整合分析施氮與水分輸入梯度對中國北方玉米產(chǎn)量、氮肥生產(chǎn)力及水分利用效率的影響

莫啟順，秦王菲，張清平，李 舟

（1. 貴州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院草業(yè)科學(xué)系, 貴州 貴陽 550025；2. 臨沂大學(xué)農(nóng)林科學(xué)學(xué)院園林系, 山東 臨沂 276000）

玉米(Zea mays)作為世界上最重要的糧食與飼料作物之一，占全球谷物產(chǎn)量的34%以上[1]。中國是玉米生產(chǎn)大國，隨著水肥技術(shù)的發(fā)展，近幾十年來玉米產(chǎn)量有了較大的提高。在解決食物短缺問題的同時(shí)，高化肥投入也使環(huán)境不斷承壓。據(jù)研究，2010 年中國玉米單位施氮量比美國多出51%，而產(chǎn)量卻比美國低43%，單純通過增加水肥投入實(shí)現(xiàn)玉米增產(chǎn)已不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2-3]。此外，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生的更多需求使得生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步承壓，因此，制定更加合理的水肥措施有利于協(xié)調(diào)氮素供應(yīng)、降低氮肥污染風(fēng)險(xiǎn)，提高水分利用效率，對促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水節(jié)氮，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，平衡生產(chǎn)與生態(tài)的關(guān)系及發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)意義重大[4-5]。

水分和氮素是影響玉米產(chǎn)量的兩大重要因子[6]，雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)中降水缺乏規(guī)律性使其無法與玉米水分需求匹配，通過灌溉等手段不僅能夠更好地供給水分，還能夠與氮肥的施用相配合，提高肥效，減少損耗。實(shí)現(xiàn)合理的水氮配比需要綜合考慮多方面的因素，包括氣候條件(溫度、光照)、土壤養(yǎng)分含量(土壤有機(jī)碳、速效鉀、速效磷和堿解氮等)及農(nóng)藝措施(覆膜、播種密度等)[7-10]。隨著玉米生產(chǎn)過程中水分利用效率與氮肥生產(chǎn)力偏低的問題不斷加重[11]，有關(guān)水氮因子對玉米生長影響的研究逐漸增多，有研究分別探討了水分對玉米形態(tài)構(gòu)成[12]、氮代謝、光合作用[13]的影響以及氮肥對玉米產(chǎn)量、氮素平衡[14-15]等的影響，也有研究探討水氮耦合對玉米產(chǎn)量、水分利用效率及氮肥生產(chǎn)力[16-17]、氮素利用與吸收[18]、生長和生理過程[19]的影響。由于各項(xiàng)研究之間存在較長時(shí)間或較大空間的差異，因此得出的結(jié)論也不盡相同，要獲取某個(gè)區(qū)域內(nèi)相對準(zhǔn)確的整體性結(jié)果，需要利用分析工具對這些相近似的研究進(jìn)行整合、分析和總結(jié)，有助于辨識在不同區(qū)域、不同氣候條件下水氮因子對玉米產(chǎn)量、水分利用效率及氮肥生產(chǎn)力的影響，了解其在一個(gè)大的地理范疇內(nèi)的整體表現(xiàn)，或者提供更多關(guān)于決定玉米生產(chǎn)力、水分利用效率及氮肥生產(chǎn)力的農(nóng)業(yè)生態(tài)成分之間潛在機(jī)制的具體證據(jù)。

