霍治國 張海燕 李春暉 孔 瑞3） 江夢圓2）

1）（中國氣象科學研究院，北京 100081）

2）（南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同創(chuàng)新中心，南京 210044）

3）（中國地質大學，武漢 430074）

引 言

全球氣候變化已成為不爭事實，氣候的多變性及極端事件發(fā)生頻率和強度增加，農業(yè)氣象災害風險隨之增大，極大地威脅中國農業(yè)生產及糧食安全［1］。玉米對天氣變化特別是氣溫最為敏感，氣溫升高對玉米產量產生較大的負面影響［2］。研究表明：全球平均氣溫每上升1℃，玉米產量下降7.4%［3］，氣溫升高2℃造成的玉米產量變化比降水減少20%的影響更大［4］。玉米作為三大糧食作物之一，是中國糧食增產的主要貢獻者，2021年種植面積達4.33×107hm2，其產量占中國糧食總產量的40%，中國北方春玉米區(qū)產量預測結果表明，氣溫增加1個標準偏差，產量下降1.4%［5］。在氣候變化背景下，玉米高溫熱害頻發(fā)。2003年意大利玉米受高溫影響，產量下降36%［6］。2009年中國河北省部分地區(qū)持續(xù)高溫，致使玉米葉片枯黃，灌漿緩慢甚至停止，雄穗干癟無粉，花期不遇，造成空桿，絕收4.2×104hm2；2013—2018年黃淮海夏玉米產區(qū)連續(xù)6年遭遇高溫熱害，致使部分地區(qū)玉米結實不良，甚至絕收，其中2016年夏玉米生育期縮短4.8%～8.5%，產量降低12.4%［7］；2019年7—8月安徽省北部玉米主產區(qū)出現異常高溫，阻礙夏玉米正常開花授粉，導致玉米結實不良、產量降低，嚴重地塊減產30%以上［8］。

針對玉米高溫熱害這一突出問題，已有學者從不同角度開展了相關研究，取得一定成果。本文綜合玉米高溫熱害的已有研究成果，對玉米高溫熱害的概念、分類、影響和危害機理、氣象成因、時空分布特征、防御對策等方面進行整合梳理，以期為玉米高溫熱害防御和農業(yè)減災增效提供科學支持及深入研究的參考。

1 概念及分類

1.1 概念及特點

1.1.1 高溫熱害

高溫熱害指當氣溫上升到一定程度，高溫對作物正常生長發(fā)育、產量、品質等造成危害［9］，會加劇干旱、加速作物植株的蒸騰，導致作物脫水萎蔫甚至死亡，也稱酷熱災害。中國高溫熱害集中出現于5—9月，頻發(fā)于盛夏7—8月，具有持續(xù)時間長、強度大、影響范圍廣等特點，易對玉米、水稻、棉花、茶樹、蘋果、獼猴桃、枇杷、設施番茄等作物［10-12］產生不利影響。近年高溫熱害頻發(fā)嚴重影響中國各地的農業(yè)生產，如2013年夏季全國各地多次出現罕見大范圍持續(xù)性高溫天氣，浙江省茶園受災面積達1.39×104hm2，夏秋茶減產4.74×104t，經濟損失為17.2億元［13］，湖南省衡陽、邵陽等地約10%的一季稻、玉米等作物受災絕收［14］。2016年湖北省出現持續(xù)晴熱高溫天氣，約98.3%的中稻在抽穗揚花期和灌漿期遭遇高溫熱害，結實率較常年偏低12%～15%［15］。

1.1.2 玉米高溫熱害及其特點

玉米是C4植物，生育期內相對較高的氣溫有利于玉米增產，但氣溫超過一定范圍就會對其產生不利影響。玉米高溫熱害是指玉米生長過程中出現的一種持續(xù)高溫且空氣濕度較低的災害性天氣，可使玉米生長發(fā)育延遲或不良、花粉不遇或授粉不良，導致減產甚至絕收，具有一定的隱蔽性和累積效應［16］。同一天氣條件下，玉米高溫熱害受害程度隨品種、播期、種植密度、植株長勢、水肥管理條件、間套作方式等因素而變化。雄穗分支多、花粉量大的品種對高溫環(huán)境表現不敏感。異常高溫天氣常與干旱并發(fā)，植株遭受雙重危害，損失加重，如2012年美國中東部出現極端高溫并引發(fā)大范圍干旱，整個玉米種植帶均遭受高溫干旱侵襲，農業(yè)損失超過300億美元［17］。此外，高溫還可引發(fā)其他病害，如紋枯病、青枯病、瘤黑粉病、穗腐病等［18］。

