免耕对玉米生产力的影响：基于全球荟萃分析

卢志强 温思佳 李雨泽 李国瑞 温晓霞

摘 要 通过对196篇相关文献的1 043对数据进行全球荟萃分析，评估免耕条件下玉米籽粒产量、秸秆生物量和叶面积指数的变化，并探讨气候、土壤、管理因素对其影响程度和方向。结果表明，相较于传统翻耕，免耕总体上显著降低了玉米籽粒产量、秸秆产量和叶面积指数5.7%、4.1%和9.7%。然而，这种效应因气候、土壤和管理措施而不同。在相对干旱的气候环境（年平均气温为 >15  ℃、年平均降雨 <600 mm）和恶劣的土壤条件（土壤体积质量>1.4 g/cm3、土壤有机碳含量 <5.8 g/kg、土壤全氮为 <0.75 g/kg）下，免耕条件下玉米生产力（籽粒产量和秸秆生物量）水平相对更好。其中，土壤有机碳含量和土壤速效钾含量与玉米籽粒产量呈显著负相关，年平均降雨和土壤速效磷含量与玉米籽粒产量和秸秆生物量呈显著负相关，土壤体积质量与玉米籽粒产量和秸秆生物量呈显著正相关。此外，肥料的高效施用、多樣化的种植模式（间作或轮作）、秸秆还田等管理措施能抵消免耕条件下玉米生产力的负效应。总体而言，气候土壤环境相对更恶劣的区域可以从免耕技术上获益更多，而合理的田间管理措施也可以为免耕技术提供更好的生产力效应。

关键词 免耕；玉米；籽粒产量；秸秆生物量；叶面积指数；Meta分析

传统翻耕是迄今为止全球农业生产中最主流的土壤管理措施[1]。然而，越来越多的研究表明，传统翻耕大量消耗化石燃料、引起土壤退化、水污染[2]和土壤流失问题[3]，不利于生态环境和农业的可持续发展[4]。因此，缓解传统翻耕造成的一系列环境问题的保护性耕作受到了广泛的关注。其中，免耕作为对土壤扰动最小的保护性耕作措施，由于其减少土壤侵蚀、改善土壤结构，增加土壤肥力，提升作物水肥利用效率等在生态环境和农业生产中的积极特性[5-8]，在多个国家和地区得到推广[9]。通常而言，免耕措施对生态环境和作物生产力都有一定的积极作用[10]。但是，玉米相对于其他农作物养分需求更高[11]，导致免耕措施对玉米生产力的影响往往与其他农作物存在差异，有时甚至出现相反的效果[12]。因此，研究免耕对玉米生产力的影响，对于免耕技术的精准推广有着重要意义。

不同耕作措施对土壤的扰动程度不同，这会使土壤理化性质发生剧烈变化，从而改变作物光合产物的积累和分配，调控作物光合叶面积指数和秸秆生物量，影响作物产量[13-14]。He等[15]发现，免耕可以显著提升土壤蓄水量和有机质含量，满足玉米对于养分的需求，从而显著提升玉米生产力。然而，免耕造成的土壤体积质量增加也可能会阻碍玉米根系生长，从而降低玉米生产力[16]。实际上，免耕对于玉米生产力的影响取决于多种因素，通常包含气候、土壤条件、农田管理措施等。为了探究这个问题，全世界对此做了大量研究[17]，但由于试验地点和管理措施的不同，不同研究者得到的结果往往差异很大[18-19]。如，Chen等[20]研究发现，在寒冷地区，免耕处理下的玉米产量显著低于传统翻耕。而卜欢莉等[21]的结果表明，在旱地，免耕和传统耕作在产量上并没有显著差异。这一不一致的发现可能会对免耕大面积的推广造成不利影响。因此，进行区域范围内定量评估免耕对作物生产力的影响有助于为更合理的进行免耕提供证据。

本试验以玉米为研究对象，进行了一项全球范围内的荟萃分析，以量化免耕对玉米产量、地上部生物量、叶面积指数等作物生产力的综合影响。同时，为了确定影响免耕措施下玉米生产力的主要驱动因素，评估了这些影响的强度和方向是否因气候因素（即年降雨、年气温）、土壤条件（即质地、体积质量、有机质、总氮和速效养分）和农田管理（即肥料施用量、残留物管理、种植系统、肥料管理、试验年限）而不同。具体而言，本研究的目的是使用荟萃分析的方法，确定与传统耕作相比，免耕对玉米产量、地上部生物量、叶面积指数等生产力指标的影响，并评估其他因素对其结果的影响大小与方向，确定适合免耕的最佳环境和管理措施，为免耕在全球范围内的推广提供理论依据与技术支持。

