坡耕地垄侧栽培对玉米生理特性及生长发育的影响

doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.06.016

坡耕地垄侧栽培对玉米生理特性及生长发育的影响

李斐^,¹^,², 边少锋², 徐晨², 赵洪祥^,², 宋杭霖², 王芙臣³, 庄妍¹^,²

¹吉林农业大学农学院，130118，吉林长春

²吉林省农业科学院资源与环境研究所，130033，吉林长春

³吉林市农业科学院，132101，吉林吉林

Effects of Ridge Side Cultivation on Maize Physiological Characteristics, Growth and Development in Sloping Farmland

Li Fei^,¹^,², Bian Shaofeng², Xu Chen², Zhao Hongxiang^,², Song Hanglin², Wang Fuchen³, Zhuang Yan¹^,²

¹College of Agriculture, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, Jilin, China

²Institute of Resources and Environment, Jilin Academy of Agricultural Sciences, Changchun 130033, Jilin, China

³Jilin Academy of Agricultural Sciences, Jilin 132101, Jilin, China

通讯作者: 赵洪祥，主要从事旱作节水与玉米高产栽培技术研究，E-mail：zhaohongxiang1973@163.com

收稿日期: 2023-11-7 修回日期: 2024-01-30 网络出版日期: 2024-08-08

基金资助:

吉林省科技发展计划重点研发项目(20210203009SF)
吉林省重大科技专项课题(20220302006NC)

Received: 2023-11-7 Revised: 2024-01-30 Online: 2024-08-08

作者简介 About authors

李斐，研究方向为作物栽培学与耕作学，E-mail：lifei19890712@163.com

摘要

玉米垄侧栽培是我国东北山区推广应用多年的一种保护性耕作栽培方式，为明确其对玉米生长发育、光合特性、生理特性及产量的影响机理，在吉林省东部山区坡耕地进行了2年大田垄侧栽培模式（T1）和传统栽培模式（CK）的对比研究。结果表明，与CK相比，T1处理在抽雄期（V12）和吐丝期（VT）可显著提高玉米叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率。T1处理在拔节期（V8）对玉米叶片的过氧化物酶、过氧化氢酶、硝酸还原酶及磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶有显著负影响，对超氧化物歧化酶、谷氨酰胺合成酶及核酮糖二磷酸羧化酶没有显著影响。在V12和VT期，垄侧栽培对碳代谢酶、氮代谢酶及叶片保护酶均没有显著影响。在V8和V12期，垄侧栽培在干物质积累方面没有明显影响，但在VT期，T1处理的干物质积累显著高于CK。T1处理在V8期对根系伤流有显著负影响，但在V12和VT期有显著正影响。T1处理对叶面积没有显著影响，可降低株高和穗位，增加玉米穗粒数、百粒重，提高玉米产量。上述研究结果表明，坡耕地垄侧栽培对玉米生长发育、光合特性及生理特性有重要影响，可提高玉米产量。

关键词： 玉米; 生理特性; 垄侧栽培; 坡耕地; 生长发育

Abstract

Ridge side cultivation (RSC) of maize, a kind of conservation tillage method in sloping farmland, has been practiced for years in the mountain regions of Northeast China. In order to clarify the influencing machanism of RSC on maize growth and development, photosynthetic characteristics, physiological characteristics and yield, a comparative experiment of maize RSC (T1) and conventional cultivation (CK) was carried out for two years in sloping farmland of eastern mountainous area of Jilin province. The results showed that compared with CK, T1 could significantly increase net photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration rate at maize V12 and VT stages. T1 had significant negative impacts on peroxidase, catalase, nitrate reductase and PEP carboxylase, and hadn't significant impact on superoxide dismutase, glutamine synthetase and RuBP carboxylase at jointing (V8) stage, and hadn't significant impacts on maize carbon metabolic enzyme, nitrogen metabolic enzyme and leaf protect enzyme at V12 and VT stages. T1 didn't had significant impact on dry matter accumulation (DM) at V8 and V12 stages, whereas DM was significant higher in T1 treatment than CK at VT stage. T1 had significant negative impact on maize root bleeding in V8, whereas it had significant positive impacts at V12 and VT stages. T1 didn't have significant impact on leaf area. T1 could lower the plant height and ear height significantly, and increase number of maize grains per ear, 100-grain weight and yields. The findings showed that RSC could boost maize output and has significant impacts on photosynthetic and physiological traits as well as growth and development in maize.

