气候变化对玉米和小麦生长周期及产量的影响研究

摘要：玉米和小麦在全球范围内广泛种植，它们适应性强，可以在不同气候条件下生长，所以这两种作物成为众多国家粮食生产的主力作物。玉米和小麦为全世界人民提供了大量的热量和营养，还在全球粮食贸易中有重要地位，它们影响着国际市场的供需平衡和粮食价格。同时这两种作物的生产和贸易对于农业经济和社会稳定具有显著意义，尤其是在依赖农业的国家和地区。但是玉米和小麦依然存在气候变化、资源约束的问题，所以需要保障可持续生产，以此提升农业应对气候变化的能力。

关键词：气候变化；玉米；小麦；生长周期；产量；影响

气候变化对农业生产的影响日益显现，作为全球重要的粮食作物，玉米和小麦的生长周期及产量在气候变化背景下存在很多需要立即解决的问题。气温升高、降水模式变化及极端气候事件的频发，这些问题对这两种作物的生长环境、发育过程以及最终的产量产生了明显的影响，所以需要重视研究气候变化对玉米和小麦生长周期及产量的影响，以此促进农业可持续发展。

一、玉米和小麦作为重要的粮食作物在全球粮食安全中的作用

玉米作为全球种植面积最大的作物之一，它广泛种植于美洲、亚洲、非洲等地区，特别是在美国和中国等国。小麦主要是在欧洲、亚洲和北美等地广泛种植，尤其是俄罗斯、中国等国家。每年全球的玉米和小麦生产总量占全球粮食产量的相当大一部分。

根据联合国粮食和农业组织（FAO）的数据显示，玉米和小麦是全球许多地区人们日常膳食的基础，尤其是在发展中国家和低收入国家，玉米和小麦提供了大量的热量。玉米主要被用于制作玉米粉、玉米片食品，小麦主要被广泛加工成面包、面条、饼干食品，因此也成为了许多国家的主食。玉米还在饲料产业中供应全球畜牧业所需的大量饲料，所以也支撑着全球肉类生产的需求。由于其重要性，各国政府和国际组织都高度关注玉米和小麦的生产和流通情况，因为任何一国的产量波动都容易引发全球粮价的波动。许多国家的农业经济高度依赖玉米和小麦的生产，特别是在以农业为主的国家，玉米和小麦种植为农民提供了稳定的收入来源^[1]。

二、气候变化对玉米和小麦生长周期及产量的影响分析

（一）气温变化对玉米生长周期及产量的影响

玉米是一种喜温作物，它的整体生长发育对气温的要求较为严格。高温对玉米的萌发、分蘖、抽穗阶段产生影响。全球气温的上升，玉米的生长季节逐渐提前或缩短。气温每升高1℃，玉米的生长周期会缩短约5天，这虽然能在短期内加速生长，但也会让玉米的光合作用和养分积累不充分，进而影响产量。玉米的花期对温度较为敏感，过高的温度会让授粉失败或不完全，严重时还会让玉米缺粒或颗粒不饱满。而且玉米在高温条件下的水分蒸发量增加，这会让水分需求增加，这在干旱地区非常显著。高温与水分胁迫的叠加效应，会让玉米在某些地区面临严重的减产风险。而且在高温环境下，玉米的灌浆期缩短，这会让种子的发育不完全，从而降低籽粒的饱满度，最终影响到产量。特别是在热带和亚热带地区，夏季高温对玉米的影响非常严重，气温超过35℃时，玉米的生长速度会下降，甚至停止生长，所以造成产量大幅下降^[2]。

（二）气温变化对小麦生长周期及产量的影响

与玉米相比，小麦对气温的适应性较强，但气温的升高，尤其是极端高温的发生频率增加，还是会影响小麦的生长发育。小麦的最佳生长温度为15℃至20℃，气温过高或过低都会影响种子的萌发率。气温升高时，土壤表层温度的增加会使小麦种子失去适宜的萌发环境，从而让发芽率下降，甚至出现部分种子无法发芽的情况。拔节和开花期间是小麦对温度变化最为敏感的阶段，高温条件下的小麦分蘖能力减弱，开花期的高温会让小麦花粉死亡或是授粉失败，所以会让小麦的结实率和籽粒的饱满度不足，高温让小麦的灌浆期缩短，籽粒发育不完全。

