东北黑土区是全球典型的黑土分布区之一，也是我国最重要的粮食生产基地。该区域生产了全国约36%的玉米和50%的大豆，是国家粮食安全的核心保障。然而，长期高强度利用与气候变化叠加，导致黑土地土壤有机质下降、结构退化等问题日益突出。与此同时，不同地区在气候、土壤质地和地形条件上存在明显差异，使得相同的耕作或施肥措施在区域间表现差异显著。这种异质性不仅增加了农业管理的不确定性，也制约了管理模式的推广和应用。在此背景下，明确不同土壤管理措施在东北地区的综合效应及其驱动机制，对于构建区域适宜的农业管理体系、提升作物产量和土壤质量、实现农业可持续发展具有重要意义。

东北地理所黑土保护与利用学科组研究人员以中国东北玉米和大豆生产为对象，整合105篇论文和1104个田间试验数据（图1），采用Meta分析与机器学习方法，系统评估了施肥、耕作和种植制度对作物产量的影响，并进一步解析了其驱动机制与区域适宜性差异。研究表明，土壤管理措施整体平均使玉米和大豆产量提升36.9%，具有显著的增产效应。化肥与有机肥配施（CF+OF）效果最显著，产量提升42.2%；深松（SS）和旋耕（RT）分别增产18.8%和17.1%；免耕（NT）在东北冷湿条件下效果有限，仅提高2.2%。种植制度方面玉米–大豆轮作（CR）比单作（MO）更具优势。随机森林与结构方程模型进一步揭示了土壤有机碳（SOC）提升是产量增加的核心路径，而气温、降水和土壤黏粒含量对管理措施的增产效应具有显著调控作用，体现了气候–土壤–管理三者之间的耦合关系（图2）。

图1 试验点分布图

图2 作物产量响应土壤管理类型的平均效应大小

不同管理措施在东北黑土区的适用性存在明显空间差异：深松和轮作在黑土区大部分地区具有普遍适用性；免耕的有效范围相对有限，仅在辽宁东部和吉林中南部部分区域表现较好；玉米–大豆轮作在黑龙江南部、吉林北部及三江平原东部具有突出增产潜力（图3）。本研究不仅量化了增产效应，还揭示了其气候与土壤依赖性，为东北地区制定差异化土壤管理方案提供了科学依据。

图3 东北黑土区不同土壤管理方式下作物产量适宜性及空间分布

研究成果近期发表在国际土壤学一区期刊Field Crops Research上。东北地理所黑土保护与利用学科组联合培养硕士研究生梁雯钰为论文第一作者，邹文秀研究员为通讯作者。研究得到国家重点研发计划(2022YFD1500100)、龙江科技英才春雁支持计划（CYCX24026）等联合资助。

论文信息：

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.

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.fcr.2025.110116