Abstract Mediterranean rainfed areas are transformed into irrigation to stabilize or increase crop yields. The gradual occupation of irrigation leads to an increase in nitrogen use and intensity of tillage. The aim of this work was to evaluate the combined impact of tillage systems and mineral N fertilization rates on maize grain yield, water and nitrogen use efficiencies (WUE and NUE) under Mediterranean irrigated conditions. The study was carried out in NE Spain during three maize growing seasons (i.e. years 2015, 2016 and 2017). A long-term (LTE) tillage and N rate field experiment established in 1996 under rainfed conditions was transformed into irrigation with maize (Zea mays L.) monocrop as cropping system in 2015. Three types of tillage (conventional tillage, CT; reduced tillage, RT; no-tillage, NT) and three mineral N fertilization rates (0, 200, 400 kg N ha−1) were compared. In 2015, an adjacent experiment (short-term experiment, STE) with the same layout was set up in an area previously managed under long-term rainfed NT for the last 21 years. In the long-term tillage and N fertilization combination (LTE), the reduction of tillage (NT and RT) led to greater grain yield when applying 200 and 400 kg N ha−1 compared to the use of the same rates under CT. Differently, in the sort-term experiment with preceding NT (STE), tillage systems did not influence grain yields, while N application led to greater yields than the control (0 kg N ha−1). In both situations (LTE and STE), NT and RT enhanced soil water content before planting leading to greater crop growth compared to CT. The lack of available water under CT caused lower maize stover, yield, and yield components in LTE and, therefore, lower WUEB (for biomass) and WUEY (for yield). In LTE, the use of long-term CT led to a significant accumulation of nitrate compared to NT. Differently, in the STE, soil nitrate content did not show differences between tillage systems. In the LTE, water and N were used more efficiently to produce aboveground biomass and grain yield in RT and NT. Our study shows that in Mediterranean agroecosystems transformed into irrigation the use of NT and RT with medium rates of N leads to greater maize yield, WUE and NUE than the traditional management based on CT with high rates of mineral N. In rainfed areas with long-term history of no-till, this soil management system can be successfully maintained if transformed into irrigation.

中文翻译：

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在地中海灌溉农业生态系统中，在提高玉米产量的同时减少耕作和施氮是否可行？

摘要 地中海雨养区被转化为灌溉以稳定或增加作物产量。灌溉的逐渐占用导致氮使用和耕作强度的增加。这项工作的目的是评估地中海灌溉条件下耕作系统和矿物氮肥施用率对玉米产量、水和氮利用效率（WUE 和 NUE）的综合影响。该研究在三个玉米生长季节（即 2015、2016 和 2017 年）期间在西班牙东北部进行。1996年在雨养条件下建立的长期（LTE）耕作和施氮量田间试验于2015年转变为以玉米（Zea mays L.）单一作物为种植系统的灌溉。 三种耕作方式（常规耕作，CT；减耕） , RT; 免耕, NT）和三种矿物氮肥施用率（0、200、400 kg N ha-1）进行了比较。2015 年，在过去 21 年来长期雨养 NT 的区域内，设置了相同布局的相邻试验（短期试验，STE）。在长期耕作和施氮结合 (LTE) 中，与在 CT 下使用相同比率相比，当施用 200 和 400 kg N ha-1 时，减少耕作（NT 和 RT）导致更高的谷物产量。不同的是，在使用先前 NT (STE) 的分类试验中，耕作系统不影响谷物产量，而施氮导致比对照（0 kg N ha-1）更高的产量。在这两种情况下（LTE 和 STE），与 CT 相比，NT 和 RT 在种植前增加了土壤含水量，导致作物生长更快。CT 下可用水的缺乏导致玉米秸秆降低，LTE 中的产量和产量成分，因此降低了 WUEB（用于生物量）和 WUEY（用于产量）。在 LTE 中，与 NT 相比，长期 CT 的使用导致硝酸盐的显着积累。不同的是，在 STE 中，土壤硝酸盐含量在耕作系统之间没有表现出差异。在 LTE 中，在 RT 和 NT 中，水和氮被更有效地用于生产地上生物量和谷物产量。我们的研究表明，在转化为灌溉的地中海农业生态系统中，使用中等 N 比率的 NT 和 RT 比基于高矿物 N 比率的基于 CT 的传统管理导致更高的玉米产量、WUE 和 NUE。免耕的长期历史，如果转化为灌溉，这种土壤管理系统可以成功维持。较低的 WUEB（用于生物量）和 WUEY（用于产量）。在 LTE 中，与 NT 相比，长期 CT 的使用导致硝酸盐的显着积累。不同的是，在 STE 中，土壤硝酸盐含量在耕作系统之间没有表现出差异。在 LTE 中，在 RT 和 NT 中，水和氮被更有效地用于生产地上生物量和谷物产量。我们的研究表明，在转化为灌溉的地中海农业生态系统中，使用中等 N 比率的 NT 和 RT 比基于高矿物 N 比率的基于 CT 的传统管理导致更高的玉米产量、WUE 和 NUE。免耕的长期历史，如果转化为灌溉，这种土壤管理系统可以成功维持。较低的 WUEB（用于生物量）和 WUEY（用于产量）。在 LTE 中，与 NT 相比，长期 CT 的使用导致硝酸盐的显着积累。不同的是，在 STE 中，土壤硝酸盐含量在耕作系统之间没有表现出差异。在 LTE 中，在 RT 和 NT 中，水和氮被更有效地用于生产地上生物量和谷物产量。我们的研究表明，在转化为灌溉的地中海农业生态系统中，使用中等 N 比率的 NT 和 RT 比基于高矿物 N 比率的基于 CT 的传统管理导致更高的玉米产量、WUE 和 NUE。免耕的长期历史，如果转化为灌溉，这种土壤管理系统可以成功维持。在 STE 中，土壤硝酸盐含量在耕作系统之间没有表现出差异。在 LTE 中，在 RT 和 NT 中，水和氮被更有效地用于生产地上生物量和谷物产量。我们的研究表明，在转化为灌溉的地中海农业生态系统中，使用中等 N 比率的 NT 和 RT 比基于高矿物 N 比率的基于 CT 的传统管理导致更高的玉米产量、WUE 和 NUE。免耕的长期历史，如果转化为灌溉，这种土壤管理系统可以成功维持。在 STE 中，土壤硝酸盐含量在耕作系统之间没有表现出差异。在 LTE 中，在 RT 和 NT 中，水和氮被更有效地用于生产地上生物量和谷物产量。我们的研究表明，在转化为灌溉的地中海农业生态系统中，使用中等 N 比率的 NT 和 RT 比基于高矿物 N 比率的基于 CT 的传统管理导致更高的玉米产量、WUE 和 NUE。免耕的长期历史，如果转化为灌溉，这种土壤管理系统可以成功维持。