1.2 分 類

基于高溫熱害的發(fā)生時段及對玉米影響與危害結果的差異，可將玉米高溫熱害分為延遲型、障礙型、生長不良型和混合型4類。

1.2.1 延遲型

延遲型熱害發(fā)生在玉米營養(yǎng)生長期，氣溫過高抑制植株向上發(fā)育，大幅減緩植株生長過程，熱害嚴重時玉米冠層生長發(fā)育停止，根基部位出現過量的分蘗，大量消耗植株營養(yǎng)物質，造成減產或絕收。延遲型熱害在不同區(qū)域、栽培條件、玉米品種下均有發(fā)生。高溫多雨是玉米分蘗發(fā)生的主導因素，通過適當的田間管理如保持水肥，及早中耕培土等，可以減輕分蘗過多而減產的影響。2013 年河南省鄧州7月上中旬玉米營養(yǎng)生長期間，出現長達10 d的高溫天氣，玉米植株葉片萎蔫，冠層生長發(fā)育受阻，基部蘗芽大量生發(fā)［16］。

1.2.2 障礙型

障礙型熱害發(fā)生在玉米生殖生長期，高溫對植株生殖器官造成損傷，致使雄蕊不育或部分不育，受害時間短但難以恢復正常。玉米植株受害后無法正常抽雄或開花，果穗禿尖、缺粒、缺行甚至無果穗，對產量影響較大。障礙型熱害的危害程度與品種特性有關，雄穗分枝數少，花粉數量少，授粉期短的玉米品種，受害更為嚴重［19］。2016年7月河南省遂平縣出現持續(xù)高溫，正值花期的玉米出現不授粉或授粉不良現象，結實率大幅下降，危害嚴重地區(qū)結實率不足30%［20］。

1.2.3 生長不良型

生長不良型熱害常發(fā)生在玉米營養(yǎng)生長期，高溫破壞了玉米植株內部碳循環(huán)，凈光合產物積累減少，植株未得到充足的養(yǎng)分而不能發(fā)育果實。植株形態(tài)表現為整體株高減小，葉片數、穗粒數、千粒重等減少，果穗變短，但成熟期無明顯的延遲現象。2018年山東省兗州7月中下旬玉米大喇叭口期出現連續(xù)高溫，葉原基發(fā)育及伸長受到抑制，雌穗分化受阻甚至畸形，平均減產5.4%［21］。

1.2.4 混合型

混合型熱害即在玉米生長前期遭遇高溫熱害，生長后期又發(fā)生高溫熱害以及其他氣象災害，植株受害后癥狀集延遲型、障礙型、生長不良型于一體，玉米在營養(yǎng)生長階段滋生大量蘗芽，生殖生長階段授粉不良，灌漿期縮短，致使玉米大幅減產甚至絕收。中國玉米種植區(qū)混合型熱害發(fā)生最為頻繁，2013年河南省平輿縣夏玉米在營養(yǎng)生長階段長期干旱，株高降低，抽雄授粉期遭遇高溫、暴雨授粉不良，玉米缺粒穗最高達78%，灌漿期又出現極端高溫，灌漿遲緩且時間縮短，發(fā)生高溫逼熟現象，千粒重下降14.65%，減產20.45%［18］。2017年河南省新鄉(xiāng)玉米遭遇歷史罕見的混合型熱害，拔節(jié)期前異常增生分蘗，生長中期遭遇高溫干旱授粉不良，后期遇連陰雨天氣，成熟期推遲，粒重降低；高溫熱害造成部分地區(qū)玉米空桿畸形穗率高達50%以上，10%以上的地區(qū)不同程度減產甚至絕收［22］。

2 高溫熱害危害機理

高溫熱害可能發(fā)生在玉米生長的各個階段，但對玉米造成的危害和產量損失不同，在出苗后的第29—62日氣溫升高對產量影響最大［23］。當玉米苗期遭遇高溫熱害，葉片顏色變淺，地上部分生物量顯著降低，植株外形瘦弱［24］；開花授粉期遭遇高溫熱害，其花粉花絲的形態(tài)結構出現異常敗育或畸形，影響授粉結實；灌漿期遭遇高溫熱害則會縮短灌漿持續(xù)時間，影響同化物向籽粒的轉運過程，粒重降低從而造成減產［25］。