Meta 分析作為能針對同一問題的多個(gè)研究結(jié)果進(jìn)行綜合分析的方法[20]，在農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)方面的研究應(yīng)用逐漸增多[21]。近年來，學(xué)者們多從全球尺度上利用Meta 分析的研究方法探討灌溉[22]、覆膜[9]對玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響，播種密度對玉米產(chǎn)量的影響[21]，以及土壤類型、降雨和氣溫對玉米氮素利用的影響[23]。但現(xiàn)有的研究還不能宏觀定量說明水氮因子對中國北方玉米產(chǎn)量、氮肥生產(chǎn)力(nitrogen productivity, NP)和水分利用效率(water use efficiency, WUE)的影響，且研究更多地傾向于氣候和環(huán)境因子[24-25]，針對土壤因子的討論較少。為整體認(rèn)識中國北方不同地理位置、不同氣候及灌溉條件下水氮因子對玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 的影響，本研究采用Meta 分析的方法在研究水氮因子對玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 影響的同時(shí)，還深入分析其他環(huán)境因素和農(nóng)藝措施對玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 的影響，以揭示在中國北方地區(qū)玉米產(chǎn)量、水分利用效率及氮肥生產(chǎn)力與多個(gè)影響因子之間的整體關(guān)系，了解現(xiàn)階段中國北方地區(qū)玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 的主要限制因子，以期為中國北方地區(qū)玉米生產(chǎn)在不同氣候、不同環(huán)境條件下高產(chǎn)高效和節(jié)水減氮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

本研究通過中國知網(wǎng)(CNKI)和Web of Science兩大核心知識數(shù)據(jù)庫進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，收集了1980 -2018 年中國北方地區(qū)施氮和水分輸入梯度對玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 影響的研究，中英文檢索關(guān)鍵詞為“玉米”、“水或氮”、“灌溉或水分輸入”、“施肥”、“fertilization”、“maize or corn”、“water or nitrogen”、“irrigation or water input ”。文獻(xiàn)內(nèi)可獲取數(shù)據(jù)(如玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 等)可從表中數(shù)據(jù)直接提取，圖中的數(shù)據(jù)由Get-Data Graph Digitizer 軟件轉(zhuǎn)化后再提取。文獻(xiàn)篩選采用標(biāo)準(zhǔn)為：1)試驗(yàn)地范圍為中國北方地區(qū)。2)文獻(xiàn)內(nèi)提供明確試驗(yàn)地點(diǎn)與時(shí)間，要求試驗(yàn)為大田試驗(yàn)。3)研究所需的數(shù)據(jù)如玉米產(chǎn)量、施氮量、水分輸入量、NP、WUE 等以及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation, SD)和標(biāo)準(zhǔn)誤(standard error,SE)均能由圖表中直接或間接計(jì)算得到。4)試驗(yàn)內(nèi)設(shè)有“不灌溉或不施肥”處理作為對照組，要求施肥和灌溉的方法相同，且其他重要的農(nóng)藝措施(如耕作和覆蓋等措施)相似。5)排除會(huì)議文件和試驗(yàn)?zāi)攴荨⒌攸c(diǎn)、結(jié)果相同的文獻(xiàn)。通過嚴(yán)格篩選，共有可用文獻(xiàn)35 篇(中文16 篇，英文19 篇)，有效數(shù)據(jù)為1 526 組(其 中 玉 米 產(chǎn) 量536 組，NP 454 組，WUE 536 組)。35 篇文獻(xiàn)的研究地分布于中國12 個(gè)省級行政區(qū)(表1)。

表1 文獻(xiàn)與研究地概況Table 1 Overview of literature and research sites

1.2 數(shù)據(jù)處理

1.2.1 數(shù)據(jù)計(jì)算

WUE的計(jì)算公式如下：

式中：Y為玉米產(chǎn)量(t·hm-2)；W為水分輸入量(mm)，等于降水量與灌溉量之和。

NP的計(jì)算公式為：

式中：Y為玉米產(chǎn)量(t·hm-2)，N為施氮量(kg·hm-2)。大氣沉降和生物固定的氮輸入量較小，且難以量化，未被考慮在內(nèi)。

1.2.2 數(shù)據(jù)整合

本研究以施肥或灌溉處理作為處理組，不施肥或不灌溉處理作為對照組。為量化不同處理對玉米產(chǎn)量的影響，研究使用響應(yīng)比(response ratio, RR)的自然對數(shù)作為效應(yīng)值，即ln(RR)，并在Meta 分析軟件中選用隨機(jī)效應(yīng)模型計(jì)算。計(jì)算公式如下：

