Back to report · Publisher record

Deng et al. (2020). Soil indigenous nutrients increase the resilience of maize yield to climatic warming in China

Page 1

Figures and page graphics, page 1

     

      

LETTER • 

OPEN ACCESS

Soil indigenous nutrients increase the resilience of
maize yield to climatic warming in China

To cite this article: Xi Deng 

et al 2020 Environ. Res. Lett. 15 094047

 

View the 

article online

 for updates and enhancements.

You may also like

Increasing maize yields in Northeast China
are more closely associated with changes
in crop timing than with climate warming

Yi Zhang, Yanxia Zhao and Qing Sun

-

Optimizing sowing window and cultivar
choice can boost China’s maize yield
under 1.5 °C and 2 °C global warming

Mingxia Huang, Jing Wang, Bin Wang et
al.

-

Land–atmosphere coupling exacerbates
the moisture-associated heterogeneous
impacts of compound extreme events on
maize yield in China

Zitong Li, Weihang Liu, Tao Ye et al.

-

This content was downloaded from IP address 98.155.36.23 on 19/10/2026 at 18:11

Page 2

Figures and page graphics, page 2

Environ. Res. Lett.

15

(2020) 094047

https://doi.org/10.1088/1748-9326/aba4c8

Environmental Research Letters

RECEIVED

3 May 2020

REVISED

1 July 2020

ACCEPTED FOR PUBLICATION

10 July 2020

PUBLISHED

24 August 2020

LETTER

Soil indigenous nutrients increase the resilience of maize yield to
climatic warming in China

Xi Deng

1

,

2

, Yao Huang

1

,

2

and Zhangcai Qin

3

,

4

1

State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093,
People’s Republic of China

2

University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, People’s Republic of China

3

School of Atmospheric Sciences and Guangdong Province Key Laboratory for Climate Change and Natural Disaster Studies,
Sun Yat-sen University, Zhuhai 519000, People’s Republic of China

4

Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Zhuhai 519000, People’s Republic of China

E-mail:

huangyao@ibcas.ac.cn

Keywords

maize yield, climate change, temperature sensitivity, soil indigenous nutrients, resilience

Abstract

Climate warming leads to crop yield loss. Although investigations have shown the region-specific
effect of climate warming on maize yield in China, the determinants of this region-specific effect
are poorly known. Using county-level data from 1980 to 2010 for China, we investigated the
dependence of yield change under climate warming on soil indigenous nutrients. Analysis of the
data indicated an average decrease of 2.6% in maize yield for 1

◦

C warming. Warming-related yield

loss occurred mostly in western China, the North China Plain, and the southwest region of
Northeast China. By contrast, climate warming did not decline maize yield in the northern region
of Northeast China, south, and southwest China. Summer maize is more sensitive to warming than
spring maize. A 1

◦

C warming resulted in an average loss of 3.3% for summer maize and 1.8% for

spring maize. The region-specific change in yield can be well quantified by a combination of soil
indigenous total nitrogen (STN), available phosphorus (SAP), and available potassium (SAK).
Under climate warming, maize yields in regions with high STN generally increased, while the risk
of yield reduction appeared in regions with high SAK. Areas that were vulnerable (defined as a
yield loss higher than 1% for a 1

◦

C increase) to climate warming accounted for 62%, while areas

that showed resilience (defined as a yield increase higher than 1% for a 1

◦

C increase) to climate

warming accounted for 27% of the planting area. An increase in nitrogen fertilizer application is
expected to reduce the risk of yield reduction in regions with low STN. Our findings highlight soil
resilience to climate warming and underline the practice of fertilizer management to mitigate yield
loss due to climate warming.

1. Introduction

China provides the world’s second largest maize pro-
duction with the largest planting area (FAOSTAT

2020

). Since 1980, maize production and planting

area in China has been increasing by 5.43 million
tons and 0.69 million hectares per year, respect-
ively (National Bureau of Statistics of China,

http:

//data.stats.gov.cn/

). With climate change, the fre-

quency and intensity of extreme heat and drought
have been increasing in China (Chen and Sun

2015

,

Sun

et al

2014a

), which have caused severe losses in

maize yield (Feng

et al

2019

, Kim

et al

2019

, Leng and

Hall

2019

). Approximately 42% of the yield variability

was explained by climate variability over the period
1979–2008 (Ray

et al

2015

). Future warming of 2

◦

C

lead to a 10% maize yield reduction in China
(Tigchelaar

et al

2018

). Understanding the impacts of

climate variables on maize yield and seeking proper
adaptations is essential to cope with climate change
and maintain food security.

Numerous studies have assessed the impact of cli-

mate change on maize yield by building statistical
models (Tigchelaar

et al

2018

, Leng

et al

2019

). Based

on county-level data, the increased temperature in
growing-season from 1980 to 2008 caused an aver-
age loss of 5.8% in maize yield across China (Zhang
and Huang

2013

). Changes in temperature showed

© 2020 The Author(s). Published by IOP Publishing Ltd

Page 3

Figures and page graphics, page 3

Environ. Res. Lett.

15

(2020) 094047

X Deng

et al

a stronger influence on the yield than changes in
precipitation (Lobell

et al

2011

, Deng

et al

2019

, Vogel

et al

2019

). The results of the model ensemble showed

that maize yield would decrease by 8.0% for 1

◦

C

warming in China (Zhao

et al

2017

).

Soil nutrients are crucial resources for maize

growth and development. Soils with higher indigen-
ous nutrients not only produced higher maize yield
without fertilization (Xu

et al

2018

, Zhou

et al

2019

),

but also improved the stability of maize yield under
fertilization (Xu

et al

2018

). The response of maize

yield to nitrogen, phosphorus, and potassium applic-
ation increased with the decrease in soil indigenous
nutrients (Xu

et al

2014

). The supply of nitrogen,

phosphorus, and potassium fertilizers can signific-
antly increase maize yield under different RCPs
(Representative Concentration Pathways; IPCC

2013

)

(Zhang

et al

2016

). Maize in China was observed

to be limited by nutrient availability (Mueller

et al

2012

). Optimized soil nutrient management effect-

ively enhances resilience to climate change and closes
the yield gap (Song

et al

2015

, Sz

´

eles

et al

2018

).

Although the overall negative effect of climate

change is widely detected (Gaupp

et al

2020

), local

differences in the response of maize yield to climate
change suggests extensive spatial heterogeneity (Ray

et al

2015

). Climate trends during the maize growth

period reduced maize yield by 13.2–17.3% in south-
western China, but increased yield by 12.9–14.4% in
northwestern China (Tao

et al

2016

). However, the

causes of the spatial pattern have not been fully invest-
igated. Field warming experiments have shown that
a higher nitrogen supply increases crop yield under
heat stress (Ord

´

oñeza

et al

2015

, Elía

et al

2018

).