2.1 高溫對玉米光合作用的影響

光合作用是對高溫極其敏感的生理過程之一，大喇叭口期到成熟期高溫會導致玉米光合色素含量及相關酶活性顯著降低，光合速率下降［26］。研究表明，高溫使得光合速率降低是由非氣孔因素即葉肉細胞光合活性下降造成［27］。高溫條件下，葉片內葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量會隨著脅迫溫度和時間的增加而減小，同時葉綠體類囊體膜流動性增加，結構和組織的生理特性發(fā)生改變，造成光系統Ⅱ的最大光化學量子產量、電子傳遞的實際量子產量降低［24，28］，從而降低光合速率。此外，光合作用關鍵酶的活性降低也是影響作物光合速率的主要因素之一，高溫脅迫下酶活性比光系統Ⅱ的光化學最大量子產量反應更為敏感［28］。試驗證明35℃高溫處理下磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化酶、核酮糖二磷酸（RuBP）羧化酶活性顯著降低，高溫條件下葉片含水率、可溶性蛋白質含量下降［29］，RuBP活化酶受到抑制，從而降低RuBP 酶的活化狀態(tài)［30］，葉片光飽和狀態(tài)下的CO2交換速率也隨之降低。

2.2 高溫對玉米育性的影響

高溫是導致玉米花粉活力減退的重要原因，而花粉活力的高低對玉米穗粒數有直接影響，最終影響產量。高溫脅迫使得花藥壁加厚，花藥難以開裂影響散粉，花藥皺縮變小，藥室發(fā)生變形，藥隔維管束變小，花室中花粉粒散亂，花粉皺縮，花粉萌發(fā)孔凹陷或嚴重畸形，花粉內淀粉粒體積及密度變小［31-32］，導致玉米花粉生活力及萌發(fā)力減弱致使花粉敗育，活性降低。此外，高溫還會改變玉米開花特性，使抽雄期提前、開花期和盛花期延后，抽雄吐絲間隔期延長［33］，雌雄間隔期可延長3 d，部分品種間隔期可增加76.5%［32］，散粉量下降，散粉嚴重受阻，結實率降低。玉米花期高于平均最高氣溫（33℃）3～5℃的高溫處理下高活力花粉比例降低23.1%，當氣溫超過38℃時，雄穗不能開花，散粉受阻，授粉率與氣溫呈負相關，38℃高溫處理30 min后玉米的小花受精率和總結實率均為0［34-36］。

2.3 高溫對玉米灌漿的影響

灌漿期是玉米籽粒物質積累和產量形成的關鍵時期，對氣溫變化較為敏感，此時遭遇高溫脅迫會影響籽粒灌漿速率及持續(xù)時間，對產量影響較大?；ê笄捌冢ㄊ诜酆蟮?—20日）高溫處理使籽粒發(fā)育前期的灌漿速率加快，但抑制了灌漿中后期的速率［37］，灌漿后期胚、胚乳和種皮重量增速在高溫脅迫下顯著受抑，籽粒淀粉合成相關酶活性逐漸降低，最大可降低42%，葉片衰老加速，光合參數降低，同化物向籽粒轉運減少［28-29］，粒重增速緩慢，穗粒數減少，導致灌漿后期籽粒干重及產量降低。高溫會降低玉米籽粒的含水率，加快籽粒果皮中淀粉體的降解速度，而胚乳細胞中淀粉體充實提前，淀粉積累加速，持續(xù)積累時間縮短［38］，但灌漿速率加快不能補償灌漿期縮短造成的影響。此外，高溫對灌漿速率及持續(xù)時間的影響與玉米品種特性有關，晚熟品種灌漿期長而灌漿速率相對較低，早熟品種灌漿期短而灌漿速率相對較高［39］。

2.4 高溫對玉米品質的影響

玉米發(fā)育后期的高溫條件對玉米籽粒品質及糊化特性有顯著影響，灌漿期高溫較開花期高溫對玉米籽粒品質的影響更大［40］。高溫脅迫會影響葉片與籽粒的碳、氮同化物積累及分配狀況，高溫時葉片中的氮快速向籽粒轉移，提高了氮的同化效率，籽粒中蛋白質含量升高。高溫影響淀粉代謝酶的活性及淀粉合成相關基因的表達，阻礙糖分向淀粉的轉化，籽粒中粗脂肪、粗淀粉含量降低，同時改變籽粒內淀粉結構，淀粉粒變大，異常淀粉粒數增加，糊化溫度升高，峰值粘度下降，面粉回生率增大［41-42］，品質下降。

