中国玉米高温热害研究进展

霍治国 张海燕 李春晖 孔 瑞3） 江梦圆2）

1）（中国气象科学研究院，北京 100081）

2）（南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京 210044）

3）（中国地质大学，武汉 430074）

引 言

全球气候变化已成为不争事实，气候的多变性及极端事件发生频率和强度增加，农业气象灾害风险随之增大，极大地威胁中国农业生产及粮食安全［1］。玉米对天气变化特别是气温最为敏感，气温升高对玉米产量产生较大的负面影响［2］。研究表明：全球平均气温每上升1℃，玉米产量下降7.4%［3］，气温升高2℃造成的玉米产量变化比降水减少20%的影响更大［4］。玉米作为三大粮食作物之一，是中国粮食增产的主要贡献者，2021年种植面积达4.33×107hm2，其产量占中国粮食总产量的40%，中国北方春玉米区产量预测结果表明，气温增加1个标准偏差，产量下降1.4%［5］。在气候变化背景下，玉米高温热害频发。2003年意大利玉米受高温影响，产量下降36%［6］。2009年中国河北省部分地区持续高温，致使玉米叶片枯黄，灌浆缓慢甚至停止，雄穗干瘪无粉，花期不遇，造成空杆，绝收4.2×104hm2；2013—2018年黄淮海夏玉米产区连续6年遭遇高温热害，致使部分地区玉米结实不良，甚至绝收，其中2016年夏玉米生育期缩短4.8%～8.5%，产量降低12.4%［7］；2019年7—8月安徽省北部玉米主产区出现异常高温，阻碍夏玉米正常开花授粉，导致玉米结实不良、产量降低，严重地块减产30%以上［8］。

针对玉米高温热害这一突出问题，已有学者从不同角度开展了相关研究，取得一定成果。本文综合玉米高温热害的已有研究成果，对玉米高温热害的概念、分类、影响和危害机理、气象成因、时空分布特征、防御对策等方面进行整合梳理，以期为玉米高温热害防御和农业减灾增效提供科学支持及深入研究的参考。

1 概念及分类

1.1 概念及特点

1.1.1 高温热害

高温热害指当气温上升到一定程度，高温对作物正常生长发育、产量、品质等造成危害［9］，会加剧干旱、加速作物植株的蒸腾，导致作物脱水萎蔫甚至死亡，也称酷热灾害。中国高温热害集中出现于5—9月，频发于盛夏7—8月，具有持续时间长、强度大、影响范围广等特点，易对玉米、水稻、棉花、茶树、苹果、猕猴桃、枇杷、设施番茄等作物［10-12］产生不利影响。近年高温热害频发严重影响中国各地的农业生产，如2013年夏季全国各地多次出现罕见大范围持续性高温天气，浙江省茶园受灾面积达1.39×104hm2，夏秋茶减产4.74×104t，经济损失为17.2亿元［13］，湖南省衡阳、邵阳等地约10%的一季稻、玉米等作物受灾绝收［14］。2016年湖北省出现持续晴热高温天气，约98.3%的中稻在抽穗扬花期和灌浆期遭遇高温热害，结实率较常年偏低12%～15%［15］。

1.1.2 玉米高温热害及其特点

玉米是C4植物，生育期内相对较高的气温有利于玉米增产，但气温超过一定范围就会对其产生不利影响。玉米高温热害是指玉米生长过程中出现的一种持续高温且空气湿度较低的灾害性天气，可使玉米生长发育延迟或不良、花粉不遇或授粉不良，导致减产甚至绝收，具有一定的隐蔽性和累积效应［16］。同一天气条件下，玉米高温热害受害程度随品种、播期、种植密度、植株长势、水肥管理条件、间套作方式等因素而变化。雄穗分支多、花粉量大的品种对高温环境表现不敏感。异常高温天气常与干旱并发，植株遭受双重危害，损失加重，如2012年美国中东部出现极端高温并引发大范围干旱，整个玉米种植带均遭受高温干旱侵袭，农业损失超过300亿美元［17］。此外，高温还可引发其他病害，如纹枯病、青枯病、瘤黑粉病、穗腐病等［18］。

