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作物杂志, 2026, 42(4): 171-179 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2026.04.020

生理生化·植物营养·栽培耕作

河套地区无膜浅埋滴灌对玉米产量及经济效益的影响

张梦楠,1,2, 张国强2, 薛军2, 朱西雅2, 谢瑞芝2, 许高平3, 李少昆2, 王克如2, 明博2, 葛均筑,1

1 天津农学院农学与资源环境学院/天津市主要农作物智能育种重点实验室， 300392， 天津

2 中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部作物生理生态重点实验室， 100081， 北京

3 天津农学院现代农业科学技术研究院， 300392， 天津

Effects of No-Film Shallow Buried Drip Irrigation on Maize Yield and Economic Benefits in the Hetao Region

Zhang Mengnan,1,2, Zhang Guoqiang2, Xue Jun2, Zhu Xiya2, Xie Ruizhi2, Xu Gaoping3, Li Shaokun2, Wang Keru2, Ming Bo2, Ge Junzhu,1

1 College of Agronomy and Resources and Environment, Tianjin Agricultural University / Tianjin Key Laboratory of Intelligent Breeding of Main Crops, Tianjin 300392, China

2 Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100081, China

3 Institute of Modern Agricultural Science and Technology, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300392, China

通讯作者: 葛均筑，研究方向为作物栽培生理学，E-mail：gjz0121@126.com

收稿日期: 2025-03-1   修回日期: 2025-04-29   网络出版日期: 2026-02-03

基金资助: 国家重点研发计划(2023YFD2301802)
国家自然科学基金(32101831)
北方农牧技术创新中心(BFGJ2022001)

Received: 2025-03-1   Revised: 2025-04-29   Online: 2026-02-03

作者简介 About authors

张梦楠，主要从事玉米栽培研究，E-mail：1685508208@qq.com

摘要

全球农业正面临着保障粮食安全与实现绿色可持续发展的双重挑战。设置膜下滴灌（FM）、无膜浅埋滴灌（NM）和覆膜漫灌（T）3种栽培模式，以及7.5万（低密）、9.0万（中密）和10.5万株/hm2（高密）3个种植密度，探讨其对玉米干物质积累量、产量形成及经济和生态效益协同机制的影响。结果表明，FM模式显著缩短玉米生育期，出苗期和成熟期较NM模式分别提前2.5~3.0和4.0~6.5 d；但NM模式的干物质积累量与FM模式无显著差异，且收获指数（HI）持平。高密度种植下，NM模式的籽粒产量与FM模式相当，但其单位产量温室气体（GHG）排放强度降低30.0%。NM模式消除地膜生产排放，减排贡献18.7%。经济方面，NM模式净收益较T模式提高87.3%，得益于地膜成本节省及水肥利用效率提升；环境方面，其单位产量GHG排放强度低于全球玉米生产均值。综上，NM模式在实现“吨粮田”目标的同时兼顾“低碳田”建设，为河套灌区探索粮食生产与低碳发展协同路径提供了理论依据。

关键词： 绿色农业; 玉米; 无膜浅埋滴灌; 经济效益; 温室气体排放

Abstract

Global agriculture is facing the dual challenges of ensuring food security and achieving green and sustainable development. Three cultivation modes, including film-mulched drip irrigation (FM), no-film shallow buried drip irrigation (NM), and film-mulched flood irrigation (T), and three planting densities of 7.5×104 (low), 9.0×104 (medium), and 10.5×104 plants/ha (high), were established to explore their effects on maize dry matter accumulation, yield formation, and the synergistic mechanisms of economic and ecological benefits. The results showed that the FM mode significantly shortened the maize growth period, with the emergence stage and maturity occurring 2.5-3.0 and 4.0-6.5 days earlier than those of the NM mode, respectively; however, there was no significant difference in dry matter accumulation between the NM and FM modes, and the harvest index (HI) remained comparable. Under high planting density, the yield of the NM mode was comparable to that of the FM mode, but its greenhouse gas (GHG) emission intensity per unit yield was reduced by 30.0%. The NM mode eliminated emissions from plastic film production, contributing 18.7% to emission reduction. Economically, the net income of the NM mode increased by 87.3% compared with the T mode, benefiting from plastic film cost savings and improved water and fertilizer use efficiency; environmentally, its GHG emission intensity per unit yield was lower than the global average for maize production. In conclusion, the NM mode achieves the goal of “ton-grain field” while simultaneously addressing the construction of “low-carbon field”, providing a theoretical basis for exploring the synergistic path of grain production and low-carbon development in the Hetao Irrigation District.

