东北松嫩平原黑土区土壤侵蚀驱动退化对作物产量的影响机制研究

针对黑土区土壤侵蚀导致耕地退化和作物减产问题，研究人员通过137Cs和黑土厚度(BST)量化侵蚀速率，构建土壤退化指数(SDI)评估SOC、K值和BD等关键指标，结合结构方程模型揭示侵蚀-退化-产量的直接/间接效应。结果表明：侵蚀每增加1000 t km-2 a-1导致玉米减产170 kg ha-1，SOC每降低1 g kg-1使大豆减产28.5 kg ha-1，为黑土保护提供理论依据。

　　

东北黑土地被誉为"耕地中的大熊猫"，其肥沃的土壤支撑着中国近1/4的粮食产量。然而近年来，过度开垦和侵蚀导致黑土层正以每年0.3-1 cm的速度流失。松嫩平原作为核心产区，土壤退化已威胁到粮食安全。尽管学界普遍认为侵蚀会降低土地生产力，但关于侵蚀如何通过改变土壤性质间接影响作物产量的定量研究仍属空白。

中国科学院的科研团队在《Pedosphere》发表的研究，首次建立了土壤侵蚀-退化-作物产量的定量关系链。研究选取7个典型坡耕地，采用核素¹³⁷Cs示踪技术测定土壤侵蚀速率(SER)，结合黑土厚度(BST)测量构建侵蚀梯度。通过分析11项土壤指标，筛选出土壤有机碳(SOC)、土壤可蚀性(K值)和容重(BD)作为关键参数，创新性开发土壤退化指数(SDI)。通过田间调查获取玉米和大豆产量数据，运用结构方程模型解析各因素相互作用路径。

关键技术方法
研究采用¹³⁷Cs同位素示踪技术测定历史侵蚀量，结合BST测量建立空间侵蚀梯度。通过主成分分析从11项土壤性质中筛选SOC、K值和BD构建SDI。采用结构方程模型(SEM)量化侵蚀与退化的直接/间接效应，田间产量数据来自松嫩平原7个典型坡耕地连续监测。

土壤侵蚀对作物产量的影响
数据显示，SER每增加1000 t km^-2 a^-1，玉米和大豆分别减产170.0 kg ha^-1和40.0 kg ha^-1；BST每减少1 cm对应减产44.6 kg ha^-1和11.1 kg ha^-1。SEM揭示侵蚀通过降低SOC和增加K值的双重途径间接影响产量，其中直接效应占比达62%。

土壤退化与产量关系
SOC被确认为最关键指标，每损失1 g kg^-1导致玉米和大豆分别减产115.9 kg ha^-1和28.5 kg ha^-1(P<0.01)。BD增加和K值升高同样显著抑制产量。有趣的是，SEM显示提高SOC可通过降低K值产生间接增产效应，这种跨指标协同作用占产量变异的38%。

讨论与结论
该研究首次量化了黑土区"侵蚀-退化-产量"的级联效应，揭示SOC是维系生产力的核心要素。发现直接效应（如侵蚀导致的耕作层变薄）比间接效应（如土壤性质恶化）对产量影响更大，这解释了传统改良措施效果受限的原因。提出的SDI指数为黑土退化评估提供了新工具，研究结果支撑了"秸秆还田增碳减蚀"等保护性耕作技术的推广。这些发现不仅对东北粮食主产区具有直接指导价值，也为全球类似黑土区的可持续管理提供了范式。