式中：Yt和Yc分別為處理組和對照組的玉米產(chǎn)量值。

量化不同處理對玉米NP 和WUE 的影響也可以由RR 的自然對數(shù)得出。計(jì)算公式如下：

式中：NPt和WUEt分別為處理組的NP 和WUE 值，NPc和WUEc分別為對照組NP 和WUE 值。

對應(yīng)指標(biāo)效應(yīng)值ln(RR)的方差(variance,V)可由下列公式算出得出。

式中：St、nt和Xt分別代表處理組的SD，重復(fù)數(shù)和平均值；Sc、nc和Xc分別代表對照組的SD，重復(fù)數(shù)和平均值。若文獻(xiàn)中只有SE或SD，其二者的關(guān)系如公式(7)，如若兩者都未給出，則按SD為平均值的0.1 倍算出。

為獲得處理組相對于對照組的整體反應(yīng)效果，本研究對每個(gè)獨(dú)立的響應(yīng)比(RR)計(jì)算加權(quán)平均響應(yīng)(RR++)及RR++的標(biāo)準(zhǔn)差S(RR++)，計(jì)算公式如下 :

式中：m為比較的組數(shù)，k為組中的比較數(shù)，w為權(quán)重系數(shù)。

95%的置信區(qū)間(confidence interval, CI)可由公式(11)計(jì)算得出。

當(dāng)95%CI與零相交時(shí)，則認(rèn)為處理組與對照組差異不顯著(P＞ 0.05)；若95%CI與零不相交時(shí)，則認(rèn)為處理組與對照組差異顯著(P＜ 0.05)，若95%CI的最小值大于零，則表明該處理對相應(yīng)指標(biāo)為正效應(yīng)，若95%CI的最大值小于零，則為負(fù)效應(yīng)。

最后，因變量值的變化百分?jǐn)?shù)(percentage change,PC)可由公式(12)計(jì)算得到，其中PC為處理組相對于對照組因變量值的增加或降低的百分比。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

為更直觀地反映不同自變量對因變量的影響，本研究將圍繞文獻(xiàn)內(nèi)會(huì)影響玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 的各變量包括施氮量、水分輸入量、播種密度(planting density,PD)、年平均溫度(mean annual temperature, MAT)、年平均降水量(mean annual precipitation, MAP)、土壤有機(jī)碳(soil organic carbon, SOC)、總氮(total nitrogen,TN)、堿解氮(alkaline nitrogen, AN)、速效鉀(available potassium, AK)和速效磷(available phosphorus, AP)進(jìn)行Meta 回歸分析，同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)方程模型(structural equation model, SEM)進(jìn)行輔助分析。SEM 是進(jìn)行多元分析的重要工具，同時(shí)包含了因子分析與回歸分析，可評價(jià)多個(gè)變量之間的相互關(guān)系并對其相關(guān)程度進(jìn)行比較[26]。在SEM 中用卡方擬合指數(shù)( χ2)估算模型擬合的程度，當(dāng)P＞ 0.05時(shí)，表示模型擬合程度較好。建模過程中要求有較高的擬合優(yōu)度指數(shù)(goodness of fit index, GFI, ≥0.9)和較小的近似誤差均方根(root mean square error of approximation, RMSEA, ≤0.06)。最后使用R 語言的“ggplot 2”包和SigmaPlot 10.0 軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米產(chǎn)量、氮肥生產(chǎn)力、水分利用效率、施氮量及水分輸入量概況

在收集到的35 篇文獻(xiàn)中，玉米產(chǎn)量、NP、WUE、施氮量和水分輸入量不盡相同且差異較大，各項(xiàng)數(shù)據(jù)基本呈正態(tài)分布(圖1)，玉米產(chǎn)量分布范圍為1.5～19.2 t·hm-2，多 集 中 于7～11 t·hm-2，平 均 值 為9.19 t·hm-2；NP 的分布范圍為5.44～222.56 kg·kg-1，平均值為55.66 kg·kg-1，集中分布在10～70 kg·kg-1；WUE 的分布范圍為0.28～4.25 kg·m-3，平均值為1.83 kg·m-3，集中分布在1.0～2.3 kg·m-3；施氮量的分布范圍為0～540 kg·hm-2，平均值為195.73 kg·hm-2，多集中于50～400 kg·hm-2；水分輸入量的分布范圍為259～1 112 mm，平均值為517.98 mm，多集中于300～600 mm。