Keywords： Maize; Physiological characteristics; Ridge side cultivation; Sloping farmland; Growth and development

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本文引用格式

李斐, 边少锋, 徐晨, 赵洪祥, 宋杭霖, 王芙臣, 庄妍. 坡耕地垄侧栽培对玉米生理特性及生长发育的影响. 作物杂志, 2024, 40(6): 120-125 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.06.016

Li Fei, Bian Shaofeng, Xu Chen, Zhao Hongxiang, Song Hanglin, Wang Fuchen, Zhuang Yan. Effects of Ridge Side Cultivation on Maize Physiological Characteristics, Growth and Development in Sloping Farmland. Crops, 2024, 40(6): 120-125 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.06.016

玉米是我国东北地区第一大农作物，种植面积占全国玉米种植总面积的39%^[1]。东北半干旱区多呈现山地、丘陵和平原等多种地形地貌，40%以上耕地为坡耕地，坡耕地地表疏松，抗蚀能力较弱，干旱、水土流失和跑水跑肥是玉米生产上的主要问题^[2]。覆盖作物、秸秆还田及间作等栽培方式可显著改善坡耕地玉米的农艺性状和产量^[3-4]。玉米垄侧栽培是一种在吉林省已多年推广应用的坡耕地耕作栽培技术。吉林省东部丘陵半山区农民为解决春季干旱导致玉米出苗不齐、缺苗或苗弱的问题，2000年左右吉林磐石市农民自创出玉米垄侧播种抗旱栽培技术，从2003年开始在吉林省各市、县进行推广应用，玉米增产8%左右^[5-6]。多年推广应用结果表明，玉米垄侧栽培具有防止水土流失、抗旱、保墒、保苗、抗倒伏的优点。其核心技术是每年耕作一半耕地，不翻地、不灭茬，在原垄的一侧形成新垄播种，配套技术包括播种、施肥及除草等^[7⇓-9]。这种耕作栽培技术契合了保护性耕作栽培技术的特点，达到了休耕、根茬还田、防止水土流失的目的。尽管垄侧栽培技术已被推广应用多年，但目前报道大多是该技术推广应用及增产效应等，鲜有垄侧栽培增产机理的研究报道。

作物产量与作物的根、茎、叶、穗长、穗粗、穗行数等农艺性状、产量性状、抗逆性及叶片光合性状等生理性状密切相关^[10-11]，不同的栽培方式对上述性状或特性有显著影响，进而影响产量。许多研究^{[12⇓⇓-15]}表明，植物在不利环境条件下（如干旱、低温及发生病虫害）会引起膜伤害、膜透性增加及生物自由基的积累，而植物体内一系列的抗氧化酶类和小分子物质可以清除这些活性氧自由基，即植物对不良环境作出的适应性反应。根系受伤后从根系流出的液体称为根系伤流，根系伤流强度反映根系主动吸收水分能力的强弱，通过分析伤流液的强度和成分，可以判断植物根系活性的强弱，研究元素在植物体内的转运积累以及与植株其他部位的关系，对揭示植物营养特性具有重要意义^[16⇓-18]。

为探究玉米垄侧栽培技术的增产机理，本研究选择玉米品种华鸿39作为供试材料，研究坡耕地垄侧栽培技术模式对玉米生长发育、干物质积累、光合性状、叶片生理特性、根系伤流及产量形成的影响，为进一步完善坡耕地耕作栽培技术、提升坡耕地玉米生产能力提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021-2022年在吉林省农业科学院沙河沿综合实验站（128.45°E，43.54°N）进行，该区域属北温带大陆性季风气候，海拔520 m，全年有效积温2450~2600 ℃，年均温度3.4 ℃，降水量550~600 mm，无霜期120 d左右，试验田平均坡度8.5°。试验前0~20 cm耕层土壤养分含量为全氮1.75 g/kg、全磷1.04 g/kg、全钾19.31 g/kg、水解性氮168.44 mg/kg、速效磷45.67 mg/kg、速效钾134.02 mg/kg、有机质35.80 g/kg，pH 5.96。