Keywords： Green agriculture; Maize; No-film shallow buried drip irrigation; Economic benefits; Greenhouse gas emissions

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本文引用格式

张梦楠, 张国强, 薛军, 朱西雅, 谢瑞芝, 许高平, 李少昆, 王克如, 明博, 葛均筑. 河套地区无膜浅埋滴灌对玉米产量及经济效益的影响. 作物杂志, 2026, 42(4): 171-179 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2026.04.020

Zhang Mengnan, Zhang Guoqiang, Xue Jun, Zhu Xiya, Xie Ruizhi, Xu Gaoping, Li Shaokun, Wang Keru, Ming Bo, Ge Junzhu. Effects of No-Film Shallow Buried Drip Irrigation on Maize Yield and Economic Benefits in the Hetao Region. Crops, 2026, 42(4): 171-179 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2026.04.020

玉米是我国第一大粮食作物，兼具粮用、饲用和工业加工原料等多种用途，对保障我国粮食安全具有重要的意义[1-2]。全球气候变化和耕地资源约束背景下，发展环境友好型高产栽培技术是现代农业可持续发展的必然选择。研究[3-4]指出，优化群体结构和提高种植密度是玉米增产的关键途径。当密度从6.0万株/hm2增至13.5万株/hm2时，光能截获率可提升22%~35%[5]。2020年我国新疆奇台县在13.5万株/hm2的种植密度下获得了最高产量（24 948.75 kg/hm2）[6]。这一增产效应源于密度调控对单位面积穗数、穗粒数和千粒重的协同优化机制[7]。然而，高密度种植对水热资源的高效利用提出了更高要求，传统覆膜栽培模式的技术局限性日益凸显。

地膜覆盖技术通过改善耕层微环境、延长生育周期和抑制杂草生长[8-10]，在我国干旱半干旱地区玉米生产中发挥了关键作用，可使产量提升20%~ 50%[11]。但长期覆膜导致土壤中残膜量达2.0×106 t，回收率不足60%[12]，土壤中残留的大量薄膜不仅降低了土壤通透性，增加了土壤容重[13-14]，造成土壤结构退化，还损害作物生长，降低耕地质量和作物产量[13,15-16]。研究[17]表明，地膜对农业生产的积极影响可能会被残膜负面作用消除或者抵消，严重威胁农业生产以及生态环境的保护[18-19]，发展替代性绿色栽培技术迫在眉睫。

河套地区处于温带大陆性干旱-半干旱气候带，光照资源充足，昼夜温差大，有利于作物有机质的积累，属于农作物黄金种植带[20]。该区夏季高温干旱缺水，在传统生产模式中，品种繁杂、种植密度偏低、病虫害严重、水肥管理粗放和残膜难降解等是限制玉米产量的主要因素[21]。农民经济收益低，生态环境压力逐渐增大[22]。滴灌水肥一体化技术解决了传统灌溉下施肥总量控制和分期调控的难题，可精确地调控水分和肥料的施入数量及时间，大幅度提高水分和氮素利用效率。杜君等[23]研究表明，与传统灌溉相比，滴灌技术可增产5.30%~6.10%，水分利用效率可提高36.10%~ 39.42%，氮肥利用率可提高35.29%~37.56%。浅埋滴灌是一种新型滴灌技术，地表无膜覆盖，滴灌管浅埋于地表（3~5 cm），在发挥滴灌技术精准调控水分优势的同时避免残膜污染等问题，在半干旱风沙地区具有更大的应用价值[24]。杨恒山等[25]在内蒙古东部区研究发现，玉米籽粒产量表现为浅埋滴灌>传统漫灌>膜下滴灌。随着现代化智能农业的进步、栽培技术的改进以及田间管理模式的更新，无膜机械作业更利于实现除草和喷药等作业[26]。相较于传统大水漫灌，采用智能滴灌水肥一体化设备可高效利用灌溉水和肥料。因此，机械自动化技术可取代地膜效应并提高农田管理的精细化程度，为减少甚至取消塑料薄膜的使用提供了有利条件[27]。近年来，前人[28-29]通过研究品种、灌溉方式以及积温条件等措施，对无膜浅埋滴灌条件下玉米产量和水肥利用效率的响应提供了可行性依据。但现有研究多聚焦于单一技术要素的效应解析，关于密度―灌溉协同调控对群体质量形成及产量构成的影响机制尚不明确，特别是对无膜条件下高密度种植的生态适应性缺乏系统评估。

