黑土地农用土壤质量退化过程与阻控途径项目研究取得重要进展 为保护利用黑土地提供科技支撑

□本报记者 周静

黑土地农用土壤质量退化是导致作物产量降低的重要因子，量化土壤质量退化对作物产量影响的贡献，对有针对性地研发阻控黑土地农用土壤质量退化具有重要指导性意义。日前，中国科学院黑土地农用土壤质量退化过程与阻控途径项目研究取得两项重要进展：探明了东北黑土地土壤退化类型及耦合对作物产量影响机制；完成了黑土耕地土壤质量与作物产能协同提升技术集成与应用。

该项目负责人、中国科学院东北地理与农业生态研究所研究员邹文秀介绍，今年共有186人投入该项目研究，在理论研究、技术研发与应用、人才培养等方面都取得了一定成绩。

理论研究方面，项目组科研人员通过对各区域典型坡面的深入研究，明确了坡面上作物产量和土壤属性的空间分布特点，详细分析了土壤养分在不同坡位的分布规律及其与坡位的耦合关系，揭示了侵蚀强度对作物产量的影响机制和二者之间的相互作用。完成了多地区土壤退化数据的整合与综合分析，建立了关键退化过程的诊断框架，初步筛选出主导土壤质量退化的关键因素。在研究土壤退化过程中，深入探讨了热量传导、水分迁移和养分运输的特征，识别了能量平衡、水分扩散通量和养分迁移过程中的敏感环境因子，构建了退化条件下水、热、养分过程的关键驱动因子识别模型。进一步明确了不同区域高产田和低产田土壤理化指标的差异，识别出退化黑土的主要物理、化学和微生物限制因子。共发表相关成果学术论文26篇，其中17篇为SCI论文，9篇为CSCD论文，出版专著2部，获得3项省部级奖励。

在技术研发与应用方面，建立了与退化土壤相关的长期监测系统，包含土壤有机质、养分、土壤水分保持能力等关键指标的观测，并应用高精度空间分析工具对土壤质量的变化进行全面评估，形成了黑土退化与改良的诊断体系。构建了土壤水热耦合传感器、配套的数据分析和处理技术，提高了对土壤水、热动态的实时监测能力，为研究土壤物理过程提供了先进工具。提出了根系层土壤结构性障碍的消减技术途径，为改善退化土壤的物理结构、促进作物根系生长提供了有效的方法。继续开展黑土培肥与产能提升技术的效果验证与熟化工作，研究了限制因子消减、扩库增容、土壤增碳肥田等技术措施。明确了不同有机物料增碳肥田和秸秆还田方式的技术效果，提出了适合研究区域的土壤培肥与产能提升技术方案，发挥了有机物料在农业生产中的有效利用。继续构建适宜黑土地农用土壤质量的评价体系，制定了土壤物理、化学和生物性质综合指标的分析标准，为土壤质量的监测与评价提供了规范。基于Meta分析，完成了人为土壤管理措施在提高东北地区作物产量中的作用及区域适宜性评价，为制定不同区域的土壤管理策略提供了参考。相关成果获批4项地方标准，授权4项发明专利，申请5项发明专利，获得10项软件著作权。

在人才培养方面，培养了2名国家级人才和2名省部级人才，培养研究生25名。

邹文秀表示，项目组科研人员通过对东北黑土地土壤退化类型及耦合对作物产量影响机制的研究，创新性地划分了黑土地农用土壤侵蚀对作物产量降低的空间格局，量化了黑土地农用土壤退化类型及耦合作用对作物产量降低的贡献。研究表明，区域尺度上，坡度是影响土壤侵蚀与沉积分布的关键因素，侵蚀显著降低玉米产量，而沉积区因养分积累产量有所提升；流域尺度上，土壤侵蚀速率与作物产量呈显著负相关关系，侵蚀强烈区域的产量下降幅度达26.3%～71.8%。土壤侵蚀导致的作物减产，最严重的区域集中在中部和西北部，而影响相对较小的区域主要分布在西南部和东北部，多数区域的土壤侵蚀导致作物减产均超过20%。此外，揭示了土壤质量退化通过影响微生物养分资源限制、作物水分利用效率，进而影响作物产量的过程。在典型黑土区，土壤侵蚀是导致作物减产的主导退化类型，贡献率达27%。土壤侵蚀深度被确立为作物减产的关键因素，其次是土壤有机质和全氮含量。土壤质量指数与作物产量显著正相关，其中土壤养分（如有机质、全氮）对产量贡献最大，而土壤物理性质则通过改善土壤结构和水肥保持能力间接提升产量。

同时，通过对黑土耕地土壤质量与作物产能协同提升技术集成与应用的研究，识别了作物根系层土壤的主要限制因子，提出了土壤障碍消减-土壤质量提升-作物产量增加的技术途径，明确了技术区域适宜性。研究成果表明，土壤酸化、有机质下降、养分有效性低和土壤结构恶化是退化黑土限制作物产量的主要因子，区域尺度上，土壤酸化、有机质含量低、土壤保水性差限制了辽河平原玉米产量提升；土壤养分供给能力和有机质含量是限制松嫩平原玉米产量的主要因素。专家们提出了多源有机物料还田配合深翻/深松是消减黑土作物根系层土壤障碍的有效途径，揭示了根际土壤中碱解氮含量对微生物资源碳限制和磷限制的影响最大，而β-葡萄糖苷酶活性是影响土壤质量和作物产量的关键因素。有机物料施用通过调控根际土壤作物产量能提高5.99%、土壤质量指数增加46.55%。

科研人员分区域构建了土壤质量与作物产量协同提升途径，为黑土地保护利用、分区治理提供了技术支撑。基于多源有机物还田，构建了松嫩平原黑土地保育与培肥、辽河平原“补还一体”、三江平原改良快速培肥的土壤质量与作物产量协同提升途径，同时，基于预测模型估算了东北地区不同土壤管理措施下主要作物的产量效应值，开展技术模式适宜性评价。预测结果显示旋耕和深松/深翻的适宜性覆盖了东北所有耕作区，其中旋耕的高度适宜区范围较大，但深松/深翻的增产幅度更高。