光合产物分配理念之玉米生物量动态仿真

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1、光合产物分配理念之玉米生物量动态仿真第一章引言1.1研究背景玉米是世界三大主要粮食作物之一，从58°N至3540°S均有种植，其中北美洲种植面积最大，亚洲、非洲和拉丁美洲次之。近年来，随着玉米在饲用和能源开发等方面的价值不断被发掘，玉米生产得到快速发展，主要表现为种植面积不断扩大，单产不断提高。20世纪70年代后玉米单产稳列世界第一，而玉米总产量也于1996年首次超过水稻和小麦列第一位（李明，2010）。我国是仅次于美国的第二大玉米生产国，占世界玉米总产量的20%左右。近年玉米生产发展势头良好，已成为我国粮食增产的主力军。自2004年起，我国玉米生产开始恢复性增长，种植面积

2、持续增加。2006年，全国玉米种植面积突破4亿亩；2008年为4.45亿亩并超过水稻成为我国种植面积最大的作物；2009年玉米种植面积进一步扩大到4.665亿亩（赵久然，2010）；2010年达到4.75亿亩（佟屏亚，2011）；2011年，玉米种植面积继续增加了约140万亩。目前，我国玉米总产量仅次于水稻，玉米增产对粮食产量增加的贡献率达到49.4%（胡元坤，2010），在保障国家粮食安全和满足市场需要方面发挥着举足轻重的作用。《国家粮食安全中长期发展规划》制定的20092020年新增1000亿斤粮食目标中，玉米要承担53％的增产份额，并且到2020年要达到保持基本自给的目标（赵久然，2

3、010）。玉米产量的提高主要来自于种植面积的扩大。资料表明（胡元坤，2010），20042009年我国玉米种植面积增加对玉米增产的贡献率为69.4%，对粮食增产的贡献率为34.3%；玉米单产提高对玉米增产的贡献率为30.6%，对粮食产量增长的贡献率为15.1%，可见，我国玉米产量的增加主要依赖于种植面积的扩大。19612007年，世界玉米产量的增加73%来自单产提高，27%得益于面积的增加。比较同期中美两国单产对总产量的贡献，美国为70.9%，而中国只有55.2%。这反映了我国玉米生产的落后和提高单产的重要性。综上所述，不断加强玉米生产是实现我国粮食生产安全稳定的重要保证，而提高玉米单产是

4、加强玉米生产的主要方向。为此，了解玉米的生长发育及产量形成过程对进一步提高玉米产量，保障我国粮食安全具有重要意义。1.2研究进展1.2.1光合产物分配定义光合产物，亦称同化物，是植物体通过光合作用生成的有机物质，以碳水化合物为主，还有极少量的类脂、有机酸、氨基酸和蛋白质等。一般认为，生物量的分配能反映资源的分配，并且不同的功能所需的资源一致。因此，一段时间内形成的光合产物表现为生物量的改变(Bazzazetal.,2000；佟屏亚等，1997)。光合产物分配是植物根据形态或功能的需要将光合产物分配至不同部位，用于形成新生组织、器官或贮藏物质或呼吸和代谢消耗的过程(佟屏亚程延年，1997)。

5、光合产物向不同器官的分配比例决定着植物的形态建成。植物生长过程中存在的竞争，包括植物个体对资源的竞争以及植物各器官对光合产物的竞争，都将直接影响光合产物的分配(DrouetPagès,2003)。植物的光合产物分配格局与植物种类、个体发生学规律以及环境因子的影响等有关(Poorteetal.,2000)。植物光合产物分配格局改变的原因可归为2类：1）由于植物各器官在不同生长阶段的相对生长速率发生改变引起光合产物分配格局的变化，这种变化与环境条件无关(Mcconnaughayetal.,1999;Poorteetal.,2000;Mülleretal.,2000);2

6、）当植物生长受到某些因子的限制时，光合产物分配格局发生改变，以减轻或者避免该限制因子的影响，使植物生长速率最大化(Mcconnaughayetal.,1999;Lambersetal.,2008)。第二章研究方案2.1研究目标本研究试图依据光合产物分配的相关理论及成果，建立一个能反映玉米各器官对环境因子动态响应，符合玉米光合产物分配特点的玉米生物量动态模型，为准确模拟玉米的生长发育及产量形成提供方法。2.2研究内容围绕研究目标，主要进行：(1)叶面积指数动态及其定量模拟；(2)玉米最大叶面积指数的判定方法；(3)玉米分阶段的光合产物分配模拟模型。第三章玉米光合产物分配模式转折点......

7、153.1玉米光合产物分配特点......153.2玉米光合产物分配模式转折点......153.3玉米最大叶面积指数确定方法......163.3.1玉米最大叶面积指数出现时期的确定.......163.3.2春玉米最大叶面积指数的判定指标.......173.4讨论......183.5本章小结......18第四章玉米叶面积指数的动态模拟模型......194.1玉米叶面积指数动态普适模型......194.2玉米