圖1 玉米產(chǎn)量、氮肥生產(chǎn)力、水分利用效率、施氮量和水分輸入量分布狀況Figure 1 Distributions of maize yields, nitrogen productivity, water use efficiency, nitrogen application rate, and total water input

2.2 水分輸入與施肥對玉米產(chǎn)量、氮肥生產(chǎn)力和水分利用效率的影響

在水氮因子對玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 影響的整體表現(xiàn)中(圖2)，水分和氮肥是玉米產(chǎn)量的主要影響因子。隨著水氮投入的增加，玉米產(chǎn)量增加趨勢明顯，水氮投入量增加到一定值時(shí)產(chǎn)量增幅趨于穩(wěn)定。相較對照，水分輸入使得玉米整體增產(chǎn)13.43%(P ＜0.01)，WUE 和NP 分別提高了13.76% (P ＜0.01)和11.68% (P ＜0.05)，施肥使得玉米整體增產(chǎn)10.69%(P＜ 0.01)，WUE 和NP 分別提高了10.93% (P＜ 0.01)和11.58% (P ＜0.05)，表明水分輸入對玉米的增產(chǎn)效應(yīng)大于氮肥。水分和氮肥在對玉米產(chǎn)量的影響中表現(xiàn)明顯的耦合效應(yīng)，高水分會(huì)顯著限制玉米的WUE，水分輸入量小于400 mm 時(shí)玉米則有較高的WUE，隨著水分輸入量的增加WUE 逐漸降低，在此基礎(chǔ)上增加施氮量會(huì)減緩WUE 的下降趨勢，說明氮肥可以一定程度上促進(jìn)玉米對水分的利用，隨著水分輸入量進(jìn)一步增加，促進(jìn)作用相對減弱。同樣的，氮肥對玉米NP 的影響也是如此，施氮量小于200 kg·hm-2時(shí)玉米有相對較高的NP，隨著施氮量增加玉米NP 逐漸降低，降低趨勢隨水分輸入量的增加也會(huì)得到相應(yīng)緩解，說明水分也會(huì)在一定程度上促進(jìn)玉米對氮素的吸收，隨施氮量進(jìn)一步增加，促進(jìn)作用逐漸減弱。單一地研究水或氮的輸入對玉米產(chǎn)量的影響已無法實(shí)現(xiàn)玉米持續(xù)高產(chǎn)與較高水氮節(jié)約潛力的統(tǒng)一。因此，同時(shí)優(yōu)化水、氮管理措施，考慮水氮互作對玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 的影響在玉米生產(chǎn)實(shí)踐中至關(guān)重要。

圖2 灌溉與施氮對玉米產(chǎn)量、氮肥生產(chǎn)力、水分利用效率的影響Figure 2 Effects of irrigation and nitrogen application on maize yield, nitrogen productivity, and water use efficiency

2.3 氣候因子與播種密度對玉米產(chǎn)量、氮肥生產(chǎn)力和水分利用效率的影響

氣候因子與播種密度對玉米產(chǎn)量、NP 和WUE的影響不同(圖3、圖4、圖5)，玉米產(chǎn)量隨水分輸入量、施氮量、PD 的增加而增加，其中水分輸入量、PD和施氮量對玉米有較顯著的增產(chǎn)效應(yīng)(P＜ 0.05)。相反，玉米產(chǎn)量隨MAT、MAP 的升高而下降，其中MAT的作用較為顯著(P＜ 0.05) (圖3)。NP 隨施氮量和PD的增加而降低，隨水分輸入量的增加而增加，MAP對NP 無顯著影響(P＞ 0.05) (圖4)。WUE 隨PD 和施氮量的增加而增加，隨水分輸入量和MAT 的增加而降低(圖5)。