1.2 分 类

基于高温热害的发生时段及对玉米影响与危害结果的差异，可将玉米高温热害分为延迟型、障碍型、生长不良型和混合型4类。

1.2.1 延迟型

延迟型热害发生在玉米营养生长期，气温过高抑制植株向上发育，大幅减缓植株生长过程，热害严重时玉米冠层生长发育停止，根基部位出现过量的分蘖，大量消耗植株营养物质，造成减产或绝收。延迟型热害在不同区域、栽培条件、玉米品种下均有发生。高温多雨是玉米分蘖发生的主导因素，通过适当的田间管理如保持水肥，及早中耕培土等，可以减轻分蘖过多而减产的影响。2013 年河南省邓州7月上中旬玉米营养生长期间，出现长达10 d的高温天气，玉米植株叶片萎蔫，冠层生长发育受阻，基部蘖芽大量生发［16］。

1.2.2 障碍型

障碍型热害发生在玉米生殖生长期，高温对植株生殖器官造成损伤，致使雄蕊不育或部分不育，受害时间短但难以恢复正常。玉米植株受害后无法正常抽雄或开花，果穗秃尖、缺粒、缺行甚至无果穗，对产量影响较大。障碍型热害的危害程度与品种特性有关，雄穗分枝数少，花粉数量少，授粉期短的玉米品种，受害更为严重［19］。2016年7月河南省遂平县出现持续高温，正值花期的玉米出现不授粉或授粉不良现象，结实率大幅下降，危害严重地区结实率不足30%［20］。

1.2.3 生长不良型

生长不良型热害常发生在玉米营养生长期，高温破坏了玉米植株内部碳循环，净光合产物积累减少，植株未得到充足的养分而不能发育果实。植株形态表现为整体株高减小，叶片数、穗粒数、千粒重等减少，果穗变短，但成熟期无明显的延迟现象。2018年山东省兖州7月中下旬玉米大喇叭口期出现连续高温，叶原基发育及伸长受到抑制，雌穗分化受阻甚至畸形，平均减产5.4%［21］。

1.2.4 混合型

混合型热害即在玉米生长前期遭遇高温热害，生长后期又发生高温热害以及其他气象灾害，植株受害后症状集延迟型、障碍型、生长不良型于一体，玉米在营养生长阶段滋生大量蘖芽，生殖生长阶段授粉不良，灌浆期缩短，致使玉米大幅减产甚至绝收。中国玉米种植区混合型热害发生最为频繁，2013年河南省平舆县夏玉米在营养生长阶段长期干旱，株高降低，抽雄授粉期遭遇高温、暴雨授粉不良，玉米缺粒穗最高达78%，灌浆期又出现极端高温，灌浆迟缓且时间缩短，发生高温逼熟现象，千粒重下降14.65%，减产20.45%［18］。2017年河南省新乡玉米遭遇历史罕见的混合型热害，拔节期前异常增生分蘖，生长中期遭遇高温干旱授粉不良，后期遇连阴雨天气，成熟期推迟，粒重降低；高温热害造成部分地区玉米空杆畸形穗率高达50%以上，10%以上的地区不同程度减产甚至绝收［22］。

2 高温热害危害机理

高温热害可能发生在玉米生长的各个阶段，但对玉米造成的危害和产量损失不同，在出苗后的第29—62日气温升高对产量影响最大［23］。当玉米苗期遭遇高温热害，叶片颜色变浅，地上部分生物量显著降低，植株外形瘦弱［24］；开花授粉期遭遇高温热害，其花粉花丝的形态结构出现异常败育或畸形，影响授粉结实；灌浆期遭遇高温热害则会缩短灌浆持续时间，影响同化物向籽粒的转运过程，粒重降低从而造成减产［25］。