Great spatial variation exists in soil indigenous nutri-
ents and in fertilizer application (Liu

et al

2010

,

He

et al

2015

, Ma

et al

2016

), which likely explains

the spatial pattern of maize yield change. However,
the role of soil indigenous nutrients in regulating the
impacts of warming on maize yield remains poorly
understood.

We hypothesized that spatially uneven soil indi-

genous nutrients can help interpret the region-
specific response of maize yield to warming, and
optimized soil indigenous nutrients can increase the
resilience of maize yield to cope with the negative
impact of warming. We built the yield-climate rela-
tionship for each county using a multiple regression
model, and then obtained the temperature sensitiv-
ity of maize yield. We used the random forest model
to measure the impacts of soil indigenous nutrients
on temperature sensitivity. Our objectives were to
address the following: (1) what is the spatial pattern
of the impact of climatic warming on maize yield in
China, and (2) how do soil indigenous nutrients reg-
ulate the effects of climatic warming on maize yield.
By exploring these we provide insights into adaptive
strategies for climate change from nutrient manage-
ment perspectives.

2. Materials and methods

2.1. Data sources

County-level data of maize yield and planting area
were obtained from the Chinese Academy of Agricul-
tural Sciences (

http://www.caasbase.cn/

). The data-

set includes data for the period 1980–2010 from
1767 counties with records for longer than 20 years
and from 477 counties with records for shorter than
20 years. Long-term recorded data were used to estab-
lish the yield-climate relationship.

We obtained the maize calendar dataset from the

China Meteorological Data Service Center (

https://

data.cma.cn/

). This dataset includes the sowing and

maturity dates from 272 agrometeorological stations.
We then interpolated the station level data to a ras-
ter surface by using ArcGIS to obtain the sowing and
maturity dates for each county (figure S1 (available
online at

stacks.iop.org/ERL/15/094047/mmedia

)).

Maize was divided into spring maize and summer
maize according to the sowing dates (figure S2). We
used crop calendar data to compute cumulative or
average values in the maize growing season for each
climate variable.

Climate data were extracted from the AgMERRA

dataset (Ruane

et al

2015

). AgMERRA comprises

gridded daily climate data at 0.25

◦

spatial resolution

over the period 1980–2010. Gridded daily climate
variables were averaged for each county by its bound-
ary. Mean temperature (

T

), total precipitation (

P

),

and average solar radiation (

R

) of the maize growing

season over the period 1980–2010 were then calcu-
lated for each county.

We used data on soil indigenous nutrients from

the Basic Nutrients Dataset of Soil Testing and Fertil-
ization Recommendation (NATESC

2015

) to meas-

ure the relationship between yield change caused
by elevated temperatures and soil. The data cover
the field observations from 2563 counties. Soil was
sampled at 120–8500 sites in each county, depend-
ing on the area of cropland in a given county.
The larger the area of cropland, the more sampling
sites. The values of soil indigenous nutrients in each
county are the average of the measurements at dif-
ferent sites. The soil indigenous nutrients include
total nitrogen (STN), available phosphorus (SAP),
and available potassium (SAK). For counties without
soil indigenous nutrient data, we used the compre-
hensive gridded soil characteristics dataset of China
(Wei

et al

2013

).

A summary of the variables and the abbreviation

used in this paper are presented in table

1

.

2.2. Identification of climate effects on maize yield

Linear regression models were used to assess the cli-
mate and yield trends from 1980 to 2010 for each
county. Only the significant trends were considered
(

p

< 0.05). We averaged county-level trends into

provincial level.

2

Page 4

Figures and page graphics, page 4

Environ. Res. Lett.

15

(2020) 094047

X Deng

et al

Table 1.

Target variables and features used in this study.

Abbrev.

Variable description

Y

Maize yield (kg ha

−

1

)

t

Time in years

T

Mean temperature during growing season of maize (

◦

C)

P

Total precipitation during growing season of maize (mm)

R

Mean solar radiation during growing season of maize (MJ m

−

2

d

−

1

)

STN

Soil total nitrogen (g kg

−

1

)

SAP

Soil available phosphorus (mg kg

−

1

)

SAK

Soil available potassium (mg kg

−

1

)

S

Y

,

T

Temperature sensitivity of maize yield (% per

◦

C)

The impact of climate variables on maize yield

was estimated using a multiple regression model
(equation (

1

)) for 1767 counties. This approach was

used in accordance with previous studies (Schlenker
and Lobell

2010

, Zhu

et al

2019

).

ln(

Y

i

,

t

)

=

β

0

+

β

1

t

+

β

2

t

2

+

β

3

T

i

,

t

+

β

4

T

i

,

t

2

+

β

5

P

i

,

t

+

β

6

P

i

,

t

2

+

β

7

R

i

,

t

+

ε

(1)

where ln(

Y

i,t

) is the natural logarithm of yield at

county

i

in year

t

. The quadratic time trend (

β

1

t

and

β

2

t

2

) was used to remove the effects of overall tech-

nological progress (e.g. artificial fertilization, and cul-
tivar shift) on maize yield (Schlenker and Lobell

2010

,

Zhao

et al

2017

). The quadratic terms of

T

and

P

sim-

ulate the nonlinear response of yield to temperature
and precipitation change, respectively.

R

represents

the average radiation during the maize growing sea-
son.

ε

is the model error.

The temperature sensitivity of maize yield

(equation (

2

)) was measured by the partial derivative

of equation (

1

) (Chen

et al

2017

, Zhu

et al

2019

).

S

Y

,

T

=

∂

Y

∂

T

100% = (

β

3

+ 2

β

4

T

i

)100%

(2)

where

T

i

represents the mean of

T

during the period

1980–2010 in county

i.

β

3

and

β

4

are the paramet-

ers of county

i

in equation (

1

).

S

Y,T

is the temperat-

ure sensitivity of maize yield, representing the yield
change (%) for 1

◦

C warming. We evaluated the

S

Y,T

of 1767 counties using equations (

1

) and (

2

).

No significant trends in precipitation were detec-

ted in most of the meteorological stations and regions
of China (Zhang

et al

2011

, Sun

et al

2014b

). There-

fore, we did not consider the yield sensitivity to pre-
cipitation.

