编辑推荐：
随着全球气候变化，干旱地区农业面临挑战。研究人员开展 “垄沟集雨种植与养分管理对玉米生产影响” 的研究。结果表明，RFSN 处理可提高土壤温湿度、玉米产量及水氮利用效率。这为干旱地区农业发展提供有效策略。
在全球气候变化的大背景下，干旱地区的农业发展面临着前所未有的挑战。干旱地区占据了地球近一半的陆地面积，干旱地区的农业生产对于保障全球粮食供应至关重要。然而，水资源短缺和频繁的干旱胁迫严重威胁着这些地区的粮食安全。就拿中国黄土高原的半干旱地区来说，降雨少且不稳定，降水时间与农作物需水期不匹配，土壤条件差，这些因素极大地限制了农业生产力和可持续发展。玉米作为中国种植面积广且经济价值高的谷物作物，其产量受水资源短缺和土壤贫瘠等因素影响，始终难以得到根本性提升。因此，探寻有效的雨水保存措施和提高水资源利用效率的种植模式，成为保障当地玉米生产和粮食安全的关键。
为了解决这些问题，中国科学院生态环境研究中心和延安大学的研究人员开展了一项为期两年（2020 - 2021 年）的田间试验研究。研究旨在探究不同种植模式与综合养分管理的交互作用对土壤温度、土壤水分动态、玉米产量、生物量、收获指数、籽粒和秸秆氮含量、植株氮吸收、水分生产力（WP）、氮素吸收利用效率（NUPE）、农学效率（AE）、氮肥偏生产力（PFPN）以及土壤碳氮组分的影响。研究最终表明，垄沟集雨种植系统与综合养分管理对土壤温度、土壤含水量、土壤水分储存、玉米产量、地上生物量、氮含量、植株氮吸收、水分生产力、氮素吸收利用效率、农学效率和氮肥偏生产力均有显著影响。通过灰色关联分析和熵权 TOPSIS 模型评估得出，在垄沟集雨种植系统中施用 1.5 t?ha-1玉米秸秆和 180 kg?ha-1化学氮肥（RFSN），是提高黄土高原干旱地区水分和氮素利用效率、增加玉米产量和促进资源高效利用的有效土壤管理方法。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为干旱地区的农业发展提供了重要的理论依据和实践指导。
在研究方法上，研究人员采用了多种关键技术。首先是田间试验，在陕西省富县的农业试验田进行，采用随机完全区组设计，设置了常规平作（CP）和垄沟集雨种植（RF）两种种植模式，每种模式下又分无养分管理、施氮肥、施氮肥和玉米秸秆三种养分管理处理，共六个处理组。其次是各项指标的测定，包括不同生长阶段采集土壤样本测定土壤含水量、土壤水分储存（SWS）和土壤温度；收获时测定玉米生物量、产量、籽粒和秸秆氮含量等；计算水分生产力（WP）、氮素利用效率等指标。此外，还运用了灰色关联分析和熵权 TOPSIS 模型对数据进行分析，以评估不同处理的综合表现。
研究结果主要体现在以下几个方面：
- 土壤温度：各处理土壤温度在幼苗期后逐渐升高，抽丝期至成熟期缓慢下降。垄沟集雨种植系统（RF）的土壤温度比常规平作（CP）高 1.3 - 2.8℃，养分管理对土壤温度也有一定影响。不同处理土壤温度排序为：RFSN > RFN > RF > CPSN > CPN > CP。
- 土壤水分储存：土壤水分储存（SWS）在六个生长时期变化显著。2021 年（湿润年）SWS 水平高于 2020 年（正常降雨年）。垄沟集雨种植系统和养分管理能显著提高 SWS，在不同生长阶段效果不同，RFSN 处理在成熟期 SWS 最高。
- 玉米产量、地上生物量和收获指数：垄沟集雨种植处理显著提高了玉米产量和地上生物量。养分管理对产量影响顺序为：综合氮肥和作物秸秆 > 氮肥。RFSN 处理产量和地上生物量最高，CP 最低。收获指数方面，RFSN 处理最高，CP 最低，RF、RFN、CPN 和 CPSN 之间无显著差异。
- 玉米氮含量、植株氮吸收：垄沟集雨种植系统和养分管理显著影响籽粒和秸秆氮含量。RFSN 处理籽粒和秸秆氮含量最高，CP 最低。RFSN 处理还显著提高了植株氮吸收，不同器官氮吸收量为：籽粒 > 秸秆。
- 水分生产力和氮素利用效率：垄沟集雨种植系统处理显著提高了水分生产力（WP）。养分管理对 WP 影响顺序为：作物秸秆与氮肥结合 > 氮肥。RFSN 处理 WP 最高。种植模式和综合养分管理显著影响玉米氮素吸收利用效率（NUPE）、农学效率（AEN）和氮肥偏生产力（PFPN），RFSN 处理这些指标均最高。
- 土壤有机碳和氮组分：不同处理下土壤有机碳和氮组分（DOC、EOC、MBC 和 MBN）含量趋势一致，均为 RFSN > CPSN > RFN > CPN > RF > CP。RFSN 处理显著增加了这些组分的浓度。
- 相关性分析和最优管理模式确定：通过相关性分析发现，多个指标之间存在显著相关性。利用灰色关联分析和熵权 TOPSIS 模型确定 RFSN 处理为玉米种植的最佳组合管理模式。
研究结论表明，垄沟集雨种植系统和综合养分管理对土壤温度、土壤水分储存、玉米产量和氮素利用效率等有显著影响。RFSN 处理在提高产量和资源利用效率方面表现最佳。这一研究结果为干旱地区的农业生产提供了科学依据，有助于指导农民合理选择种植模式和养分管理策略，提高农业生产效益，促进干旱地区农业的可持续发展。