2.4 土壤養(yǎng)分因子對玉米產(chǎn)量、氮肥生產(chǎn)力和水分利用效率的影響

土壤養(yǎng)分因子對玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 的影響不同(圖3、圖4、圖5)，玉米產(chǎn)量隨SOC、AN 和AP的增加而增加，隨TN 的升高而下降。其中SOC 對玉米有較顯著的增產(chǎn)效應(yīng)(P＜ 0.05)，AN 和AP 對玉米產(chǎn)量的影響不顯著(P＞ 0.05) (圖3)。NP 隨施氮量、TN、AN、AK 和AP 增加而降低，此外，NP 隨SOC的增加而增加，MAP 對NP 無顯著影響(圖4)。WUE隨SOC 的增加而增加，隨TN、MAT 的增加而降低，AN、AK 和AP 對WUE 無顯著影響(P＞ 0.05) (圖5)。

圖3 各因子對玉米產(chǎn)量的影響Figure 3 Effects of various factors on maize yield

2.5 綜合分析

SEM 進(jìn)一步表明除水分和氮素外，玉米產(chǎn)量與其他因子也存在較強(qiáng)相關(guān)性(圖6)，其相關(guān)程度按SEM 中標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)(系數(shù)絕對值)排序依次為SOC (0.73) ＞ AK (0.38) ＞ PD (0.20) ＞ MAT (0.11)，可見SOC 是對玉米產(chǎn)量影響最大的潛在因子。對于NP 而言，施氮量產(chǎn)生極強(qiáng)的負(fù)效應(yīng)，這表明高的施氮量是造成玉米NP 急劇下降的主要原因，而產(chǎn)量、MAT 則產(chǎn)生較強(qiáng)的正效應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)均為0.25。此外，SOC 對NP 也表現(xiàn)為正效應(yīng)。SEM 中與WUE 存在負(fù)相關(guān)性的因子是水分輸入量和MAT，其標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)分別為-0.61 和-0.09，而存在正相關(guān)性的是產(chǎn)量，這表明較高的水分輸入量是玉米WUE 的最主要限制因子。

3 討論與結(jié)論

玉米是對水氮缺乏較為敏感的作物，其產(chǎn)量、NP 和WUE 對各個(gè)因子的響應(yīng)在不同地區(qū)不盡相同[16]，主要可能是由于玉米品種、氣候環(huán)境和試驗(yàn)時(shí)間等條件不同導(dǎo)致的(即時(shí)間和空間異質(zhì)性)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 對水氮投入的響應(yīng)會(huì)隨氣候條件(溫度和降水量等)和土壤養(yǎng)分含量等因素的不同而存在較大差異[22]。氮肥促進(jìn)作物含氮化合物的合成、提高光合效率、促進(jìn)籽粒和植株對氮素的吸收和積累；水分則與植物養(yǎng)分的運(yùn)輸和分配息息相關(guān)[18]。本研究整合分析表明，適度的水分和氮肥分別對NP 和WUE 有一定程度的促進(jìn)作用(圖2、圖4、圖5)。同時(shí)，較高水分和氮肥也是玉米生產(chǎn)中NP 和WUE 的主要限制因子(圖4、圖5、圖6)，這可能是由于過度水分輸入導(dǎo)致根系發(fā)育不良[22]，土壤通透性差[18]，從而影響NP 和WUE。因此，進(jìn)一步研究水氮互作與玉米之間的關(guān)系對提高玉米產(chǎn)量及減少水分、氮肥的損失至關(guān)重要[2]，水氮耦合對玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 影響已進(jìn)行過許多單一位點(diǎn)試驗(yàn)研究[2,6,14,16]，其中有研究表明充足的水分輸入會(huì)提高氮肥有效性，從而在不影響產(chǎn)量的情況下減少施氮量[2]，本研究也發(fā)現(xiàn)水分和氮肥在對玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 的影響中表現(xiàn)出明顯的耦合效應(yīng)(圖2)。水氮互作效應(yīng)對玉米的影響機(jī)制較為復(fù)雜，受時(shí)間、空間和氣候環(huán)境的影響有較大可變性。張興梅等[18]認(rèn)為施肥對玉米氮素累積的促進(jìn)作用大于水分輸入，水分過多會(huì)抑制玉米對養(yǎng)分的吸收。李廣浩等[16]的研究則表明在對玉米產(chǎn)量的影響中，水分效應(yīng)大于氮肥。在本研究中，水分輸入對玉米整體增產(chǎn)效應(yīng)略高于施肥，水氮輸入對玉米增產(chǎn)效應(yīng)均極顯著(圖2)。