2.1 高温对玉米光合作用的影响

光合作用是对高温极其敏感的生理过程之一，大喇叭口期到成熟期高温会导致玉米光合色素含量及相关酶活性显著降低，光合速率下降［26］。研究表明，高温使得光合速率降低是由非气孔因素即叶肉细胞光合活性下降造成［27］。高温条件下，叶片内叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量会随着胁迫温度和时间的增加而减小，同时叶绿体类囊体膜流动性增加，结构和组织的生理特性发生改变，造成光系统Ⅱ的最大光化学量子产量、电子传递的实际量子产量降低［24，28］，从而降低光合速率。此外，光合作用关键酶的活性降低也是影响作物光合速率的主要因素之一，高温胁迫下酶活性比光系统Ⅱ的光化学最大量子产量反应更为敏感［28］。试验证明35℃高温处理下磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化酶、核酮糖二磷酸（RuBP）羧化酶活性显著降低，高温条件下叶片含水率、可溶性蛋白质含量下降［29］，RuBP活化酶受到抑制，从而降低RuBP 酶的活化状态［30］，叶片光饱和状态下的CO2交换速率也随之降低。

2.2 高温对玉米育性的影响

高温是导致玉米花粉活力减退的重要原因，而花粉活力的高低对玉米穗粒数有直接影响，最终影响产量。高温胁迫使得花药壁加厚，花药难以开裂影响散粉，花药皱缩变小，药室发生变形，药隔维管束变小，花室中花粉粒散乱，花粉皱缩，花粉萌发孔凹陷或严重畸形，花粉内淀粉粒体积及密度变小［31-32］，导致玉米花粉生活力及萌发力减弱致使花粉败育，活性降低。此外，高温还会改变玉米开花特性，使抽雄期提前、开花期和盛花期延后，抽雄吐丝间隔期延长［33］，雌雄间隔期可延长3 d，部分品种间隔期可增加76.5%［32］，散粉量下降，散粉严重受阻，结实率降低。玉米花期高于平均最高气温（33℃）3～5℃的高温处理下高活力花粉比例降低23.1%，当气温超过38℃时，雄穗不能开花，散粉受阻，授粉率与气温呈负相关，38℃高温处理30 min后玉米的小花受精率和总结实率均为0［34-36］。

2.3 高温对玉米灌浆的影响

灌浆期是玉米籽粒物质积累和产量形成的关键时期，对气温变化较为敏感，此时遭遇高温胁迫会影响籽粒灌浆速率及持续时间，对产量影响较大。花后前期（授粉后第5—20日）高温处理使籽粒发育前期的灌浆速率加快，但抑制了灌浆中后期的速率［37］，灌浆后期胚、胚乳和种皮重量增速在高温胁迫下显著受抑，籽粒淀粉合成相关酶活性逐渐降低，最大可降低42%，叶片衰老加速，光合参数降低，同化物向籽粒转运减少［28-29］，粒重增速缓慢，穗粒数减少，导致灌浆后期籽粒干重及产量降低。高温会降低玉米籽粒的含水率，加快籽粒果皮中淀粉体的降解速度，而胚乳细胞中淀粉体充实提前，淀粉积累加速，持续积累时间缩短［38］，但灌浆速率加快不能补偿灌浆期缩短造成的影响。此外，高温对灌浆速率及持续时间的影响与玉米品种特性有关，晚熟品种灌浆期长而灌浆速率相对较低，早熟品种灌浆期短而灌浆速率相对较高［39］。

2.4 高温对玉米品质的影响

玉米发育后期的高温条件对玉米籽粒品质及糊化特性有显著影响，灌浆期高温较开花期高温对玉米籽粒品质的影响更大［40］。高温胁迫会影响叶片与籽粒的碳、氮同化物积累及分配状况，高温时叶片中的氮快速向籽粒转移，提高了氮的同化效率，籽粒中蛋白质含量升高。高温影响淀粉代谢酶的活性及淀粉合成相关基因的表达，阻碍糖分向淀粉的转化，籽粒中粗脂肪、粗淀粉含量降低，同时改变籽粒内淀粉结构，淀粉粒变大，异常淀粉粒数增加，糊化温度升高，峰值粘度下降，面粉回生率增大［41-42］，品质下降。