1.2 供试品种

试验选用玉米品种华鸿39，为中早熟品种，生育期116~119 d。

1.3 试验设计

采用大区试验，设置垄侧栽培模式（T1）和传统栽培模式（CK），均采用均匀垄种植，垄宽60 cm，种植密度70 000株/hm²。T1处理在2021年留茬不翻耕，不灭茬，通过犁铧（或旋转犁铧）把原垄体2/5土壤扣翻到相邻垄侧距玉米根茬10 cm处，即为动土2/5与原垄3/5形成新垄体，新垄体成垄动土少，可减少土壤水分蒸发。2022年春季垄侧播种。CK处理为当地常规种植方式，翻耕播种。2个处理间有3垄保护行隔离。设2个大区，每个区面积3000 m²，其他田间管理与当地常规田间管理措施相同。2021和2022年均为垄侧栽培模式，2021年播种时间为5月3日，收获时间为9月27日；2022年播种时间4月29日，收获时间10月2日。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 植株生长发育及干物质积累

分别于玉米拔节期（V8）、大口期（V12）和开花期（VT），在每个大区内选择3个取样区域，每个区域选择5株长势基本一致的玉米，使用直尺测量玉米株高和每一片展开叶的叶长与叶宽，按公式（叶面积=长×宽×0.75）计算玉米单株叶面积。测定后分解装袋，放置于烘干箱中105 ℃杀青30 min，80 ℃条件下烘干至恒重，然后测定玉米单株干物质积累量。

1.4.2 叶片光合性状

取样方式同1.4.1，于V12和VT期使用Li-6400便携式光合作用测定系统（Li-Cor公司，美国）测定玉米穗位叶的净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、胞间二氧化碳浓度（C_i）及蒸腾速率（T_r）。

1.4.3 叶片相关酶活性

取样方式和取样生育时期同1.4.1，V8期取顶部第3片展开叶，V12和VT期取穗位叶，液氮中冷冻保存，使用酶联免疫吸附试剂盒（美棉生物科技有限公司，中国）测定叶片中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、谷氨酰胺合成酶（GS）、硝酸还原酶（NR）、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（RuBP）和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）活性。

1.4.4 根系伤流特性

取样方式与取样生育期同1.4.1，取样前准备脱脂棉、保鲜袋和皮筋套，称量其总干重，计W0，在距玉米根部5 cm处横向切割玉米植株，将准备好的脱脂棉和保鲜袋包裹在切割后的裸露植株横切面上，使用皮筋套将保鲜袋封好。自取样开始记录时间（T），包裹2~3 h后，取下脱脂棉称量其鲜重（W1），利用公式[（W1-W0）/T]计算玉米根系伤流强度。将伤流液从脱脂棉中挤出，采用酶联免疫吸附试剂盒（美棉生物科技有限公司，中国）测定伤流液中可溶性糖（SS）、脱落酸（ABA）、生长素（IAA）及细胞分裂素（CTK）含量。

1.4.5 产量及其构成因素

在玉米成熟期（R6），每个处理选择3处未经取样的区域，取样面积20 m²。按14%水分换算测定产量，每个取样区域选择10穗大小基本一致的果穗考种，测定穗长、百粒重、穗行数、行粒数和穗粒数（穗行数×行粒数）。

1.5 数据处理

数据均为2021和2022年的平均值，每年数据5次重复。采用Excel 2013和SAS 9.0数据处理系统对数据进行整理及差异性分析。

2 结果与分析

2.1 不同栽培方式对玉米植株生长发育和干物质积累的影响

T1处理对株高、穗位、叶面积指数及叶片干物质积累的影响见图1。结果表明，T1处理可显著降低株高和穗位，对叶面积指数没有显著影响。与CK相比，T1处理的株高在V12和VT期分别降低9.0%和4.5%，穗位降低了23.6%。株高和穗位的显著降低有助于增加玉米的抗倒伏能力。在V8和V12期，T1处理和CK的叶片干物质积累没有显著差异，但在VT期，T1处理的叶片干物质积累明显高于CK，增加了17.2%。说明T1处理在玉米生长前期对干物质积累没有明显影响，但在后期有明显影响。