2.3. Quantification of the relationship between
temperature sensitivity and soil indigenous
nutrients

We employed a machine learning method, random
forest (Breiman

2001

), to evaluate the relationship

between temperature sensitivity and soil indigenous
nutrients. The package ‘randomForest’ (Liaw and
Wiener

2002

) that was built for R language was

used on the input data with the control parameters

ntree

=

500 (appropriate number of trees to ensure

the model has stable and low error rates) and mtry

=

1

(default number of variables considered for splitting)
in our study. In each tree, 36% of samples are left
out and these are called out-of-bag (OOB) data. The
OOB data are used to estimate the generalization
error. The importance of a variable is interpreted as
an increase in the mean square error (IncMSE; %)
due to random permutation of that variable. The
dependent variables were

S

Y,T

, and the independ-

ent variables were STN, SAP, and SAK. We conduc-
ted the Random Forest algorithm for both spring
maize and summer maize. We used 1767 samples to
build the random forest model. For the other 477
counties without

S

Y,T

, we simulated it by inputting the

data on STN, SAP, and SAK into the random forest
model.

3. Results

3.1.

Climate and yield trends from 1980 to 2010

Warming was more pronounced than the change in
precipitation and solar radiation. Significant trends
in the temperature of the maize growing season were
observed in 1386 counties, with an increase at the
rate of 0.36

◦

C per decade. Large areas of northern,

central, and eastern China showed positive trends in
temperature (figure

1

(a)). For spring maize, 15 of

the 22 Provinces showed significant warming trends
(table S1). However, no significant warming trend
was found in southwest China at the provincial scale.
For summer maize, the largest warming rate was
observed in Beijing (0.49

◦

C per decade). Only Shan-

dong (SD) and Yunnan Provinces had no significant
warming trend.

Only 218 counties showed significant trends in

precipitation at an average increase rate of 28.4 mm
per decade. Positive trends were found in parts
of northeastern China, while negative trends were
found in a narrow part of eastern and southwest-
ern China (figure

1

(b)). At the provincial level, Hei-

longjiang (HLJ) Province significantly became drier
(

−

24.0 mm per decade) during the spring maize

growing season, and Gansu (GS,

−

40.1 mm per dec-

ade) and Sichuan (

−

42.2 mm per decade) Provinces

3

Page 5

Figures and page graphics, page 5

Environ. Res. Lett.

15

(2020) 094047

X Deng

et al

Figure 1.

Trend in temperature (a), precipitation (b), solar radiation (c), and maize yield (d) of each county for the period

1980–2010. Colored areas represent different gradients of trends. Gray areas indicate counties without significant trends. Blank
areas are counties without maize (a)–(c). For yield trends, we only showed the counties with more than 20 years of record (d).
Abbreviation of Provinces: HLJ, Heilongjiang; JL, Jilin; LN, Liaoning; IM, Inner Mongolia; BJ, Beijing; TJ, Tianjin; HE, Hebei; HA,
Henan; SD, Shandong; SX, Shanxi; SN, Shannxi; NX, Ningxia; GS, Gansu; QH, Qinghai; XJ, Xinjiang; HB, Hubei; HN, Hunan;
AH, Anhui; JX, Jiangxi; JS, Jiangsu; ZJ, Zhejiang; FJ, Fujian; TB, Tibet; SC, Sichuan; CQ, Chongqing; GZ, Guizhou; YN, Yunnan;
GX, Guangxi; GD, Guangdong; HI, Hainan.

became drier during the summer maize growing sea-
son (table S1). However, precipitation increased by
50.8 mm per decade in SD Province.

Downward trends in solar radiation occurred in

a part of northwestern, southwestern, and eastern
China, while upward trends occurred in a confined
area of central China (figure

1

(c)). The average

trend of 280 counties was

−

0.32 MJ m

−

2

d

−

1

per

decade. For spring maize, solar radiation signific-
antly decreased in Ningxia (NX) and GS Provinces
(table S1). For summer maize, Xinjiang (XJ) was the
only Province with a reduced rate in solar radiation.

Maize yield in China has been constantly

increasing over the past decades. Significant trends
were observed in 1570 counties (89% of maize
growing counties) at an average increase rate
of 120.4 kg ha

−

1

yr

−

1

. Positive trends (1559

counties) occurred extensively in maize planting
areas, especially in northeastern and northwest-
ern China (figure

1

(d)). Remarkable enhance-

ments were found in XJ (237.4 kg ha

−

1

yr

−

1

), HLJ

(167.8 kg ha

−

1

yr

−

1

), NX (155.9 kg ha

−

1

yr

−

1

), Jilin

(JL, 153.4 kg ha

−

1

yr

−

1

), and Inner Mongolia (IM,

153.0 kg ha

−

1

yr

−

1

) Provinces. Another 17 Provinces

recorded an increased yield of 100–140 kg ha

−

1

yr

−

1

.

Spring maize (124.3 kg ha

−

1

yr

−

1

) had stronger

elevated trends in yield than summer maize
(113.1 kg ha

−

1

yr

−

1

).

3.2. Temperature sensitivity of maize yield

Figure

2

shows the distributions of

S

Y,T

of spring

maize (figure

2

(a)) and summer maize (figure

2

(b))

simulated by equations (

1

) and (

2

). The change in

yield was concentrated in

±

20% for 1

◦

C warm-

ing for both spring maize and summer maize. The
area weighted average yield of spring maize in
1077 counties and summer maize in 690 counties
decreased by 1.1% and 2.9% for 1

◦

C warming,

respectively. Summer maize is more vulnerable than
spring maize.

S

Y,T

showed a clear spatial pattern. The

positive impacts of increased temperature were dis-
tributed in the northern areas of Northeast, Central,
and South China, and the negative impacts mainly
occurred in the southern areas of Northeast China,
Loess Plateau, and North China Plain (figure S3).

3.3. Relationship between S

Y,T

and soil indigenous

nutrients

The random forest model was built with data
from 1767 counties. It revealed that STN was
the most important predictor of

S

Y,T

for spring

maize (IncMSE

=

40.2%), followed by SAK

4

Page 6

Figures and page graphics, page 6

Environ. Res. Lett.

15

(2020) 094047

X Deng

et al

Figure 2.

Frequency distributions of

S

Y,T

(% per

◦

C) based on equation (

2

). (a) Spring maize of 1077 counties and (b) summer

maize of 690 counties. The red line represents the frequency fitted by the amplitude version of the Gaussian peak function.

(IncMSE

=

17.7%) and SAP (IncMSE

=

16.8%).