3 玉米高温热害的气象成因

高温热害是一种大范围的灾害性天气，形成于特定的大尺度环流背景下，其发生发展具有极强的区域差异性和过程性，强度及持续日数受多种因素影响。全球气候变暖加剧气候系统不稳定，是造成极端高温事件频发的气候背景，而影响气温异常的最直接因子是大气环流的异常。中国夏季各地区高温过程受西太平洋副热带高压及青藏高原上空南亚高压两个关键环流系统影响。在高压系统外围西风场的控制下，通过太阳短波辐射和下沉气流的增温作用使气温在短时间内迅速升高，从而引发大范围高温事件［43］。大气的干燥程度也是影响气温升高的重要因素之一，持续性高温天气发生时，也伴随着水汽输送环流的异常，使大气更易增温，常形成持续高温少雨天气［44］。鉴于高温天气条件成因的区域差异以及高温出现时间与夏玉米发育时段匹配的不同，将中国优势玉米区（黄淮海夏玉米区、北方春玉米区、西南玉米区）的高温热害气象成因与高温热害发生的主要类型及其关联关系进行分区评述。

3.1 黄淮海夏玉米区

黄淮海地区出现异常高温的主要原因是西风带冷空气活动势力较弱，冷空气及低压槽在西亚地区稳定少动，大部分地区由强大的大陆暖高压控制，空气下沉绝热增温，加快地面温度升高［45］。从前期高空环流形势（500 hPa平均高度场）演变看，高温时段内欧亚大陆中高纬地区维持两槽一脊形势，盛行纬向环流，黄淮海地区处于脊前西北气流（暖性高压脊）控制，水汽输送气流由新疆北部指向华北地区，含水量少，辐射增温强［46］。在850 hPa温度场上，北方多为干区，且存在自西向东逐渐降低的温度梯度，盛行偏西风将干暖空气带到黄淮地区，由于西北部多山脉，气团干绝热增温促使高温天气形成［47］。在黄淮海夏玉米生育期（6—9月）内，由于不同年际间高温天气出现时间与夏玉米发育时段匹配的差异性，延迟型、障碍型、生长不良型和混合型4种高温热害均有出现，以苗期-拔节期（6 月中旬—7 月下旬）高温发生次数最多、抽穗-灌浆期（8 月）高温危害最重［48-49］。

3.2 北方春玉米区

北方春玉米区异常高温成因与黄淮海夏玉米区类似，纬向环流占优势，东北冷涡活动少，冷空气不活跃，40°N 以北地区西风急流异常偏北，对流层上部南亚高压向东北方向倾斜，西太平洋副热带高压西伸北抬，对流层高中低层均受反气旋环流控制，暖脊发展深厚，闭合的高压中心重叠，其所控制地区气流下沉，出现持续性高温［50］。受反气旋环流影响，40°N 附近地区以偏东风为主，南侧存在异常的气旋性环流，阻挡南海、辽东半岛的暖湿气流向北输送，空气辐散加剧下沉运动增温［51］。北方春玉米生育期（4月下旬—9 月中旬）的抽穗至灌浆期（7 月中旬—8月下旬）易发生高温热害，多见障碍型高温热害发生的报道。近年随着气候变暖趋势加剧，春玉米播种至抽穗期高温热害风险也在增加，未来有其他类型高温热害发生的可能［52-53］。

3.3 西南玉米区

西南丘陵山地玉米区易在春夏季出现极端高温，亚洲中高纬纬向环流槽脊活动偏弱，宽槽区明显，西太平洋副热带高压偏西、偏北，强度偏强，与青藏高压合并，对流层中上层有显著的反气旋异常，大气下沉运动强烈，云量减少，到达地表的太阳短波辐射增加，致使地面气温快速升高［54］。菲律宾海区及中国西南地区对流层低层有显著的气旋性环流异常，高压南侧的西南季风东传受阻，切断了西南地区的两大水汽通道——孟加拉湾和南海暖湿气流的输送，促进地表升温［55］。西南玉米区春玉米生育期为3月上旬—8月中旬，夏玉米生育期为4月上旬—9月中旬，高温热害易发生在抽穗至灌浆期（春玉米为6月中旬—7 月中旬，夏玉米为7 月上旬—8 月下旬），在苗期、拔节期也有发生，目前多见障碍型高温热害发生的报道［56-57］。

