本研究由商蒙非、石晓宇、赵炯超、李硕及通讯作者褚庆全共同完成，作者单位为中国农业大学农学院。该研究发表于《作物学报》(Acta Agronomica Sinica)2023年第49卷第1期，研究得到国家重点研发计划项目(2016YFD0300201)的资助。
随着全球气候变暖，极端气候事件如高温、干旱和暴雨等发生频率增加，对农业生产造成极大危害，严重威胁国家粮食安全。高温胁迫是影响作物生产的主要气象灾害之一，其发生频率和对作物生产系统的影响不断加重。政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)第五次气候变化评估报告指出，全球平均气温在过去130年里升高了0.85℃。气候变暖对农业生产带来多方面影响，包括改变作物的物候期与气候资源、种植界限、生产潜力和水分需求等。
玉米作为中国第一大粮食作物，2021年种植面积和产量分别达4332万公顷和27,255万吨，对保障国家粮食安全有重要作用。高温胁迫会给玉米带来花粉粒形态结构畸变、受精结实率降低、干物质积累和产量减少等不利影响，并易导致玉米缺水干旱。
以往对玉米高温胁迫的研究多针对东北和黄淮海玉米产区，而且没有细分生育阶段，对不同区域玉米生产应对高温胁迫的技术途径参考价值较低。因此，本研究旨在系统梳理中国主要玉米产区及玉米各生育期内高温胁迫发生的规律以及时空演变趋势，为中国玉米生产的防灾减灾提供科学依据。
研究区域包含中国31个省、市和自治区(不含港澳台地区)。按照《中国农作制》划分的农作制综合分区，将中国划分为10个农作区。其中，东北农林区、北部中低高原农牧区、西北农牧区和黄淮海平原农作区为北方玉米区；四川盆地农作区、西南中高原农林区、长江中下游平原农作区、江南丘陵农林区和华南农林渔区为南方春玉米区。因青藏高原农林区的玉米播种面积、产量及比重非常低(约0.1%)，故本研究中未包含该区域。
气象数据：来自国家气象科学数据共享平台的”中国地面气候资料日值数据集(v3.0)“，包括1961-2020年558个气象站点的逐日气象数据。
玉米生育期数据：来自相关主编的作物生育期资料以及国家气象科学数据共享平台的”中国农作物生长发育和农田土壤湿度旬值数据集”。
数字地图和耕地数据：来源于中国科学院资源环境科学与数据中心。
玉米生育期划分和高温指标计算：将玉米生育期划分为播种-抽穗期、抽穗-乳熟期和乳熟-成熟期3个阶段，以32℃作为各生育阶段玉米耐高温的上限温度。采用高温度日(Heat Degree Days, HDD)分析玉米生育期内极端高温的发生情况，HDD指高于玉米生长上限温度的累积。
气候倾向率计算：用气候倾向率表示气候要素的多年变化趋势，采用最小二乘法计算。
数据统计和空间分析：使用Microsoft Excel 2010和R-4.0.2对数据进行处理和分析，并运用MK检验方法进行显著性检验。使用ArcGIS10.2的反距离权重法(Inverse Distance Weighing, IDW)对气象数据进行空间插值，将各站点数据插值为全国栅格数据，以进行空间分析。
1961-2020年中国不同区域玉米生育期内高温度日(HDD)均值有明显差异。西北农牧区玉米生育期HDD最高，全区各站点的平均值达94.4℃ d，其西部站点HDD普遍超过100℃ d，个别站点超过150℃ d。其次为黄淮海平原农作区、长江中下游平原农作区和四川盆地农作区，玉米生育期内HDD分别为68.6、69.7和62.4℃ d。东北农林区和北部中低高原农牧区的玉米生育期内HDD较低，分别为8.0℃ d和27.0℃ d。
从玉米各生育阶段来看： - 播种-抽穗期：黄淮海平原农作区夏玉米和西北农牧区春玉米HDD较高，各站点HDD平均值分别为53.8℃ d和42.5℃ d；东北农林区、四川盆地农作区、长江中下游平原农作区和江南丘陵农林区播种-抽穗期HDD较低，都低于10.0℃ d。 - 抽穗-乳熟期：西北农牧区的西部和北部HDD最高，超过30℃ d；其次为黄淮海平原农作区南部、长江中下游平原农作区和西南高原农林区东南部区域，HDD超过15℃ d。 - 乳熟-成熟期：HDD高值区主要转移到南方春玉米区，四川盆地农作区、长江中下游平原农作区和江南丘陵农林区HDD分别为34.8、38.4和32.8℃ d；而北方的玉米产区，尤其是东北农林区和北部中低高原农牧区的春玉米以及黄淮海平原农作区的夏玉米HDD值较低。