圖4 各因子對玉米氮肥生產(chǎn)力的影響Figure 4 Effects of various factors on nitrogen productivity of maize

圖5 各因子對玉米水分利用效率的影響Figure 5 Effects of various factors on water use efficiency of maize

圖6 變量之間相互關(guān)系的結(jié)構(gòu)方程模型Figure 6 Structural equation model of the relationship between variables

玉米產(chǎn)量會(huì)因氣候因子的變化而產(chǎn)生較大的可變性[24]，本研究表明MAT 升高會(huì)導(dǎo)致玉米減產(chǎn)(圖3)，與Deng 等[7]的研究結(jié)果一致?？赡苁怯捎跉鉁厣邔?dǎo)致作物的水分利用效率和結(jié)實(shí)率降低[27]，此外，較高的溫度還會(huì)加快玉米發(fā)育速度，縮短營養(yǎng)期和生殖期，且熱脅迫會(huì)降低花粉的活性從而影響籽粒數(shù)[28]，玉米減產(chǎn)導(dǎo)致的NP 和WUE 隨之降低(圖4、圖5)。玉米植株間的養(yǎng)分競爭程度主要取決于播種密度[21]，播種密度直接或間接影響玉米葉面積指數(shù)和干物質(zhì)累積量[29]，Yan 等[1]研究發(fā)現(xiàn)玉米產(chǎn)量隨PD 的增大先增后減，本研究則表明玉米產(chǎn)量隨PD 的增加而增加(圖3)。隨著PD 的增加，玉米田間通風(fēng)、透光條件變差，光合作用減弱，玉米單株穗粒雖然減少，個(gè)體干物質(zhì)生產(chǎn)率降低，但群體增大產(chǎn)生的補(bǔ)償作用使單位面積的產(chǎn)量仍呈上升趨勢[25,29]。此外，劉夢等[29]研究發(fā)現(xiàn)高于玉米最適PD 時(shí)增施氮肥仍可以增產(chǎn)，且不同品種的效應(yīng)不同。由此表明，玉米產(chǎn)量可能還受到玉米品種、氣候條件、氮肥管理措施以及其他因素的影響[10]。土壤有機(jī)碳在提高作物產(chǎn)量、改善土壤肥力方面發(fā)揮著重要作用[8]，本研究表明玉米產(chǎn)量、NP 和WUE 均隨SOC 的增加而增加(圖3、圖4、圖5)，與Oldfield等[30]研究結(jié)果一致。土壤有機(jī)碳作為土壤潛在養(yǎng)分來源，能改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤保水能力[31]，因此，較高的SOC 能保證玉米生長中所需的部分養(yǎng)分和水分。本研究還發(fā)現(xiàn)玉米產(chǎn)量隨著土壤AK 的增加而增加(圖3)，這與趙歡等[32]土壤AK 含量的高低直接影響作物產(chǎn)量的研究結(jié)果一致。鉀素是植物生長必需的大量元素之一，它能提高玉米百粒重，提高干物質(zhì)含量，增加籽粒中的蛋白質(zhì)和脂肪含量[33]，從而有利于玉米的增產(chǎn)，且在土壤中AK 是最容易被植物直接吸收利用的鉀素[34]。

綜上表明：1)我國北方地區(qū)的玉米水氮利用效率均存在較大提升空間，高水氮投入可能是玉米水氮利用效率偏低的主導(dǎo)因素。2)水分輸入和施氮分別使玉米較對照增產(chǎn)13.43% (P＜ 0.01)和10.69%(P＜ 0.01)，同時(shí)施氮有利于水分利用效率提升(P＜0.01)。3)年平均溫度升高可能造成玉米產(chǎn)量與水氮利用效率下降。4)土壤有機(jī)碳與速效鉀含量均與玉米產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系。為此，未來我國北方地區(qū)玉米栽培應(yīng)進(jìn)一步合理化水氮輸入策略，重視土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分對提高水氮利用效率的潛力，實(shí)現(xiàn)玉米生產(chǎn)的生態(tài)高效。