河套灌区玉米种植长期惯用覆膜大水漫灌的生产模式，农户普遍存在“地膜覆盖必然高产”的传统认知。在积温偏低或水资源短缺的区域，可通过覆膜缓解低温与干旱的限制，促进作物生长。然而，该区域≥10 ℃积温超过3200 ℃·d，热量资源可满足玉米正常生育需求，同时，近年来引用的滴灌水肥一体化设备可精准调控水分。因此，地膜覆盖的应用并非出于对热量资源不足和灌溉时效性受限的弥补考虑，而更多是出于延续传统经验及追求早期增温保墒、控草保肥的目的。随着水资源紧张与地膜污染问题日益突出，亟需探索更为绿色高效的替代技术。本研究以河套灌区主栽玉米品种科河699为材料，采用漫灌和滴灌2种灌溉方式，探讨覆膜与无膜条件下种植密度对玉米干物质积累量及产量形成影响的规律，以及不同栽培模式的经济效益与生态效益的协同机制，旨在构建基于密度优化的无膜浅埋滴灌技术体系，为干旱灌区玉米绿色高产高效生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

于2023-2024年玉米生育期（5-10月），在内蒙古巴彦淖尔市乌拉特中旗宏丰村（41°26′ N，107°56′ E，海拔984.41 m）开展试验。该区属温带大陆性季风气候，≥10 ℃有效积温3200~ 3400 ℃·d，年太阳总辐射量1637~1685 kW/m2，年日照时数3100~3300 h，无霜期130 d。供试土壤为粉砂质壤土，0~40 cm耕层基础肥力为全氮0.55 g/kg、有效磷6.34 mg/kg、速效钾151 mg/kg、有机质12.92 g/kg和pH 8.7。生育期内气温与降水动态见图1。2023年玉米生长期的平均温度为21.87 ℃，降水量为78.1 mm；2024年玉米生长期平均温度为20.71 ℃，降水量为162.3 mm，生育后期降水量高于2023年。

图1

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图1   2023-2024年玉米生育期气温与降水动态

Fig.1   Dynamics of temperature and precipitation during maize growth period from 2023 to 2024


1.2 试验设计

供试品种为科河699，采用裂区设计。主区为膜下滴灌（FM）、无膜浅埋滴灌（NM）和覆膜漫灌（农户传统模式，T）3种栽培模式；副区设置7.5万（低密，LD）、9.0万（中密，MD）和10.5万株/hm2（高密，HD）3个种植密度。每个小区种植20行，行长5 m，面积55 m2，重复3次。T模式通过起垄与其他模式分隔水分，各栽培模式取样行间隔8.8 m。

FM、NM和T模式主区播种时统一将65.0 kg/hm2 N、105.0 kg/hm2 P2O5和34.5 kg/hm2 K2O作为种肥施入。T模式采用撒施的方式，在拔节期一次性施入390.0 kg/hm2 N、165.0 kg/hm2P2O5和120.0 kg/hm2 K2O，生育期内灌水3次，灌溉量按当地生产用量（450 m3）。滴灌模式（FM和NM）所有处理在播种后24 h内浇出苗水，滴水齐苗，提高玉米的出苗率和整齐度。采用滴灌水肥一体化的施肥方式，全生育期分9次共追施390.0 kg/hm2 N、165.0 kg/hm2 P2O5和120.0 kg/hm2 K2O，生育期内灌水9次，灌溉定额降至300 m3。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生育期

记录播种至生理成熟期（R6）的关键生育阶段日期，包括出苗期（VE）、6展叶期（V6）、吐丝期（R1）、乳熟期（R3）和R6期。

1.3.2 干物质积累量

于VE期、拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、R1期、灌浆中期和R6期，每小区选5株代表性植株，按器官分离后，105 ℃杀青60 min，80 ℃烘干至恒重，测定干物质积累量。

花后干物质积累量（t/hm2）=收获时干物质积累量-花前干物质积累量
花后干物质积累率（%）=（花后干物质积累量/收获时干物质积累量）×100
收获指数（HI）=籽粒重/地上部干物质重

1.3.3 产量及其构成因素

玉米生理成熟后，去除边行及两端2 m以消除边行效应。在每个小区中间取6行、5 m测产，收获全部果穗，称鲜重并统计数量。按平均穗重法选20个果穗作样穗，脱粒后称重计算出籽率，并用校准的谷物水分测定仪（PM-8188，日本KETT）测籽粒含水率，按14.0%含水率折算实际产量，同时测量单位面积穗数、穗粒数和千粒重。