4 玉米高温热害致灾指标

高温影响植株光合、授粉、灌浆、结实等过程，在实际生产中，通过观察植物形态变化难以确定不同程度的高温热害，试验研究多从生理生化及产量构成要素等指标的角度解释高温危害程度的大小。王海梅［58］通过分析不同温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）活性等生理指标，确定38℃为玉米耐受高温的重要转折温度。张学鹏等［59］通过温度控制试验，对比不同温度胁迫下的叶片光合反应、气孔及叶绿体结构变化，确定36℃为玉米叶片“源”的胁迫阈值。生理指标虽精准可靠，但时效性差，取样、测定需要投入较多的人力、财力，适用于小面积的研究使用。

对玉米高温热害是否发生的判别标准，有研究以日最高气温及其持续日数等气象学指标为主，但不同地区不同发育阶段的玉米高温热害研究采用的温度阈值及判断标准有所不同，综合已有研究成果，表1为玉米不同发育时段高温热害发生的温度判别指标。致灾指标同高温热害导致的玉米生理变化及产量损失的关系有待于进一步验证，致灾指标阈值有待进一步规范统一。中华人民共和国国家标准GB／T 21985—2008《主要农作物高温危害指标》以最高气温不小于30℃或35℃，开花较少或不开花作为玉米花期的热害指标［9］。王丽君［60］以高温累积度日（日最高气温大于32℃的积温）和高温发生日数（日最高气温大于32℃的日数）为指标，评价夏玉米生育期内极端高温风险；和骅芸等［61］、管玥等［62］以日最高气温不小于35℃、高温日数持续3，4，5 d为标准划分华北平原夏玉米花期高温热害的危害等级；徐延红等［63］、陈怀亮等［64］以花期日最高气温不小于32℃和不小于35℃发生频率和日最高气温不小于32℃和不小于35℃的积热量4个致灾气象因子，构建河南省夏玉米高温热害评估指标；刘哲等［65］以日最高气温34℃、时长7 h为高温指标分析夏玉米花期的热害分布规律；刘盼等［66］分别以日最高气温不小于32，34℃为高温阈值分析1971—2018年河北省玉米花期高温累计日数的时空变化；张琪等［67］通过积温产量模型确定山东省夏玉米拔节期前后不同发育阶段的极端高温阈值；韦丹等［68］以30，32，35℃为高温阈值，结合APSIM 模型探究京津冀地区极端高温对玉米产量的影响；于振文［69］总结归纳中国北方地区玉米不同发育阶段的高温胁迫阈值；尹小刚等［70］以日最高气温不小于30℃的积温及发生日数为判断标准，探讨高温对东北农作区玉米生产的影响；韩佳昊等［71］采用百分位法以气温序列的85%和90%两个百分位值及持续时间3 d，5 d两个等级，定义4种等级水平的玉米高温事件；周梦子等［72］利用格点数据以某日最高气温序列95%分位值的相对阈值定义玉米极端高温。

表1 玉米高温热害判别指标统计表Table 1 Statistical table of discrimination index of high temperature and heat damage of maize

5 时空分布特征

中国玉米产区分布广泛，根据自然生态、种植结构、玉米种植规模及发展前景，将中国划分为6个玉米种植区：北方春玉米区、黄淮海夏玉米区、西南山地玉米区、南方丘陵玉米区、西北灌溉玉米区、青藏高原玉米区，随着玉米生产布局的优化，形成以北方春玉米区、黄淮海夏玉米区、西南玉米区为优势产区的中国玉米带［73］。春玉米主要分布在东北、西北、西南各省的高海拔丘陵山地地区，东北三省种植面积最大，以玉米单作或间作大豆、马铃薯为主；夏玉米主要分布在黄淮海平原，间套复种并存，小麦玉米两作平播或套播种植占70%以上。

