免耕對玉米生產力的影響：基于全球薈萃分析

盧志強 溫思佳 李雨澤 李國瑞 溫曉霞

摘 要 通過對196篇相關文獻的1 043對數據進行全球薈萃分析，評估免耕條件下玉米籽粒產量、秸稈生物量和葉面積指數的變化，并探討氣候、土壤、管理因素對其影響程度和方向。結果表明，相較于傳統(tǒng)翻耕，免耕總體上顯著降低了玉米籽粒產量、秸稈產量和葉面積指數5.7%、4.1%和9.7%。然而，這種效應因氣候、土壤和管理措施而不同。在相對干旱的氣候環(huán)境（年平均氣溫為 >15? ℃、年平均降雨 <600 mm）和惡劣的土壤條件（土壤體積質量>1.4 g/cm3、土壤有機碳含量 <5.8 g/kg、土壤全氮為 <0.75 g/kg）下，免耕條件下玉米生產力（籽粒產量和秸稈生物量）水平相對更好。其中，土壤有機碳含量和土壤速效鉀含量與玉米籽粒產量呈顯著負相關，年平均降雨和土壤速效磷含量與玉米籽粒產量和秸稈生物量呈顯著負相關，土壤體積質量與玉米籽粒產量和秸稈生物量呈顯著正相關。此外，肥料的高效施用、多樣化的種植模式（間作或輪作）、秸稈還田等管理措施能抵消免耕條件下玉米生產力的負效應。總體而言，氣候土壤環(huán)境相對更惡劣的區(qū)域可以從免耕技術上獲益更多，而合理的田間管理措施也可以為免耕技術提供更好的生產力效應。

關鍵詞 免耕；玉米；籽粒產量；秸稈生物量；葉面積指數；Meta分析

傳統(tǒng)翻耕是迄今為止全球農業(yè)生產中最主流的土壤管理措施[1]。然而，越來越多的研究表明，傳統(tǒng)翻耕大量消耗化石燃料、引起土壤退化、水污染[2]和土壤流失問題[3]，不利于生態(tài)環(huán)境和農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4]。因此，緩解傳統(tǒng)翻耕造成的一系列環(huán)境問題的保護性耕作受到了廣泛的關注。其中，免耕作為對土壤擾動最小的保護性耕作措施，由于其減少土壤侵蝕、改善土壤結構，增加土壤肥力，提升作物水肥利用效率等在生態(tài)環(huán)境和農業(yè)生產中的積極特性[5-8]，在多個國家和地區(qū)得到推廣[9]。通常而言，免耕措施對生態(tài)環(huán)境和作物生產力都有一定的積極作用[10]。但是，玉米相對于其他農作物養(yǎng)分需求更高[11]，導致免耕措施對玉米生產力的影響往往與其他農作物存在差異，有時甚至出現相反的效果[12]。因此，研究免耕對玉米生產力的影響，對于免耕技術的精準推廣有著重要意義。

不同耕作措施對土壤的擾動程度不同，這會使土壤理化性質發(fā)生劇烈變化，從而改變作物光合產物的積累和分配，調控作物光合葉面積指數和秸稈生物量，影響作物產量[13-14]。He等[15]發(fā)現，免耕可以顯著提升土壤蓄水量和有機質含量，滿足玉米對于養(yǎng)分的需求，從而顯著提升玉米生產力。然而，免耕造成的土壤體積質量增加也可能會阻礙玉米根系生長，從而降低玉米生產力[16]。實際上，免耕對于玉米生產力的影響取決于多種因素，通常包含氣候、土壤條件、農田管理措施等。為了探究這個問題，全世界對此做了大量研究[17]，但由于試驗地點和管理措施的不同，不同研究者得到的結果往往差異很大[18-19]。如，Chen等[20]研究發(fā)現，在寒冷地區(qū)，免耕處理下的玉米產量顯著低于傳統(tǒng)翻耕。而卜歡莉等[21]的結果表明，在旱地，免耕和傳統(tǒng)耕作在產量上并沒有顯著差異。這一不一致的發(fā)現可能會對免耕大面積的推廣造成不利影響。因此，進行區(qū)域范圍內定量評估免耕對作物生產力的影響有助于為更合理的進行免耕提供證據。

本試驗以玉米為研究對象，進行了一項全球范圍內的薈萃分析，以量化免耕對玉米產量、地上部生物量、葉面積指數等作物生產力的綜合影響。同時，為了確定影響免耕措施下玉米生產力的主要驅動因素，評估了這些影響的強度和方向是否因氣候因素（即年降雨、年氣溫）、土壤條件（即質地、體積質量、有機質、總氮和速效養(yǎng)分）和農田管理（即肥料施用量、殘留物管理、種植系統(tǒng)、肥料管理、試驗年限）而不同。具體而言，本研究的目的是使用薈萃分析的方法，確定與傳統(tǒng)耕作相比，免耕對玉米產量、地上部生物量、葉面積指數等生產力指標的影響，并評估其他因素對其結果的影響大小與方向，確定適合免耕的最佳環(huán)境和管理措施，為免耕在全球范圍內的推廣提供理論依據與技術支持。

1 材料與方法

1.1 數據來源

選擇中國知網 （http：//www.cnki.net/） 和Web of Science （http：//access.webofknowledge.com/）2個中英文數據庫，通過關鍵詞“玉米”“免耕、保護性耕作”“葉面積、產量、生物量、秸稈、干物質”（“maize or corn”“Tillage or Conservation tillage or Reduc* disturbance or no tillage or zero tillage”“yield or dry matter or leaf area or biomass or grain yield or yield formation or yield component or yield character or production or production or productivity or growth or development or plant”），檢索1978年3月-2022年3月公開發(fā)表的關于免耕對玉米生產力的相關文獻。為了構建數據庫，如果出版物符合以下標準，則保留出版物的結果并適當收集數據：（1）選定的研究僅限于基于玉米研究的田間試驗，不包括其他作物或者盆栽試驗與綜述等；（2）必須控制單一變量，即免耕覆蓋秸稈只能和傳統(tǒng)耕作覆蓋秸稈相比較；（3）同一試驗必須包括免耕（NT）為試驗組，傳統(tǒng)翻耕（CT）為對照組；（4）研究報告了至少以下一項玉米生產力參數的結果：籽粒產量、秸稈生物量、葉面積指數[22-23]；（5）文章提供了關于試驗場地位置的信息，以便從同一篇文章或其他二次來源獲得額外的環(huán)境特征，如年平均溫度、降水量等。

數據庫中共包括196篇相關的期刊文章，當同一研究可以在一個或者多個解釋變量的單獨亞組中分類時，它們被納入單獨觀察。筆者從每篇文章中提取平均值、樣本量、標準差（SD）等數據。對于僅報告標準誤差（SE）而未報告標準差的研究，SD通過方程式SD=SE× n計算得出；對于未報告SD或SE的研究，SD估計為平均值的0.1倍[24]；所有原始數據或從文本、表格中直接提取，或使用WebPlotDigitizer（https：//apps.automeris.io/wpd/index.zh_CN.html）從圖片中提取[25]。共提取出1 043個數據對，圖1給出了免耕對玉米生產力試驗場所的總體分布。