1.3.4 经济效益

经济效益各指标的计算公式为：

总收益（GP，元/hm2）=P×Y+SOV+DIT
粮食效益（GEB，元/hm2）=P×Y
总投入（TI，元/hm2）=II+FI+SI+MFI+OI
经济效益（EB，元/hm2）=GP-TI
产投比（ROI）=GP/TI

式中，P为玉米单价（元/hm2），Y为玉米产量（t/hm2），SOV为秸秆产值（元/hm2），DIT为滴灌带回收收益（元/hm2），II为灌溉投入费用（元/hm2），FI为肥料投入费用（元/hm2），SI为种子投入费用（元/hm2），MFI为地膜投入费用（元/hm2），OI为其他投入费用（元/hm2）。

1.3.5 温室气体（GHG）排放量

采用生命周期评估法估算不同生产模式系统的GHG排放量，以CO2排放当量（CO2-eq）表示。本研究使用0.01 mm地膜60 kg/hm2，GHG排放量计算公式如下[30]：

GHG排放量=$\sum _{\text{i}\text{=1}}^{\text{n}}T{\text{I}}_{\text{i}}\text{×}\text{E}{\text{F}}_{\text{i}}$

式中，TIi为玉米生产的总投入；EFi为各投入项的生命周期排放系数，玉米生产系统GHG排放系数引自文献[28]；n为农业投入项目数。

1.3.6 经济敏感性

为评估不同栽培模式在价格波动下的经济抗风险能力，采用单因素敏感性分析法（one-way sensitivity analysis）模拟玉米籽粒售价波动对净收益的影响。以试验测定的籽粒市场均价p为基准值，设定售价在±10%范围内变动，计算0.9p、p和1.1p 3种情境下NM与FM模式的净收益变化，并计算变幅，变幅（%）=（敏感情境收益-基准收益）/基准收益×100，对比分析并判断各模式在不同市场环境下的稳定性和抗风险能力。

1.4 数据处理

采用Excel 2019和SPSS 26.0软件进行数据整理与分析，采用最小差异法进行多重比较，使用Origin 2023软件绘图。

2 结果与分析

2.1 露地和覆膜间玉米生育进程的差异

2年试验表明，覆膜栽培显著缩短玉米生育周期（图2）。与NM模式相比，FM和T模式的全生育期分别缩短2.5~4.0和7.5~8.5 d。NM模式的VE、R1和R6期分别较FM和T模式延迟2.5~3.0、4.5~6.0和4.0~6.5 d。分析2年不同栽培模式下玉米各生长阶段均值变化（图3）可知，差异主要集中在VE~V6和R1~R6阶段，可能与VE~V6期受早期环境调控（温度、水分和出苗）影响大，R1~R6期受后期营养供应和籽粒灌浆影响显著有关。此外，NM与FM模式间生育期相差2.0~4.0 d，但比T模式延长7 d以上，滴灌管理改善中后期水肥环境，利于延长生育期。

图2

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图2   不同栽培模式下玉米的生育进程

Fig.2   Growth process of maize under different cultivation modes


图3

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图3   2023-2024年不同栽培模式下玉米阶段生育期的均值变化

Fig.3   The mean change of growth period of maize under different cultivation modes from 2023 to 2024


2.2 露地和覆膜间玉米干物质积累与分配的差异

覆膜与无膜处理显著影响玉米干物质积累与分配（表1）。与T模式相比，FM和NM模式花前干物质积累量提高10.3%~12.8%，R6期干物质积累量显著增加5.2%~10.8%，但花后干物质贡献率差异不显著。HD密度下，FM与NM模式的HI较T模式提高5.9%~6.7%。密植滴灌模式通过优化水肥管理促进同化物向籽粒分配。栽培模式×种植密度交互作用显著影响HI，密度提升会使HI下降，高密度种植需精细水肥调控以稳定HI，实现高产高效。方差分析显示，年份×种植密度、栽培模式×种植密度互作对花后干物质积累量和积累率影响显著。

表1   不同栽培模式下干物质转运与积累特征

Table 1  Characteristics of dry matter translocation and accumulation under different cultivation modes