3 玉米高溫熱害的氣象成因

高溫熱害是一種大范圍的災害性天氣，形成于特定的大尺度環(huán)流背景下，其發(fā)生發(fā)展具有極強的區(qū)域差異性和過程性，強度及持續(xù)日數受多種因素影響。全球氣候變暖加劇氣候系統不穩(wěn)定，是造成極端高溫事件頻發(fā)的氣候背景，而影響氣溫異常的最直接因子是大氣環(huán)流的異常。中國夏季各地區(qū)高溫過程受西太平洋副熱帶高壓及青藏高原上空南亞高壓兩個關鍵環(huán)流系統影響。在高壓系統外圍西風場的控制下，通過太陽短波輻射和下沉氣流的增溫作用使氣溫在短時間內迅速升高，從而引發(fā)大范圍高溫事件［43］。大氣的干燥程度也是影響氣溫升高的重要因素之一，持續(xù)性高溫天氣發(fā)生時，也伴隨著水汽輸送環(huán)流的異常，使大氣更易增溫，常形成持續(xù)高溫少雨天氣［44］。鑒于高溫天氣條件成因的區(qū)域差異以及高溫出現時間與夏玉米發(fā)育時段匹配的不同，將中國優(yōu)勢玉米區(qū)（黃淮海夏玉米區(qū)、北方春玉米區(qū)、西南玉米區(qū)）的高溫熱害氣象成因與高溫熱害發(fā)生的主要類型及其關聯關系進行分區(qū)評述。

3.1 黃淮海夏玉米區(qū)

黃淮海地區(qū)出現異常高溫的主要原因是西風帶冷空氣活動勢力較弱，冷空氣及低壓槽在西亞地區(qū)穩(wěn)定少動，大部分地區(qū)由強大的大陸暖高壓控制，空氣下沉絕熱增溫，加快地面溫度升高［45］。從前期高空環(huán)流形勢（500 hPa平均高度場）演變看，高溫時段內歐亞大陸中高緯地區(qū)維持兩槽一脊形勢，盛行緯向環(huán)流，黃淮海地區(qū)處于脊前西北氣流（暖性高壓脊）控制，水汽輸送氣流由新疆北部指向華北地區(qū)，含水量少，輻射增溫強［46］。在850 hPa溫度場上，北方多為干區(qū)，且存在自西向東逐漸降低的溫度梯度，盛行偏西風將干暖空氣帶到黃淮地區(qū)，由于西北部多山脈，氣團干絕熱增溫促使高溫天氣形成［47］。在黃淮海夏玉米生育期（6—9月）內，由于不同年際間高溫天氣出現時間與夏玉米發(fā)育時段匹配的差異性，延遲型、障礙型、生長不良型和混合型4種高溫熱害均有出現，以苗期-拔節(jié)期（6 月中旬—7 月下旬）高溫發(fā)生次數最多、抽穗-灌漿期（8 月）高溫危害最重［48-49］。

3.2 北方春玉米區(qū)

北方春玉米區(qū)異常高溫成因與黃淮海夏玉米區(qū)類似，緯向環(huán)流占優(yōu)勢，東北冷渦活動少，冷空氣不活躍，40°N 以北地區(qū)西風急流異常偏北，對流層上部南亞高壓向東北方向傾斜，西太平洋副熱帶高壓西伸北抬，對流層高中低層均受反氣旋環(huán)流控制，暖脊發(fā)展深厚，閉合的高壓中心重疊，其所控制地區(qū)氣流下沉，出現持續(xù)性高溫［50］。受反氣旋環(huán)流影響，40°N 附近地區(qū)以偏東風為主，南側存在異常的氣旋性環(huán)流，阻擋南海、遼東半島的暖濕氣流向北輸送，空氣輻散加劇下沉運動增溫［51］。北方春玉米生育期（4月下旬—9 月中旬）的抽穗至灌漿期（7 月中旬—8月下旬）易發(fā)生高溫熱害，多見障礙型高溫熱害發(fā)生的報道。近年隨著氣候變暖趨勢加劇，春玉米播種至抽穗期高溫熱害風險也在增加，未來有其他類型高溫熱害發(fā)生的可能［52-53］。

3.3 西南玉米區(qū)

西南丘陵山地玉米區(qū)易在春夏季出現極端高溫，亞洲中高緯緯向環(huán)流槽脊活動偏弱，寬槽區(qū)明顯，西太平洋副熱帶高壓偏西、偏北，強度偏強，與青藏高壓合并，對流層中上層有顯著的反氣旋異常，大氣下沉運動強烈，云量減少，到達地表的太陽短波輻射增加，致使地面氣溫快速升高［54］。菲律賓海區(qū)及中國西南地區(qū)對流層低層有顯著的氣旋性環(huán)流異常，高壓南側的西南季風東傳受阻，切斷了西南地區(qū)的兩大水汽通道——孟加拉灣和南海暖濕氣流的輸送，促進地表升溫［55］。西南玉米區(qū)春玉米生育期為3月上旬—8月中旬，夏玉米生育期為4月上旬—9月中旬，高溫熱害易發(fā)生在抽穗至灌漿期（春玉米為6月中旬—7 月中旬，夏玉米為7 月上旬—8 月下旬），在苗期、拔節(jié)期也有發(fā)生，目前多見障礙型高溫熱害發(fā)生的報道［56-57］。