為了進一步解釋免耕對玉米生產力的影響，將數據集的亞組分類如下：1）氣候因素：年平均氣溫、年平均降雨；2）土壤因素：土壤質地、土壤體積質量、土壤酸堿性、土壤有機碳、全氮、速效氮磷鉀含量；3）農田管理因素：肥料施用量、種植系統(tǒng)、殘留物管理、肥料管理、試驗持續(xù)時間。其中，對于氣候因素，將年平均氣溫分為 <8 ℃、8～15 ℃? 和>15 ℃，年平均降雨分為 <600 mm、600～? 1 000 mm和 >1 000 mm[24]；對于土壤因素，根據美國農業(yè)部土壤質地三角形，將土壤質地分為細質地（fine textured，包括粘土、砂質粘土、粉質粘土等）、中等質地（medium textured，包括壤土、粉質壤土、粉質粘壤土、粘土、砂質粘土等）和粗質地（coarse textured，包括砂土、砂壤土等），土壤酸堿性分為 pH≤7 和 pH>7 ，土壤體積質量分為 <1.3 g/cm3、1.3～1.4 g/cm3和 >1.4?? g/cm3，土壤有機碳根據有機質換算分為?? <5.8 g/kg、? 5.8～8.12 g/kg和 >8.12 g/kg，土壤全氮分為 <0.75 g/kg、0.75～1 g/kg和 >1 g/kg，土壤有效氮分為 <50 mg/kg ，50～90?? mg/kg和>90? mg/kg ，土壤速效磷 <10?? mg/kg、10～18 mg/kg和>18? mg/kg ，土壤速效鉀分為 <100 mg/kg、100～150?? mg/kg和 >150 mg/kg [26-28]；對于農田管理因素，將氮肥施用量分為 <150 kg/hm2 、150～225 kg/hm2和>225??? kg/hm2，磷肥施用量分為 <60 kg/hm2、60～90 kg/hm2和 >90?? kg/hm2 ，鉀肥施用量分為0、1～90 kg/hm2和?? >90 kg/hm2 ，種植系統(tǒng)分為玉米單作、與豆科間作或輪作、與非豆科間作或輪作，殘留物管理分為秸稈移除和秸稈還田，肥料管理分為不追肥和追肥，試驗持續(xù)時間分為短期? （<5 a）、中期（5～10 a）和長期（>10 a）[29-32]。

1.2 數據分析

為了評估玉米生產力對免耕的響應，計算了薈萃分析最常用的響應比（RR，Response Ratio）

的自然對數，以量化免耕對玉米生產力的綜合影響。RRlnRR計算方法如式（1）：

式中，RR是處理組（免耕，NT）中記錄的玉米的籽粒產量、秸稈生物量或者葉面積指數的平均值Xn和對照組（傳統(tǒng)耕作，CT）中記載的玉米的籽粒產量、秸稈生物量或者葉面積指數的平均值Xc的比值。然后計算每項獨立研究效應值的方差（v），計算方法如式（2）：

式中，nn和nc分別代表處理組（免耕，NT）和對照組（傳統(tǒng)耕作，CT）的樣本量，sn和sc分別代表處理組（免耕，NT）和對照組（傳統(tǒng)耕作，CT）的標準偏差。薈萃分析中比較的權重使用公式（3）進行計算：

式中，wij是相應比較的權重，是平均變異系數。為了得出處理組（免耕，NT）相對于對照組（傳統(tǒng)耕作，CT）的總體反應，使用公式（4）計算處理組（免耕，NT）和對照組（傳統(tǒng)耕作，CT）的加權響應比。

式中，RR++是處理組（免耕，NT）和對照組（傳統(tǒng)耕作，CT）組之間的加權響應比，m是要比較的組數，k是相應組中的比較數。wi是一個權重因子。當從同一研究中提取多個觀察結果時，wi根據每個站點的觀察總數進行調整。權重越大，指標在綜合評價過程中越重要[33-34]。加權響應比（RR++）的標準誤差和95% 的置信區(qū)間（95%CI）由公式（5）和（6）計算：

所得結果中，若總體平均效應值95%置信區(qū)間不包括零點，則說明相對于傳統(tǒng)耕作，免耕對玉米的生產力具有顯著影響（增加或者降低）；若總體平均效應值95%置信區(qū)間不包括與零點相交，則說明免耕和傳統(tǒng)耕作對玉米生產力無顯著差異。為了更直觀地表現免耕對玉米生產力的影響，將加權響應比轉換為免耕相對傳統(tǒng)耕作的相對變化百分比（效應值，Effect size %），計算方法如公式（7）：

Effect%=RR++-1×100%[JY，1]（7）

為防止發(fā)表偏倚影響薈萃分析的結果，采用Rosenthal失安全系數（Fail safe number）對結果進行偏倚性檢驗[35]，當檢驗結果N>5n+10（n為研究的個數）時，表示不存在偏差，薈萃分析結果真實可信。

本研究使用EndNote X9.1軟件完成文獻的初步篩選，使用Microsoft Excel 2021軟件對提取的數據進行統(tǒng)計整理，構建數據庫，并使用OpenMEE軟件[36]對其完成上述薈萃分析和偏倚性檢驗的所有統(tǒng)計和計算。圖片由R-Studio（R4.13）軟件中的“ggplot2”包進行繪制。

2 結果與分析

2.1 免耕對玉米生產力的總效應影響

總體而言，免耕顯著降低了玉米生產力。與傳統(tǒng)耕作相比，免耕的籽粒產量、秸稈生物量和葉面積指數分別降低了4.2%、2.2%和6.2%? （圖2）。其中，玉米籽粒產量、秸稈生物量 、葉面積指數的異質性檢驗結果均達到了顯著水平（表1），這表明所有觀測到的結果的響應比并不均勻，存在其他因素可能會影響免耕的效果。進一步的組間異質性分析結果表明，氣候、土壤、管理因素對免耕條件下玉米生產力均存在顯著影響? （表2）。

此外，玉米籽粒產量、秸稈生物量和葉面積指數的失安全系數（Fail-safe N）分別為114 192、? 8 798和6 287（表1），均遠大于樣本量，滿足偏倚性檢驗要求。這表明，本研究結果真實可靠，不受期刊文獻發(fā)表偏倚的影響。[FL）]

2.2 氣候因素對免耕玉米農田生產力的影響

免耕條件下，玉米生產力的改變幅度受氣候條件的顯著影響（圖3）。在整個數據集中，免耕對玉米籽粒產量和秸稈生物量的響應比與年平均降雨量呈顯著負相關（圖4）。亞組分析結果（圖3）表明：免耕條件下，玉米籽粒產量年平均氣溫為? 8～15? ℃時，顯著降低6.3%。在年降雨量為 <600、600～1 000和 >1 000 mm，分別降低2%、? 5.4%和6.9%；玉米秸稈生物量在年平均氣溫? 為< 8? ℃時，顯著降低6.5%。在年降雨量為? 600～?? 1 000 mm時，顯著降低9.3%；玉米葉面積指數在年平均氣溫為 <8 ℃和 >15? ℃時，分別降低? 6.9%和4.9%。在年平均降雨量為 <600 mm和?? >1 000 mm時，分別顯著降低14.1%和10%。

2.3 土壤因素對免耕玉米農田生產力的影響

2.3.1 土壤屬性 土壤質地對免耕條件下玉米籽粒產量和秸稈生物量產生顯著影響（表2和圖5），其中，免耕條件下，玉米籽粒產量在細質地、中等質地和粗質地的土壤中分別顯著降低9.5%、? 2.6%和6.4%；而玉米秸稈生物量在細質地的土壤中顯著增加9.4%，在中等質地和粗質地的土壤中顯著降低3.8%和4.6%。