年份
Year		种植密度
Planting
density		栽培模式
Cultivation
mode		花前干物质积累量
Dry matter
accumulation before
anthesis (t/hm2)		R6期干物质积累量
Dry matter
accumulation
in R6 stage (t/hm2)		花后干物质积累量
Dry matter
accumulation
after anthesis (t/hm2)		花后干物质积累率
Dry matter
accumulation
rate after anthesis (%)		HI
2023LDFM11.53a30.83a19.31a62.61a0.56a
NM11.41a30.56a19.15a62.67a0.56a
T10.71b28.82b18.12b62.85a0.53b
MDFM12.19a33.53a21.34a63.63a0.55a
NM12.68a33.26a20.59a61.87a0.55a
T12.18a31.51b19.34b61.30a0.52b
HDFM13.81a36.22a22.42a61.89a0.54a
NM13.89a35.43a21.54a60.79a0.54a
T13.02b32.94b19.93b60.48a0.51b
2024LDFM12.06a28.56a16.50a57.77a0.59a
NM12.15a28.89a16.75a57.95a0.58a
T11.45b27.30b15.85b58.05a0.55b
MDFM13.18a32.61a19.43a59.55a0.55a
NM12.77a32.38a19.61a60.58a0.56a
T11.59b29.76b18.17b61.04a0.53b
HDFM13.77a35.85a22.08a61.59a0.54a
NM13.21a34.65a21.43a61.86a0.55a
T12.41b32.88b20.48b62.27a0.52b
年份Year********ns
种植密度Planting density******ns**
栽培模式Cultivation mode******ns**
年份×种植密度Year×Planting densitynsns****ns
年份×栽培模式Year×Cultivation modensnsnsnsns
种植密度×栽培模式
Planting density×Cultivation mode		ns
**
**
ns
ns
年份×种植密度×栽培模式
Year×Planting density×Cultivation mode		ns
ns
ns
ns
ns

同列不同小写字母表示同一年份处理间在P < 0.05水平差异显著。“*”和“**”分别表示在P < 0.05和P < 0.01水平影响显著，“ns”表示无显著影响。下同。

Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at P < 0.05 level in the same year.“*”and“**”indicate significant effects at P < 0.05 and P < 0.01 levels, respectively,“ns”indicates no significant effects. The same below.

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2.3 露地和覆膜间玉米产量及其构成因素的差异

种植密度与栽培模式协同影响玉米产量及其构成因素（图4）。种植密度从LD增至HD时，FM与NM模式的产量分别提高13.6%和15.3%，显著高于T模式的8.9%。FM和NM处理的穗粒数和千粒重较T模式分别显著提高6.5%~11.5%和7.1%~9.6%，而穗数无显著差异（表2）。与干物质积累量结果一致，FM和NM模式的花后干物质贡献率（62.6%~63.6%）高于T模式（60.5%~62.8%）（表1），表明密植滴灌模式通过延长灌浆期光合产物供应，同步提升了穗粒数与千粒重。

图4

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图4   不同栽培模式间玉米产量的变化

“*”和“**”分别表示在P < 0.05和P < 0.01水平差异显著，“ns”表示无显著差异。下同。

Fig.4   Changes of maize yield among different cultivation modes

“*”and“**”indicate significant differences at P < 0.05 and P < 0.01 levels, respectively,“ns”indicates no significant differences. The same below.


表2   不同栽培模式间玉米产量构成因素的变化

Table 2  Changes of maize yield components among different cultivation modes

年份
Year		种植密度
Planting
density		栽培模式
Cultivation
mode		穗粒数
Grains
per ear		千粒重
1000-grain
weight (g)		穗数
Ear number
(×104/hm2)
2023LDFM611.10a401.79a7.10a
NM598.80a400.35a7.01a
T561.33b375.11b7.01a
MDFM530.90a374.30a8.61a
NM519.51a370.92a8.65a
T478.47b344.50b8.61a
HDFM477.72a340.49a10.12a
NM471.93a347.31a10.16a
T428.27b316.90b10.12a
2024LDFM555.78a427.18a7.29a
NM569.11a418.91a7.18a
T521.67b390.40b7.28a
MDFM518.44a390.55a8.64a
NM514.89a389.57a8.79a
T472.40b354.50b8.49a
HDFM473.11a364.65a10.21a
NM475.44a365.08a10.27a
T446.67b338.00b9.80a

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不同栽培模式对玉米产量构成因素具有显著影响，但其影响程度因种植密度而异。在相同种植密度条件下，FM与NM模式的穗粒数及千粒重均显著高于T模式，而穗数无显著差异，表明栽培模式主要通过优化穗粒形成与籽粒灌浆实现增产。