1 材料与方法

1.1 数据来源

选择中国知网 （http：//www.cnki.net/） 和Web of Science （http：//access.webofknowledge.com/）2个中英文数据库，通过关键词“玉米”“免耕、保护性耕作”“叶面积、产量、生物量、秸秆、干物质”（“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”），检索1978年3月-2022年3月公开发表的关于免耕对玉米生产力的相关文献。为了构建数据库，如果出版物符合以下标准，则保留出版物的结果并适当收集数据：（1）选定的研究仅限于基于玉米研究的田间试验，不包括其他作物或者盆栽试验与综述等；（2）必须控制单一变量，即免耕覆盖秸秆只能和传统耕作覆盖秸秆相比较；（3）同一试验必须包括免耕（NT）为试验组，传统翻耕（CT）为对照组；（4）研究报告了至少以下一项玉米生产力参数的结果：籽粒产量、秸秆生物量、叶面积指数[22-23]；（5）文章提供了关于试验场地位置的信息，以便从同一篇文章或其他二次来源获得额外的环境特征，如年平均温度、降水量等。

数据库中共包括196篇相关的期刊文章，当同一研究可以在一个或者多个解释变量的单独亚组中分类时，它们被纳入单独观察。笔者从每篇文章中提取平均值、样本量、标准差（SD）等数据。对于仅报告标准误差（SE）而未报告标准差的研究，SD通过方程式SD=SE× n计算得出；对于未报告SD或SE的研究，SD估计为平均值的0.1倍[24]；所有原始数据或从文本、表格中直接提取，或使用WebPlotDigitizer（https：//apps.automeris.io/wpd/index.zh_CN.html）从图片中提取[25]。共提取出1 043个数据对，图1给出了免耕对玉米生产力试验场所的总体分布。

为了进一步解释免耕对玉米生产力的影响，将数据集的亚组分类如下：1）气候因素：年平均气温、年平均降雨；2）土壤因素：土壤质地、土壤体积质量、土壤酸碱性、土壤有机碳、全氮、速效氮磷钾含量；3）农田管理因素：肥料施用量、种植系统、残留物管理、肥料管理、试验持续时间。其中，对于气候因素，将年平均气温分为 <8 ℃、8～15 ℃  和>15 ℃，年平均降雨分为 <600 mm、600～  1 000 mm和 >1 000 mm[24]；对于土壤因素，根据美国农业部土壤质地三角形，将土壤质地分为细质地（fine textured，包括粘土、砂质粘土、粉质粘土等）、中等质地（medium textured，包括壤土、粉质壤土、粉质粘壤土、粘土、砂质粘土等）和粗质地（coarse textured，包括砂土、砂壤土等），土壤酸碱性分为 pH≤7 和 pH>7 ，土壤体积质量分为 <1.3 g/cm3、1.3～1.4 g/cm3和 >1.4   g/cm3，土壤有机碳根据有机质换算分为   <5.8 g/kg、  5.8～8.12 g/kg和 >8.12 g/kg，土壤全氮分为 <0.75 g/kg、0.75～1 g/kg和 >1 g/kg，土壤有效氮分为 <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 ，土壤速效钾分为 <100 mg/kg、100～150   mg/kg和 >150 mg/kg [26-28]；对于农田管理因素，将氮肥施用量分为 <150 kg/hm2 、150～225 kg/hm2和>225    kg/hm2，磷肥施用量分为 <60 kg/hm2、60～90 kg/hm2和 >90   kg/hm2 ，钾肥施用量分为0、1～90 kg/hm2和   >90 kg/hm2 ，种植系统分为玉米单作、与豆科间作或轮作、与非豆科间作或轮作，残留物管理分为秸秆移除和秸秆还田，肥料管理分为不追肥和追肥，试验持续时间分为短期  （<5 a）、中期（5～10 a）和长期（>10 a）[29-32]。