5.1 春玉米高温热害时空分布特征

春玉米种植集中地区气温相对较低，不易遭遇高温热害，2003年后北方地区高温状况加剧，最近10年频繁出现异常高温过程，且集中在6月［74］。东北地区盛夏高温是春玉米气象产量增加的限制因子，气温上升，东北地区西南部减产，黑龙江省东部平原地区产量增加，春玉米生育期内平均气温在空间上呈现自东北向西南逐渐增加的趋势，辽宁地区春玉米发育期遭遇极端高温的风险明显增加［75-77］。A1B情景（IPCC 排放情景报告所假设的未来大气CO2等温室气体保持中等排放的平衡发展情景）下2011—2100年东北地区玉米生育期内高温逐步增加，增加幅度高值区主要位于黑龙江省西部与东北部［78］。湖南省春玉米高温热害年次概率高值区在衡阳大部、株洲中南部等地，衡阳市最高为81.8%［79］。广西壮族自治区岩溶山区约23%的频率出现高温减产年，导致春玉米减产1成以上［80］。

春玉米高温热害多发生在开花授粉期，但随着各地播期不同而改变，晚播春玉米（4月中旬—5月上旬播种）灌浆期也易遭遇高温天气［81］。北方春玉米区开花期（7月中下旬）最高气温明显增加，松辽平原地区高温风险高于其他地区［70］。西南春玉米高温天气主要发生在乳熟-成熟阶段，且主要集中在东北部地区，部分地区气候变暖后高温发生日数较变暖前明显增加，高达10.4 d［82］。四川省南充高于35℃的高温天气最早可能出现在4月，春玉米在5月中旬拔节抽雄时遭受高温危害［83］。湖南省春玉米（3月下旬—7月中下旬）几乎整个灌浆期都处于高温胁迫状态，7月中旬胁迫最重［84］。2016—2018年西北河套灌区春玉米在7—8月均遭遇不同程度的高温热害，最早发生在7月7日，最长持续时间为18 d，安徽省利辛县春玉米在7月灌浆期发生高温热害［85-88］。

5.2 夏玉米高温热害时空分布特征

夏玉米高温热害风险主要集中在黄淮海产区，空间上呈现南高北低、西高东低的分布态势，河北省东南部、河南省大部以及山东省西部地区高温热害风险最高，受害最为严重［89］。河南省南阳南部、驻马店、周口、漯河、许昌东部等地夏玉米高温热害频率超过55%，与未来气候变化情景下（RCP4.5 情景，到2100年温室气体浓度对应辐射强迫为4.5 W·m-2）高温发生频率高值区基本一致［63-64］。河北省高温热害高风险区主要分布在邢台和邯郸两市中东部、衡水西部和南部、石家庄东南部地区［90］。山东省夏玉米拔节期前后高温均呈现从沿海向内陆增加的趋势，菏泽、济阳、济宁等地是高发地区［67］。

夏玉米高温热害风险高于春玉米，拔节期后较拔节期前发生频次更高，开花散粉期高温威胁最为严重，河北省夏玉米在拔节抽雄期的高温风险最大，1958—2008年河南省郑州夏玉米灌浆结实期高温热害严重程度高于抽穗开花期，并呈现加重趋势［90-91］。黄淮海地区夏玉米拔节至开花期内，约有44%的时间处于极端高温胁迫下，2010—2019年夏玉米花期高温热害加重，频次急剧增加，以河南省最为显著［60-61］。近50年河南省夏玉米花期不同等级高温热害发生频率呈现先减小后增加的趋势，20世纪90年代后频次明显增加，1992年、1994年、2013年、2018年高温热害较为严重，66%的区域发生重度高温热害的概率高于10%，未来在RCP4.5情景下河南省高温发生频率为30.6%～89.9%［62-64］。豫南地区7月20—29日发生5 d及以上高温日数的频次为每10年2～3次［92］。淮北平原夏玉米花期高温热害发生频率约1.7年一遇，中重度高温热害发生频率高达20%［93］。