图1

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图1 不同栽培方式对玉米生长发育及干物质积累的影响

不同小写字母表示在P < 0.05水平下差异显著，下同。

Fig.1 Effects of different cultivation patterns on maize growth, development and dry matter accumulation

Different lowercase letters indicate significant differences at the P < 0.05 level, the same below.

2.2 不同栽培方式对玉米光合性状的影响

表1表明，在玉米4个主要光合指标中，在V12和VT期，T1处理P_n、G_s及T_r均极显著或显著高于CK，V12和VT期P_n分别增加了16.24%和28.67%，G_s分别增加了146.67%和63.64%，T_r分别增加了151.90%和24.00%。在C_i方面，在V12期，T1和CK没有显著差异，在VT期，CK极显著高于T1处理。综上可知，T1处理可显著提高玉米的P_n、G_s和T_r，增强光合能力。

表1 不同栽培方式对玉米光合性状的影响

Table 1 Effects of different cultivation patterns on maize photosynthetic characteristics

处理 Treatment	P_n [(μmol/(m²·s)]		G_s [mmol/(m²·s)]		T_r [mmol/(m²·s)]		C_i (μmol/mol)
处理 Treatment	V12	VT	V12	VT	V12	VT	V12	VT
T1	45.45±2.96a	23.34±7.92A	0.37±0.05A	0.18±0.17a	3.98±0.36A	3.72±0.23a	137.17±22.92a	136.64±7.45B
CK	39.10±2.64b	18.14±2.94B	0.15±0.01B	0.11±0.46b	1.58±0.82B	3.00±1.22b	118.08±10.04a	189.64±7.46A

不同大、小写字母分别表示在0.01和0.05水平下差异极显著和显著，下同。

Different capital and lowercase letters indicate extremely and significant differences at the 0.01 and 0.05 levels, the same below.

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2.3 不同栽培方式对根系伤流强度的影响

不同栽培方式对玉米根系伤流强度的影响见图2，结果表明，T1处理对根系伤流有显著影响，拔节期（V8）前T1根系伤流强度显著低于CK，但随着玉米生长，T1处理的伤流强度增加，在V12和VT期，T1处理的伤流强度均显著高于CK，分别增加了25.07%和43.26%。T1处理显著提高了玉米生育中、后期的伤流强度，即提高了根系的活性和主动吸收水分的能力，伤流强度的提高可有效延缓玉米早衰，提高玉米产量。从根系伤流液中激素的变化（表2）可以看出，除V8期T1处理的IAA和ABA显著高于CK外，在其他组分及生育期T1和CK处理间均没有显著差异，表明T1处理对根系伤流组分没有显著影响。

图2

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图2 不同栽培方式对玉米根系伤流强度的影响

Fig.2 Effects of different cultivation patterns on maize root bleeding intensity

表2 不同栽培方式对玉米根系伤流组分的影响

Table 2 Effects of different cultivation patterns on maize root bleeding components

生育期Growth stage	处理Treatment	可溶性糖SS (mg/g)	脱落酸ABA (μg/g)	生长素IAA (μg/g)	细胞分裂素CTK (μg/g)
V8	CK	211.58±2.33a	61.23±2.82b	17.65±0.88b	10.45±0.54a
	T1	213.71±2.82a	71.12±2.31a	19.87±0.53a	10.97±0.32a
V12	CK	207.46±3.45a	68.50±3.91a	18.91±0.82a	11.33±0.65a
	T1	192.52±4.16a	63.33±2.65a	19.58±0.81a	11.11±0.31a
VT	CK	211.64±4.24a	70.75±2.83a	19.93±0.46a	11.25±0.42a
	T1	220.62±3.67a	71.07±2.54a	19.41±0.94a	11.05±0.22a