1.2 数据分析

为了评估玉米生产力对免耕的响应，计算了荟萃分析最常用的响应比（RR，Response Ratio）

的自然对数，以量化免耕对玉米生产力的综合影响。RRlnRR计算方法如式（1）：

式中，RR是处理组（免耕，NT）中记录的玉米的籽粒产量、秸秆生物量或者叶面积指数的平均值Xn和对照组（传统耕作，CT）中记载的玉米的籽粒产量、秸秆生物量或者叶面积指数的平均值Xc的比值。然后计算每项独立研究效应值的方差（v），计算方法如式（2）：

式中，nn和nc分别代表处理组（免耕，NT）和对照组（传统耕作，CT）的样本量，sn和sc分别代表处理组（免耕，NT）和对照组（传统耕作，CT）的标准偏差。荟萃分析中比较的权重使用公式（3）进行计算：

式中，wij是相应比较的权重，是平均变异系数。为了得出处理组（免耕，NT）相对于对照组（传统耕作，CT）的总体反应，使用公式（4）计算处理组（免耕，NT）和对照组（传统耕作，CT）的加权响应比。

式中，RR++是处理组（免耕，NT）和对照组（传统耕作，CT）组之间的加权响应比，m是要比较的组数，k是相应组中的比较数。wi是一个权重因子。当从同一研究中提取多个观察结果时，wi根据每个站点的观察总数进行调整。权重越大，指标在综合评价过程中越重要[33-34]。加权响应比（RR++）的标准误差和95% 的置信区间（95%CI）由公式（5）和（6）计算：

所得结果中，若总体平均效应值95%置信区间不包括零点，则说明相对于传统耕作，免耕对玉米的生产力具有显著影响（增加或者降低）；若总体平均效应值95%置信区间不包括与零点相交，则说明免耕和传统耕作对玉米生产力无显著差异。为了更直观地表现免耕对玉米生产力的影响，将加权响应比转换为免耕相对传统耕作的相对变化百分比（效应值，Effect size %），计算方法如公式（7）：

Effect%=RR++-1×100%[JY，1]（7）

为防止发表偏倚影响荟萃分析的结果，采用Rosenthal失安全系数（Fail safe number）对结果进行偏倚性检验[35]，当检验结果N>5n+10（n为研究的个数）时，表示不存在偏差，荟萃分析结果真实可信。

本研究使用EndNote X9.1软件完成文献的初步筛选，使用Microsoft Excel 2021软件对提取的数据进行统计整理，构建数据库，并使用OpenMEE软件[36]对其完成上述荟萃分析和偏倚性检验的所有统计和计算。图片由R-Studio（R4.13）软件中的“ggplot2”包进行绘制。

2 结果与分析

2.1 免耕对玉米生产力的总效应影响

总体而言，免耕显著降低了玉米生产力。与传统耕作相比，免耕的籽粒产量、秸秆生物量和叶面积指数分别降低了4.2%、2.2%和6.2%  （图2）。其中，玉米籽粒产量、秸秆生物量 、叶面积指数的异质性检验结果均达到了显著水平（表1），这表明所有观测到的结果的响应比并不均匀，存在其他因素可能会影响免耕的效果。进一步的组间异质性分析结果表明，气候、土壤、管理因素對免耕条件下玉米生产力均存在显著影响  （表2）。

此外，玉米籽粒产量、秸秆生物量和叶面积指数的失安全系数（Fail-safe N）分别为114 192、  8 798和6 287（表1），均远大于样本量，满足偏倚性检验要求。这表明，本研究结果真实可靠，不受期刊文献发表偏倚的影响。[FL）]

2.2 气候因素对免耕玉米农田生产力的影响

免耕条件下，玉米生产力的改变幅度受气候条件的显著影响（图3）。在整个数据集中，免耕对玉米籽粒产量和秸秆生物量的响应比与年平均降雨量呈显著负相关（图4）。亚组分析结果（图3）表明：免耕条件下，玉米籽粒产量年平均气温为  8～15  ℃时，显著降低6.3%。在年降雨量为 <600、600～1 000和 >1 000 mm，分别降低2%、  5.4%和6.9%；玉米秸秆生物量在年平均气温  为< 8  ℃时，显著降低6.5%。在年降雨量为  600～   1 000 mm时，显著降低9.3%；玉米叶面积指数在年平均气温为 <8 ℃和 >15  ℃时，分别降低  6.9%和4.9%。在年平均降雨量为 <600 mm和   >1 000 mm时，分别显著降低14.1%和10%。