土壤體積質量與免耕對玉米籽粒產量和秸稈生物量的影響大小呈顯著正相關（圖6），森林圖中很好地表現了這種趨勢（圖5）：免耕條件下，玉米籽粒產量在土壤體積質量為 <1.3 g/cm3、? 1.3～1.4 g/cm3和 >1.4 g/cm3時的亞組分析結果分別為顯著降低4.4%、無顯著差異和顯著增加3.3%；秸稈生物量分別為顯著降低11.9%、顯著增加4%和無顯著影響。玉米葉面積指數僅在土壤體積質量>1.4 g/cm3時，表現為顯著降低5.3%。

隨著土壤pH的增加，免耕對玉米生產力的效應呈增加的趨勢。其中，免耕對玉米秸稈生物量和葉面積指數的效應值和土壤pH呈顯著正相關（圖6）。亞組分析結果表明（圖5），土壤pH >7時（5.2%）免耕都顯著降低了玉米籽粒產量，降低幅度小于pH≤7（11.2%）；秸稈生物量則表現為土壤pH≤7時顯著降低16.1%，土壤pH>7時無顯著影響；葉面積指數表現為土壤pH≤7時顯著降低9%，土壤pH>7時顯著增加? 8.8%。

2.3.2 土壤養(yǎng)分 免耕對玉米籽粒產量的效應與土壤有機碳、土壤速效磷、速效鉀含量呈顯著負相關（圖7）；對玉米秸稈生物量的效應與土壤速效磷含量呈顯著負相關；對玉米葉面積指數的效應與土壤有機碳含量和土壤速效磷含量呈顯著負相關，與土壤速效氮含量和速效磷含量呈顯著正相關。

亞組分析結果表明，免耕條件下，玉米籽粒產量在土壤全氮含量為0.75～1 g/kg時，顯著降低6.3%；玉米秸稈產量在土壤全氮含量為 >1?? g/kg時，顯著降低5.1%；玉米葉面積指數在土壤全氮含量為0.75～1 g/kg時，顯著增加16%（圖8）。土壤速效氮含量為 <50和50～90?? mg/kg時，免耕使玉米籽粒產量分別顯著降低? 10.4%和5.2%；在土壤速效氮含量 >90 mg/kg時，則沒有顯著影響。玉米秸稈生物量在土壤速效氮含量為 <50 mg/kg時，顯著降低9.4%；在土壤速效氮含量為 >50 mg/kg、無顯著影響。玉米葉面積指數在土壤速效氮含量為50～90和 > 90 mg/kg時，分別顯著降低3.1%和增加16%。

2.4 農田管理因素對免耕玉米農田生產力的影響

2.4.1 肥料施用措施 如圖9所示，除氮肥施用量與免耕對秸稈生物量效應無顯著相關性外，肥料施用均與免耕對玉米生產力效應呈正相關。其中，免耕對玉米籽粒產量的效應與土壤氮肥、磷肥和鉀肥施用量呈顯著正相關；免耕對玉米秸稈生物量和葉面積指數的效應與土壤鉀肥施用量呈顯著正相關。

亞組分析結果（圖10）表明：免耕條件下，玉米籽粒產量在施氮量為 <150、150～22和 >225? kg/hm2時，分別顯著降低8%、3.2%和? 2.3%；在施磷量為 <60和60～90 kg/hm2時，分別顯著降低8.5%和5.4%；在不施鉀肥（施鉀量為0）時，顯著降低10%。玉米秸稈生物量在施氮量為 <150和 >225? kg/hm2時，分別顯著降低4.5%和5%；在施磷量為 < 60時，顯著降低8.1%；在不施鉀肥（施鉀量為0）時，顯著降低8.3%。玉米葉面積指數在施氮量為 <150和 > 225 kg/hm2時，分別顯著降低5%和? 6.8%；在施磷量為 > 90 kg/hm2時，顯著降低? 5.6%；在不施鉀肥（施鉀量為0）時，顯著降低? 11.4%。

2.4.2 其他管理因素 由圖11可知，免耕條件下，玉米籽粒產量僅在單作系統(tǒng)和秸稈移除管理中分別顯著降低6.9%和6.8%，在常規(guī)施肥和追肥中降低5.7%和2.4%；玉米秸稈生物量僅在單作系統(tǒng)、秸稈移除管理和追肥管理中分別顯著降低4.4%、5.5%和4.2%；玉米葉面積指數在與非豆科和豆科間作或輪作中分別顯著降低? 6.8%和10%，在秸稈移除管理和秸稈還田管理中分別顯著降低16.2%和5.6%，在追肥管理中顯著降低6.3%。

玉米籽粒產量在免耕年限為短期（<5 a）和長期（>10 a）時，分別顯著降低1.7%和20.2%；玉米秸稈生物量在免耕年限為短期（<5 a）時，顯著降低2.3%；玉米葉面積指數在免耕年限為中期（5～10 a）和長期（>10 a）時，分別顯著降低7%和131%。[FL）]

3 討? 論

3.1 玉米生產力對免耕的響應

一般而言，土壤管理措施主要是通過改變土壤理化性質來影響?zhàn)B分供應和根系生長，以此改變作物光合產物的積累和轉運從而調節(jié)作物生長發(fā)育[37-38]。相對于傳統(tǒng)翻耕而言，免耕增加了大團聚體和團聚體穩(wěn)定性，改善了土壤結構，從而增加了土壤水分和養(yǎng)分的固存[8，39]。同時，更低的土壤擾動使免耕有更活躍的微生物和酶，這有助于作物對于養(yǎng)分的吸收利用[40-41]。然而，與傳統(tǒng)翻耕相比，免耕在改善土壤結構的同時，也增加了土壤體積質量，這存在阻礙作物根系的生長的風險[42]。玉米相對于其他農作物，具有更高的養(yǎng)分需求和更旺盛的根系發(fā)育，這使玉米對于免耕的響應更為敏感[43]。因此，相對于傳統(tǒng)翻耕，免耕在土壤養(yǎng)分上的優(yōu)勢和在土壤緊實度上的劣勢對于玉米而言，影響更為顯著。

本研究結果表明，相對于傳統(tǒng)耕作，免耕顯著降低了玉米籽粒產量、秸稈生物量和葉面積指數等作物生產力關鍵指標（圖2）。這與Monneveux等[44]的結果一致。這可能是由于大部分的玉米種植試驗區(qū)都選擇在水分和養(yǎng)分的供應較為充足、適宜玉米生長的地點，無法發(fā)揮免耕在土壤養(yǎng)分和水分上的優(yōu)勢，反而因更高的體積質量阻礙了玉米的生長。本研究中，玉米籽粒產量、秸稈生物量和葉面積指數的異質性檢驗結果均達到了顯著水平（P<0.001）（表1），表明某些地區(qū)或者管理措施下，可能存在免耕于玉米生產力上占據優(yōu)勢的情況。

