Synergistic Effects of Fertilization on Maize Yield and Quality in Northeast China: A Meta-Analysis

Resumo

O Nordeste da China é uma região-chave de produção de grãos, mas alcançar melhorias coordenadas no rendimento e na qualidade do milho em diversos ambientes permanece um desafio. Este estudo conduziu uma meta-análise para avaliar as respostas de rendimento e qualidade do milho aos insumos de fertilizantes químicos sob condições naturais (clima, solo) e antrópicas (fertilização, plantio) variadas. Os resultados indicaram que a aplicação de fertilizante aumentou o rendimento em 20,0%, e os teores de proteína, óleo e amido em 12,6, 1,4 e 1,2%, respectivamente, em comparação com a não fertilização. A resposta do rendimento foi maior sob precipitação <450 mm e temperaturas >7 °C, enquanto os ganhos de proteína e óleo foram favorecidos por >600 mm de precipitação e temperaturas de 5–7 °C. Solos com pH <6,5 e propriedades salino-alcalinas suportaram maiores ganhos de rendimento, enquanto solos negros e castanhos promoveram o acúmulo de proteína e óleo, respectivamente. Insumos moderados de nutrientes (N 180–240, P₂O₅ 75–120, K₂O 90–135 kg ha⁻¹) superaram níveis mais baixos ou mais altos na melhoria de ambas as características, com a densidade de plantio também afetando a magnitude da resposta. Os ganhos de rendimento foram impulsionados principalmente pela fertilidade do solo, enquanto as melhorias de qualidade foram influenciadas pelo clima e manejo. A fertilização moderada facilitou o aprimoramento simultâneo do rendimento e da qualidade. Estratégias de nutrição personalizadas com base nas condições de solo e clima podem apoiar a produtividade regional do milho e contribuir para a segurança alimentar.

Abstract

Northeast China is a key grain production region yet achieving coordinated improvements in maize yield and quality across diverse environments remains challenging. This study conducted a meta-analysis to evaluate maize yield and quality responses to chemical fertilizer inputs under varying natural (climate, soil) and anthropogenic (fertilization, planting) conditions. The results indicated that fertilizer application increased yield by 20.0%, and protein, fat, and starch contents by 12.6, 1.4, and 1.2%, respectively, compared to no fertilization. Yield response was highest under precipitation <450 mm and temperatures >7 °C, while protein and fat gains were favored by >600 mm precipitation and 5–7 °C temperatures. Soils with pH <6.5 and saline–alkaline properties supported greater yield gains, while brown and black soils promoted protein and fat accumulation, respectively. Moderate nutrient inputs (N 180–240, P2O5 75–120, K2O 90–135 kg ha−1) outperformed lower or higher levels in improving both traits, with planting density also affecting response magnitude. Yield gains were primarily driven by soil fertility, whereas quality improvements were influenced by climate and management. Moderate fertilization facilitated the simultaneous enhancement of yield and quality. Tailored nutrient strategies based on soil and climate conditions can support regional maize productivity and contribute to food security.