2.3 土壤因素对免耕玉米农田生产力的影响

2.3.1 土壤属性 土壤质地对免耕条件下玉米籽粒产量和秸秆生物量产生显著影响（表2和图5），其中，免耕条件下，玉米籽粒产量在细质地、中等质地和粗质地的土壤中分别显著降低9.5%、  2.6%和6.4%；而玉米秸秆生物量在细质地的土壤中显著增加9.4%，在中等质地和粗质地的土壤中显著降低3.8%和4.6%。

土壤体积质量与免耕对玉米籽粒产量和秸秆生物量的影响大小呈显著正相关（图6），森林图中很好地表现了这种趋势（图5）：免耕条件下，玉米籽粒产量在土壤体积质量为 <1.3 g/cm3、  1.3～1.4 g/cm3和 >1.4 g/cm3时的亚组分析结果分别为显著降低4.4%、无显著差异和显著增加3.3%；秸秆生物量分别为显著降低11.9%、显著增加4%和无显著影响。玉米叶面积指数仅在土壤体积质量>1.4 g/cm3时，表现为显著降低5.3%。

随着土壤pH的增加，免耕对玉米生产力的效应呈增加的趋势。其中，免耕对玉米秸秆生物量和叶面积指数的效应值和土壤pH呈显著正相关（图6）。亚组分析结果表明（图5），土壤pH >7时（5.2%）免耕都显著降低了玉米籽粒产量，降低幅度小于pH≤7（11.2%）；秸秆生物量则表现为土壤pH≤7时显著降低16.1%，土壤pH>7时无显著影响；叶面积指数表现为土壤pH≤7时显著降低9%，土壤pH>7时显著增加  8.8%。

2.3.2 土壤养分 免耕对玉米籽粒产量的效应与土壤有机碳、土壤速效磷、速效钾含量呈显著负相关（图7）；对玉米秸秆生物量的效应与土壤速效磷含量呈显著负相关；对玉米叶面积指数的效应与土壤有机碳含量和土壤速效磷含量呈显著负相关，与土壤速效氮含量和速效磷含量呈顯著正相关。

亚组分析结果表明，免耕条件下，玉米籽粒产量在土壤全氮含量为0.75～1 g/kg时，显著降低6.3%；玉米秸秆产量在土壤全氮含量为 >1   g/kg时，显著降低5.1%；玉米叶面积指数在土壤全氮含量为0.75～1 g/kg时，显著增加16%（图8）。土壤速效氮含量为 <50和50～90   mg/kg时，免耕使玉米籽粒产量分别显著降低  10.4%和5.2%；在土壤速效氮含量 >90 mg/kg时，则没有显著影响。玉米秸秆生物量在土壤速效氮含量为 <50 mg/kg时，显著降低9.4%；在土壤速效氮含量为 >50 mg/kg、无显著影响。玉米叶面积指数在土壤速效氮含量为50～90和 > 90 mg/kg时，分别显著降低3.1%和增加16%。

2.4 农田管理因素对免耕玉米农田生产力的影响

2.4.1 肥料施用措施 如图9所示，除氮肥施用量与免耕对秸秆生物量效应无显著相关性外，肥料施用均与免耕对玉米生产力效应呈正相关。其中，免耕对玉米籽粒产量的效应与土壤氮肥、磷肥和钾肥施用量呈显著正相关；免耕对玉米秸秆生物量和叶面积指数的效应与土壤钾肥施用量呈显著正相关。

亚组分析结果（图10）表明：免耕条件下，玉米籽粒产量在施氮量为 <150、150～22和 >225  kg/hm2时，分别显著降低8%、3.2%和  2.3%；在施磷量为 <60和60～90 kg/hm2时，分别显著降低8.5%和5.4%；在不施钾肥（施钾量为0）时，显著降低10%。玉米秸秆生物量在施氮量为 <150和 >225  kg/hm2时，分别显著降低4.5%和5%；在施磷量为 < 60时，显著降低8.1%；在不施钾肥（施钾量为0）时，显著降低8.3%。玉米叶面积指数在施氮量为 <150和 > 225 kg/hm2时，分别显著降低5%和  6.8%；在施磷量为 > 90 kg/hm2时，显著降低  5.6%；在不施钾肥（施钾量为0）时，显著降低  11.4%。

