基于Meta-analysis的中国北方地区免耕玉米产量效应研究

【目的】定量分析免耕对中国北方地区玉米产量的时空效应和影响机制,为该地区免耕的科学应用和推广提供依据。【方法】以中国北方为研究区域,以传统耕作为对照,通过检索文献整合已发表的相关田间试验数据(截止2017年4月共获得68篇文献和82组试验数据,将数据按照区域(东北、华北和西北)、年降水量(<500 mm和≥500 mm)、年均气温(<10℃和≥10℃)、耕作模式(平作和垄作)、种植制度(连作和轮作)、是否秸秆还田、试验年份(2000年之前、2000—2009年和2010年之后)和免耕持续年限(1—2 a、3—5 a、6—9 a和≥10 a)进行分组),利用Meta-analysis方法系统探究免耕对玉米产量的时空效应与影响因素。具体分析过程包括异质性检验、综合效应量计算、发表偏倚检验、敏感性分析、累积Meta-analysis和亚组分析(影响因素分析)。【结果】与传统耕作相比,免耕总体上可显著提高玉米产量,平均增产率为3.1%(置信区间0.7%—5.5%,数据不存在发表偏倚和极端值)。2000年之前,免耕的累积增产效应不稳定(平均-0.7%—6.6%);2000年之后,免耕与传统耕作的累积产量差异逐渐由不显著变为显著。在东北地区,免耕表现出显著的增产效应(平均5.3%,置信区间1.5%—9.2%);而在华北和西北地区,免耕的增产效应不显著,分别为-2.6%—6.4%和-1.0%—6.4%。在年降水量<500 mm、年均气温<10℃的地区和轮作、秸秆还田条件下,免耕的增产率显著提高,平均分别为5.4%(置信区间1.7%—9.1%)、3.8%(置信区间0.8%—6.7%)、4.4%(置信区间1.3%—7.5%)和3.3%(置信区间0.8%—5.8%)。平作和垄作下,免耕的增产效应均不显著。2010年之后,免耕的增产效应显著提高(平均6.1%),且变幅较小(2.5%—9.7%)。随着免耕持续年限的延长,玉米增产率呈先增加后降低的趋势,当持续3—5 a时,免耕的增产效应显著且达到峰值(平均3.8%,置信区间1.6%—6.0%)。【结论】在年降水量较少或年均气温较低的区域,轮作或秸秆还田条件下,有利于发挥免耕的增产效应;东北地区较华北和西北地区更适宜免耕;3—5 a为较合理的免耕持续年限。