3.2 影響免耕對玉米生產力效應的因素

3.2.1 氣候因素 水、溫是作物生長發(fā)育重要的調節(jié)因子，外界環(huán)境主要通過溫度和降雨來改變作物生長發(fā)育時期的水、溫，來調節(jié)作物生長發(fā)育進程[45-46]。土壤溫度過高或者過低都會降低作物產量[47-48]，而土壤溫度與氣溫密切相關[49]。在年平均氣溫較低（<8 ℃）時，相對于傳統(tǒng)耕作，免耕玉米籽粒產量無顯著差異，而秸稈生物量和葉面積指數顯著降低；而在平均氣溫較高? （>15 ℃）時，相對于傳統(tǒng)耕作，免耕的籽粒產量和秸稈產量均無顯著差異，而葉面積指數顯著降低（圖3）。這主要是因為相對于傳統(tǒng)翻耕而言，免耕土壤溫度變化幅度更小[50]。當氣溫較低（<8 ℃）時，免耕的土壤溫度高于傳統(tǒng)翻耕，而更高的土壤積溫使玉米在免耕條件下更早進入生殖生長階段[1]。因此，雖然免耕由于更低的光合葉面積，導致在總光合產物積累量上低于傳統(tǒng)翻耕，但是籽粒產量上卻與傳統(tǒng)翻耕無顯著差異；當氣溫較高? （>15 ℃）時，免耕的土壤溫度低于傳統(tǒng)翻耕，避免了傳統(tǒng)翻耕由于過高的土壤溫度導致玉米葉片氣孔關閉， CO2的吸收降低，光合能力下降的弊端[51]。因此，雖然免耕光合葉面積指數低于傳統(tǒng)翻耕，但是在光合產物積累上與傳統(tǒng)翻耕并無顯著差異。這個發(fā)現表明，在溫度條件惡劣（高溫或者低溫）的區(qū)域，免耕措施不失為一種維持玉米產量的可持續(xù)發(fā)展措施。而對于水分而言，免耕相對于傳統(tǒng)耕作的玉米籽粒產量和秸稈生物量的效應-降雨量關系表明，免耕玉米光合產物積累的效應和降雨量顯著負相關，年降雨量越低，免耕相對于傳統(tǒng)翻耕的產量效應越高（圖4）。在低降雨量的地區(qū)，水分的缺失迫使作物關閉氣孔以限制水分蒸發(fā)，導致作物減少了光合作用的碳吸收并降低了產量[52]。而相對于傳統(tǒng)翻耕而言，免耕具有更好的水分儲存和水分利用效率[53]，可以緩解這種負面影響。因此，在干旱地區(qū)應該更多的考慮使用免耕措施來儲存土壤水分，提高玉米生產力。

3.2.2 土壤因素 土壤是作物生存的直接環(huán)境，土壤質量的優(yōu)劣直接到影響作物生長發(fā)育進程[54]。土壤肥力通常用來評估作物生產潛力，而物理因素和養(yǎng)分因素是土壤肥力的重要組成部分[55-56]。就土壤物理質量而言，相對于傳統(tǒng)翻耕，免耕有著增強團聚體結構和穩(wěn)定性、土壤水力特性等優(yōu)點[57-58]，但可能增加土壤體積質量[59]。呂秋爽等[60]的研究表明，相對于傳統(tǒng)翻耕，免耕會顯著增加土壤體積質量，從而影響根系增長降低作物光合葉面積指數，最終導致作物生產力下降。本研究中，當土壤體積質量為 >1.4 g/cm3時，免耕作物籽粒產量表現為顯著高于傳統(tǒng)翻耕（圖5），且免耕籽粒產量和秸稈生物量的效應與土壤體積質量表現為顯著正相關（圖6）。一項土壤研究表明，免耕對于土壤體積質量的增加效應隨著土壤體積質量的增加而減少[61]。也就是說，基礎體積質量越高的土壤，免耕對于土壤的改造過程中，對于土壤緊實度的增加越低，對于作物根系的阻礙越小，免耕在土壤緊實度上的負面影響越低。因此，隨著土壤體積質量的增加，當免耕在水分保持和養(yǎng)分供應上的優(yōu)勢高于在土壤緊實度上的劣勢時，可能促進光合產物的積累[62-63]。

土壤碳氮是土壤養(yǎng)分中重要的一環(huán)，是評估土壤肥力的主要衡量指標，對作物整個生育時期的生長供應都有調控作用[64-65]。免耕相對于傳統(tǒng)耕作有更好的固碳和減少氮淋溶的能力[66-67]。本研究結果表明，免耕對玉米籽粒產量的積極影響與土壤有機碳含量呈顯著負相關（圖7）。這與Zhang等[68]的結論一致。而對于土壤全氮而言，當土壤全氮含量為 >1 g/kg時，相對于傳統(tǒng)翻耕，免耕的玉米秸稈生物量顯著降低，而籽粒產量表現為無顯著影響（圖8）。當土壤全氮含量較高時，充足的土壤養(yǎng)分條件促進了傳統(tǒng)耕作的根系生長發(fā)育，有利于玉米開花后干物質的積累，而免耕的作物光合產物則更多的向籽粒轉移[69]。土壤速效養(yǎng)分是土壤養(yǎng)分中較為活躍的部分，可以被作物吸收利用[70]。本研究表明，免耕玉米光合產物積累的效應和土壤速效養(yǎng)分顯著負相關（圖7）。這主要是由于隨著土壤速效養(yǎng)分的增加，相對于傳統(tǒng)翻耕，免耕更高的微生物和酶活性的優(yōu)勢就越弱[71]。唯一的例外是土壤速效氮含量。本研究表明，當土壤速效氮含量為 >90 mg/g時，免耕的玉米籽粒產量和秸稈生物量表現為與傳統(tǒng)翻耕無顯著差異（圖8）。這可能是因為土壤速效氮含量較高時，相對于傳統(tǒng)翻耕，免耕前期較好的水氮供應，顯著提高了玉米葉面積指數（圖8），促進了玉米根系的生長，減緩了由土壤壓實度帶來的劣勢，為后期玉米的生長發(fā)育奠定了良好的基礎[72]。

3.2.3 管理因素 田間管理因素是人為改變作物生長發(fā)育環(huán)境，調控作物生長發(fā)育進程的主要方式，主要包括肥料，種植系統(tǒng)和殘留物管理，免耕試驗年限等。本研究結果表明，免耕的籽粒產量效應與肥料施用量成正比（圖9），說明充足的肥料施用是增強免耕生產力的有效田間管理方式之一[73-74]。相對于免耕，傳統(tǒng)翻耕土壤團聚體的破壞和受保護的有機質的暴露導致殘留物和土壤養(yǎng)分釋放得更快，而充足的肥料施用可以提供充足的養(yǎng)分來彌補這種差異[59]。另外，免耕更強的微生物活性和酶活性也能使作物更充分地吸收土壤養(yǎng)分[75]。因此，免耕技術更能發(fā)揮肥料的功效。

種植模式能影響農作物對于養(yǎng)分的吸收和分配，適宜的種植模式能改善土壤結構，增加土壤利用率，提高作物生產力[76]。本研究表明，相對于玉米單作相比，免耕在輪作或者間作等多種作物參與的種植模式下有更好的玉米生產力效應（圖11）。這與Pittelkow等[77]的結論一致。多種作物參與的種植模式，打破了害蟲和雜草的生命周期，降低了免耕系統(tǒng)中的病蟲草害[73]，削弱了傳統(tǒng)翻耕的優(yōu)勢。同時，多種作物參與下的種植模式對土壤的改造，如不同作物根系的穿透、土壤動物的招募等，也緩解了免耕土壤緊實度增加帶來的負面影響[78]。因此，在土壤和氣候條件允許的情況下，將多樣化種植模式與免耕結合更有利于生態(tài)環(huán)境和玉米生產的可持續(xù)性發(fā)展。

殘留物管理是農田管理措施中重要的一環(huán)，以往農民對于殘留物的處理一般是直接采用焚燒的方式，這對于環(huán)境有很大的損害，而且殘留物的收集也需要耗費大量資源[79]。近年來的研究發(fā)現，秸稈和免耕結合，不僅可以有效處理秸稈，節(jié)省資源，保護環(huán)境，而且對于產量也有顯著的積極效應[80-81]。本研究中，秸稈還田條件下免耕對玉米生產力的影響均優(yōu)于秸稈移除（圖11）。在免耕措施下，秸稈還田措施可以使雨水更大程度地滲入土壤，并減少表層土壤受雨滴影響導致的結皮，從而緩解作物破土上的壓力[82]。另外，秸稈還田帶來的外源有機碳的輸入擴大了免耕更活躍的微生物和酶的優(yōu)勢[83]，且秸稈覆蓋對雜草的抑制作用也緩解了免耕在草害上的影響[84]。因此，秸稈還田處理縮小了免耕和傳統(tǒng)翻耕之間玉米生產力的差異。