The most important predictor for summer maize was
SAK, followed by STN and SAP, and their IncMSEs
were 12.8, 5.9, and 2.2%, respectively. The

R

2

of the

model was 0.78 for spring maize and 0.73 for summer
maize. The high

R

2

indicated that the soil indigenous

nutrients regulated the response of maize yield to
temperature increase and explained the spatial pat-
tern of

S

Y,T

well.

The partial dependence plots visualized the rela-

tionship between

S

Y,T

and soil indigenous nutrients

(figure

3

). Most of STN (95%) of spring maize and

summer maize were concentrated from 0.52 to 2.52
and from 0.61 to 2.14 g kg

−

1

, respectively. With the

increase of STN, the response of spring maize yield to
warming changed from negative (yield loss) to posit-
ive (yield increase) (figure

3

(a)), while summer maize

did not show a consistent dependency (figure

3

(d)).

In agreement with the order of IncMSE, SAP also did
not show a consistent dependency (figures

3

(b) and

(e)). SAK of spring maize and summer maize were
mainly distributed from 88.9 to 93.7 and from 74.1
to 197.7 mg kg

−

1

, respectively. As SAK increase, the

risk of yield loss increased in a certain range of SAK
(figures

3

(c) and (f)).

We calculated the

S

Y,T

of an additional 477

counties that had less than 20 years of records through
the random forest model. Compared to

S

Y,T

sim-

ulated by climate variables (figure

2

),

S

Y,T

simu-

lated by soil indigenous nutrients was distributed in
a narrower interval (figure

4

). Counties with

S

Y,T

between

±

10% account for 89% and 90% of the

total for spring maize and summer maize, respectively
(figure

4

). The average yield losses of spring maize

and summer maize were 1.8% and 3.3% for 1

◦

C

warming, respectively. For all maize planting areas,
751 counties showed a positive response to warm-
ing (3.8%

◦

C

−

1

), but 1493 counties showed negative

responses (

−

5.8%

◦

C

−

1

). The area-weighted average

maize yield in 2244 counties decreased by 2.6% for
1

◦

C warming. Based on the average of the provincial

scale, maize yield in 25 of the 31 Provinces decreased
with increasing temperature (table S2).

3.4. Spatial distribution of soil indigenous
nutrients and S

Y,T

Great variation in soil indigenous nutrients exis-
ted across different regions (figure

5

). Northeast-

ern and southwestern China showed higher STN
content (figure

5

(a)). The STN of HLJ, JL, Tibet,

and Guizhou Provinces exceeded 2.00 g kg

−

1

(table

S2). However, the STN of northwestern China and
the North China Plain was lower, even less than
1.00 g kg

−

1

in Shanxi (SX), Shaanxi, NX, SD, Henan,

and Hebei Provinces. High SAP content was seen in
northeastern, southwestern China, and North China
Plain (figure

5

(b)). SD and SX Provinces showed the

highest (26.8 mg kg

−

1

) and lowest (12.5 mg kg

−

1

)

SAP content, respectively. SAK content was higher in
northern China than in southern China (figure

5

(c)).

Most Provinces in the south showed less than
100 mg kg

−

1

of SAK, while in the north, values over

120 mg kg

−

1

of SAK were seen (table S2).

We built a framework to measure the capab-

ility of soil indigenous nutrients to mitigate the
impact of warming on maize yield. We classi-
fied different effects of soil indigenous nutrients
on

S

Y,T

into seven levels: extreme vulnerability

(

S

Y,T

≤ −

10% per

◦

C), moderate vulnerability

(

−

10% per

◦

C <

S

Y,T

≤ −

5% per

◦

C), low vulner-

ability (

−

5% per

◦

C <

S

Y,T

≤ −

1% per

◦

C), mar-

ginal (

−

1% per

◦

C <

S

Y,T

≤

1% per

◦

C), low resilience

(1% per

◦

C <

S

Y,T

≤

5% per

◦

C), moderate resilience

(5% per

◦

C <

S

Y,T

≤

10% per

◦

C), and high resilience

(

S

Y,T

> 10% per

◦

C). The areas of extreme vulner-

ability were mainly distributed in the Loess Plateau
(figure

5

(d)). The areas of moderate and low vulner-

ability were concentrated in the XJ and IM Provinces,

5

Page 7

Figures and page graphics, page 7

Environ. Res. Lett.

15

(2020) 094047

X Deng

et al

Figure 3.

Partial dependence plots for (a), (d) STN, (b), (e) SAP, and (c), (f) SAK. The figures show the average deviation in

temperature sensitivity (

S

Y,T

; %

◦

C

−

1

) caused by a given variable. The dense short lines on

x

-axis indicate that most of the data

are distributed here. The red and blue lines represent the results of spring maize and summer maize, respectively.

Figure 4.

Frequency distributions of

S

Y,T

(% per

◦

C) simulated by soil indigenous nutrients. (a) Spring maize planted in 1457

counties and (b) summer maize planted in 787 counties. The red line represents the frequency fitted by the amplitude version of
the Gaussian peak function.

North China Plain, and in the southern regions of
Northeast China. Resilience mainly occurred in the
IM, Hunan, Guangxi Provinces, northern regions of
Northeast China, and the western part of Southwest
China. The spatial distribution of

S

Y,T

resembled that

of STN.

In the context of climate warming, maize yields in

regions with high STN generally increased, while the
risk of yield reduction appeared in the regions with
high SAK (table S2). In addition, the SAP concentra-
tion is likely not closely related to the warming-related
yield change (table S2).

3.5. Increased resilience of maize yield via soil
indigenous nutrients

Summer maize is more vulnerable to climate warm-
ing than spring maize. The vulnerable area of sum-
mer maize and spring maize were 8.47 Mha and 7.97
Mha, respectively, accounting for 72.1% and 53.6%
of the total planting area (figure S4). The areas of
summer and spring maize with resilience accounted
for 15.9% and 36.1%, respectively. Overall, the vul-
nerable area and the resilience area accounted for
62% and 27% of the total maize-planted area in
China.

6

Page 8

Figures and page graphics, page 8

Environ. Res. Lett.

15

(2020) 094047

X Deng

et al

Figure 5.