6 防御对策

玉米高温热害的防御主要有两种方法。

6.1 高温热害监测预警

玉米高温热害的监测预警指在结合实时或未来天气条件和玉米生育特性的基础上，参照高温热害指标，监测预报玉米是否受到危害以及危害的时间、程度，以指导后续采取有效可行的防御措施。目前玉米高温热害监测预警研究尚处于起步阶段，主要是通过地面气象观测、高空卫星遥感监测两种方式，将获取的气温预测结果与高温热害判别指标、作物发育时期相结合，开展高温热害发生强度、范围的实时动态监测。部分地区气象部门已建立区域性高温监测预警系统及适用的高温预测模型，浙江省杭州市气象局建立了针对十余类农产品的农业气象灾害预警业务服务平台，对高温热害等气象灾害指标与预报实况因子进行关联判断，自动生成预警材料实时发布，提升了区域作物高温热害防控的时效性［94］；河南省地方标准DB41／T 2094—2021《夏玉米花期高温预警气象等级》［95］的建立与编制，为河南省夏玉米产区提供了及时、准确、可量化的花期高温监测预警信息和技术支撑。杨磊等［89］将地面实测气温数据、遥感数据及夏玉米高温热害指标相结合，构建黄淮海夏玉米主产区高温热害评估模型，实现了对夏玉米花期高温热害的监测评估。陈刚等［96］利用数码相机获取玉米冠层数字图像的可见光光谱对夏玉米进行高温胁迫的诊断分析，验证了应用光谱参数反应不同高温胁迫程度的可行性。

6.2 栽培管理措施

6.2.1 选用抗逆性品种

高温对玉米的危害在不同品种之间存在显著性差异，选育耐热基因型玉米品种对减缓高温危害十分有效，同时也是预防高温热害最经济有效的措施。在气候变化背景下，玉米育种应注意因地制宜，选育在高温条件下能保持授粉、结实良好、叶片短、直立上冲、叶片较厚、持绿性好、光合效率高的耐热品种，以适应和缓解高温造成的伤害。

6.2.2 调整播期

不同发育阶段的玉米植株对高温的耐受程度不同，调整播期能减少玉米关键发育时段与高温出现时间的耦合，减轻高温热害的不利影响，是促进玉米高产的途径之一。和骅芸等［61］研究表明，选择适宜的播种期能降低夏玉米花期遭受高温热害的频率。刘佳鸿等［97］通过对比黄淮北部地区不同播种期夏玉米的灾害发生频率及产量特征，发现6月15日播种的夏玉米花期遭遇高温热害的频率最小，产量最高。

6.2.3 喷施外源调节剂

外源植物激素在缓解高温热害对植株生长发育危害方面有重要作用。喷施CaCl2能使叶片在高温下维持较高的叶绿素含量，减轻高温胁迫对植株光合作用产生的不利影响；喷施水杨酸能稳定叶片光合性能，降低高温胁迫对夏玉米的减产效应；吐丝期喷施油菜素内酯能降低高温引起的过氧化伤害，花后高温条件下的玉米籽粒产量提高32.6%［98］。

6.2.4 科学水肥管理

科学的水肥管理措施能够增加玉米植株的抗旱耐热性，降低玉米高温热害风险。适当灌溉能够调节玉米群体内湿度，降低冠层温度，改善授粉环境，促进玉米雌雄穗协调均衡发育，是抵御作物高温热害的有效措施。在高温胁迫下，灌溉能有效减缓玉米发育后期叶面积指数下降幅度，显著增加作物结实率、千粒重和产量，玉米收获指数提高17.6%［99］。科学施肥即在保证施足底肥的基础上，结合玉米不同发育时期的田间发育情况，合理进行一定比例的追肥或叶面肥喷施，施肥原则是基肥占50%，苗期追肥占20%，大喇叭口期追肥占30%。在玉米拔节期和大喇叭口期喷施氨基酸叶面肥后，开花期遭遇持续高温（不小于35℃）的玉米植株花粉活力提高21.6%［100］。在逆境胁迫下补施钾肥能提高叶片水分含量，施用锌肥和硼肥，能增加玉米干物质积累量，改善籽粒品质。