追肥措施可以精準控施肥料，避免肥料施用不合理帶來的產量問題和環(huán)境問題，提高肥料利用效率[85]。筆者發(fā)現與不追肥相比，追肥縮小了免耕實踐下玉米籽粒產量與傳統(tǒng)翻耕之間的差距（圖11）。在免耕措施下，土壤未經擾動，肥料和根系都大量分布于土壤表層，導致玉米前期生長旺盛，而后期肥力不足[86]；而追肥措施可以減緩免耕后期肥力不足的負面影響，彌補玉米產量上的差距[87]。因此，在免耕實踐中，進行合理的追肥是一種保持玉米產量的合理措施。

免耕被認為是一種可持續(xù)發(fā)展的農田管理措施，長期免耕對土壤理化性質的改善更為明顯[88]。因此，通常人們認為，短期免耕條件下，作物的生產力顯著低于傳統(tǒng)耕作；隨著免耕年限增加，對于土壤的積極效應逐步增強，免耕的生產力也隨之增加[12]。然而，本研究結果表明，相對于傳統(tǒng)翻耕，免耕條件下的玉米籽粒產量在短期和長期都表現為顯著降低而中期無顯著影響（圖11），Wang等[1]也有類似結果。這是因為玉米相對于其他農作物具有更發(fā)達的根系和更高的水養(yǎng)需求[28]，雖然免耕增加了土壤養(yǎng)分和蓄水量，但逐年增加的土壤緊實度也限制了玉米根系的生長從而間接影響了玉米光合葉面積大小（圖11）。當土壤免耕年限為 >10 a時，土壤緊實度對玉米根系的限制使其對養(yǎng)分的吸收低于傳統(tǒng)翻耕[89]。因此，相對而言，免耕條件下玉米的籽粒產量? 更低。

4 結? 論

全球范圍內的薈萃分析表明，盡管相對于傳統(tǒng)翻耕，免耕顯著降低了玉米生產力（籽粒產量、秸稈生物量和光合葉面積指數），但是玉米生產力水平對免耕的響應因氣候（降雨和溫度）、土壤（體積質量、pH、養(yǎng)分）、管理（肥料施用量、作物種植系統(tǒng)、殘留物管理實踐和免耕持續(xù)時間）等因素的不同而不同。免耕更適合在相對干旱的氣候環(huán)境（年平均氣溫>15? ℃、年平均降雨<600 mm）和惡劣的土壤條件（土壤體積質量>1.4 g/cm3、土壤有機碳含量<5.8? g/kg、土壤全氮<0.75?? g/kg）進行，相比翻耕能夠顯著提高玉米生產力。此外，肥料的高效施用、多樣化的種植模式（間作或輪作）、秸稈還田等管理措施也能抵消免耕條件下玉米生產力的負效應。因此，免耕措施的推廣需要選擇適宜的環(huán)境條件和科學的管理措施。本研究基于現有的科學數據，量化了免耕對于玉米生產力的影響，為世界范圍內合理推廣免耕措施以保障農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了理論依據。

參考文獻 Reference：

［1］ WANG Y，ZHANG Y，ZHOU S，et al.Meta-analysis of no-tillage effect on wheat and maize water use efficiency in China[J].Science of the Total Environment，2018，635：1372-1382.

[2] FOLEY J A，RAMANKUTTY N，BRAUMAN K A，et al.Solutions for a cultivated planet[J].Nature，2011，? 478（7369）：337-342.

[3] 嚴廷桂.西北地區(qū)保護性耕作技術的重要性[J].經濟研究導刊，2011（16）：22-23.

YAN T G.The importance of conservation tillage innorthwest areas[J].Economic Research Guide，2011（16）：22-23.

[4] 張宗軍，竇學誠.西北旱作農業(yè)區(qū)宜采用保護性耕作[J].? 現代農業(yè)科技，2010（6）：297，304.

ZHANG Z J，DOU X CH.The application of conservation tillage is necessary in northwest arid agriculture areas[J].Modern Agricultural Sciences and Technology， 2010（6）：297，304.

[5] 劉選偉，王景立.保護性耕作在我國西北地區(qū)的應用現狀及展望[J].農業(yè)與技術，2013，33（12）：210-211，248.

LIU X W，WANG J L.Application status of conservation tillage innorthwest China and prospect[J].Agriculture and Technology，2013，33（12）：210-211，248.

[6] HOBBS P R，SAYRE K，GUPTA R.The role of conservation agriculture in sustainable agriculture[J].Philosophical Transactions of the Royal Society B：Biological Sciences，Royal Society，2008，363（1491）：543-555.

[7] DERPSCH R，FRIEDRICH T，KASSAM A，et al.Current status of adoption of? no-till farming in the? world and some of its main benefits[J].International Journal of Agricultural and Biological Engineering，2010，3（1）：1-25.

[8] BLANCO-CANQUI H，RUIS S J.No-tillage and soil physical environment[J].Geoderma，2018，326：164-200.

[9] KASSAM A，HONGWEN L，NIINO Y，et al.Current status，prospect and policy and institutional support for conservation agriculture in the Asia-Pacific region[J].International Journal of Agricultural and Biological Engineering，2014，7（5）：1-13.

[10] DERPSCH R，FRANZLUEBBERS A J，DUIKER S W，et al.Why do we need to standardize no-tillage research？[J].Soil and Tillage Research，2014，137：16-22.

[11] 段智源，李玉娥，萬運帆，等.不同氮肥處理春玉米溫室氣體的排放[J].農業(yè)工程學報，2014，30（24）：216-224.

DUAN ZH Y，LI Y E，WAN Y F，et al.Emission of green house gases for spring maize on different fertilizer treatments[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2014，30（24）：216-224.

[12] PITTELKOW C M，LINQUIST B A，LUNDY M E，et al.When does no-till yield more？ A global meta-analysis[J].Field Crops Research，2015，183：156-168.

[13] BIDINGER F，MUSGRAVE R B，FISCHER R A.Contribution of stored pre-anthesis assimilate to grain yield in wheat and barley[J].Nature，1977，270（5636）：431-433.

[14] 駱蘭平，于振文，王 東，等.土壤水分和種植密度對小麥旗葉光合性能和干物質積累與分配的影響[J].作物學報，2011，37（6）：1049-1059.

LUO L P，YU ZH W，WANG D，et al.Effects ofplanting density and soil moisture on flag leaf photosynthetic characteristics and dry matter accumulation and distribution in wheat[J].The Crop Journal，2011，37（6）：1049-1059.

[15] HE J，LI H W，RASAILY R G，et al.Soil properties and crop yields after 11 years of no tillage farming in wheat-maize cropping system in North China Plain[J].Soil & Tillage Research，2011，113（1）：48-54.

[16] 呂秋爽，周 斌，王 朋.免耕對玉米根系屬性和產量以及土壤物理性質的影響：整合分析[J].生態(tài)學雜志，2020，? 39（10）：3492-3499.

L Q SH，ZHOU B，WANG P.Effects of no-tillage on root traits and yield of maize and soil physical properties：A meta-analysis[J].Chinese Journal of Ecology，2020，? 39（10）：3492-3499.

