持续稳定的实现高产,同时保证养分高效利用对于保证粮食安全有着重要作用。为了研究高产玉米(>15 Mg ha-’)的生长发育规律,持续稳定的实现高产,本文选取西北(宁夏、甘肃、陕西和新疆)高产春玉米作为研究对象,通过模型模拟和田间试验设计并验证了高产玉米体系,研究了高产玉米的干物质和氮素的累积规律,利用控释氮肥高效简化了高产玉米的根层氮素调控,同时借助大数据分析了控释氮肥对玉米产量和N2O排放的影响。取得了如下结果：1.以引黄灌溉区的宁夏永宁和覆膜雨养区的甘肃镇原为研究地点,借助Hybrid-Mazie模型,设计了两地春玉米最佳的播期、品种以及密度,实现了产量水平16.1-19.1 Mg ha-1,达到了产量潜力的98%-108%。另外,明确了较为合理的施氮量207-222 kg ha-1,可以实现较高的氮肥偏生产力65-80 kg kg-1.2.通过对537组春玉米试验数据分析了高产条件下产量与氮素需求之间的关系,发现随着产量进一步的增加,每吨玉米籽粒平均的吸氮量趋于不变,维持在17.1 kg。由于氮素转移效率的提高,平均的籽粒氮浓度和氮收获指数有所提高,秸秆氮浓度降低,收获指数保持不变,维持在0.50左右。通过对128组高产玉米试验数据分析,产量超过15 Mg ha-1时,花后干物质和氮素的累积比例分别超过66%和52%,均显著高于以往15 Mg ha-1以下产量水平下的研究结果。3.以覆膜雨养区的陕西长武为研究地点,通过不同比例掺混的包膜控释氮肥和普通尿素的简化的氮肥管理,得出在180 kg ha-1的施氮水平下,控释肥氮肥和普通尿素1：2的比例混合一次性基肥投入,既可以满足玉米前期的氮肥需求,又可以实现后期的氮肥供应,在保证高产(11.8-12.0 Mg ha-1)和高吸氮量(232-239 kg ha-1)的同时,实现了较高的氮肥偏生产力(65.6-66.6 kg kg-1)和氮肥回收效率(65.8-67.7%),并且实现了最优的经济效益。4.以引黄灌区的宁夏永宁为研究地点,同样的,采用不同比例混合的控释肥和普通尿素的一次性施用,得出240 kg ha-1的氮肥投入下,控释氮肥和普通尿素1：2的投入实现了较高的产量(17.8-19.3 Mg ha-1),吸氮量(339-370 kg ha-1)以及较高的氮肥利用效率和经济效益。5.通过Data mining的方法,研究了国内国外控释氮肥对于玉米产量和N2O排放的影响。结果表明,总体上控释氮肥表现出了增加玉米产量和N2O减排的效应,但是随着不同施氮水平和土壤pH而不同。6.以我国玉米主产区(西北、东北和华北)为研究地点,研究深松对我国玉米主产区产量、养分吸收以及土壤养分分布的影响。结果表明,相比于传统耕作,三个区域深松均表现出了增产趋势(中值为5.8%),其中,东北和西北区域的增产幅度高于华北区域。相比于常规旋耕,深松对玉米植株地上部氮和磷的吸收有显著的促进作用,中值分别为24%、5%和10%以及17%、8%和19%。深松处理增加了东北和西北区域土壤表层(0-15 cm)和亚表层(15-25 cm)的有效磷含量。