黄淮海平原夏玉米不同生育期热害触发阈值的精准识别与验证研究

针对气候变化下夏玉米热害(HD)阈值缺乏定量证据的问题，研究人员通过整合箱线图、核密度估计和ROC曲线等多方法框架，首次系统量化了黄淮海平原夏玉米6个关键生育期的HD触发阈值（如花期33.7°C），验证准确率达83%以上，揭示了生殖阶段对高温更敏感的特性，为农业气象灾害预警提供了理论依据。

　　

随着全球气候变暖加剧，极端高温事件频发，农作物生产正面临前所未有的挑战。作为全球第二大玉米生产国，中国黄淮海平原的夏玉米产量占全国总量的30%-40%，但该区域夏季日均温正以0.20℃/10年的速率攀升，导致日最高温(T_max
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)频繁突破玉米耐受极限。高温胁迫(Heat damage, HD)会破坏蛋白质稳态、抑制花粉活力，并影响籽粒淀粉合成，最终造成减产。更棘手的是，玉米不同生育期对高温的敏感性存在显著差异——苗期高温降低出苗整齐度，抽雄期阻碍雄穗分化，而花期高温则直接导致授粉失败。然而，现有研究多聚焦单一生育期（如花期T_max
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≥35℃的阈值），缺乏全生育期系统量化标准，严重制约了精准农业气象服务的开展。

针对这一科学难题，中国气象科学研究院联合多所机构的研究人员，在《European Journal of Agronomy》发表了一项开创性研究。团队创新性地构建了多方法融合的HD阈值识别框架：首先基于1980-2023年气象数据和灾情记录建立HD/非HD样本库，通过箱线图、核密度估计确定阈值区间，再结合ROC曲线与Youden指数优化临界值。验证环节采用独立县域样本，并分析2021-2023年连续HD日数时空演变特征。

关键技术方法包括：1) 整合历史灾情记录与气象观测数据构建生育期特异性样本库；2) 采用概率密度函数与核密度估计确定阈值初筛范围；3) 基于ROC曲线下面积(AUC>0.8)验证阈值判别效能；4) 通过HDD/HDF指数（热害日数/频率）与相对气象产量的相关性进行生物学验证。

研究结果

1. 热害阈值特征：营养生长阶段阈值较高（V0-VE期34.0℃），而生殖阶段显著敏感（R3-R6期仅32.9℃），尤其花期(R1-R3)33.7℃的阈值低于传统认知的35℃。
2. 空间验证：县域独立样本验证显示各阶段平均准确率超83%，其中抽雄-吐丝期(VT-R1)阈值34.8℃的判别准确率最高达87%。
3. 累积效应：2023年数据显示，出苗-拔节期连续HD日数达5-7天时，单产下降8%-12%；花期累计HDD指数与产量呈显著负相关(r=-0.71)。
4. 敏感期识别：灌浆期(R3-R6)高温加速籽粒灌浆速率，但缩短持续期导致的减产效应远超正向作用，印证了"高温促熟但减重"的生理机制。

结论与意义
该研究首次系统绘制了黄淮海平原夏玉米全生育期HD阈值谱系，揭示生殖器官发育阶段（特别是花期和灌浆期）是高温敏感"窗口期"。相较于传统控制实验获得的单一阈值，基于历史灾变数据的多方法验证框架更具实践指导价值。研究成果已应用于该区域农业气象灾害预警系统，通过提前3-5天预测T_max
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超阈事件，可指导农户采取灌溉调温或喷施抗逆剂等措施。此外，阈值差异的发现为耐热品种选育提供了关键参数——例如针对灌浆期32.9℃的低阈值特性，需重点筛选持绿期长的种质资源。这项研究不仅填补了作物气象灾害指标体系的空白，更为气候变化背景下粮食安全生产提供了科学决策依据。