2.4.2 其他管理因素 由图11可知，免耕条件下，玉米籽粒产量仅在单作系统和秸秆移除管理中分别显著降低6.9%和6.8%，在常规施肥和追肥中降低5.7%和2.4%；玉米秸秆生物量仅在单作系统、秸秆移除管理和追肥管理中分别显著降低4.4%、5.5%和4.2%；玉米叶面积指数在与非豆科和豆科间作或轮作中分别显著降低  6.8%和10%，在秸秆移除管理和秸秆还田管理中分别显著降低16.2%和5.6%，在追肥管理中显著降低6.3%。

玉米籽粒产量在免耕年限为短期（<5 a）和长期（>10 a）时，分别显著降低1.7%和20.2%；玉米秸秆生物量在免耕年限为短期（<5 a）时，显著降低2.3%；玉米叶面积指数在免耕年限为中期（5～10 a）和长期（>10 a）时，分别显著降低7%和131%。[FL）]

3 讨  论

3.1 玉米生产力对免耕的响应

一般而言，土壤管理措施主要是通过改变土壤理化性质来影响养分供应和根系生长，以此改变作物光合产物的积累和转运从而调节作物生长发育[37-38]。相对于传统翻耕而言，免耕增加了大团聚体和团聚体稳定性，改善了土壤结构，从而增加了土壤水分和养分的固存[8，39]。同时，更低的土壤扰动使免耕有更活跃的微生物和酶，这有助于作物对于养分的吸收利用[40-41]。然而，与传统翻耕相比，免耕在改善土壤结构的同时，也增加了土壤体积质量，这存在阻碍作物根系的生长的风险[42]。玉米相对于其他农作物，具有更高的养分需求和更旺盛的根系发育，这使玉米对于免耕的响应更为敏感[43]。因此，相对于传统翻耕，免耕在土壤养分上的优势和在土壤紧实度上的劣势对于玉米而言，影响更为显著。

本研究结果表明，相对于传统耕作，免耕显著降低了玉米籽粒产量、秸秆生物量和叶面积指数等作物生产力关键指标（图2）。这与Monneveux等[44]的结果一致。这可能是由于大部分的玉米种植试验区都选择在水分和养分的供应较为充足、适宜玉米生长的地点，无法发挥免耕在土壤养分和水分上的优势，反而因更高的体积质量阻碍了玉米的生长。本研究中，玉米籽粒产量、秸秆生物量和叶面积指数的异质性检验结果均达到了显著水平（P<0.001）（表1），表明某些地区或者管理措施下，可能存在免耕于玉米生产力上占据优势的情况。

3.2 影响免耕对玉米生产力效应的因素

3.2.1 气候因素 水、温是作物生长发育重要的调节因子，外界环境主要通过温度和降雨来改变作物生长发育时期的水、温，来调节作物生长发育进程[45-46]。土壤温度过高或者过低都会降低作物产量[47-48]，而土壤温度与气温密切相关[49]。在年平均气温较低（<8 ℃）时，相对于传统耕作，免耕玉米籽粒产量无显著差异，而秸秆生物量和叶面积指数显著降低；而在平均气温较高  （>15 ℃）时，相对于传统耕作，免耕的籽粒产量和秸秆产量均无显著差异，而叶面积指数显著降低（图3）。这主要是因为相对于传统翻耕而言，免耕土壤温度变化幅度更小[50]。当气温较低（<8 ℃）时，免耕的土壤温度高于传统翻耕，而更高的土壤积温使玉米在免耕条件下更早进入生殖生长阶段[1]。因此，虽然免耕由于更低的光合叶面积，导致在总光合产物积累量上低于传统翻耕，但是籽粒产量上却与传统翻耕无显著差异；当气温较高  （>15 ℃）时，免耕的土壤温度低于传统翻耕，避免了传统翻耕由于过高的土壤温度导致玉米叶片气孔关闭， CO2的吸收降低，光合能力下降的弊端[51]。因此，虽然免耕光合叶面积指数低于传统翻耕，但是在光合产物积累上与传统翻耕并无显著差异。这个发现表明，在温度条件恶劣（高温或者低温）的区域，免耕措施不失为一种维持玉米产量的可持续发展措施。而对于水分而言，免耕相对于传统耕作的玉米籽粒产量和秸秆生物量的效应-降雨量关系表明，免耕玉米光合产物积累的效应和降雨量显著负相关，年降雨量越低，免耕相對于传统翻耕的产量效应越高（图4）。在低降雨量的地区，水分的缺失迫使作物关闭气孔以限制水分蒸发，导致作物减少了光合作用的碳吸收并降低了产量[52]。而相对于传统翻耕而言，免耕具有更好的水分储存和水分利用效率[53]，可以缓解这种负面影响。因此，在干旱地区应该更多的考虑使用免耕措施来储存土壤水分，提高玉米生产力。

