Кукуруза лучше всего произрастает на хорошо дренированных плодородных почвах в районах с умеренно высокими летними температурами, теплыми ночами и с достаточным, но не избыточным количеством осадков, хорошо распределенных в течение периода вегетации.
Кукуруза предпочитает хорошо аэрированные, глубокие и теплые суглинки, содержащие большое количество органического вещества, азота, фосфора и калия. На продуктивность кукурузы значительно влияют температура, продолжительность вегетационного периода и длина дня. Важным фактором также является количество, распределение и эффективность осадков. Кукурузный пояс США идеально соответствует этим условиям.
Количество, распределение и эффективность осадков — важные факторы продуктивности кукурузы. В мире существуют значительные различия в количестве выпадающих осадков. Среднее количество осадков-в мире составляет около 965—1016 мм в год. Среднегодовое количество осадков около 660 мм на суше и 1118 мм над морем.
Рассел и Даниельсон указывают, что на большей части территории кукурузного пояса США количество воды, требуемое для получения высоких урожаев кукурузы, превышает на 50% или больше обычно выпадаемое количество осадков в июне — августе. Таким образом, высокий уровень продуктивности в большей степени зависит от использования воды, сохраняющейся в почвенном профиле. Они установили, что на глубокой бруниземной почве кукуруза с середины июня до середины сентября использует воду с глубины 1,5 м или более. Урожайность при этом колеблется от 28,25 ц/га для варианта 1 (предотвращение попадания осадков с помощью водонепроницаемого покрытия поверхности почвы), 57,76 ц/га для варианта 2 (естественные осадки) до 79,1 ц/га для варианта 3 (естественные осадки плюс четырехкратный полив, соответствующий каждый раз нанесению 5-сантиметрового слоя воды). Однако общее уменьшение количества воды в трех резко различных вариантах было пропорционально урожайности. Примерно 178 кг зерна производится на 1 дюйм (2,54 см) уменьшения количества воды.
Низкое количество или плохое распределение осадков неблагоприятно влияет на урожайность. Жара и засуха в период опыления часто приводят к обезвоживанию тканей листьев и плохому завязыванию семян. Однако избыточное количество осадков вызывает вымывание питательных веществ из почвы и может повысить частоту встречаемости определенных болезней. Влажность влияет на испарение и, таким образом, на эффективность использования осадков. Влажность изменяется в зависимости от температуры, ветра и количества осадков.
Температура, продолжительность вегетационного периода и длина дня также значительно влияют на продуктивность кукурузы. В северном. полушарии оптимальными являются средние температуры июля между 21° и 27° С. Очевидно, в южном полушарии вегетационные сезоны противоположны. В Европе большая часть посевных площадей кукурузы расположена южнее 50° с. ш. при средней продолжительности вегетационного периода по меньшей мере 140 дней и со средней температурой июля не ниже 20° С. В США большинство посевов кукурузы расположено южнее 45° с. ш.
При выведении гибридов кукурузы большое внимание уделялось приспособленности их к различной продолжительности вегетационного периода, что в результате привело к расширению производства кукурузы во многих районах. Например, станции совместного испытания гибридной кукурузы ФАО в 1952 г. располагались от Видаршова (Норвегия) на 60°48′ с. ш. до Сидса (Египет) на 28°54′ с. ш. Предоставленные ФАО гибриды Канады и США имели сроки наступления относительной зрелости от 70 до 155 дней, определяя последние по влажности початков ко времени уборки при выращивании в условиях штата Миннесота.
Характер выпадающих летом осадков в кукурузном поясе был изучен Ньюманом. Проблемы погоды в сельском хозяйстве делятся на три основные группы.
1. Статистические проблемы, касающиеся в основном описания физических факторов, влияющих на погоду на протяжении долгого периода, например, недели, месяца, сезона или года. Эта фаза метеорологического изучения в специфическом приложении к сельскохозяйственным вопросам относится к климатологии, или сельскохозяйственной климатологии. Статистические оценки связанного с погодой риска могут быть полезны в таком стратегическом сельскохозяйственном планировании, как выбор культуры, обработка почвы, внесение удобрений и торговля скотом.
2. Биологические проблемы, вытекающие из влияния физических условий внешней среды на рост, развитие и эффективность размножения растений, а также на распространение болезней. Эта часть метеорологии обычно рассматривается как биометеорология, или биоклиматология. В этой области необходимо более точное знание того, как элементы погоды изменяются вблизи земли и вокруг биологических систем. Изучение микроклимата часто оказывается очень полезным для объяснения реакций растений и животных на условия внешней среды или распространения патогенов.
3. Проблемы прогнозирования, касающиеся предсказаний погоды специально для сельскохозяйственных работ. Предсказания могут быть подразделены на три типа, главным образом основанных на продолжительности периода времени и на относительном использовании этих предсказаний.
а. Суточный прогноз, специфически ориентированный на текущие сельскохозяйственные операции. Часто это требует предсказания единственного фактора, от которого зависит выполнение отдельной операции.
б. Прогноз погоды на более продолжительный период в 5—7 дней. Такой прогноз, правильно интерпретируемый в крупных сельскохозяйственных районах, очень полезен при тактическом планировании сельскохозяйственных работ.
в. Долгосрочные прогнозы, затрагивающие периоды 2 недели и более. Подобные прогнозы имеют огромное значение при стратегическом планировании производственных процессов.
Томпсон отделяет влияние погоды от влияния технологии на урожайность кукурузы путем использования временных трендов для технологии и множественной криволинейной регрессии переменных погоды в пяти штатах кукурузного пояса. Временной тренд с 1930 по 1960 г. указывает на среднюю прибавку урожая зерна 51 кг/га в год. Временной тренд с 1960 по 1967 г. показывает среднюю годовую прибавку урожайности зерна на 2,01 ц/га. Переменные погоды объясняют большинство отклонений от временных трендов. Средняя температура июня оказалась для кукурузы оптимальной, тогда как ниже средних температуры июля и августа были связаны с более высокими урожаями. Для кукурузы оказалось оптимальным среднее количество осадков в период от сентября по июнь, но самые высокие урожаи были связаны с вышесредним количеством осадков в июле. Влияние количества осадков в августе было недостоверным.
Липер и др. изучали влияние почвенной влаги, доступной для растений (ПВДР), на урожайность кукурузы в различных погодных условиях. Наблюдения в течение 12 лет показали, что урожайность кукурузы коррелирует с количеством выпадающих осадков, средней температурой и ПВДР в течение 10-недельного периода — 6 недель до и 4 недели после появления метелки. Значения ПВДР были вычислены по гравиметрическим образцам, взятым на глубине проникновения корней и удельной плотности при 1/3 и 15 атм. Было отмечено значительное повышение урожайности с увеличением глубины проникновения корней, но степень повышения урожайности зависела от погодных условий. Соответствующие объединенным данным по осадкам, температуре и ПВДР уравнения регрессии объясняют 80% изменчивости урожайности, и R2 по существу не изменяется при замене глубины проникновения корней или имеющейся водоудерживающей способности на почвенную влагу, доступную для растений. Недостаток влаги был более ощутим при температуре выше средней. Особенно сильно это проявляется в период выметывания метелки.
Капаш сообщил о подобных коэффициентах корреляции между урожайностью и температурой, а также между урожайностью и количеством осадков.
С увеличением мировой потребности в воде продолжается исследование опреснения при разработке многих различных многообещающих методов. Методы опреснения воды были классифицированы Пробштейном.