中国的旱地面积可达2500万公顷,其中绝大部分集中在西北地区。春玉米（Zea Mays L.）是该地区的主要雨养作物之一,地膜覆盖已被广泛用于来抵消该地区早春的低温和缺水,促进产量增加和保障粮食安全。然而,在缺水和地表覆盖下的热量条件不再是作物生产的主要限制时,如何提高西北地区玉米生产的作物生产力同时明确该地区玉米生产系统的生态环境风险是当前研究的关键。因此,本研究基于国家统计数据,采用生命周期评价方法,定量化西北地区玉米生产投入和生态环境风险时空变化;同时基于西北地区覆膜玉米生产体系,通过田间试验、数据挖掘（Data mining）和生命周期评价方法,明确该地区覆膜玉米生产的特异性排放参数,定量化不同控释肥占比对西北地区覆膜玉米生产农学效益,环境效益,生态经济效益和碳平衡的影响;最后基于全新的生产模式（政产学研用-规模化生产,GEURP-LSF）,定量化分析西北地区覆膜玉米生产在政产学研用-规模化生产玉米生产模式下的农学、环境和经济效益。研究结果如下:（1）通过生命周期评价发现,西北地区玉米生产投入与生态环境风险较高,15年间平均肥料投入为233 kg N/hm2,106 kg P2O5/hm2和23.3 kg K2O/hm2,农药、柴油、地膜、种子、人工投入量分别为6.5 kg/hm2、93.2 L/hm2、13.7 kg/hm2、38.8 kg/hm2和120.1 h/hm2。玉米平均产量为7.9 t/hm2,温室气体排放量为4188kg CO2 eq/hm2,净生态系统碳收支为24.9 t C/hm2,可持续性指数为6.12。15年间（2004-2018年）西北地区玉米生产的总投入、种植面积、单产水平和净生态系统碳收支呈现上升趋势,生态环境风险呈现先升后降的趋势,可持续性指数呈现先降后升的趋势。不同省份玉米生产单位面积的投入与生态环境风险以甘肃最高、山西最低,净生态系统碳收支新疆最高,陕西最低。省份间的差异主要由氮肥投入量的差异所致,肥料的生产和田间施用是玉米生产生态环境风险的主要驱动因素。（2）通过田间试验发现,在西北地区覆膜玉米生产系统中,相比于不施控释肥处理,尿素配施控释肥可以提高玉米产量3.9%-11.9%,植株干物质累积4.6-16.0%,收获指数11.5-14.2%,成熟期茎秆氮吸收5.4-20.2%,成熟期籽粒吸氮量3.5-9.7%,氮肥利用效率17.3-54.9%,经济效益5.5-28.9%。对于土壤有机碳含量和土壤碳储量未造成显著影响。同时研究发现控释肥占比为70%时可以达到该地区覆膜玉米生产最佳的农学效益,这主要是由于合理的控释肥占比满足了玉米整个生育期的养分需求,尤其是花后的氮素需求所导致的。（3）基于数据整合分析（24篇,271观测值）可知,在西北地区覆膜玉米生产系统中,相比于普通尿素,施用控释肥的N2O排放、氮淋洗和氨挥发分别降低了25.4%、43.3%和32.2%。秸秆还田也在一定程度上降低了该地区覆膜玉米生产的活性氮损失。通过地区特异性参数,结合田间试验和生命周期评价方法发现尿素配施控释肥降低了西北地区覆膜玉米生产的环境代价,同时提高了能源利用率、净生态系统碳收支和净生态系统经济效益,并在70%控释肥占比处理达到最佳。其中,相比于不施控释肥处理,70%控释肥处理降低西北地区覆膜玉米生产中的单位面积碳排放3.0%、活性氮损失27.9%、土壤酸化潜值10.5%和水体富营养化潜值40.6%。同时提高能源利用率15.0%、净生态系统碳收支21.6%、可持续指数25.3%和净生态系统经济效益32.6%。低生态环境风险、高净生态系统碳收支和净生态系统经济效益主要是由于配施控释肥降低了玉米生产的活性氮损失同时提高了单位面积产量所导致的。（4）在西北地区覆膜玉米生产中建立一种新的管理模式（政产学研用-规模化生产,GEURP-LSF）,通过两年连续的实际生产验证,研究发现该模式有效提高了西北地区覆膜玉米产量11.3%、能源利用率8.1%、净生态系统碳收支12.4%和净生态系统经济效益18.9%,同时降低了单位面积的碳排放2.1%、活性氮损失25.1%、土壤酸化潜值7.6%和水体富营养化潜值29.0%。这主要是由于政产学研用-规模化生产模式的创新高效技术包,尤其是控释肥免追高效一次性施用技术所带来的高产高效低碳效果。综上所述,本研究定量化西北地区玉米生产资源投入、生态环境风险和净碳平衡的时空变化规律,并分析其影响因素,提出区域性减排建议;通过数据挖掘（Data mining）和生命周期评价方法,同时结合田间试验,明确该地区覆膜玉米生产的特异性排放参数,定量化不同控释肥占比对西北地区覆膜玉米生产农学效益,环境效益,生态经济效益和碳平衡的影响,明确该地区玉米生产的低碳高效氮肥管理模式;通过田间试验和生命周期评价,明确新玉米生产模式具有增产减排,提高净生态系统碳收支和净生态系统经济效益的潜力。在优化玉米生产模式的同时推动该地区玉米绿色可持续发展。