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2.4 不同栽培方式对玉米叶片碳氮代谢及保护酶活性的影响

玉米叶片不同生育期碳代谢、氮代谢及抗氧化酶测定结果见表3。在碳代谢酶中，除T1处理在V8期的PEPC显著低于CK外，RuBP和PEPC在T1和CK处理间没有显著差异。在氮代谢酶中，除T1在V8期的NR显著低于CK外，GS和NR在T1和CK处理间没有显著差异。在抗氧化酶中，除T1处理在V8期的POD和CAT活性显著低于CK外，SOD、POD及CAT活性在T1和CK间没有显著差异。总体来说，在3个生育期测定的3种抗氧化酶、2种氮代谢酶及2种碳代谢酶中，T1处理在玉米生长前期（V8期）有部分负影响，在生长的中、后期（V12和VT期），T1处理对玉米的抗氧化酶、氮代谢及碳代谢没有显著影响。

表3 不同栽培方式对玉米叶片碳代谢、氮代谢及抗氧化酶活性的影响

Table 3 Effects of different cultivation patterns on the activities carbon metabolism, nitrogen metabolism and antioxidase of maize leaves IU/g

生育期 Growth stage	处理 Treatment	抗氧化酶 Antioxidase			氮代谢酶 Nitrogen metabolism enzyme		碳代谢酶 Carbon metabolism enzyme
生育期 Growth stage	处理 Treatment	SOD	POD	CAT	GS	NR	RuBP	PEPC
V8	T1	969.69±28.14a	4.43±0.26b	90.16±4.35b	11.86±0.54a	34.29±1.36b	76.32±2.04a	4.88±0.15b
	CK	926.82±29.23a	5.06±0.14a	107.34±4.62a	11.80±0.55a	40.63±1.42a	82.62±4.23a	5.33±0.25a
V12	T1	905.20±106.45a	5.48±0.26a	104.39±5.93a	11.67±0.83a	33.66±1.44a	79.10±6.67a	5.01±0.28a
	CK	898.91±42.72a	5.06±0.33a	102.00±4.04a	12.61±0.31a	37.40±4.45a	77.26±7.12a	5.13±0.23a
VT	T1	960.54±88.76a	5.33±0.52a	99.33±2.31a	12.17±0.92a	36.56±2.63a	79.09±5.24a	4.48±0.32a
VT	CK	834.21±38.65a	4.73±0.27a	97.91±3.45a	12.84±0.41a	38.81±1.37a	83.00±1.73a	4.93±0.16a

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2.5 不同栽培方式对玉米产量及其构成因素的影响

产量及其相关性状结果见表4，结果表明，与CK相比，T1处理穗行数增加1.8%，穗粒数增加8.1%，百粒重增加5.0%，产量增加6.8%。产量增加主要来自穗粒数和百粒重的增加，说明T1处理具有显著的增产效果。

表4 不同栽培方式对玉米产量及其构成因素的影响

Table 4 Effects of different cultivation patterns on maize yield and its components

处理 Treatment	产量 Yield (kg/hm²)	穗行数 Ear number per row	穗粒数 Grain number per ear	百粒重 100-seed weight (g)	穗长 Ear length (cm)
T1	724.66±26.84a	14.73±1.26a	657.42±11.24a	33.23±0.93a	18.03±2.57a
CK	678.33±16.57b	14.47±1.45a	607.93±26.43b	31.64±0.36b	17.95±3.54a

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3 讨论

保护性耕作兴起于北美，已在美国和加拿大等70多个国家推广应用，面积达到1.8亿hm²^[19]。我国2020年颁发的《东北黑土地保护性耕作行动计划（2020-2025年）》中提到，力争到2025年保护性耕作面积达到933.33万hm²^[20]。东北地区玉米保护性耕作以增加土壤含水量、控制风蚀和水蚀为主要目标，以少耕、免耕、秸秆覆盖为主^[21]。玉米垄侧栽培是一种典型的半免耕保护性耕作，其半免耕和高根茬还田有利于部分土壤休闲，改善土壤物理性状及有机质含量，上年的高根茬使垄与垄之间形成阻水埂，有利于防止风蚀、水蚀，延缓土壤退化^[22]。