Spatial distribution of soil indigenous nutrients and

S

Y,T

. Colored areas represent different gradients of STN (a), SAP

(b), and SAK (c). Seven colors represent different effects of soil indigenous nutrients on

S

Y,T

(d), that is,

S

Y,T

≤ −

10% per

◦

C,

extreme vulnerability;

−

10% per

◦

C <

S

Y,T

≤ −

5% per

◦

C, moderate vulnerability;

−

5% per

◦

C <

S

Y,T

≤ −

1% per

◦

C, low

vulnerability;

−

1% per

◦

C <

S

Y,T

≤

1% per

◦

C, marginal; 1% per

◦

C <

S

Y,T

≤

5% per

◦

C, low resilience; 5% per

◦

C <

S

Y,T

≤

10% per

◦

C, moderate resilience;

S

Y,T

> 10% per

◦

C, high resilience.

We averaged the STN, SAP, and SAK for each

level of

S

Y,T

to obtain more insights into what kind of

soil indigenous nutrient conditions increase the resi-
lience of maize yield (table

2

).

S

Y,T

of spring maize

increased with increases in STN and SAP. The yields
decreased by more than 10% per

◦

C in the regions

where STN and SAP were less than 0.91 g kg

−

1

and

13.4 mg kg

−

1

, respectively. In regions where STN

exceeded 1.80 g kg

−

1

and SAP exceeded 19.6 mg kg

−

1

,

spring maize showed resilience to the impacts of
warming. STN and SAP in maize planting areas with
high resilience to warming were twice as high as in
areas that were extremely vulnerable to warming.
About 31% of the 1457 counties were resilient to the
negative impacts of warming because of favorable soil
indigenous nutrients. In barren spring maize planting
regions, the negative effects of temperature rise can be
reduced and yield can be improved by increasing the
application of nitrogen and phosphorus fertilizer.

S

Y,T

of summer maize increased with an increase

in STN (table

2

). Yield decreased by more than

10% for 1

◦

C warming in the regions with STN less

than 1.10 g kg

−

1

. Summer maize obtained resili-

ence to warming in regions with an STN of more
than 1.33 g kg

−

1

. However, only 18% of the 787

counties were resilient for temperature rise because
of appropriate soil indigenous nutrients. Maize yield

benefitted from a relatively low SAK. Increasing the
use of nitrogen fertilizer and appropriately decreas-
ing potassium fertilizer can increase the resilience of
summer maize against the negative impacts of elev-
ated temperature.

4. Discussion

Temperature is the

predominant factor affecting

maize yield (Lobell

et al

2011

). Our study revealed

that for each degree Celsius increase in mean tem-
perature, the area-weighted average maize yield was
reduced by 2.6%. From a physiological perspect-
ive, the inhibitory effect of high temperature on leaf
photosynthesis was associated with the reduction of
Rubisco activase activity (Crafts-Brandner and Salv-
ucci

2000

,

2002

). High temperature also restrains the

duration of light capture, radiation use efficiency,
and harvest index (Cicchino

et al

2010

, Edreira and

Otegui

2012

). Heat stress, especially at anthesis and

grain filling phases, reduced pollen viability, kernel
number, and individual kernel mass (C

´

arcova and

Otegui

2001

, Lizaso

et al

2018

). The comprehens-

ive negative influences of warming ultimately lead to
yield losses.

However, the results of our study revealed

the positive impacts of warming on maize yield

7

Page 9

Figures and page graphics, page 9

Environ. Res. Lett.

15

(2020) 094047

X Deng

et al

Table 2.

The mean and standard error (SE) of STN, SAP, and SAK at seven levels of

S

Y,T

.

Spring maize

Summer maize

S

Y,T

n

STN

±

SE

SAP

±

SE SAK

±

SE

n

STN

±

SE

AP

±

SE

SAK

±

SE

(% per

◦

C)

(g kg

−

1

)

(mg kg

−

1

) (mg kg

−

1

)

(g kg

−

1

)

S (mg kg

−

1

) (mg kg

−

1

)

≤−

10

134

0.91

±

0.04 13.4

±

0.5 118.1

±

2.6

70

1.10

±

0.03 18.4

±

1.0

136.0

±

4.8

(

−

10,

−

5]

186

1.12

±

0.03 16.5

±

0.4 124.5

±

2.3

203

1.10

±

0.02 19.9

±

0.5

134.0

±

2.6

(

−

5,

−

1]

429

1.34

±

0.02 18.4

±

0.3 107.6

±

1.4

289

1.11

±

0.02 20.9

±

0.5

124.0

±

1.5

(

−

1, 1]

259

1.50

±

0.02 19.0

±

0.4 99.9

±

1.8

83

1.14

±

0.04 20.6

±

0.9

119.8

±

2.7

(1, 5]

312

1.80

±

0.03 19.6

±

0.3 110.4

±

2.1

105

1.33

±

0.06 19.8

±

0.7

125.3

±

2.9

(5, 10]

108

1.79

±

0.04 19.9

±

0.7 114.8

±

5.2

30

1.45

±

0.13 19.5

±

1.3

119.3

±

5.7

>10

29

2.08

±

0.17 21.5

±

1.4 128.5

±

11.2

7

1.61

±

0.25 15.7

±

2.3

82.5

±

9.8

in northeastern, central, and southwestern China

(figure

5

(d)), which implied effective adaptation of

those regions against warming. Suitable soil indigen-
ous nutrients, especially higher nitrogen contents,
were demonstrated to provide resilience for maize
to cope with warming (table

2

). Field experiments

revealed that high-nitrogen maize plants possess
higher values of maximum photosynthetic rate and
accumulate more plant biomass than low-nitrogen
maize plants (Zhao

et al

2003

). Furthermore, high-

nitrogen maize plants are inclined to allocate a greater
proportion of biomass to aboveground parts (Chen

et al

2013

). Radiation use efficiency and water use

efficiency also increase with the increase in nitro-
gen fertilizer applications (Teixeira

et al

2014

). Thus,

regions with higher STN can increase resilience to
warming via these biophysical processes or response
mechanisms.

Our results indicated that extensive maize

planting areas were vulnerable to temperature rise
(figure

5

). Maize yield in 80% of the Provinces

decreased with increasing temperature (table S2).
SX is the most vulnerable Province with the largest
yield decrease rate (

−

11.5%

◦

C

−

1

) and the lowest

STN (0.82 g kg

−

1

) and SAP (12.5 mg kg

−

1

) con-

tent (table S2). The average application of nitrogen,
phosphorus, and potassium fertilizers from 1987 to
2010 in SX Province was 108.2 kg ha

−

1

, 52.6 kg ha

−

1

,

and 19.3 kg ha

−

1

, respectively (National Bureau of

Statistics of China,

http://data.stats.gov.cn/

), which is

much lower than the optimal fertilization for maize
to obtain high yield (Zhang

et al

2018

). Under 1

◦

C

warming, maize supplied with 200 kg N ha

−

1

resulted

in about 14% more yield than maize that was supplied
with 100 kg N ha

−

1

(Ord

´

oñeza

et al

2015

). Therefore,

the shortage of nitrogen supplies causes remarkable
losses in yield when the temperature increases.