种植密度从LD增至HD时，3种栽培模式的穗粒数下降22.3%~29.8%，千粒重降低14.3%~ 15.6%。LD密度下，FM和NM模式的穗粒数较T模式分别显著提高8.9%和8.4%，千粒重分别提升9.3%和7.0%。密度提高后，FM和NM模式的穗粒数分别较T模式增加10.5%和9.8%，千粒重分别极显著上升7.9%和9.2%。高密度下，NM模式的穗粒数与FM差异不显著，但比T模式提高11.5%，表明滴灌是密植条件下维持穗粒形成能力和高产的关键，与覆膜种植无显著相关性。方差分析显示（表3），栽培模式与种植密度交互对穗粒数、千粒重及产量影响显著。

表3   年份、种植密度和栽培模式对玉米产量及其构成影响的方差分析

Table3  Variance analysis of the effects of year, planting density and cultivation mode on maize yield and its components

指标
Index		穗粒数
Grains
per
ear		千粒重
1000-
grain
weight		穗数
Ear
number		产量
Yield
年份Year****ns**
种植密度Planting density********
栽培模式Cultivation mode********
年份×种植密度Year×Planting density**ns**ns
年份×栽培模式Year×Cultivation modensns**ns
种植密度×栽培模式
Planting density×Cultivation mode		**
**
ns
**
年份×种植密度×栽培模式
Year×Planting density×Cultivation mode		ns
ns
ns
ns

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2.4 玉米产量及其构成因素、干物质积累量及HI间的关系

通径分析结果（图5）揭示了不同栽培模式下花前、花后干物质积累量对产量及其构成因素和HI的直接与间接影响。3种模式下，花前干物质积累量显著正向影响穗数、穗粒数和千粒重，而花后干物质积累量是千粒重和HI提升的关键基础。穗数是各模式下提高产量的核心因素，而穗粒数和千粒重均受穗数提升的负向影响。FM和NM模式通过精准栽培管理优化，显著提升HI是滴灌精准调控模式提高产量的关键。

图5

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图5   玉米产量及其构成因素、干物质积累量及HI的通径分析

实线和虚线分别表示关系显著和不显著，数字表示通径系数。

Fig.5   Path analysis of maize yield and its components, dry matter accumulation and HI

The solid line and dotted line indicate significant and insignificant relationships, respectively, and the number indicates the path coefficient.


2.5 不同栽培模式对经济效益的影响

在HD密度下，NM模式的经济效益（28 450±320元/hm2）较FM和T模式分别极显著提高15.2%和87.3%，产投比达2.8。与T模式相比，NM模式通过节省地膜投入（600元/hm2）和降低灌溉投入（33.0%）降低成本；FM模式因地膜回收成本增加（200元/hm2），部分抵消增产收益。经±10%玉米籽粒售价波动的敏感性分析，NM经济效益变幅（±12.5%）小于FM（±15.8%），NM模式经济效益最优（图6）。

图6

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图6   不同栽培模式间玉米经济效益的变化

Fig.6   Changes in economic benefits of maize under different cultivation modes


2.6 不同栽培模式GHG排放估算

NM模式显著降低碳足迹（图7），其单位产量排放强度（0.21 kg CO2-eq/100 kg籽粒）较T模式降低75.2%，主要归因于地膜生产排放的消除（减排贡献率18.7%）和氮肥利用率的提升（N2O排放降低12.5%）。与全球均值（0.35 kg CO2-eq/100 kg籽粒）相比，NM模式具有显著的低碳优势。

图7

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图7   不同栽培模式下GHG排放

Fig.7   GHG emissions under different cultivation modes


3 讨论

3.1 覆膜与无膜栽培模式对玉米生育进程及干物质积累的调控机制

本研究结果表明，覆膜处理（FM和T）通过提高耕层温度与保水能力显著缩短玉米生育期，其VE和R6期较NM模式分别提前2.5~3.0 d和4.0~6.5 d。这一现象与Wang等[31]的发现一致，即覆膜在生育前期（VE至拔节期）可使0~20 cm土层温度提高2.1~4.6 ℃，加速植株早期发育。然而，NM模式虽因无地膜覆盖导致生育期延迟，但其干物质积累量（R6期35.04 t/hm2）与FM模式（36.04 t/hm2）无显著差异，滴灌通过精准水肥供应延长了玉米生育期，有利于提高干物质积累量和中后期热量资源利用效率。特别是NM模式的收获指数（HI=0.54）与FM模式持平，在热量资源充足条件下，无膜种植技术的推广具有广阔前景。

