传特性和发育期间的外界环境因素，建立了“水稻钟”模型，该模型考虑了作物发育速率的非线性温度的响应过程，兼具一定的机理性，一定程度上优化了积温法（只考虑单一温度影响），并且对水稻的发育期预报取得较好的效果。“水稻钟”模型综合考虑到作物自身的遗传特性以及外界环境对作物发育进程的影响，较好的解释了作物在不同的发育阶段对温度和光照的响应过程，客观反映了作物发育过程的机理。基于此模型的以上优点，熊淑萍 [^4]、黄冲平 [⁵]和曹宏鑫等 [6]等借鉴“水稻钟”模型分别构建了烟草发育期及叶龄动态模型、马铃薯生长发育的动态模拟模型和油菜生长发育模拟模型，并取得较好的模拟效果。

玉米的发育是一个非常复杂过程，是其内部结构、机能以及外部的形态发生质变的过程，其表现为细胞、组织和器官的分化，并最终导致玉米根、茎、叶和花、种子的形成。玉米的发育进程除了受自身品种的遗传因素影响外，还与外界环境有密不可分的联系^[7]。研究气象因子对玉米发育进程的影响，建立合适的发育期模拟模型，预测玉米的发育进程，以期及时主动采取有效的田间管理措施，减轻农业气象灾害的影响、达到增产增收的目的^[8]。王育光等^[9]通过分析作物干物质积累量与气候产量以及温度和降水等气象因子之间的关系，建立了作物生长动态模型，该模型主要预测玉米、水稻、大豆以及小麦的产量。郑国清等^[10]基于作物生理生态学和农业气象学的基本原理和相关物理原理，以田间试验数据和其它独立的作物资料为基础，借助计算机模拟技术和数学物理等方法，建立了玉米群体光合生产动态模拟模型。该模型考虑了玉米群体叶面积动态变化、光合和呼吸作用、同化物分配及干物质积累等主要生理过程。之后，郑国清在此基础上进一步建立了玉米产量预报模型。陈振林等^[11]借助人工气候箱，通过控制试验研究了玉米在不同水分条件下的低温抗性，分析了低温、干旱以及两者综合对玉米生长发育的影响，并此基础上应用WOFOST作物模型模拟分析了低温、干旱以及二者综合对东北地区玉米产量的影响。

玉米是我国重要的粮食作物和经济作物，对我国的国民经济建设有极大的促进作用。长江中下游平原水资源丰沛，是我国的重要水稻产区。但在气候变化和我国玉米种植区面积难再扩大的背景下，我国粮食作物种植结构有所变化。李晓云等^[12]研究结果表明，虽然目前我国湖南、湖北、安徽、江西等省份仍是水稻生产的重要省份，有较高生产集中度，但从全国水平看，我国水稻生产正逐渐向北方和中部集中，南方水稻生产不断减少，但同时玉米在这些产粮大省（如湖北、安徽和湖南）的种植面积有所增加。何奇瑾等^[13]研究认为，长江中下游部分地区也适宜种植玉米。可见，长江中下游地区的玉米种植正逐渐成为一种趋势，但这些地区目前对玉米的研究较少，且玉米在长江中下游地区的生长阶段会遭遇梅雨季节以及夏季高温，为保证玉米在长江中下游的顺利推广，有必要加强对该地区的玉米研究。

浚单20是河南省浚县农业科学研究所培育的夏玉米品种，属于中早熟品种，因其品质好、产量高、对高温及阴雨寡照等不利气象因素的抗性好等特点，已成为我国第二大玉米种植品种。本研究参考“水稻钟”模型，以浚单20为试验材料，于2014、2015年在农业试验站进行了六期分期播种实验，进行玉米发育期模拟研究，以期能够为浚单20在该地区生长气象条件诊断和产量预报提供依据。

1. 材料与方法
   1. 试验设计

田间试验于2014和2015年在农业气象试验站（32°12’N,118°42’E）进行，供试品种为浚单20。

2014和2015年玉米田间试验共设置6个播期处理，每年各分3个播期。试验小区面积为7m×4m，株距和行距均为40cm。其他田间管理同当地常规高产田要求。不同播期的播种时间见表1。

表 1 2014和2015年的玉米播期处理

注：14-1指2014年第1播期; 14-2指2014年第2播期,以此类推。

• 1. 观测内容和方法
     1. 玉米生育期的划分

按照《农业气象观测规范》^[14]观测玉米的发育进程并记录玉米的播种、出苗、抽雄及成熟日期。具体观测标准见表2。

表2 玉米不同发育期的观测标准

• • 1. 玉米发育期资料及气象数据资料来源

建立模型所需的玉米发育期资料来源于2014~2015在农业气象试验站进行的浚单20的田间试验，同期的气象数据由农业气象试验站提供。

用于模型检验的玉米发育期资料来自于文献检索^[15-17]，其对应的气象观测数据来源于中国气象数据网(http://data.cma.cn)，具体的发育期资料见表5。

1. 玉米发育动态模型
   1. 玉米发育动态基本模型
      1. 玉米发育阶段温度参数

玉米是一种喜温作物，不同发育阶段有不同的温度要求。本研究将玉米的发育期划分为四个发育阶段：播种—出苗期（F1），出苗—抽雄期（F2），抽雄期—吐丝期(F3)，吐丝—成熟期(F4)。参考相关资料^[18-19]得到玉米不同生育阶段的温度特征，见表3.

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