（三）降水变化对玉米生长周期及产量的影响

玉米是一种较为耗水的作物，特别是在生长的关键阶段，玉米对水分的需求量非常大。在这些阶段出现水分不足，玉米的光合作用和养分积累就会受到抑制，造成生长停滞甚至死亡。干旱还会影响玉米的根系发育，让土壤水分不足，从而让玉米无法从土壤中吸收足够的水分，严重时会导致产量损失。此外，过量的降水导致土壤过湿，根系呼吸困难，进而抑制玉米的生长。在持续的湿润条件下，玉米根系容易腐烂，最终影响到养分和水分的吸收。过多的降水又容易引发病虫害，尤其是玉米叶霉病等，这些病害在潮湿环境下容易爆发，最终的结果都是产量减少。

（四）降水变化对小麦生长周期及产量的影响

干旱对小麦的影响主要体现在其灌浆期，因为灌浆期是小麦生长过程中对水分需求非常关键的阶段，要是在此期间出现水分不足，籽粒的灌浆过程就会受到严重影响，导致籽粒发育不完全，特别是在干旱年份，小麦的生长速度减缓，根系无法吸收到足够的水分和养分，就会出现叶片发黄、生长停滞的问题。而过多的降水又会形成土壤积水，影响小麦根系的正常呼吸和养分吸收，而且过湿的环境还容易引发根腐病等病害，抑制小麦的正常生长^[3]。

（五）极端气候事件对玉米和小麦生长周期及产量的影响

随着气候变化的加剧，极端气候事件发生的频率和强度在增加，这对作物的威胁也日益增大。春季和夏季的高温会在开花、灌浆等重要阶段出现严重的热害，使得花粉死亡、授粉失败或灌浆不良，从而减少作物的产量。极端干旱在根系发育阶段抑制了水分的吸收。暴雨也会造成水土流失和土壤侵蚀，影响作物根系的生长。

三、应对气候变化对玉米和小麦生长周期及产量的措施

（一）优化玉米和小麦的种植结构

合理的种植结构优化必须考虑气候变化带来的区域差异，选择适合当地气候条件的作物品种或种植方式，玉米和小麦在一些温暖湿润的地区才能获得较好的生长条件，但随着气候的升温，这些地区的高温过于严苛，所以会造成作物生长受限。此时可以调整种植区域，将部分作物从传统种植区转移到气候条件较为适宜的新地区，以此来减少气候变化对作物生长的不利影响。同时要采用合理的轮作和间作模式，将玉米和小麦与其他作物如豆类、油菜等进行轮作或间作，进而改善土壤的结构和肥力，还能减少病虫害的发生。通过轮作来让土壤得到休养生息，以此避免长期种植同一作物带来的土壤退化问题。通过调整种植密度、行距、播种深度，也能提高作物的抗逆性。例如在干旱地区，可以调整玉米和小麦的播种密度，合理控制水分使用，以此保证作物的光合作用，并在水资源短缺的情况下提高水分的利用效率。

（二）加强农业技术建设

近年来，科技的进步让智能化农业技术被逐渐应用到现代农业中，这些技术会帮助农民精准管理农业生产，尤其在气候变化日益严峻的今天，更要重视使用精准农业技术。因此可以使用大数据分析等设备来帮助农民实时监控土壤湿度、温度、气候变化因素，从而对玉米和小麦的生长状况进行调整。例如可以使用无人机进行田间巡视和实时监测，以此帮助农民及时发现病虫害、营养不良或水分不足等问题，进而让农民能及时采取相应措施，减少因气候变化带来的不确定性，最终达到提高玉米和小麦产量的效果。在干旱或降水不均的地区，也可以使用智能灌溉系统来控制每一块田地的水分需求，根据土壤的实际养分状况进行精准施肥，不要出现过量施肥造成的资源浪费问题。同时还可以使用现代生物技术手段来在短时间内培育出适应高温、抗旱、抗病虫害的玉米和小麦品种，通过基因工程、分子标记辅助育种技术，就能加快新型作物品种的培育过程，使其在气候变化的背景下稳定生产，进而保障粮食供应。而在玉米和小麦的品种改良方面，首先要着眼于耐高温、抗旱的特性，因此可以使用基因编辑和转基因技术培育出耐高温、早熟的玉米和小麦品种，让改良后的品种可以在较短的生长周期内完成从播种到收获的全过程。而针对水资源紧张的地区，耐旱品种的引入才可以大大提高作物的生长稳定性。强化农业技术建设的另一个方向是提高农业生产过程中对资源的利用效率，需要提高水资源的使用效率，通过推广节水灌溉技术如滴灌、微喷灌等减少水的浪费，让玉米和小麦在水资源紧张的情况下也能正常生长。