4 玉米高溫熱害致災指標

高溫影響植株光合、授粉、灌漿、結實等過程，在實際生產中，通過觀察植物形態(tài)變化難以確定不同程度的高溫熱害，試驗研究多從生理生化及產量構成要素等指標的角度解釋高溫危害程度的大小。王海梅［58］通過分析不同溫度梯度下玉米可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、SOD（超氧化物歧化酶）活性等生理指標，確定38℃為玉米耐受高溫的重要轉折溫度。張學鵬等［59］通過溫度控制試驗，對比不同溫度脅迫下的葉片光合反應、氣孔及葉綠體結構變化，確定36℃為玉米葉片“源”的脅迫閾值。生理指標雖精準可靠，但時效性差，取樣、測定需要投入較多的人力、財力，適用于小面積的研究使用。

對玉米高溫熱害是否發(fā)生的判別標準，有研究以日最高氣溫及其持續(xù)日數等氣象學指標為主，但不同地區(qū)不同發(fā)育階段的玉米高溫熱害研究采用的溫度閾值及判斷標準有所不同，綜合已有研究成果，表1為玉米不同發(fā)育時段高溫熱害發(fā)生的溫度判別指標。致災指標同高溫熱害導致的玉米生理變化及產量損失的關系有待于進一步驗證，致災指標閾值有待進一步規(guī)范統一。中華人民共和國國家標準GB／T 21985—2008《主要農作物高溫危害指標》以最高氣溫不小于30℃或35℃，開花較少或不開花作為玉米花期的熱害指標［9］。王麗君［60］以高溫累積度日（日最高氣溫大于32℃的積溫）和高溫發(fā)生日數（日最高氣溫大于32℃的日數）為指標，評價夏玉米生育期內極端高溫風險；和驊蕓等［61］、管玥等［62］以日最高氣溫不小于35℃、高溫日數持續(xù)3，4，5 d為標準劃分華北平原夏玉米花期高溫熱害的危害等級；徐延紅等［63］、陳懷亮等［64］以花期日最高氣溫不小于32℃和不小于35℃發(fā)生頻率和日最高氣溫不小于32℃和不小于35℃的積熱量4個致災氣象因子，構建河南省夏玉米高溫熱害評估指標；劉哲等［65］以日最高氣溫34℃、時長7 h為高溫指標分析夏玉米花期的熱害分布規(guī)律；劉盼等［66］分別以日最高氣溫不小于32，34℃為高溫閾值分析1971—2018年河北省玉米花期高溫累計日數的時空變化；張琪等［67］通過積溫產量模型確定山東省夏玉米拔節(jié)期前后不同發(fā)育階段的極端高溫閾值；韋丹等［68］以30，32，35℃為高溫閾值，結合APSIM 模型探究京津冀地區(qū)極端高溫對玉米產量的影響；于振文［69］總結歸納中國北方地區(qū)玉米不同發(fā)育階段的高溫脅迫閾值；尹小剛等［70］以日最高氣溫不小于30℃的積溫及發(fā)生日數為判斷標準，探討高溫對東北農作區(qū)玉米生產的影響；韓佳昊等［71］采用百分位法以氣溫序列的85%和90%兩個百分位值及持續(xù)時間3 d，5 d兩個等級，定義4種等級水平的玉米高溫事件；周夢子等［72］利用格點數據以某日最高氣溫序列95%分位值的相對閾值定義玉米極端高溫。

表1 玉米高溫熱害判別指標統計表Table 1 Statistical table of discrimination index of high temperature and heat damage of maize

5 時空分布特征

中國玉米產區(qū)分布廣泛，根據自然生態(tài)、種植結構、玉米種植規(guī)模及發(fā)展前景，將中國劃分為6個玉米種植區(qū)：北方春玉米區(qū)、黃淮海夏玉米區(qū)、西南山地玉米區(qū)、南方丘陵玉米區(qū)、西北灌溉玉米區(qū)、青藏高原玉米區(qū)，隨著玉米生產布局的優(yōu)化，形成以北方春玉米區(qū)、黃淮海夏玉米區(qū)、西南玉米區(qū)為優(yōu)勢產區(qū)的中國玉米帶［73］。春玉米主要分布在東北、西北、西南各省的高海拔丘陵山地地區(qū)，東北三省種植面積最大，以玉米單作或間作大豆、馬鈴薯為主；夏玉米主要分布在黃淮海平原，間套復種并存，小麥玉米兩作平播或套播種植占70%以上。