6.2.5 其他措施

玉米遭遇高温热害时，散粉及受精结实能力严重下降，通过隔株去雄或人工辅助授粉可以显著提高结实率。此外，改善种植方式，适当调整种植密度，实行宽窄行交替种植、高矮作物间套作，调控群体冠层结构，改善田间通风和透光条件，增加单株干物质生产量，培育壮苗等可提高玉米抵御高温逆境的能力。

7 存在的主要问题

本文基于已有研究成果，从玉米高温热害概念与分类出发，对危害机理、气象成因、致灾指标、时空分布、防御对策等方面进行总结阐述，系统评述中国玉米高温热害的研究进展。受已有研究成果及观测数据限制，存在的主要问题如下：玉米高温热害的危害影响试验研究结果较多，但实际灾情数据较少，存在一定差异性；玉米花期高温热害的相关成果较多，但其他可能受害发育期的研究成果报道偏少；多从气候学角度分析高温热害的发生特征，针对玉米高温热害的监测预警研究较少。具体解决措施探讨如下。

7.1 玉米高温热害判识标准有待统一规范

农学上通常通过栽培试验的方式，利用穗粒数、小穗育性、结实率和千粒重等指标进行玉米高温热害的定量评价，气象学上多基于不同温度阈值的高温强度、持续日数、积温等对高温热害进行灾害等级的划分。因此，亟待建立统一规范的玉米高温热害等级判识标准。构建玉米高温热害等级判识标准应重点关注：①玉米高温热害可能发生的时段较长，而已有研究多集中于开花抽穗期、灌浆结实期等敏感时期，应充分考虑所有可能遭受高温热害的发育期，建立完善的玉米高温热害判识指标；②温度控制试验研究应从不同程度的高温胁迫对玉米生理生化过程的影响入手，深入探究玉米温度胁迫的耐受阈值，建立明确生物学意义的定量化高温热害指标；③玉米高温热害是一个动态持续的生物学过程，业务应用中的热害判识指标应充分考虑气象因子、玉米品种、水肥条件、栽培管理措施等因素，建立综合动态的高温热害指标体系。

7.2 玉米高温热害灾损模拟及风险评估有待加强

已有研究多为玉米生育期或不同发育阶段的高温胁迫及其日数的时空特征分析，仅少数研究应用统计分析、作物模型等方法揭示极端高温对玉米产量影响，但在灾害致灾因子与玉米灾损的定量关系、玉米高温热害风险评估与区划等方面研究成果匮乏，有待深入开展相关研究：①玉米生育期内往往受到多种灾害的复合影响，对高温的响应机制也随品种、发育阶段等变化，单一的模型及方法不能明确揭示其内在联系，未来应充分结合统计模型、作物模型、生理特征变化等深入研究高温热害影响机理及评估方法，准确提取由高温热害造成的产量损失，构建玉米高温热害灾损评估模型；②玉米高温热害风险研究多是基于气象数据的分析结果，影响因素考虑不全，应充分结合玉米高温热害的致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性以及防灾抗灾能力等方面进行全面评估，特别是热害发生严重及多发地区，高温热害风险评估应重点予以加强。

7.3 玉米高温热害监测预警研究有待深入

已有研究成果表明：未来玉米遭受高温热害的风险将进一步加剧，玉米种植布局、高温热害时空分布等随气候变化而发生改变，但目前玉米高温热害监测预警研究进展缓慢，现有研究成果不能满足实际生产及业务服务的需求，加强玉米产区的高温热害监测评估和预警预报的技术研究已迫在眉睫。针对玉米高温热害的监测预警应重点突破以下技术问题：①基于玉米发育数据和气象大数据，系统收集玉米高温热害历史灾情数据，揭示气候变化背景下中国玉米种植布局变化，加强玉米高温热害的动态监测与影响评估研究，探析热害高发区域的气象成因及防御对策；②充分利用土壤湿度数据、遥感数据等，结合作物模拟模式与遥感技术、地理信息系统等的耦合应用，建立精细化的玉米高温热害监测预警及影响评估体系，研发可供业务应用的灾害监测预警服务系统。