3.2 密度与灌溉方式协同优化对产量及资源利用效率的影响

密度与灌溉模式的交互效应显著。在HD密度下，NM模式的产量（19.40~19.43 t/hm2）与FM（19.00~19.09 t/hm2）相当，但单位产量GHG排放强度（0.21 kg CO2-eq/100 kg籽粒）较FM模式（0.30 kg CO2-eq/100 kg籽粒）降低30%，凸显了NM模式在高密度种植中的优势。在我国东北及西辽河流域等地区，覆膜滴灌与无膜滴灌的玉米产量无显著差异[24,32]。我国北部地区采用无膜滴灌高效节水模式，玉米籽粒产量及综合效益表现更优[24]。滴灌通过精准水肥调控，缓解了密植群体间竞争压力，提升了产量潜力和稳定性。本研究中，NM模式的GHG减排效应主要源于地膜生产与使用过程GHG排放的规避（减排贡献率18.7%），与Zhang等[28]在新疆春玉米产区的研究结论一致。

3.3 无膜浅埋滴灌技术的生态经济协同效应与推广潜力

NM模式在河套灌区实现了“增产―降本―减排”三重协同。经济上，NM模式的净收益（28 450元/hm2）较T模式提高87.3%，主要得益于节省地膜成本（600元/hm2）和滴灌提高用水效率（灌溉水分利用效率提升39.4%），而FM模式因地膜回收成本增加（200元/hm2），部分抵消了增产收益。此外NM模式的单位产量GHG排放强度（0.21 kg CO₂-eq/100 kg籽粒）低于华北平原平均水平（0.28 kg CO2-eq/100 kg籽粒）和全球玉米生产均值（0.35 kg CO2-eq/kg，IPCC 2019）[33]，体现了其“低碳高产”的特性。NM模式契合河套灌区绿色、高效和可持续农业发展的需求，实现了“减膜、节水、降碳、提效”的多重目标，降低了农户生产成本，提升了净收益，具有良好的推广前景和实践指导意义。

4 结论

分析科河699在FM、NM和T模式下，不同种植密度对玉米生育进程、干物质积累量、产量形成及资源利用效率的影响，在高密度栽培条件下，FM和NM模式通过精准水肥调控延长生育期，缓解了密植条件下植株间的资源竞争，提高了产量稳定性和资源利用效率。与FM模式相比，NM模式既保证了籽粒产量和干物质积累水平，又显著降低了单位产量GHG排放强度，提高了水肥利用效率和经济效益，在河套灌区展现出良好的生态经济协同效应。

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玉米是全球也是中国第一大作物，在保障国家粮食安全中占有重要地位。当前，面对经济社会的快速发展和人增地减、资源紧缺、生态环境恶化等一系列突出问题，玉米栽培学科正面临着严峻挑战和新的历史发展机遇，在此重要历史关头，回顾中国玉米栽培研究历程和科技进展，探索未来发展方向具有重要的意义。分析表明，经过60年不懈努力，玉米栽培研究的目标已由产量为主向高产、优质、高效、生态、安全等多目标协同发展，研究内容不断拓宽与深入，形成了具有显著中国特色的玉米栽培科学与技术体系。进入21世纪以来，玉米栽培研究进入黄金发展期，在栽培理论、关键技术创新与应用方面取得一系列重要突破，在保障国家粮食安全中发挥了重要的作用。围绕未来玉米生产对科技的需求，依据现代科技的发展趋势，笔者认为高产、优质、高效、生态、安全仍将是未来玉米栽培研究的主要目标，并提出今后20年重点研究的方向与任务：一是继续探索不同生态区玉米产量潜力及突破技术途径，努力提高单产水平；二是转变生产方式，围绕籽粒生产效率，以提高资源利用效率和劳动生产效率为目标，降低生产成本，提高商品质量，增强玉米市场竞争力；适度发展青贮玉米和鲜食玉米等，促进玉米生产向多元化方向发展；三是应对全球气候变化，开展抗逆、减灾、稳产理论和技术研究，实施保护性耕作，实现玉米可持续生产；四是依托现代信息技术，开展智能化栽培技术研究，实现玉米精准生产与管理；五是强化栽培学科基础研究，玉米设计栽培，夯实玉米科技研究和生产发展基础。