5.1 春玉米高溫熱害時空分布特征

春玉米種植集中地區(qū)氣溫相對較低，不易遭遇高溫熱害，2003年后北方地區(qū)高溫狀況加劇，最近10年頻繁出現異常高溫過程，且集中在6月［74］。東北地區(qū)盛夏高溫是春玉米氣象產量增加的限制因子，氣溫上升，東北地區(qū)西南部減產，黑龍江省東部平原地區(qū)產量增加，春玉米生育期內平均氣溫在空間上呈現自東北向西南逐漸增加的趨勢，遼寧地區(qū)春玉米發(fā)育期遭遇極端高溫的風險明顯增加［75-77］。A1B情景（IPCC 排放情景報告所假設的未來大氣CO2等溫室氣體保持中等排放的平衡發(fā)展情景）下2011—2100年東北地區(qū)玉米生育期內高溫逐步增加，增加幅度高值區(qū)主要位于黑龍江省西部與東北部［78］。湖南省春玉米高溫熱害年次概率高值區(qū)在衡陽大部、株洲中南部等地，衡陽市最高為81.8%［79］。廣西壯族自治區(qū)巖溶山區(qū)約23%的頻率出現高溫減產年，導致春玉米減產1成以上［80］。

春玉米高溫熱害多發(fā)生在開花授粉期，但隨著各地播期不同而改變，晚播春玉米（4月中旬—5月上旬播種）灌漿期也易遭遇高溫天氣［81］。北方春玉米區(qū)開花期（7月中下旬）最高氣溫明顯增加，松遼平原地區(qū)高溫風險高于其他地區(qū)［70］。西南春玉米高溫天氣主要發(fā)生在乳熟-成熟階段，且主要集中在東北部地區(qū)，部分地區(qū)氣候變暖后高溫發(fā)生日數較變暖前明顯增加，高達10.4 d［82］。四川省南充高于35℃的高溫天氣最早可能出現在4月，春玉米在5月中旬拔節(jié)抽雄時遭受高溫危害［83］。湖南省春玉米（3月下旬—7月中下旬）幾乎整個灌漿期都處于高溫脅迫狀態(tài)，7月中旬脅迫最重［84］。2016—2018年西北河套灌區(qū)春玉米在7—8月均遭遇不同程度的高溫熱害，最早發(fā)生在7月7日，最長持續(xù)時間為18 d，安徽省利辛縣春玉米在7月灌漿期發(fā)生高溫熱害［85-88］。

5.2 夏玉米高溫熱害時空分布特征

夏玉米高溫熱害風險主要集中在黃淮海產區(qū)，空間上呈現南高北低、西高東低的分布態(tài)勢，河北省東南部、河南省大部以及山東省西部地區(qū)高溫熱害風險最高，受害最為嚴重［89］。河南省南陽南部、駐馬店、周口、漯河、許昌東部等地夏玉米高溫熱害頻率超過55%，與未來氣候變化情景下（RCP4.5 情景，到2100年溫室氣體濃度對應輻射強迫為4.5 W·m-2）高溫發(fā)生頻率高值區(qū)基本一致［63-64］。河北省高溫熱害高風險區(qū)主要分布在邢臺和邯鄲兩市中東部、衡水西部和南部、石家莊東南部地區(qū)［90］。山東省夏玉米拔節(jié)期前后高溫均呈現從沿海向內陸增加的趨勢，菏澤、濟陽、濟寧等地是高發(fā)地區(qū)［67］。

夏玉米高溫熱害風險高于春玉米，拔節(jié)期后較拔節(jié)期前發(fā)生頻次更高，開花散粉期高溫威脅最為嚴重，河北省夏玉米在拔節(jié)抽雄期的高溫風險最大，1958—2008年河南省鄭州夏玉米灌漿結實期高溫熱害嚴重程度高于抽穗開花期，并呈現加重趨勢［90-91］。黃淮海地區(qū)夏玉米拔節(jié)至開花期內，約有44%的時間處于極端高溫脅迫下，2010—2019年夏玉米花期高溫熱害加重，頻次急劇增加，以河南省最為顯著［60-61］。近50年河南省夏玉米花期不同等級高溫熱害發(fā)生頻率呈現先減小后增加的趨勢，20世紀90年代后頻次明顯增加，1992年、1994年、2013年、2018年高溫熱害較為嚴重，66%的區(qū)域發(fā)生重度高溫熱害的概率高于10%，未來在RCP4.5情景下河南省高溫發(fā)生頻率為30.6%～89.9%［62-64］。豫南地區(qū)7月20—29日發(fā)生5 d及以上高溫日數的頻次為每10年2～3次［92］?；幢逼皆挠衩谆ㄆ诟邷責岷Πl(fā)生頻率約1.7年一遇，中重度高溫熱害發(fā)生頻率高達20%［93］。