We can enhance the resilience of maize yield to

the negative effects of warming by increasing the
application of nitrogen fertilizers in barren areas.
For instance, when the STN content in the regions
of spring maize was less than 0.91 g kg

−

1

, the

yield decreased by more than 10% for 1

◦

C warm-

ing. If the application of nitrogen fertilizer in these
regions increases the STN content to higher than

1.80 g kg

−

1

, the maize yield can benefit from

increased temperature (table

2

). A five-year warming

experiment conducted in Hailun County, Heilongji-
ang Province in Northeast China showed that maize
yield increased by 11.8

±

2.5% (mean

±

SD,

n

=

5)

for 1

◦

C warming (Qiao

et al

2019

). STN, SAP, and

SAK in this experiment were 2.21 g kg

−

1

, 41.2 mg

kg

−

1

, and 228.9 mg kg

−

1

, respectively (Qiao

et al

2010

). Our model calculation, using the soil indi-

genous nutrients as input, resulted in a maize yield
increase of 8.1% for 1

◦

C warming, which is in agree-

ment with Qiao

et al

(2019)

. In the barren field with

0.08 g STN kg

−

1

, 10.5 mg SAP kg

−

1

, and 103.9 mg

SAK kg

−

1

, the maize yield decreased by as much as

13% for 1

◦

C warming (Abebe

et al

2016

, Mina

et al

2017

). These field-warming experiments support our

results that higher soil indigenous nitrogen increases
the resilience of maize yield to warming.

The impacts of increased temperature on veget-

ation are regulated by water supply (Wang

et al

2014

, Reich

et al

2018

). Maize grown in extreme

heat requires more water for carbon assimilation
and transpiration (Lobell

et al

2013

). Although the

effects of precipitation (

P

) and temperature (

T

) were

measured as two separate model components in our
study (equation (

1

)),

S

Y,T

was inevitably affected by

P

. We fitted the influence of

P

on

S

Y,T

(figure

6

).

S

Y,T

increased with the increase in

P

, that is, yield

increased for 1

◦

C warming in the areas with higher

precipitation. The slopes in figures

6

(a) and (b) show

that spring maize and summer maize increased by
0.8% and 0.6% per

◦

C for a 100 mm increase in

P

,

respectively. The slopes show that although precipit-
ation significantly affects the response of maize yield
to elevated temperature, the degree of the impacts was
limited.

Irrigation considerably cooled the daytime land

surface temperature (Li

et al

2020

, Yang

et al

2020

).

Therefore, irrigation can lower the temperature sens-
itivity of maize and mitigate the effects of heat waves
and drought events induced by water stress on maize
yield (Schauberger

et al

2017

, J

¨

agermeyr and Frieler

2018

). In arid and semi-arid regions of China, includ-

ing IM Province, Loess Plateau, and western China,
maize growth depends on irrigation to meet the water

8

Page 10

Figures and page graphics, page 10

Environ. Res. Lett.

15

(2020) 094047

X Deng

et al

Figure 6.

Effects of precipitation (

P

) during the maize growing season on temperature sensitivity of yield (

S

Y,T

). (a) Spring maize;

(b) Summer maize. A significant relationship between

S

Y,T

, and

P

was fitted by linear regression.

requirements. Irrigation was not taken into account
in our model due to unavailable data on the area
and amount of irrigation, which leads to the uncer-
tainty of our simulations in irrigated systems. It is
expected that the effect of irrigation on maize yield in
the context of climate warming could be determined
when detailed irrigation data are available in the
future.

Another uncertainty in our study is that we

did not consider elevated CO

2

levels. CO

2

fertiliza-

tion increases photosynthesis and CO

2

enrichment

enhances the water-use efficiency under water stress
conditions (Ainsworth and Long

2005

), which can fill

the yield gaps caused by climate change. However,
maize, being a C4 crop, benefits less from elevated
CO

2

(Long

et al

2006

, Makowski

et al

2020

). The res-

ults of the model simulation suggested that elevated
CO

2

only limitedly offsets maize yield loss (Jin

et al

2017

, Schauberger

et al

2017

).

5. Conclusion

Climate warming in China resulted in maize yield
loss generally. Warming-related yield loss occurred
mostly in western China, the North China Plain, and
the southwest region of Northeast China. Summer
maize was more sensitive to warming than spring
maize. The vulnerable area (defined as a yield loss
higher than 1% for a 1

◦

C increase) and the resi-

lience area (defined as a yield increase higher than
1% for a 1

◦

C increase) to climate warming accoun-

ted for 62% and 27% of the total maize-planted area,
respectively. Soil indigenous nutrients regulated the
effects of climate warming on maize yield, which
can be well determined by random forest model.
Higher soil indigenous nutrients increased the resi-
lience of maize yield to climate warming. An increase
in fertilization is expected to reduce the risk of
yield reduction in regions with low soil indigenous
nutrients.

Acknowledgments

This work was supported by the National Nat-
ural Science Foundation of China (Grant No.
41530533). We thank the Chinese Academy of Agri-
cultural Sciences for providing county-level crop
data, Chinese Meteorological Administration for
providing phenological data, the National Agro-
Tech Extension and Service Center, and the Cold
and Arid Regions Science Data Center at Lanzhou
(

http://westdc.westgis.ac.cn

) for providing soil nutri-

ent data. The climate dataset (AgMERRA) is access-
ible online at (

https://data.giss.nasa.gov/

).

Data availability statement

The data that support the findings of this study are
available upon reasonable request from the authors.

ORCID iDs

Xi Deng

https://orcid.org/0000-0001-8694-9572

Yao Huang

https://orcid.org/0000-0002-0192-

1421

Zhangcai Qin

https://orcid.org/0000-0001-9414-

4854

References

Abebe A, Pathak H, Singh S D, Bhatia A, Harit R C and Kumar V

2016 Growth, yield and quality of maize with elevated
atmospheric carbon dioxide and temperature in north–west
India

Agric. Ecosyst. Environ.

218

66–72

Ainsworth E A and Long S P 2005 What have we learned from 15

years of free-air CO

2

enrichment (FACE)? A meta-analytic

review of the responses of photosynthesis, canopy

New

Phytol.

165

351–71

Breiman L 2001 Random forests

Mach. Learn.

45

5–32

C

´

arcova J and Otegui M E 2001 Ear temperature and pollination

timing effects on maize kernel set

Crop Sci.