3.2.2 土壤因素 土壤是作物生存的直接环境，土壤质量的优劣直接到影响作物生长发育进程[54]。土壤肥力通常用来评估作物生产潜力，而物理因素和养分因素是土壤肥力的重要组成部分[55-56]。就土壤物理质量而言，相对于传统翻耕，免耕有着增强团聚体结构和稳定性、土壤水力特性等优点[57-58]，但可能增加土壤体积质量[59]。吕秋爽等[60]的研究表明，相对于传统翻耕，免耕会显著增加土壤体积质量，从而影响根系增长降低作物光合叶面积指数，最终导致作物生产力下降。本研究中，当土壤体积质量为 >1.4 g/cm3时，免耕作物籽粒产量表现为显著高于传统翻耕（图5），且免耕籽粒产量和秸秆生物量的效应与土壤体积质量表现为显著正相关（图6）。一项土壤研究表明，免耕对于土壤体积质量的增加效应随着土壤体积质量的增加而减少[61]。也就是说，基础体积质量越高的土壤，免耕对于土壤的改造过程中，对于土壤紧实度的增加越低，对于作物根系的阻碍越小，免耕在土壤紧实度上的负面影响越低。因此，随着土壤体积质量的增加，当免耕在水分保持和养分供应上的优势高于在土壤紧实度上的劣势时，可能促进光合产物的积累[62-63]。

土壤碳氮是土壤养分中重要的一环，是评估土壤肥力的主要衡量指标，对作物整个生育时期的生长供应都有调控作用[64-65]。免耕相对于传统耕作有更好的固碳和减少氮淋溶的能力[66-67]。本研究结果表明，免耕对玉米籽粒产量的积极影响与土壤有机碳含量呈显著负相关（图7）。这与Zhang等[68]的结论一致。而对于土壤全氮而言，当土壤全氮含量为 >1 g/kg时，相对于传统翻耕，免耕的玉米秸秆生物量显著降低，而籽粒产量表现为无显著影响（图8）。当土壤全氮含量较高时，充足的土壤养分条件促进了传统耕作的根系生长发育，有利于玉米开花后干物质的积累，而免耕的作物光合产物则更多的向籽粒转移[69]。土壤速效养分是土壤养分中较为活跃的部分，可以被作物吸收利用[70]。本研究表明，免耕玉米光合产物积累的效应和土壤速效养分显著负相关（图7）。这主要是由于随着土壤速效养分的增加，相对于传统翻耕，免耕更高的微生物和酶活性的优势就越弱[71]。唯一的例外是土壤速效氮含量。本研究表明，当土壤速效氮含量为 >90 mg/g时，免耕的玉米籽粒产量和秸秆生物量表现为与传统翻耕无显著差异（图8）。这可能是因为土壤速效氮含量较高时，相对于传统翻耕，免耕前期较好的水氮供应，显著提高了玉米叶面积指数（图8），促进了玉米根系的生长，减缓了由土壤压实度带来的劣势，为后期玉米的生长发育奠定了良好的基础[72]。

3.2.3 管理因素 田间管理因素是人为改变作物生长发育环境，调控作物生长发育进程的主要方式，主要包括肥料，种植系统和残留物管理，免耕试验年限等。本研究结果表明，免耕的籽粒产量效应与肥料施用量成正比（图9），说明充足的肥料施用是增强免耕生产力的有效田间管理方式之一[73-74]。相对于免耕，传统翻耕土壤团聚体的破坏和受保护的有机质的暴露导致残留物和土壤养分释放得更快，而充足的肥料施用可以提供充足的养分来弥补这种差异[59]。另外，免耕更强的微生物活性和酶活性也能使作物更充分地吸收土壤养分[75]。因此，免耕技术更能发挥肥料的功效。

