华北平原与西北地区玉米产量和水分利用效率对管理措施的响应差异及其优化策略

为解决华北平原(NCP)和西北地区(NW)玉米生产中水资源短缺与管理差异问题，研究人员通过整合1058组数据的荟萃分析，量化了水肥管理、覆盖和秸秆还田等措施对玉米产量和水分利用效率(WUE)的差异化影响。研究发现西北地区在氮肥用量150–225 kg ha?1结合地膜覆盖时增产达71.1%，WUE提升64.6%，显著高于华北平原。该研究为区域精准农业管理提供了科学依据，发表于《Field Crops Research》。

　　

在全球粮食安全压力持续增大的背景下，中国北方干旱半干旱区的玉米生产面临严峻挑战。华北平原(NCP)和西北地区(NW)作为全国84.9%玉米产量的核心产区，却因水资源分布不均陷入发展困境——NCP长期依赖超采地下水，而NW仅拥有全国5.7%的水资源却需支撑35.9%的国土农业生产。更棘手的是，两地管理措施效果差异显著：NCP依赖季节性降水，NW则完全仰仗灌溉系统，这种根本性差异使得统一农业政策难以奏效。

中国农业大学的研究团队在《Field Crops Research》发表的最新研究，通过创新的"数据驱动+机器学习"双轨分析模式，首次系统揭示了两大产区管理措施的差异化效应。研究团队整合了1058组田间实验数据，运用荟萃分析(meta-analysis)量化管理措施效应，结合随机森林算法(random forest)解析关键驱动因子，构建了区域特异性的优化模型。

关键技术方法包括：1)从Web of Science等数据库获取1058组NCP与NW玉米生产数据；2)采用响应比(response ratio)量化管理措施对产量、WUE和蒸散发(ET)的影响；3)运用随机森林分析评估环境因子与管理措施的相对重要性；4)通过正态分布检验(R²>0.98)验证数据质量。

<数据质量与整体效应>
正态检验显示所有参数符合高斯分布(R²>0.98)，管理措施使NW地区玉米产量提升24.70%、WUE提高26.68%，显著高于NCP的16.28%和23.61%。ET平均降低2.83%，证实优化措施可实现"增产节水"双赢。

<水管理差异>
滴灌较漫灌显著提升WUE 31.0%，NW效果更突出。NCP中季节性降水决定产量，而NW灌溉量是关键驱动因子。适度亏缺灌溉在NW可维持产量同时提升WUE，但重度亏缺导致减产。

<氮肥管理优化>
150–225 kg ha^?1氮肥用量实现最大增益，NW增产达71.1%，WUE提升64.6%，显著高于NCP。随机森林显示氮肥是NW首要因子，而NCP更依赖降水。

<覆盖措施比较>
地膜覆盖在NW效果卓越，较秸秆覆盖增产29.7%，WUE提升43.8%。其保温保墒特性尤其适合NW低温干旱环境，而NCP秸秆还田更利于土壤有机碳积累。

该研究创新性地揭示：1)NW较低土壤有机碳(0.8% vs NCP 1.2%)和全氮(0.09% vs 0.12%)含量使其对管理措施更敏感；2)地膜+滴灌+中氮组合是NW最佳方案，而NCP需侧重降水调控；3)机器学习首次量化显示NW中氮肥和灌溉量的贡献率达38.7%，远高于NCP的22.3%。这些发现为制定区域差异化农业政策提供了数据支撑，对实现"以水定产"国家战略具有重要指导意义。研究建议NW优先推广智能水肥一体化系统，而NCP应建立降水预警响应机制，两大产区协同提升全国玉米产能的同时缓解水资源危机。