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Concurrent to yield, maize (Zea Mays L.) plant density has significantly increased over the years. Unlike yield, however, the rate of change in plant density and its contribution to maize yield gain are rarely reported. The main objectives of this study were to examine the trend in the agronomic optimum plant density (AOPD) and quantify the contribution of plant density to yield gain. Maize hybrid by seeding rate trials were conducted from 1987-2016 across North America (187,662 data points). Mixed model, response surface, and simple linear regression analyses were applied on the meta-data. New outcomes from this analysis are: (i) an increase in the AOPD at rate of 700 plant ha(-1) yr(-1), (ii) increase in the AOPD of 1386, 580 and 404 plants ha(-1) yr(-1) for very high yielding (VHY, > 13 Mg ha(-1)), high yielding (HY, 10(-13) Mg ha(-1)) and medium yielding (MY, 7-10 Mg ha(-1)), respectively, with a lack of change for the low yielding (LY, < 7 Mg ha(-1)) environment; (iii) plant density contribution to maize yield gain ranged from 8.5% to 17%, and (iv) yield improvement was partially explained by changes in the AOPD but we also identified positive impacts on yield components as other sources for yield gain.

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【目的】分析华北平原作物生产碳足迹的动态、分布以及构成，为发展低碳农业提供理论支撑与科学依据。【方法】基于中国华北平原河北、北京、天津、山东、河南5个代表省（市）的47个市的耕地面积、农作物播种面积、产量、产值及作物生产投入等统计数据，利用农业领域碳足迹理论及生命周期评价法，估算作物生产的单位播种面积碳足迹（CFs）、单位耕地面积碳足迹（CFc）、单位产量碳足迹（CFy）及单位产值碳足迹（CFv）。以2002年为节点，把1993&mdash;2012年分为两个时间段，分析作物生产碳足迹的变化趋势以及华北平原47个市的作物生产碳足迹的分布、构成情况。根据1993&mdash;2012年不同市的平均单产，取5个单产最高与5个单产最低的市，分析华北平原高产市与低产市的碳足迹、单位面积投入以及作物构成。【结果】华北平原作物CFs、CFc在过去20年里呈增加趋势，CFs平均值从时段Ⅰ的4.08 tCO<sub>2</sub>eq&middot;hm<sup>-2</sup>升高到时段Ⅱ的4.72 tCO<sub>2</sub>eq&middot;hm<sup>-2</sup>，平均变化率为0.66 tCO<sub>2</sub>eq&middot;hm<sup>-2</sup>&middot;10a<sup>-1</sup>；CFc平均值从时段Ⅰ的6.81 tCO<sub>2</sub>eq&middot;hm<sup>-2</sup>升高到时段Ⅱ的8.12 tCO<sub>2</sub>eq&middot;hm<sup>-2</sup>，平均变化率为1.16 tCO<sub>2</sub>eq&middot;hm<sup>-2</sup>&middot;10a<sup>-1</sup>。华北平原作物CFy、CFv在过去20年里呈降低趋势，CFy平均值从时段Ⅰ的0.54 tCO<sub>2</sub>eq&middot;t<sup>-1</sup>下降到时段Ⅱ的0.42 tCO<sub>2</sub>eq&middot;t<sup>-1</sup>，平均变化率为-0.12 tCO<sub>2</sub>eq&middot;t<sup>-1</sup>&middot;10a<sup>-1</sup>；CFv平均值从时段Ⅰ的3.91 tCO<sub>2</sub>eq&middot;&yen;10<sup>-4</sup>下降到时段Ⅱ的2.51 tCO<sub>2</sub>eq&middot;&yen;10<sup>-4</sup>，平均变化率为-1.60 tCO<sub>2</sub>eq&middot;&yen;10<sup>-4</sup>&middot;10a<sup>-1</sup>。华北平原不同区域作物生产碳足迹差异较大，沿海地区（唐山、天津、秦皇岛、东营、烟台等）CFs、CFc较大，CFy、CFv较小，河南南部地区（驻马店、信阳、平顶山、洛阳）CFs、CFc较小，CFy、CFv较大。高产市CFs、CFc显著高于低产市，CFy、CFv显著低于低产市（P＜0.05）；高产市单位面积投入显著高于低产市，且蔬菜种植面积比例高于低产市（P＜0.05）。在华北平原作物生产的碳足迹构成中，灌溉用电（30.25%）、氮肥投入（23.07%）以及农田N<sub>2</sub>O直接排放（19.83%）所占比例较大，其他投入所占比例较小。【结论】在过去20年里，华北平原作物单位播种面积碳足迹、单位耕地面积碳足迹呈增加趋势，而单位产量碳足迹、单位产值碳足迹呈降低趋势。在华北不同区域中，沿海各市前两者较大，后两者较小，而河南南部各市前两者较小，后两者较大。碳足迹构成中，灌溉用电与氮肥投入所占比例较高，高产市单位面积投入及蔬菜种植比例较大。

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