种植模式能影响农作物对于养分的吸收和分配，适宜的种植模式能改善土壤结构，增加土壤利用率，提高作物生产力[76]。本研究表明，相对于玉米单作相比，免耕在轮作或者间作等多种作物参与的种植模式下有更好的玉米生产力效应（图11）。这与Pittelkow等[77]的结论一致。多种作物参与的种植模式，打破了害虫和杂草的生命周期，降低了免耕系统中的病虫草害[73]，削弱了传统翻耕的优势。同时，多种作物参与下的种植模式对土壤的改造，如不同作物根系的穿透、土壤动物的招募等，也缓解了免耕土壤紧实度增加带来的负面影响[78]。因此，在土壤和气候条件允许的情况下，将多样化种植模式与免耕结合更有利于生态环境和玉米生产的可持续性发展。

残留物管理是农田管理措施中重要的一环，以往农民对于残留物的处理一般是直接采用焚烧的方式，这对于环境有很大的损害，而且残留物的收集也需要耗费大量资源[79]。近年来的研究发现，秸秆和免耕结合，不仅可以有效处理秸秆，节省资源，保护环境，而且对于产量也有显著的积极效应[80-81]。本研究中，秸秆还田条件下免耕对玉米生产力的影响均优于秸秆移除（图11）。在免耕措施下，秸秆还田措施可以使雨水更大程度地渗入土壤，并减少表层土壤受雨滴影响导致的结皮，从而缓解作物破土上的压力[82]。另外，秸秆还田带来的外源有机碳的输入扩大了免耕更活跃的微生物和酶的优势[83]，且秸秆覆盖对杂草的抑制作用也缓解了免耕在草害上的影响[84]。因此，秸秆还田处理缩小了免耕和传统翻耕之间玉米生产力的差异。

追肥措施可以精准控施肥料，避免肥料施用不合理带来的产量问题和环境问题，提高肥料利用效率[85]。笔者发现与不追肥相比，追肥缩小了免耕实践下玉米籽粒产量与传统翻耕之间的差距（图11）。在免耕措施下，土壤未经扰动，肥料和根系都大量分布于土壤表层，导致玉米前期生长旺盛，而后期肥力不足[86]；而追肥措施可以减缓免耕后期肥力不足的负面影响，弥补玉米产量上的差距[87]。因此，在免耕实践中，进行合理的追肥是一种保持玉米产量的合理措施。

免耕被认为是一种可持续发展的农田管理措施，长期免耕对土壤理化性质的改善更为明显[88]。因此，通常人们认为，短期免耕条件下，作物的生产力显著低于传统耕作；随着免耕年限增加，对于土壤的积极效应逐步增强，免耕的生产力也随之增加[12]。然而，本研究结果表明，相对于传统翻耕，免耕条件下的玉米籽粒产量在短期和长期都表现为显著降低而中期无显著影响（图11），Wang等[1]也有类似结果。这是因为玉米相对于其他农作物具有更发达的根系和更高的水养需求[28]，虽然免耕增加了土壤养分和蓄水量，但逐年增加的土壤紧实度也限制了玉米根系的生长从而间接影响了玉米光合叶面积大小（图11）。当土壤免耕年限为 >10 a时，土壤紧实度对玉米根系的限制使其对养分的吸收低于传统翻耕[89]。因此，相对而言，免耕条件下玉米的籽粒产量  更低。

4 结  论

全球范围内的荟萃分析表明，尽管相对于传统翻耕，免耕显著降低了玉米生产力（籽粒产量、秸秆生物量和光合叶面积指数），但是玉米生产力水平对免耕的响应因气候（降雨和温度）、土壤（体积质量、pH、养分）、管理（肥料施用量、作物种植系统、残留物管理实践和免耕持续时间）等因素的不同而不同。免耕更适合在相对干旱的气候环境（年平均气温>15  ℃、年平均降雨<600 mm）和恶劣的土壤条件（土壤体积质量>1.4 g/cm3、土壤有机碳含量<5.8  g/kg、土壤全氮<0.75   g/kg）进行，相比翻耕能够显著提高玉米生产力。此外，肥料的高效施用、多样化的种植模式（间作或轮作）、秸秆还田等管理措施也能抵消免耕条件下玉米生产力的负效应。因此，免耕措施的推广需要选择适宜的环境条件和科学的管理措施。本研究基于现有的科学数据，量化了免耕对于玉米生产力的影响，为世界范围内合理推广免耕措施以保障农业的可持续发展提供了理论依据。

参考文献 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.西北地区保护性耕作技术的重要性[J].经济研究导刊，2011（16）：22-23.

