基于DSSAT-CERES-Maize模型的新疆玉米高温胁迫响应机制与产量损失量化研究

本综述系统评估了DSSAT-CERES-Maize模型在新疆玉米高温胁迫模拟中的适用性，通过整合气象-土壤-作物多源数据，量化了吐丝-乳熟期与乳熟-成熟期热胁迫对玉米产量的影响。研究表明模型在35℃持续高温下产量模拟误差低于8%，揭示了每增加1℃·d热积温导致产量下降0.3–0.6%的规律，为气候变化背景下作物模型（Crop Model）的胁迫响应机制研究提供了方法论范式。

　　

Highlight

研究区域位于新疆维吾尔自治区北部（北纬35o–50o，东经75o–95o，图1）。2016–2020年间哈密、奇台、沙湾和乌苏玉米平均产量分别为9716、9871、13889和9840 kg·hm^?2。年均气象条件见表1。

作物数据来源于1981–2020年新疆农业气象观测站（哈密、沙湾、乌苏），奇台地区数据由当地实验获取。土壤数据基于实地采样与Harmonized World Soil Database构建。气象数据来自中国气象局，包含日值温度、降水和太阳辐射。

Agro-climatic resources and heat stress

分析1981–2020年研究区域玉米生长季农业气候资源时序变化（图3），包括降水、太阳辐射和≥10℃积温。哈密、奇台、沙湾和乌苏平均累积降水量分别为28、148、116和100 mm，因此需补充灌溉以防干旱。研究区光热资源丰富，但≥10℃积温呈现显著上升趋势（P<0.05），其中哈密积温增速达8.6℃·decade^?1。高温胁迫主要发生在吐丝至乳熟期（R1–R3）和乳熟至成熟期（R3–R6），两阶段日最高温超过35℃的频次分别为35%和50%。

Frequent heat stress and its effect on maize yield

玉米生长季平均温度和积温在1981–2020年间均呈上升趋势，与IPCC第六次评估报告结论一致。高温胁迫通过双重途径影响产量：花期抑制花粉活性（Pollen Viability）和花药散粉，灌浆期缩短灌浆时间并降低灌浆速率（Grain Filling Rate）。基于DSSAT-CERES-Maize模型的量化结果表明，吐丝-乳熟期每增加1℃·d热积温（Heating Degree Days）导致产量下降0.6%，乳熟-成熟期每增加1℃·d则减产0.3%。

Conclusions

气候变化背景下玉米生长季高温胁迫风险加剧。DSSAT-CERES-Maize模型能有效模拟新疆站点玉米物候与产量，在日最高温持续3天超过35℃条件下，产量及损失模拟误差分别低于8%和5%。研究为灌溉条件下作物模型（Crop Model）的高温胁迫模拟提供了标准化评估框架。