[17] BROUDER S M，GOMEZ-MACPHERSON H.The impact of conservation agriculture on smallholder agricultural yields：A scoping review of the evidence[J].Agriculture，Ecosystems & Environment，2014，187：11-32.

[18] 張音霄，鄒洪濤，張玉龍，等.免耕年限對東北旱田土壤性質及玉米根系、產量的影響[J].土壤通報，2015，46（2）：433-437.

ZHANG Y X，ZOU H T，ZHANG Y L，et al.Effects ofno-tillage years on soil properties and maize growth[J].Chinese Journal of Soil Science，2015，46（2）：433- 437.

[19] OGLE S M，SWAN A，PAUSTIAN K.No-till management impacts on crop productivity，carbon input and soil carbon sequestration[J].Agriculture，Ecosystems & Environment，2012，149：37-49.

[20] CHEN Y，LIU S，LI H，et al.Effects of conservation tillage on corn and soybean yield in the humid continental climate region of Northeast China[J].Soil & Tillage Research，2011，115：56-61.

[21] 卜歡莉，龍 欣，謝玉貴.耕作措施對旱地土壤理化性狀及玉米產量的影響[J].湖南農業(yè)科學，2014（17）：10-12.

BU H L，LONG X，XIE Y G.Effects oftillage methods on physico-chemical properties of dryland soil and corn yield[J].Hunan Agricultural Sciences，2014（17）：10-12.

[22] 黃堅雄，潘 劍，周立軍，等.光照虧缺對橡膠-作物農林復合系統(tǒng)中作物生產力的影響[J].中國生態(tài)農業(yè)學報（中英文），2020，28（5）：680-689.

HUANG J X，PAN J，ZHOU L J，et al.Effect of light deficiency on productivity of intercrops in rubber-cropagroforestry system[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture，2020，28（5）：680-689.

[23] BAEZ-GONZALEZ A D，KINIRY J R，MAAS S J，et al.Large-area maize yield forecasting using? leaf? area? index based yield? model[J].Agronomy Journal，2005，97（2）：418-425.

[24] LI Y，CHANG S X，TIAN L，et al.Conservation agriculture practices increase soil microbial biomass carbon and nitrogen in agricultural soils：A global meta-analysis[J].Soil Biology and Biochemistry，2018，121：50-58.

[25] HUANG Y，REN W，WANG L，et al.Greenhouse gas?? emissions and crop yield in no-tillage systems：A meta-analysis[J].Agriculture，Ecosystems & Environment，2018，268：144-153.

[26] DARYANTO S，WANG L，JACINTHE P A.Impacts of no-tillage management on nitrate loss from corn，soybean and wheat cultivation：A meta-analysis[J].Scientific Reports，2017，7（1）：12117.

[27] ZHAO X，LIU S L，PU C，et al.Methane and nitrous oxide emissions under no-till farming in China：a meta-analysis[J].Global Change Biology，2016，22（4）：1372-1384.

[28] ZHANG G，MO F，SHAH F，et al.Ridge-furrow configuration significantly improves soil water availability，crop water use efficiency，and grain yield in dryland agroecosystems of the Loess Plateau[J].Agricultural Water Management，2021，245：106657.

[29] ZHANG G，ZHAO D，LIU S，et al.Can controlled-release urea replace the split application of normal urea in China？ A meta-analysis based on crop grain yield and nitrogen use efficiency[J].Field Crops Research，2022，275：108343.

[30] 于 博，徐松鶴，任 琴，等.秸稈還田研究進展及內蒙古玉米秸稈深翻還田現狀[J].作物雜志，2022（2）：6-15.

YU B，XU S H，REN Q，et al.Researchprogress of straw returning and present situation of maize straw returning by deep ploughing in inner mongolia[J].Crops，2022（2）：? 6-15.

[31] 黃亞萍，海江波，羅宏博，等.不同種植模式及追肥水平對春玉米光合特性和產量的影響[J].西北農業(yè)學報，2015，24（9）：43-50.

HANG Y P，HAI J B，LUO H B，et al.Effects ofdifferent planting patterns and top dressing levels on photosynthetic characteristics and yield of spring maize[J].Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica，2015，24（9）：43-50.

[32] ROCCI K S，LAVALLEE J M，STEWART C E，et al.Soil organic carbon response to global environmental change depends on its distribution between mineral-associated and particulate organic matter：A meta-analysis[J].Science of The Total Environment，2021，793：148569.

[33] BAI E，LI S，XU W，et al.A meta-analysis of experimental warming effects on terrestrial nitrogen pools and dynamics[J].New Phytologist，2013，199（2）：441-451.

[34] LI W，JIN C，GUAN D，et al.The effects of simulated nitrogen deposition on plant root traits：A meta-analysis[J].Soil Biology & Biochemistry，2015，82：112-118.

[35] XIANG Y，DENG Q，DUAN H，et al.Effects of biochar application on root traits：a meta-analysis[J].GCB Bioenergy，2017，9（10）：1563-1572.

[36] WALLACE B C，LAJEUNESSE M J，DIETZ G，et al.OpenMEE：Intuitive，open-source software for meta-analysis in ecology and evolutionary biology[J].Methods in?? Ecology and Evolution，2017，8（8）：941-947.

[37] 劉 棋，王 皓，張留臣，等.耕作方式對山地煙田耕層養(yǎng)分庫容和烤煙根系、土壤水氮空間分布特征的影響[J].? 中國土壤與肥料，2021（6）：104-111.

LIU Q，WANG H，ZHANG L CH，et al.Effext of different tillage methods on soil nutrient storage capacity，spatial distribution of water and nitrogen and root morphology of flue-cured tobacco in mountainous tobacco fields[J].Soil and Fertilizer Sciences，2021（6），104-111.

[38] ZIAEI A，SEPASKHAH A R.Model for simulation of winter wheat yield under dryland and irrigated conditions[J].Agricultural Water Management，2003，58（1）：1-17.

[39] 張興義，李健宇，郭孟潔，等.連續(xù)14年黑土坡耕地秸稈覆蓋免耕水土保持效應[J].水土保持學報，2022，36（3）：44-50.

ZHANG X Y，LI J Y，GUO M J，et al.Effects ofstraw mulching and no tillage for continous 14 years on soil and water conservation in mollisols sloping farmland[J].Journal of Soil and Water Conservation，2022，36（3）：44-50.

[40] 王潤蓮，張志棟，劉景輝，等.免耕不同處理對土壤養(yǎng)分、土壤酶活性及燕麥產量的影響[J].作物雜志，2016（3）：134-138.

WANG R L，ZHANG ZH D，LIU J H，et al.Effect ofno-tillage with stubble mulch on soil nutrients，soil enzyme activities and oat yield[J].Crops，2016（3）：134-138.

[41] WANG Z，LIU L，CHEN Q，et al.Conservation tillage increases soil bacterial diversity in the dryland of northern China[J].Agronomy for Sustainable Development，2016，36（2）：28.

[42] TANGYUAN N，BIN H，NIANYUAN J，et al.Effects of conservation tillage on soil porosity in maize-wheat cropping system[J].Plant Soil and Environment，2009，? 55（8）：327-333.

[43] ZHANG D，ZHANG C，TANG X，et al.Increased soil phosphorus availability induced by faba bean root exudation stimulates root growth and phosphorus uptake in neighbouring maize[J].New Phytologist，2016，209（2）：823-831.