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

[4] 張宗军，窦学诚.西北旱作农业区宜采用保护性耕作[J].  现代农业科技，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] 刘选伟，王景立.保护性耕作在我国西北地区的应用现状及展望[J].农业与技术，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，万运帆，等.不同氮肥处理春玉米温室气体的排放[J].农业工程学报，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] 骆兰平，于振文，王 东，等.土壤水分和种植密度对小麦旗叶光合性能和干物质积累与分配的影响[J].作物学报，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.免耕对玉米根系属性和产量以及土壤物理性质的影响：整合分析[J].生态学杂志，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] 张音霄，邹洪涛，张玉龙，等.免耕年限对东北旱田土壤性质及玉米根系、产量的影响[J].土壤通报，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] 卜欢莉，龙 欣，谢玉贵.耕作措施对旱地土壤理化性状及玉米产量的影响[J].湖南农业科学，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] 黄坚雄，潘 剑，周立军，等.光照亏缺对橡胶-作物农林复合系统中作物生产力的影响[J].中国生态农业学报（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.秸秆还田研究进展及内蒙古玉米秸秆深翻还田现状[J].作物杂志，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] 黄亚萍，海江波，罗宏博，等.不同种植模式及追肥水平对春玉米光合特性和产量的影响[J].西北农业学报，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] 刘 棋，王 皓，张留臣，等.耕作方式对山地烟田耕层养分库容和烤烟根系、土壤水氮空间分布特征的影响[J].  中国土壤与肥料，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] 张兴义，李健宇，郭孟洁，等.连续14年黑土坡耕地秸秆覆盖免耕水土保持效应[J].水土保持学报，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] 王潤莲，张志栋，刘景辉，等.免耕不同处理对土壤养分、土壤酶活性及燕麦产量的影响[J].作物杂志，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] 丑洁明，董文杰，徐 洪，等.气候变化影响中国粮食安全研究的新思路[J].气候与环境研究，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 荣，张 睿，贾志宽.不同覆盖材料对耕层土壤温度及玉米出苗的影响[J].干旱地区农业研究，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] 冯学民，蔡德利.土壤温度与气温及纬度和海拔关系的研究[J].土壤学报，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] 陈继康，李素娟，张 宇，等.不同耕作方式麦田土壤温度及其对气温的响应特征——土壤温度日变化及其对气温的响应[J].中国农业科学，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] 王育红，蔡典雄，姚宇卿，等.保护性耕作对豫西黄土坡耕地降水产流、土壤水分入渗及分配的影响[J].水土保持学报，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] 刘占锋，傅伯杰，刘国华，等.土壤质量与土壤质量指标及其评价[J].生态学报，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，李奕赞，李 颖，等.土壤健康指标体系与评价方法研究进展[J].土壤学报，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] 吕秋爽，周 斌，王 朋.免耕对玉米根系属性和产量以及土壤物理性质的影响：整合分析[J].生态学杂志，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] 黄彩变，曾凡江，雷加强，等.开垦对绿洲农田碳氮累积及其与作物产量关系的影响[J].生态学报，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，周广胜.全球变化下植物的碳氮关系及其环境调节研究进展——从分子到生态系统[J].植物生态学报，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] 任晓月，陈彦云，梁新华.粉垄耕作对宁夏银北盐碱地土壤养分及玉米产量的影响[J].西南农业学报，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，刘 露，等.保护性耕作对西北旱区土壤微生物空间分布及土壤理化性质的影响[J].中国农业科学，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，刘苗苗，等.作物种植模式对土壤微生物和农田有害生物的影响[J].中国农学通报，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] 马胜兰，况福虹，唐家良，等.种植模式对川中丘陵石灰性紫色土结构和地力的影响[J].土壤学报，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，程凯凯，廖育林，等.秸秆深度粉碎均匀抛洒还田降低秸秆焚烧率并提高养分归还量[J].植物营养与肥料学报，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] 蔡丽君，张敬涛，刘婧琦，等.长期免耕秸秆还田对寒地土壤有机碳及大豆产量的影响[J].作物杂志，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] 李天娇，卓富彦，陈冉冉，等.秸秆还田对玉米病虫草害影响的研究进展[J].中国植保导刊，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] 赵慶玲，林 文，任爱霞，等.春季追肥对冬小麦群体构建和籽粒灌浆进程的影响[J].作物杂志，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] 韩自行，张长生，王积军，等.氮肥运筹对稻茬免耕油菜农艺性状及产量的影响[J].作物学报，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