极端气候复合事件与适应策略对玉米制种产量的定量影响：来自河西走廊绿洲六年田间试验的启示

本研究针对干旱绿洲农业区极端气候复合事件频发威胁玉米制种产业稳定的问题，通过六年田间试验定量揭示了灌溉和播期调整对玉米产量性状的影响机制。研究发现充分灌溉(I2)可显著提升穗粒数(KNPE)、百粒重(HKDW)和产量，早播10天(PD2)能有效规避生殖阶段高温胁迫。关键驱动因子为积温(GDD)，而极端气候复合事件(如HDD、HWD)可解释50.91-60.1%的产量损失。研究创新性提出"营养生长阶段增灌避冷旱、生殖生长阶段早播避高温"的两阶段适应策略，为气候变化下干旱区玉米安全生产提供了理论依据和实践路径。

　　

在全球气候变化背景下，极端气候事件的频率和强度不断增加，对农业生产构成了严峻挑战。特别是在干旱半干旱地区，如中国西北典型的河西走廊绿洲，水资源短缺是玉米制种产业发展的核心制约因素。玉米作为当地重要的经济作物，其生产稳定性直接关系到区域粮食安全和农民收入。然而，当前关于极端气候复合事件（如高温干旱、高温高湿等耦合事件）对玉米制种产量形成的影响机制尚不明确，缺乏定量化的评估和有效的适应性管理策略。因此，深入理解灌溉、种植日期以及极端气候事件对玉米制种产量性状的综合效应，对于制定应对干旱和气候风险的适应性策略至关重要。

为了回答上述问题，研究团队于2019年至2024年在甘肃省张掖市甘州区进行了为期六年的田间试验。试验采用当地主栽玉米品种“郑单958”，设置了两种灌溉水平（I1：当地传统灌溉定额的50%；I2：当地传统灌溉定额的100%）和五个播种日期（PD1：比当地典型播期早20天；PD2：早10天；PD3：当地典型播期；PD4：晚10天；PD5：晚20天），共10个处理组合。研究通过监测气象指标（包括太阳辐射、温度、降水、相对湿度等），计算了生长度日(GDD)、极端生长度日(EDD)、低温生长度日(LDD)等热量指标，并定义了冷干日(CDD)、冷湿日(CWD)、热干日(HDD)、热湿日(HWD)四类极端气候复合事件的判定标准。在玉米成熟后，测量了穗粒数(KNPE)、百粒重(HKDW)和籽粒产量等关键产量性状。研究运用线性混合模型(LMM)和结构方程模型(SEM)等统计方法，量化了不同生长阶段气候因子和极端气候复合事件对产量性状的影响及其贡献率。

3.1. 不同灌溉量和播期下玉米制种产量性状的变化

结果表明，增加灌溉至I2水平可显著提升穗粒数(KNPE)、百粒重(HKDW)和籽粒产量，增幅分别为24.48%、16.06%和38.84%。播期调整的影响因性状而异：PD2（早播10天）处理获得了最高的KNPE和籽粒产量，而PD3（典型播期）处理则获得了最高的HKDW。过早（PD1）或过晚（PD4, PD5）播种均对产量性状产生不利影响。灌溉与播期的交互作用仅对KNPE有显著影响。综合来看，I2PD2（充分灌溉结合早播10天）和I2PD3（充分灌溉结合典型播期）是获得较高产量的较优组合。年际间产量性状的变化趋势与降水等气候因子的年际波动较为一致。

3.2. 玉米不同生长阶段主要气候因子和极端气候复合事件的变化

分析显示，播期显著影响玉米生育期长度，延迟播种会缩短总生育期。热量指标（GDD, EDD, LDD）的积累受播期影响显著，延迟播种导致PD-JD（播种至拔节）阶段热量积累增加，但FD-MD（开花至成熟）阶段则因后期温度下降而积累减少。降水(Pr)则表现出较大的年际波动。极端气候复合事件方面，CDD主要发生在PD-JD阶段，且早播处理（PD1, PD2）发生频率和持续时间更长；HDD在三个生长阶段均有出现，其持续时间随玉米生长进程而增加；HWD未在PD-JD阶段出现，在JD-FD（拔节至开花）和FD-MD阶段，早播可减少或缩短HWD的发生。

3.3. 气候对调整播期引起的玉米制种产量性状变化的解释

通过线性混合模型量化敏感性发现，积温(GDD)是促进产量性状形成的主要驱动力，尤其在FD-MD阶段作用最为突出。降水(Pr)对HKDW有积极影响。极端气候复合事件则主要表现为负面影响：PD-JD阶段的CDD和HDD、JD-FD和FD-MD阶段的HDD和HWD是导致产量损失的关键因素。调整播期（主要是早播）可以通过改变玉米各生育阶段所经历的气候条件，从而减轻极端事件的负面影响，例如早播可减少生长后期遭遇HDD和HWD的风险。

3.4. 气候变化和极端气候复合事件对玉米制种产量性状的影响

模型结果表明，气候因子和极端气候复合事件共同解释了玉米产量性状变异的57.6%-61.8%。GDD是贯穿始终的正向驱动因子。极端事件的负面影响具有阶段性特征：早期（PD-JD）产量损失主要受CDD制约；而中后期（JD-FD, FD-MD）的损失则主要由HDD和HWD引起，其中FD-MD阶段的HDD影响尤为显著，对产量造成的负效应最大。结构方程模型进一步揭示，气候因子不仅直接影响最终产量，还通过调控KNPE和HKDW产生间接效应，其中HKDW在决定最终产量中扮演着更为关键的角色。对产量损失贡献的量化分析显示，极端气候复合事件可解释50.91%-60.1%的产量损失，其中FD-MD阶段的HDD贡献最大（19.43%），其次是该阶段的HWD（14.92%）。

本研究通过六年的田间定位试验，系统量化了灌溉、播期、气候因子及极端气候复合事件对河西走廊绿洲玉米制种产量形成的综合影响。研究结论明确指出，在气候变化背景下，单纯依靠调节水肥已不足以完全应对极端气候的威胁。创新性地提出了“两阶段”适应性管理策略：在营养生长阶段（PD-JD）通过增加灌溉来缓解可能遇到的冷干胁迫；在生殖生长阶段（JD-FD至FD-MD）通过适当早播（如提前10天）来规避开花灌浆期的高温复合胁迫。这一策略的核心在于通过主动的农艺措施调整，使玉米生育进程与当地气候资源（特别是热量和水分）的时空分布更加匹配，同时避开极端气候事件的高发期。该研究不仅深化了对干旱区玉米产量形成气候响应机制的理解，而且为类似生态区制定气候智慧型农业实践提供了可操作的技术途径，对保障区域玉米制种产业稳定发展和粮食安全具有重要的理论与实践意义。