[44] MONNEVEUX P，QUILLEROU E，SANCHEZ C，et al.Effect of zero tillage and residues conservation on continuous maize cropping in a subtropical environment （Mexico）[J].Plant and Soil，2006，279（1-2）：95-105.

[45] LENG G.Uncertainty in assessing temperature? impact on U.S. maize? yield? under global warming：the role of compounding? precipitation effect[J].Journal of Geophysical Research，2019，124（12）：6238-6246.

[46] 丑潔明，董文杰，徐 洪，等.氣候變化影響中國糧食安全研究的新思路[J].氣候與環(huán)境研究，2022，27（1）：206-216.

CHOU J M.DONG W J，XU H，TU G.Newideas for research on the impact of climate change on Chinas food security[J].Climatic and Environmental Research，2022，? 27（1）：206-216.

[47] TOLIVER D K，LARSON J A，ROBERTS R K，et al.Effects of No-Till on Yields as Influenced by Crop and Environmental Factors[J].Agronomy Journal，2012，104（2）：530-541.

[48] 李 榮，張 睿，賈志寬.不同覆蓋材料對耕層土壤溫度及玉米出苗的影響[J].干旱地區(qū)農業(yè)研究，2009，27（3）：13-16，26.

LI R，ZHANG R，JIA ZH K.Effects of different covering materials on tilth soil temperature and maize emergence[J].Agricultural Research in the Arid Areas，2009，? 27（3）：13-16，26.

[49] 馮學民，蔡德利.土壤溫度與氣溫及緯度和海拔關系的研究[J].土壤學報，2004（3）：489-491.

FENG X M，CAI D L.Soil temperature in relation to air temperature，altitude and latitude[J].Acta Pedologica Sinica，2004（3）：489-491.

[50] 陳繼康，李素娟，張 宇，等.不同耕作方式麥田土壤溫度及其對氣溫的響應特征——土壤溫度日變化及其對氣溫的響應[J].中國農業(yè)科學，2009，42（7）：2592-2600.

CHEN J K，LI S J，ZHANG Y，et al.Characteristics ofsoil temperature and response to air temperature under different tillage systems——diurnal dynamic of soil temperature and its response to air temperature[J].Scientia Agricultura Sinica，2009，42（7）：2592-2600.

[51] SIEBERT S，WEBBER H，ZHAO G，et al.Heat stress is overestimated in climate impact studies for irrigated agriculture[J].Environmental Research Letters，2017，12（5）：054023.

[52] LOBELL D B，ROBERTS M J，SCHLENKER W，et al.Greater sensitivity to drought? accompanies maize? yield? increase in the U.S.midwest[J].Science，2014，344（6183）：516-519.

[53] 王育紅，蔡典雄，姚宇卿，等.保護性耕作對豫西黃土坡耕地降水產流、土壤水分入滲及分配的影響[J].水土保持學報，2008，22（2）：29-31，37.

WANG Y H，CAI D X，YAO Y Q，et al.Effects of conservation tillage on rainfall runoff，soil water infiltration and distribution onloess sloping farming in the western part of henan[J].Journal of Soil and Water Conservation，2008，22（2）：29-31，37.

[54] 劉占鋒，傅伯杰，劉國華，等.土壤質量與土壤質量指標及其評價[J].生態(tài)學報，2006，26（3）：901-913.

LIU ZH? F，FU B J，LIU G H，et al.Soil quality：concept，indicators and its assessment[J].Acta Ecologica Sinica，2006，26（3）：901-913.

[55] 張江周，李奕贊，李 穎，等.土壤健康指標體系與評價方法研究進展[J].土壤學報，2022，59（3）：603-616.

ZHANG J ZH，LI Y Z，LI Y，et al.Advances in theindicator system and evaluation approaches of soil health[J].Acta Pedologica Sinica，2022，59（3）：603-616.

[56] BNEMANN E K，BONGIORNO G，BAI Z，et al.Soil quality-a? critical review[J].Soil Biology and Biochemistry，2018，120：105-125.

[57] SI? X J，ELLIOTT E T，PAUSTIAN K.Soil macroaggregate turnover and microaggregate formation：a mechanism for C sequestration under no-tillage agriculture[J].Soil Biology and Biochemistry，2000，32（14）：2099-2103.

[58] OSUNBITAN J A，OYEDELE D J，ADEKALU K O.Tillage effects on bulk density，hydraulic conductivity and strength of a loamy sand soil in southwestern Nigeria[J].Soil and Tillage Research，2005，82（1）：57-64.

[59] ALVAREZ R，STEINBACH H S.A review of the effects of tillage systems on some soil physical properties，water content，nitrate availability and crops yield in the Argentine Pampas[J].Soil and Tillage Research，2009，104（1）：1-15.

[60] 呂秋爽，周 斌，王 朋.免耕對玉米根系屬性和產量以及土壤物理性質的影響：整合分析[J].生態(tài)學雜志，2020，? 39（10）：3492-3499.

L Q SH，ZHOU B，WANG P.Effects of no-tillage on root traits and yield of maize and soil physical properties：A meta-analysis[J].Chinese Journal of Ecology，2020，? 39（10）：3492-3499.

[61] CHAPLAIN V，DFOSSEZ P，RICHARD G，et al.Contrasted effects of no-till on bulk density of soil and mechanical resistance[J].Soil and Tillage Research，2011，111（2）：105-114.

[62] MONDAL S，CHAKRABORTY D.Global meta-analysis suggests that no-tillage favourably changes soil structure and porosity[J].Geoderma，2022，405：115443.

[63] PASTORELLI R，VIGNOZZI N，LANDI S，et al.Consequences on macroporosity and bacterial diversity of adopting a no-tillage farming system in a clayish soil of Central Italy[J].Soil Biology and Biochemistry，2013，66：78-93.

[64] 黃彩變，曾凡江，雷加強，等.開墾對綠洲農田碳氮累積及其與作物產量關系的影響[J].生態(tài)學報，2011，31（18）：5113-5120.

HUANG C B，ZENG F J，LEI J Q，et al.Effect of cultivation on soil organic carbon and total nitrogen accumulation in Cele oasis croplands and their relation to crop yield[J].Chinese Journal of Ecology，2011，31（18）：5113-5120.

[65] 許振柱，周廣勝.全球變化下植物的碳氮關系及其環(huán)境調節(jié)研究進展——從分子到生態(tài)系統(tǒng)[J].植物生態(tài)學報，2007（4）：738-747.

XU ZH ZH，ZHOU G SH.Relationship between carbon and nitrogen and environmental regulation in plants under global change-from molecule to ecosystem[J].Journal of Plant Ecology，2007（4）：738-747.

[66] KAN Z R，LIU W X，LIU W S，et al.Mechanisms of soil organic carbon stability and its response to no-till：A global synthesis and perspective[J].Global Change Biology，2022，28（3）：693-710.

[67] WANG W Y，YUAN J CH，GAO S M，et al.Conservation tillage enhances crop productivity and decreases soil nitrogen losses in a rainfed agroecosystem of the Loess Plateau，China[J].Journal of Cleaner Production，2020，274：122854.

[68] ZHANG K，LI Y，WEI H，et al.Conservation tillage or plastic film mulching？ A comprehensive global meta-analysis based on maize yield and nitrogen use efficiency[J].Science of The Total Environment，2022，831：154869.

[69] ZHAI L，WANG Z，SONG S，et al.Tillage practices affects the grain filling of inferior kernel of summer maize by regulating soil water content and photosynthetic capacity[J].Agricultural Water Management，2021，245：106600.

