東北地理所在黑土區(qū)土壤管理方式的區(qū)域適宜性分區(qū)方面取得進展
東北黑土區(qū)是全球典型的黑土分布區(qū)之一，也是我國最重要的糧食生產(chǎn)基地。該區(qū)域生產(chǎn)了全國約36%的玉米和50%的大豆，是國家糧食安全的核心保障。然而，長期高強度利用與氣候變化疊加，導(dǎo)致黑土地土壤有機質(zhì)下降、結(jié)構(gòu)退化等問題日益突出。與此同時，不同地區(qū)在氣候、土壤質(zhì)地和地形條件上存在明顯差異，使得相同的耕作或施肥措施在區(qū)域間表現(xiàn)差異顯著。這種異質(zhì)性不僅增加了農(nóng)業(yè)管理的不確定性，也制約了管理模式的推廣和應(yīng)用。在此背景下，明確不同土壤管理措施在東北地區(qū)的綜合效應(yīng)及其驅(qū)動機制，對于構(gòu)建區(qū)域適宜的農(nóng)業(yè)管理體系、提升作物產(chǎn)量和土壤質(zhì)量、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
東北地理所黑土保護與利用學(xué)科組研究人員以中國東北玉米和大豆生產(chǎn)為對象，整合105篇論文和1104個田間試驗數(shù)據(jù)（圖1），采用Meta分析與機器學(xué)習(xí)方法，系統(tǒng)評估了施肥、耕作和種植制度對作物產(chǎn)量的影響，并進一步解析了其驅(qū)動機制與區(qū)域適宜性差異。研究表明，土壤管理措施整體平均使玉米和大豆產(chǎn)量提升36.9%，具有顯著的增產(chǎn)效應(yīng)。化肥與有機肥配施（CF+OF）效果最顯著，產(chǎn)量提升42.2%；深松（SS）和旋耕（RT）分別增產(chǎn)18.8%和17.1%；免耕（NT）在東北冷濕條件下效果有限，僅提高2.2%。種植制度方面玉米–大豆輪作（CR）比單作（MO）更具優(yōu)勢。隨機森林與結(jié)構(gòu)方程模型進一步揭示了土壤有機碳（SOC）提升是產(chǎn)量增加的核心路徑，而氣溫、降水和土壤黏粒含量對管理措施的增產(chǎn)效應(yīng)具有顯著調(diào)控作用，體現(xiàn)了氣候–土壤–管理三者之間的耦合關(guān)系（圖2）。
圖1 試驗點分布圖
圖2 作物產(chǎn)量響應(yīng)土壤管理類型的平均效應(yīng)大小
不同管理措施在東北黑土區(qū)的適用性存在明顯空間差異：深松和輪作在黑土區(qū)大部分地區(qū)具有普遍適用性；免耕的有效范圍相對有限，僅在遼寧東部和吉林中南部部分區(qū)域表現(xiàn)較好；玉米–大豆輪作在黑龍江南部、吉林北部及三江平原東部具有突出增產(chǎn)潛力（圖3）。本研究不僅量化了增產(chǎn)效應(yīng)，還揭示了其氣候與土壤依賴性，為東北地區(qū)制定差異化土壤管理方案提供了科學(xué)依據(jù)。
圖3 東北黑土區(qū)不同土壤管理方式下作物產(chǎn)量適宜性及空間分布
研究成果近期發(fā)表在國際土壤學(xué)一區(qū)期刊Field Crops Research上。東北地理所黑土保護與利用學(xué)科組聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生梁雯鈺為論文第一作者，鄒文秀研究員為通訊作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃(2022YFD1500100)、龍江科技英才春雁支持計劃（CYCX24026）等聯(lián)合資助。
論文信息：
Liang Wenyu,Gao Ming,Zhang Naiwen,Chen Xu,Lu Xinchun,Yan Jun,Han Xiaozeng,Zhu Yuanchen,Zou Wenxiu*. Effects of soil management strategies on maize and soybean yields in northeast China: A meta-analysis. Field Crops Research,2025,333,110116.
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