（三）制定适应气候变化的农业政策

不同地区的气候变化表现各不相同，因此要根据各地气候变化的特点制定差异化的农业发展政策。在北方干旱和半干旱地区，这些地区的农业发展政策需要注重水资源的高效利用，如推广节水灌溉技术等。在南方湿润地区，因为气候变化带来更多的降水会导致水土流失等问题，这些地区就需要重点发展水土保持技术、加强农田排水和防洪设施建设。因此政府在制定农业政策时必须考虑到各个地区的气候变化特征和农业生产需求，实行因地制宜的农业规划。同时农业政策也要加大对农业科技创新的支持力度，通过财政补贴、税收优惠措施来鼓励科研机构、高等院校和企业加大对农业气候适应性技术的投入，特别是针对抗逆境作物品种的研发，可以使用现代生物技术手段培育的抗高温、抗旱、抗病虫害的玉米和小麦品种，可以在气候变化背景下保持较高的产量。在气候变化的背景下，还要重视土地利用和农业生产方式的调整，要去政府推动农业生产方式的转型，例如推广轮作、间作等有利于恢复土壤肥力、提高农业生产系统可持续性的农业生产模式，注意做好科学规划土地使用，并合理调整作物种植结构，这样才能避免单一作物种植导致的土地退化问题，并增加农业生产的多样性和抗风险能力。政府还要利用政策引导农民加强土地保护，如推进有机农业等绿色农业技术，以此来改善土壤质量，并提高土地利用率。最后，要求政府加大对农业基础设施的投资力度，特别是在抗灾能力建设方面，例如在洪涝灾害频发的地区，可以加强农田排水系统和防洪设施建设，到了干旱地区，就需要进一步加大对节水灌溉系统的投入，可以做好对滴灌、微喷灌溉系统的推广应用，值得注意的是，政策的制定需要鼓励农民对农业设施进行现代化改造，可以使用大棚等提供稳定的生长环境，进而减少气候变化对作物生长的不利影响^[4]。

（四）建立多层次农业气象预警和灾害风险管理体系

首先应在主要农业区加密建设地面气象观测站，建设灵敏、覆盖广泛的区域性气象监测网络，利用现代遥感技术、地面传感设备来对降水、温度、湿度、风速气象要素进行实时监控，为玉米和小麦的种植区域提供连续的数据支持。同时发展智能化的数据处理平台，将海量气象信息进行集成、分类和建模，以便形成稳定的短期预报、中期预测和长期趋势判断模型。同时要注意建立从国家、省、市、县、乡到村五级联动的农业气象预警传输体系，使气象信息在第一时间内传递给基层农业生产者。目前不少地区在气象信息传递环节仍存在“最后一公里”的瓶颈，部分农户无法及时获取预警信息。所以需要依托互联网、广播电视等多种手段打通信息传递通道，构建快速、通畅的气象信息发布系统。加强农村地区的信息技术普及，推动基层农业合作社、种植大户与地方气象部门形成定期交流机制，让气象信息从被动发布变为主动服务。对可能出现的高温干旱、强降雨、霜冻类型的极端气象事件制定分时段、分区域、分作物的针对性预警信息模板，提前将风险等级、发生概率反馈给农民。在多层次农业气象预警体系的基础上，还要同步建立健全农业灾害风险管理机制，将风险管理贯穿于作物生产的全过程。一方面要注意推动风险评估机制的建立，对不同区域、不同作物在不同气候情景下存在的风险进行动态建模和量化评估。根据历史气象数据与产量损失模型，结合未来气候模拟数据构建区域性作物风险地图。利用这一地图来对高风险区域进行重点监测和管理，提前布置应急资源。另一方面还要注意设立常态化农业灾害应对机制，由地方政府牵头建立农业灾害应急指挥中心，与农技、气象、水利、应急管理部门联合组建农业应急协同工作小组。组建农作物减灾技术专家库，一旦发生气象灾害，就能立即启动快速响应程序，组织农技人员下沉一线，提供技术指导和病虫害防控措施。

结语：综上所述，玉米和小麦这两种粮食作物满足了全球人口对基本食物的需求，而且它们在国际贸易中占据重要位置，目前全球气候变化的加剧，这两种作物的生产存在很多问题值得注意。需要重视加强农业科技创新、优化种植结构等，来应对气候变化。同时还要关注政策支持、国际合作，让农业生产能适应全球气候变化带来的不确定性。

参考文献：

[1]吕彤,郭倩,丁永霞,彭守璋.气候变化下中国小麦与玉米适生区研究[J].兰州大学学报(自然科学版),2022,58(05):588-599.

[2]谢卫东.菏泽市异常气候条件下麦田管理与种植策略[J].中国农技推广,2022,38(03):52-53.

[3]徐延红,李树岩.气候变化对河南省小麦和玉米气候资源利用效率的影响[J].干旱地区农业研究,2019,37(05):218-225.

[4]陈玉洁.基于RCP情景的气候变化对小麦—玉米周年生产的影响分析[D].山东农业大学,2018.