41

1809–15

Chen H P and Sun J Q 2015 Changes in drought characteristics

over China using the standardized precipitation
evapotranspiration index

J. Clim.

28

5430–47

9

Page 11

Figures and page graphics, page 11

Environ. Res. Lett.

15

(2020) 094047

X Deng

et al

Chen J W, Yang Z Q, Zhou P, Hai M R, Tang T X, Liang Y L and

An T X 2013 Biomass accumulation and partitioning,
photosynthesis, and photosynthetic induction in
field-grown maize (

Zea mays

L.) under low- and

high-nitrogen conditions

Acta Physiol. Plant.

35

95–105

Chen Y F, Han X R, Si W, Wu Z G, Chien H and Okamoto K

2017 An assessment of climate change impacts on maize
yields in Hebei Province of China

Sci. Total Environ.

581-582

507–17

Cicchino M, Edreira J I R, Uribelarrea M and Otegui M E 2010

Heat stress in field-grown maize: response of physiological
determinants of grain yield

Crop Sci.

50

1438–48

Crafts-Brandner S J and Salvucci M E 2000 Rubisco activase

constrains the photosynthetic potential of leaves at high
temperature and CO

2

Proc. Natl Acad. Sci. USA

97

13430–5

Crafts-Brandner S J and Salvucci M E 2002 Sensitivity of

photosynthesis in a C4 plant, maize, to heat stress

Plant

Physiol.

129

1773–80

Deng X, Huang Y, Sun W J, Yu L F, Hu X Y and Wang S 2019

Different time windows provide divergent estimates of
climate variability and change impacts on maize yield in
Northeast China

Sustainability

11

6659

Edreira J I R and Otegui M E 2012 Heat stress in temperate and

tropical maize hybrids: differences in crop growth, biomass
partitioning and reserves use

Field Crop. Res.

130

87–98

Elía M, Slafer G A and Savin R 2018 Yield and grain weight

responses to post-anthesis increases in maximum
temperature under field grown wheat as modified by
nitrogen supply

Field Crop. Res.

221

228–37

Feng S F, Hao Z C, Zhang X and Hao F H 2019 Probabilistic

evaluation of the impact of compound dry-hot events on
global maize yields

Sci. Total Environ.

689

1228–34

Food and Agriculture Organization of the United Nations 2020

FAOSTAT Database

(

https://fao.org/aquastat/en/

)

Gaupp F, Hall J, Hochrainer-Stigler S and Dadson S 2020

Changing risks of simultaneous global breadbasket failure

Nat. Clim. Chang.

10

54–57

He P, Yang L P, Xu X P, Zhao S C, Chen F, Li S T, Tu S H, Jin J Y

and Johnston A M 2015 Temporal and spatial variation of
soil available potassium in China (1990–2012)

Field Crop.

Res.

173

49–56

IPCC 2013

Climate Change 2013: The Physical Science Basis

Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment
Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change

ed

T F Stocker

et al

(Cambridge: Cambridge University Press)

J

¨

agermeyr J and Frieler K 2018 Spatial variations in crop growing

seasons pivotal to reproduce global fluctuations in maize
and wheat yields

Sci. Adv.

4

eaat4517

Jin Z N, Zhuang Q L, Wang J L, Archontoulis S V, Zobel Z and

Kotamarthi V R 2017 The combined and separate impacts of
climate extremes on the current and future US rainfed maize
and soybean production under elevated CO

2

Glob. Change

Biol.

23

2687–704

Kim W, Iizumi T and Nishimori M 2019 Global patterns of crop

production losses associated with droughts from 1983 to
2009

Appl. Meteorol. Climatol.

58

1233–44

Leng G Y and Hall J 2019 Crop yield sensitivity of global major

agricultural countries to droughts and the projected changes
in the future

Sci. Total Environ

654

811–21

Leng G Y, Peng J and Huang S Z 2019 Recent changes in

county-level maize production in the United States:
spatial-temporal patterns, climatic drivers and the
implications for crop modeling

Sci. Total Environ.

686

819–27

Li Y, Guan K Y, Peng B, Franz T E, Wardlow B and Pan M 2020

Quantifying irrigation cooling benefits to maize yield in the
US Midwest

Glob. Change Biol.

26

3065–78

Liaw A and Wiener M 2002 Classification and regression by

randomForest

R News

2

18–22

Liu J G, You L Z, Amini M, Obersteiner M, Herrero M,

Zehnder A J and Yang H 2010 A high-resolution assessment
on global nitrogen flows in cropland

Proc. Natl Acad. Sci.

USA

107

8035–40

Lizaso J I, Ruiz-Ramos M, Rodríguez L, Gabaldon-Leal C,

Oliveira J A, Lorite I J, S

´

anchez D, García E and Rodríguez A

2018 Impact of high temperatures in maize: phenology and
yield components

Field Crop. Res.

216

129–40

Lobell D B, Hammer G L, Mclean G, Messina C, Roberts M J and

Schlenker W 2013 The critical role of extreme heat for maize
production in the United States

Nat. Clim. Change

3

497–501

Lobell D B, Schlenker W and Costa-Roberts J 2011 Climate trends

and global crop production since 1980

Science

333

616–20

Long S P, Ainsworth E A, Leakey A D B, Nosberger J and Ort D R

2006 Food for thought: lower-than-expected crop yield
stimulation with rising CO

2

concentrations

Science

312

1918–21

Ma J

et al

2016 Temporal and spatial changes in soil available

phosphorus in China (1990-2012)

Field Crop. Res.

192

13–20

Makowski D, Marajo-Petitzon E, Durand J L and Ben-Ari T 2020

Quantitative synthesis of temperature, CO

2

, rainfall, and

adaptation effects on global crop yields

Eur. J. Agron.

115

1–11

Mina U, Kumar R, Gogoi R, Bhatia A, Harit R C, Singh D,

Kumar A and Kumar A 2017 Effect of elevated temperature
and carbon dioxide on maize genotypes health index

Ecol.

Indic

105

292–302

Mueller N D, Gerber J S, Johnston M, Ray D K, Ramankutty N

and Foley J A 2012 Closing yield gaps through nutrient and
water management

Nature

490

254–7

NATESC: National Agro-Tech Extension and Service Center 2015

Basic Nutrients Dataset of Soil Testing and Fertilization
Recommendation

(Beijing: China Agricultural Press)

Ord

´

oñeza R A, Savin R, Cossani C M and Slafer G A 2015 Yield

response to heat stress as affected by nitrogen availability in
maize

Field Crop. Res.