[70] 任曉月，陳彥云，梁新華.粉壟耕作對寧夏銀北鹽堿地土壤養(yǎng)分及玉米產量的影響[J].西南農業(yè)學報，2022，35（5）：1063-1068.

REN X Y，CHEN Y Y，LIANG X H.Effect offenlong tillage on soil nutrients and maize yield in saline land of Ningxia Yinbei irrigation area[J].Southwest China Journal of Agricultural Sciences，2022，35（5）：1063-1068.

[71] ZUBER S M，VILLAMIL M B.Meta-analysis approach to assess effect of tillage on microbial biomass and enzyme activities[J].Soil Biology and Biochemistry，2016，97：176-187.

[72] WANG Y，ZHANG X，CHEN J，et al.Reducing basal nitrogen rate to improve maize seedling growth，water and nitrogen use efficiencies under drought stress by optimizing root morphology and distribution[J].Agricultural Water Management，2019，212：328-337.

[73] RUSINAMHODZI L，CORBEELS M，VAN WIJK M T，et al.A meta-analysis of long-term effects of conservation agriculture on maize grain yield under rain-fed conditions[J].Agronomy for Sustainable Development，2011，? 31（4）：657.

[74] VANLAUWE B，WENDT J，GILLER K E，et al.A fourth principle is required to define Conservation Agriculture in sub-Saharan Africa：The appropriate use of fertilizer to enhance crop productivity[J].Field Crops Research，2014，155：10-13.

[75] 李 彤，王梓廷，劉 露，等.保護性耕作對西北旱區(qū)土壤微生物空間分布及土壤理化性質的影響[J].中國農業(yè)科學，2017，50（5）：859-870.

LI T，WANG Z T，LIU L，et al.Effect ofconservation tillage practices on soil microbial spatial distribution and soil physico-chemical properties of the northwest dryland[J].Scientia Agricultura Sinica，2017，50（5）：859-870.

[76] 李林蓉，馮建路，劉苗苗，等.作物種植模式對土壤微生物和農田有害生物的影響[J].中國農學通報，2021，37（29）：99-106.

LI L R，FENG J L，LIU M M，et al，CAI Q N.Effect ofcrop planting patterns on soil microorganisms and crop pests in farmland[J].Chinese Agricultural Science Bulletin，2021，37（29）：99-106.

[77] PITTELKOW C M，LIANG X，LINQUIST B A，et al.Productivity limits and potentials of the principles of conservation agriculture[J].Nature，2015，517（7534）：365-368.

[78] 馬勝蘭，況福虹，唐家良，等.種植模式對川中丘陵石灰性紫色土結構和地力的影響[J].土壤學報，2021，58（4）：935-947.

MA SH? L，KUANG F H，TANG J L，et al.Effects ofplanting patterns on soil structure and fertility of calcareous purple soil in hilly areas of central sichuan basin[J].Acta Pedologica Sinica，2021，58（4）：935-947.

[79] 李 超，程凱凱，廖育林，等.秸稈深度粉碎均勻拋灑還田降低秸稈焚燒率并提高養(yǎng)分歸還量[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2021，27（7）：1141-1150.

LI CH，CHENG K K，LIAO Y L，et al.Deep smashing and uniform incorporation of straw prevent straw burning and improve the return of nutrients to soil[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizers，2021，27（7）：1141-1150.

[80] GUO L，ZHANG L，LIU L，et al.Effects of long-term no tillage and straw return on greenhouse gas emissions and crop yields from a rice-wheat system in central China[J].Agriculture Ecosystems & Environment，2021，322：107650.

[81] 蔡麗君，張敬濤，劉婧琦，等.長期免耕秸稈還田對寒地土壤有機碳及大豆產量的影響[J].作物雜志，2021（6）：189-192.

CAI L J，ZHANG J T，LIU J Q，et al，Effect oflong-term no-tillage straw returning on soil organic carbon and soybean yield in cold region[J].Crops，2021（6）：189-192.

[82] XIAO L，KUHN N J，ZHAO R，et al.Net effects of conservation agriculture principles on sustainable land use：a? synthesis[J].Global Change Biology，2021，27（24）：6321-6330.

[83] GUO Z，LIU H，WAN S，et al.Enhanced yields and soil quality in a wheat-maize rotation using buried straw mulch：Wheat straw management for sustainable agriculture[J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2017，97（10）：3333-3341.

[84] 李天嬌，卓富彥，陳冉冉，等.秸稈還田對玉米病蟲草害影響的研究進展[J].中國植保導刊，2022，42（1）：23-29.

LI T J，ZHUO F Y，CHEN R R，et al，Research progress on the effect of straw returning on maize pests[J].China Plant Protection，2022，42（1）：23-29.

[85] 趙慶玲，林 文，任愛霞，等.春季追肥對冬小麥群體構建和籽粒灌漿進程的影響[J].作物雜志，2021（3）：99-105.

ZHAO Q L，LIN W，REN A X，et al.Effect of topdressing in spring on population construction and grain filling process of winter wheat[J].Crops，2021（3）：99-105.

[86] MILLER E C，BUSHONG J T，RAUN W R，et al.Predicting early season nitrogen rates of corn using? indicator crops[J].Agronomy Journal，2017，109（6）：2863-2870.

[87] 韓自行，張長生，王積軍，等.氮肥運籌對稻茬免耕油菜農藝性狀及產量的影響[J].作物學報，2011，37（12）：2261-2268.

HAN Z X，ZHANG CH SH，WANG J J，et al.Effects ofnitrogen application on agronomic traits and yield of rapeseed in no-tillage rice stubble field[J].Acta Agronomica Sinica，2011，37（12）：2261-2268.

[88] KUMAR S，KADONO A，LAL R，et al.Long-term no-till impacts on organic carbon and properties of two contrasting soils and corn yields in ohio[J].Soil Science Society of America Journal，2012，76（5）：1798-1809.

[89] NUNES M R，DENARDIN J E，PAULETTO E A，et al.Effect of soil chiseling on soil structure and root growth for a clayey soil under no-tillage[J].Geoderma，2015，59-260：149-155.

Effect of No-tillage on Maize Productivity：A? Global Meta-analysis

Abstract In this study， a global meta-analysis was couducted by synthesizing data from 1? 043 data pairs extracted from 196 relevant studies.We assessed changes in maize grain yield， straw biomass， and leaf area index under no-tillage condition and explored the extent and direction of the influence of climate， soil， and management factors. The results showed that no-tillage significantly reduced maize grain yield， straw biomass， and leaf area index by 5.7%， 4.1%， and 9.7%， respectively， compared to conventional tillage. However， these effects varied depending on climate， soil and management practices. In relatively arid climatic conditions （annual average temperature >15 ℃， annual average rainfall <600 mm） and adverse soil conditions （soil volumic mass >1.4 g/cm？倕， soil organic carbon content <5.8 g/kg， soil total nitrogen <0.75 g/kg），maize productivity （grain yield and straw biomass） were relatively better under no-tillage conditions.Specially， soil organic carbon content and soil available potassium content were significantly negatively correlated with maize grain yield， while annual average rainfall and soil available phosphorus content were significantly negatively correlated with maize grain yield and straw biomass.Soil? volumic mass? was significantly positively correlated with maize grain yield and straw biomass. In addition， efficient fertilizer application， diversified cropping patterns （intercropping and crop rotation）， and straw-return management can counteract the negative effects of maize productivity under no-tillage. In conclusion， regions with relatively harsh climate and soil conditions can benefit more from no-tillage technology， and proper field management practices can enhance the productivity effects of no-tillage.

Key words No-tillage; Maize; grain yield; Straw biomass; Leaf area index; Meta-analysis