与常规栽培处理相比，本研究T1处理玉米产量提高了6.4%，低于报道中的7%~10%^[23-24]。T1处理是否增产或增产多少与品种、气候及环境等许多因素有关。坡耕地垄侧栽培的主要作用是苗期抗旱、保墒、保苗及防止水土流失。试验在2021-2022年进行，2年中试验区域玉米生长期5-9月份降雨均超过400 mm，基本不存在干旱的问题，可能因此降低了T1处理的增产作用。

植物在逆境条件下产生的活性氧自由基会对植物的细胞膜以及蛋白质等大分子物质产生破坏作用，从而影响到植物的生长与发育。同时在逆境条件下植物体内存在抗氧化酶系统，能够消除体内多余的自由基^[25]。许多研究^[26⇓-28]表明，不利环境条件、栽培方式及不同品种对玉米叶片的保护酶活性有显著影响。本研究中，只有V8期T1处理的POD和CAT活性显著低于CK，在V12和VT期没有显著差异，此结果不能确认T1处理对中、后期玉米的抗氧化酶没有影响，尚需研究在中、后期不利气候环境条件下T1处理对抗氧化酶是否有影响。

合理的耕作栽培方式或调控技术可通过改善作物的生长环境进而有效提升P_n、G_s、C_i及T_r等光合参数^{[29⇓⇓-32]}。本文4个玉米主要光合指标中，在V12和VT生育期，T1处理P_n、G_s及T_r均极显著或显著高于CK，表明T1处理可显著改善玉米的光合性状。

植物伤流强度受土壤性状、耕作栽培方式及温湿度等外界环境因素影响，根系伤流量的多少反映植物主动吸收水分能力的强弱，从一定意义上讲，植物伤流的数量代表了根系生理活动的强弱^[33]。根系伤流强度可作为根系活力的指标，能比较准确地反映根系活性的变化^[34⇓-36]。本研究结果表明，T1处理可显著提高玉米中、后期的伤流强度，即提高了根系的活性和主动吸收水分的能力，其原因可能是T1处理改善了土壤理化性状及肥力，进而提升了根系活力。T1处理对根系伤流成分及碳氮代谢没有明显影响，在其他环境条件下有无影响还有待研究。全面明确T1处理对玉米生长发育的影响，需要在更多不同地域、气候环境条件、不利条件下研究。

病虫草害是影响玉米产量的重要因素，保护性耕作对在土壤中生存或与土壤有关的病虫害（如土传病害、地下害虫）、杂草及土壤微生物有重大影响^{[37⇓⇓-40]}。相对于大量有关保护性耕作栽培对土壤理化性状、作物生长发育及生理特性影响的研究报道，有关保护性耕作对病虫草害影响的研究较少。国内有关保护性耕作栽培技术对病害和虫害影响的研究报道极少，对杂草的报道略多，但绝大多数属于杂草的防除技术。坡耕地垄侧栽培对作物病虫草害影响的深入研究几乎是空白，针对坡耕地垄侧栽培对病虫草害及土壤微生物影响的研究，可为完善垄侧栽培配套技术提供理论依据。

4 结论

与常规栽培方式相比，垄侧栽培可显著降低玉米株高和穗位，增强玉米的抗倒伏性。通过改善玉米光合性能，增加玉米根系伤流强度，进而改善玉米产量构成，显著提高产量。

参考文献

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文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

陈绪昊, 高强, 陈新平, 等.

东北三省玉米生产资源投入和环境效应的时空特征

中国农业科学, 2022, 55(16):3170-3184.