全国不同区域玉米全生育期内HDD均呈现不同程度的增加趋势。华南农林渔区、四川盆地农作区和西北农牧区玉米生育期内HDD增加最明显，HDD分别显著增加9.27、8.79和5.81℃ d (10a)^-1。其次为北部中低高原农牧区和西南中高原农林区，HDD分别显著增加3.13℃ d (10a)^-1和3.73℃ d (10a)^-1。东北农林区、黄淮海平原农作区和长江中下游平原农作区的玉米生育期内HDD增幅较小，分别不显著增加1.19、2.42和1.63℃ d (10a)^-1。
除江南丘陵农林区HDD小幅降低外，其他各农作区都呈增加趋势。西北农牧区和北部中低高原农牧区HDD增幅较大，分别显著增加2.67℃ d (10a)^-1和2.00℃ d (10a)^-1，其次为四川盆地农作区和西南中高原农林区。从站点层次分析，玉米播种-抽穗期HDD增幅呈从西北向东南逐渐降低的趋势，西北农牧区和北部中低高原农牧区52.89%站点播种-抽穗期HDD增幅超过2℃ d (10a)^-1，其他农作区多数站点增幅为0-1℃ d (10a)^-1。
华南农林渔区、西北农牧区和四川盆地农作区HDD增幅较大，HDD分别显著增加3.68、2.55和2.11℃ d (10a)^-1。而东北农林区、长江中下游平原农作区、江南丘陵农林区的春玉米和黄淮海农作区的夏玉米HDD增幅较小，分别不显著增加0.45、0.15、0.77和0.79℃ d (10a)^-1。
除东北农林区和北部中低高原农牧区的HDD没有明显变化外，其他农作区HDD均表现为不同程度的增加。南方春玉米区HDD增幅高于北方玉米区，其中四川盆地农作区、华南农林渔区和江南丘陵农林区的HDD增加明显，分别显著增加5.31、4.36和2.11℃ d (10a)^-1，上述3个农作区中70.63%站点HDD增加超过2℃ d (10a)^-1，50.00%站点HDD显著增加超过4℃ d (10a)^-1。北方玉米区乳熟-成熟期HDD呈不显著增加或降低趋势，变化幅度都低于0.60℃ d (10a)^-1。
随着气候变暖，中国玉米各个产区全生育期及各生育阶段的HDD整体呈升高趋势，玉米生产遭受高温胁迫的风险增加。玉米不同生育阶段HDD和变化趋势呈现明显南北差异：
北方农作区在玉米生育前期HDD较高且增幅较大，而南方农作区在玉米生育后期HDD较高且增幅较大。
播种-抽穗期，北方玉米区中HDD高值区位于黄淮海平原农作区(53.8℃ d)和西北农牧区(42.5℃ d)，近60年HDD增速较高的农作区是西北农牧区和北部中低高原农牧区，HDD分别显著增加2.67℃ d (10a)^-1和2.00℃ d (10a)^-1。
抽穗-乳熟期，HDD高值区主要位于南方春玉米区和西北农牧区，近60年HDD增速较高的区域为华南农林渔区、四川盆地农作区和西北农牧区。
乳熟-成熟期，南方春玉米区HDD增幅(0.88-5.31℃ d (10a)^-1)大幅超过北方玉米区(-0.01-0.59℃ d (10a)^-1)。
因此，北方玉米产区应重点关注播种-乳熟期高温对玉米生产的影响，南方玉米产区应重点关注抽穗后高温对玉米生产的影响，可采取调整播期、选用耐高温品种和增强田间管理等措施。
本研究系统分析了1961-2020年中国9个农作区玉米全生育期及各生育阶段高温胁迫的时空分布，与前人研究相比，本研究覆盖了全国所有玉米生产区，不局限于单一地区或省份，有利于对比不同区域的玉米高温胁迫差异，结论适用范围更广。同时，结合玉米的关键生育期，分生育阶段探索高温胁迫的时空变化特征，有利于分析不同区域玉米高温胁迫的发生特点，并提出针对性的预防方案。研究成果可为中国玉米生产应对气候变化提供支撑，对制定适应气候变化的作物栽培管理技术有重要的参考意义。