183

184–203

Qiao Y F, Han X Z and Zhao L P 2010 The response of

photosynthetic carbon allocation of maize to long-term
fertilization

J. Soil Water Conserv.

24

210–4

Qiao Y F, Miao S J, Li Q, Jin J, Luo X S and Tang C X 2019

Elevated CO

2

and temperature increase grain oil

concentration but their impacts on grain yield differ
between soybean and maize grown in a temperate region

Sci.

Total Environ.

666

405–13

Ray D K, Gerber J S, Macdonald G K and West P C 2015 Climate

variation explains a third of global crop yield variability

Nat.

Commun.

6

1–9

Reich P B, Sendall K M, Stefanski A, Rich R L, Hobbie S E and

Montgomery R A 2018 Effects of climate warming on
photosynthesis in boreal tree species depend on soil
moisture

Nature

562

263–7

Ruane A C, Goldberg R and Chryssanthacopoulos J 2015 Climate

forcing datasets for agricultural modeling: merged products
for gap-filling and historical climate series estimation

Agric.

For. Meteorol.

200

233–48

Schauberger B

et al

2017 Consistent negative response of US crops

to high temperatures in observations and crop models

Nat.

Commun.

8

1–9

Schlenker W and Lobell D B 2010 Robust negative impacts of

climate change on African agriculture

Environ. Res. Lett.

5

1–9

Song Z W, Gao H J, Zhu P, Peng C, Deng A X, Zheng C Y,

Mannaf M A, Islam M N and Zhang W J 2015 Organic
amendments increase corn yield by enhancing soil resilience
to climate change

Crop. J.

3

110–7

Sun Q H, Kong D G, Miao C Y, Duan Q Y, Yang T T, Ye A Z,

Di Z H and Gong W 2014b Variations in global temperature
and precipitation for the period of 1948 to 2010

Environ.

Monit. Assess.

186

5663–79

Sun Y, Zhang X B, Zwiers F W, Song L C, Wan H, Hu T, Yin H and

Ren G Y 2014a Rapid increase in the risk to extreme
summer heat in Eastern China

Nat. Clim. Chang.

4

1082–5

Sz

´

eles A, Horv

´

ath E, Vad A and Hars

´

anyi E 2018 The impact of

environmental factors on the protein content and yield of
maize grain at different nutrient supply levels

Emir. J. Food

Agric.

30

764–77

10

Page 12

Figures and page graphics, page 12

Environ. Res. Lett.

15

(2020) 094047

X Deng

et al

Tao F L, Zhang Z, Zhang S, Rotte R P, Shi W J, Xiao D P, Liu Y J,

Wang M, Liu F S and Zhang H 2016 Historical data provide
new insights into response and adaptation of maize
production systems to climate change/variability in China

Field Crop. Res.

185

1–11

Teixeira A I, George M, Herreman T, Brown H, Fletcher A,

Chakwizira E, de Ruiter J, Maley S and Noble A 2014 The
impact of water and nitrogen limitation on maize biomass
and resource-use efficiencies for radiation,
water and nitrogen

Field Crop. Res.

168

109–18

Tigchelaar M, Battisti D S, Naylor R L and Ray D K 2018 Future

warming increases probability of globally synchronized
maize production shocks

Proc. Natl Acad. Sci. USA

115

6644–9

Vogel E, Donat M G, Alexander L V, Meinshausen M, Ray D K,

Karoly D, Meinshausen N and Frieler K 2019 The effects of
climate extremes on global agricultural yields

Environ. Res.

Lett.

14

054010

Wang X H

et al

2014 A two-fold increase of carbon cycle

sensitivity to tropical temperature variations

Nature

506

212–5

Wei S G, Dai Y J, Liu B Y, Zhu A X, Duan Q Y, Wu L Z, Jin D Y,

Ye A Z, Yuan H and Zhang Q 2013 A China data set of soil
properties for land surface modeling

J. Adv. Model. Earth

Syst.

5

212–24

Xu C L, Xie J, Wang K, Li D P, Chen J X, Zhang Y Q, Chen X P and

Shi X J 2018 The response of maize yield to inherent soil
productivity and fertilizer in the Southwest China

Sci. Agric.

Sinica

51

129–128

Xu X P, He P, Pampolino M F, Johnston A M, Qiu S J, Zhao S C,

Chuan L M and Zhou W 2014 Fertilizer recommendation
for maize in China based on yield response
and agronomic efficiency

Field Crop. Res.

157

27–34

Yang Q Q, Huang X and Tang Q H 2020 Irrigation cooling effect

on land surface temperature across China based on satellite
observations

Sci. Total Environ.

705

1–10

Zhang Q, Singh V P, Sun P, Chen X, Zhang Z X and Li J F

2011 Precipitation and streamflow changes in China:
changing patterns, causes and implications

J. Hydrol.

410

204–16

Zhang T Y and Huang Y 2013 Estimating the impacts of warming

trends on wheat and maize in China from 1980 to 2008
based on county level data

Int. J. Climatol.

33

699–708

Zhang X B, Xu M G, Sun N, Xiong W, Huang S M and Wu L H

2016 Modelling and predicting crop yield, soil carbon and
nitrogen stocks under climate change scenarios with
fertiliser management in the North China Plain

Geoderma

265

176–86

Zhang Y, Ma Q, Liu D H, Sun L F, Ren X L, Ali S, Xhang P and

Jia Z K 2018 Effects of different fertilizer strategies on soil
water utilization and maize yield in the ridge and furrow
rainfall harvesting system in semiarid regions of China

Agric. Water Manage.

208

414–21

Zhao C

et al

2017 Temperature increase reduces global yields of

major crops in four independent estimates

Proc. Natl Acad.

Sci. USA

114

9326–31

Zhao D L, Raja Reddy K, Kakani V G, Read J J and Carter G A

2003 Corn (Zea mays L) growth, leaf pigment concentration,
photosynthesis and leaf hyperspectral reflectance properties
as affected by nitrogen supply

Plant Soil.

257

205–18

Zhou B Y, Sun X F, Wang D, Ding Z S, Li C F, Ma W and Zhao M

2019 Integrated agronomic practice increases maize grain
yield and nitrogen use efficiency under various soil fertility
conditions

Crop. J.

7

527–38

Zhu P, Zhuang Q L, Archontoulis S V, Bernacchi C and Muller C

2019 Dissecting the nonlinear response of maize yield to
high temperature stress with model-data integration

Glob.

Change Biol.

25

2470–84

11


Document Outline