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2022.16.009 [本文引用: 1]

【目的】玉米的总产量在我国三大主粮作物中最高,位居世界第二位。东北三省玉米种植面积占全国的39%,而资源投入相对较低。本研究旨在明确东北三省玉米生产资源投入和环境效应的时空特征。【方法】基于生命周期评价（life cycle assessment）方法,采用适用于东北三省玉米生产的活性氮损失模型,定量化评价东北三省2007—2016年玉米生产系统的资源投入（肥料、农药和柴油等）及其相关的活性氮损失和温室气体排放等环境风险。【结果】东北三省玉米生产资源投入在时空尺度上均存在较大差异。吉林省玉米生产的平均总施肥量为400 kg·hm-2,单产为7 065 kg·hm-2,平均单位面积温室气体（GHG）排放量为2 965 kg CO2 eq·hm-2,均为三省最高,而碳、氮足迹较低,平均单位面积活性氮（Nr）损失量为中间水平且年际间变化不大。辽宁省的平均氮肥投入量为198 kg·hm-2,Nr损失量为20.8 kg N·hm-2,碳、氮足迹为493 kg CO2 eq·Mg-1和3.53 kg N·Mg-1,均为最高。单产为5 966 kg·hm-2,处于中等水平,GHG排放量年际间变化不大。黑龙江省平均施氮量为149 kg·hm-2,单产水平为5 318 kg·hm-2,Nr损失量和GHG排放量等均为三省最低,碳、氮足迹均处于中等水平。时间尺度上,2008—2015年东北三省玉米种植面积逐年增大,累积增加了5.73 Mhm2。2015年东北三省玉米产量最高,达91.2 Mt（百万吨）;2007—2016年玉米平均总产量占全国的32%,其中黑龙江省、吉林省和辽宁省分别占13.9%、11.7%和6.7%;10年平均种植面积占全国的30%,其中黑龙江省、吉林省和辽宁省分别占14.7%、9.3%和6.4%。东北三省玉米10年平均单产为6 116 kg·hm-2,平均单产最高年份为2013年,为6 824 kg·hm-2。2007—2016年10年间东北三省玉米生产的肥料投入整体呈上升趋势,氮肥稳中有降,磷钾肥逐年升高,2014—2016年3年肥料增长趋势大幅减缓,逐渐趋于稳定,10年间氮、磷、钾肥平均用量分别为177、101和70.2 kg·hm-2。2007—2016年,东北玉米生产农药投入量呈现稳步上升趋势;柴油投入量前4年较为稳定,后逐渐上升。东北玉米生产10年间的平均农药用量为10.2 kg·hm-2,平均柴油用量为94.6 L·hm-2。10年间玉米生产（2007—2016）平均单位面积Nr损失量和GHG排放量分别为19.0 kg N·hm-2和2 770 kg CO2 eq·hm-2。Nr损失量10年间较为稳定。2007—2008和2009—2011年玉米生产的平均GHG排放量呈下降趋势,2012—2016年呈稳定上升趋势,2016年达到最高的3 045 kg CO2 eq·hm-2。氮肥田间施用产生的氨挥发是玉米生产中活性氮损失的主要途径,硝酸盐淋洗损失次之,而氧化亚氮排放占比最低。温室气体的主要排放环节为肥料生产运输与田间施用。10年间,东北玉米生产的平均氮足迹和碳足迹分别为3.16 kg N·Mg-1和459 kg CO2 eq·Mg-1。【结论】东北三省玉米生产的资源利用和环境代价在空间尺度上差异较明显,吉林省的平均肥料投入量比黑龙江省高124 kg·hm-2,GHG排放量高524 kg CO2 eq·hm-2;在时间尺度上,10年间东北三省玉米生产的氮肥投入量为170—182 kg·hm-2,Nr损失量变化范围为18.4—19.4 kg N·hm-2,为我国玉米主产区中较低的氮肥投入与损失量。玉米生产碳、氮足迹的高低主要取决于资源投入（尤其是氮肥投入）与单产水平之间的平衡。东北三省玉米生产资源投入和环境效应的时空特征分析有助于明确现阶段限制因素与主控因子,为优化养分管理实现粮食安全和碳减排的双赢提供理论支撑。

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王大中, 龙雨涛, 常晓东.

东北半干旱区坡耕地水土流失概况及防治策略

农业与技术, 2013, 3(8):226.