6 防御對策

玉米高溫熱害的防御主要有兩種方法。

6.1 高溫熱害監(jiān)測預警

玉米高溫熱害的監(jiān)測預警指在結合實時或未來天氣條件和玉米生育特性的基礎上，參照高溫熱害指標，監(jiān)測預報玉米是否受到危害以及危害的時間、程度，以指導后續(xù)采取有效可行的防御措施。目前玉米高溫熱害監(jiān)測預警研究尚處于起步階段，主要是通過地面氣象觀測、高空衛(wèi)星遙感監(jiān)測兩種方式，將獲取的氣溫預測結果與高溫熱害判別指標、作物發(fā)育時期相結合，開展高溫熱害發(fā)生強度、范圍的實時動態(tài)監(jiān)測。部分地區(qū)氣象部門已建立區(qū)域性高溫監(jiān)測預警系統及適用的高溫預測模型，浙江省杭州市氣象局建立了針對十余類農產品的農業(yè)氣象災害預警業(yè)務服務平臺，對高溫熱害等氣象災害指標與預報實況因子進行關聯判斷，自動生成預警材料實時發(fā)布，提升了區(qū)域作物高溫熱害防控的時效性［94］；河南省地方標準DB41／T 2094—2021《夏玉米花期高溫預警氣象等級》［95］的建立與編制，為河南省夏玉米產區(qū)提供了及時、準確、可量化的花期高溫監(jiān)測預警信息和技術支撐。楊磊等［89］將地面實測氣溫數據、遙感數據及夏玉米高溫熱害指標相結合，構建黃淮海夏玉米主產區(qū)高溫熱害評估模型，實現了對夏玉米花期高溫熱害的監(jiān)測評估。陳剛等［96］利用數碼相機獲取玉米冠層數字圖像的可見光光譜對夏玉米進行高溫脅迫的診斷分析，驗證了應用光譜參數反應不同高溫脅迫程度的可行性。

6.2 栽培管理措施

6.2.1 選用抗逆性品種

高溫對玉米的危害在不同品種之間存在顯著性差異，選育耐熱基因型玉米品種對減緩高溫危害十分有效，同時也是預防高溫熱害最經濟有效的措施。在氣候變化背景下，玉米育種應注意因地制宜，選育在高溫條件下能保持授粉、結實良好、葉片短、直立上沖、葉片較厚、持綠性好、光合效率高的耐熱品種，以適應和緩解高溫造成的傷害。

6.2.2 調整播期

不同發(fā)育階段的玉米植株對高溫的耐受程度不同，調整播期能減少玉米關鍵發(fā)育時段與高溫出現時間的耦合，減輕高溫熱害的不利影響，是促進玉米高產的途徑之一。和驊蕓等［61］研究表明，選擇適宜的播種期能降低夏玉米花期遭受高溫熱害的頻率。劉佳鴻等［97］通過對比黃淮北部地區(qū)不同播種期夏玉米的災害發(fā)生頻率及產量特征，發(fā)現6月15日播種的夏玉米花期遭遇高溫熱害的頻率最小，產量最高。

6.2.3 噴施外源調節(jié)劑

外源植物激素在緩解高溫熱害對植株生長發(fā)育危害方面有重要作用。噴施CaCl2能使葉片在高溫下維持較高的葉綠素含量，減輕高溫脅迫對植株光合作用產生的不利影響；噴施水楊酸能穩(wěn)定葉片光合性能，降低高溫脅迫對夏玉米的減產效應；吐絲期噴施油菜素內酯能降低高溫引起的過氧化傷害，花后高溫條件下的玉米籽粒產量提高32.6%［98］。

6.2.4 科學水肥管理

科學的水肥管理措施能夠增加玉米植株的抗旱耐熱性，降低玉米高溫熱害風險。適當灌溉能夠調節(jié)玉米群體內濕度，降低冠層溫度，改善授粉環(huán)境，促進玉米雌雄穗協調均衡發(fā)育，是抵御作物高溫熱害的有效措施。在高溫脅迫下，灌溉能有效減緩玉米發(fā)育后期葉面積指數下降幅度，顯著增加作物結實率、千粒重和產量，玉米收獲指數提高17.6%［99］。科學施肥即在保證施足底肥的基礎上，結合玉米不同發(fā)育時期的田間發(fā)育情況，合理進行一定比例的追肥或葉面肥噴施，施肥原則是基肥占50%，苗期追肥占20%，大喇叭口期追肥占30%。在玉米拔節(jié)期和大喇叭口期噴施氨基酸葉面肥后，開花期遭遇持續(xù)高溫（不小于35℃）的玉米植株花粉活力提高21.6%［100］。在逆境脅迫下補施鉀肥能提高葉片水分含量，施用鋅肥和硼肥，能增加玉米干物質積累量，改善籽粒品質。

6.2.5 其他措施

玉米遭遇高溫熱害時，散粉及受精結實能力嚴重下降，通過隔株去雄或人工輔助授粉可以顯著提高結實率。此外，改善種植方式，適當調整種植密度，實行寬窄行交替種植、高矮作物間套作，調控群體冠層結構，改善田間通風和透光條件，增加單株干物質生產量，培育壯苗等可提高玉米抵御高溫逆境的能力。

7 存在的主要問題

本文基于已有研究成果，從玉米高溫熱害概念與分類出發(fā)，對危害機理、氣象成因、致災指標、時空分布、防御對策等方面進行總結闡述，系統評述中國玉米高溫熱害的研究進展。受已有研究成果及觀測數據限制，存在的主要問題如下：玉米高溫熱害的危害影響試驗研究結果較多，但實際災情數據較少，存在一定差異性；玉米花期高溫熱害的相關成果較多，但其他可能受害發(fā)育期的研究成果報道偏少；多從氣候學角度分析高溫熱害的發(fā)生特征，針對玉米高溫熱害的監(jiān)測預警研究較少。具體解決措施探討如下。

7.1 玉米高溫熱害判識標準有待統一規(guī)范

農學上通常通過栽培試驗的方式，利用穗粒數、小穗育性、結實率和千粒重等指標進行玉米高溫熱害的定量評價，氣象學上多基于不同溫度閾值的高溫強度、持續(xù)日數、積溫等對高溫熱害進行災害等級的劃分。因此，亟待建立統一規(guī)范的玉米高溫熱害等級判識標準。構建玉米高溫熱害等級判識標準應重點關注：①玉米高溫熱害可能發(fā)生的時段較長，而已有研究多集中于開花抽穗期、灌漿結實期等敏感時期，應充分考慮所有可能遭受高溫熱害的發(fā)育期，建立完善的玉米高溫熱害判識指標；②溫度控制試驗研究應從不同程度的高溫脅迫對玉米生理生化過程的影響入手，深入探究玉米溫度脅迫的耐受閾值，建立明確生物學意義的定量化高溫熱害指標；③玉米高溫熱害是一個動態(tài)持續(xù)的生物學過程，業(yè)務應用中的熱害判識指標應充分考慮氣象因子、玉米品種、水肥條件、栽培管理措施等因素，建立綜合動態(tài)的高溫熱害指標體系。

7.2 玉米高溫熱害災損模擬及風險評估有待加強

已有研究多為玉米生育期或不同發(fā)育階段的高溫脅迫及其日數的時空特征分析，僅少數研究應用統計分析、作物模型等方法揭示極端高溫對玉米產量影響，但在災害致災因子與玉米災損的定量關系、玉米高溫熱害風險評估與區(qū)劃等方面研究成果匱乏，有待深入開展相關研究：①玉米生育期內往往受到多種災害的復合影響，對高溫的響應機制也隨品種、發(fā)育階段等變化，單一的模型及方法不能明確揭示其內在聯系，未來應充分結合統計模型、作物模型、生理特征變化等深入研究高溫熱害影響機理及評估方法，準確提取由高溫熱害造成的產量損失，構建玉米高溫熱害災損評估模型；②玉米高溫熱害風險研究多是基于氣象數據的分析結果，影響因素考慮不全，應充分結合玉米高溫熱害的致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性以及防災抗災能力等方面進行全面評估，特別是熱害發(fā)生嚴重及多發(fā)地區(qū)，高溫熱害風險評估應重點予以加強。

7.3 玉米高溫熱害監(jiān)測預警研究有待深入

已有研究成果表明：未來玉米遭受高溫熱害的風險將進一步加劇，玉米種植布局、高溫熱害時空分布等隨氣候變化而發(fā)生改變，但目前玉米高溫熱害監(jiān)測預警研究進展緩慢，現有研究成果不能滿足實際生產及業(yè)務服務的需求，加強玉米產區(qū)的高溫熱害監(jiān)測評估和預警預報的技術研究已迫在眉睫。針對玉米高溫熱害的監(jiān)測預警應重點突破以下技術問題：①基于玉米發(fā)育數據和氣象大數據，系統收集玉米高溫熱害歷史災情數據，揭示氣候變化背景下中國玉米種植布局變化，加強玉米高溫熱害的動態(tài)監(jiān)測與影響評估研究，探析熱害高發(fā)區(qū)域的氣象成因及防御對策；②充分利用土壤濕度數據、遙感數據等，結合作物模擬模式與遙感技術、地理信息系統等的耦合應用，建立精細化的玉米高溫熱害監(jiān)測預警及影響評估體系，研發(fā)可供業(yè)務應用的災害監(jiān)測預警服務系統。