《Farming System》：Agronomic Management Practices Shape Soil Health and Crop Productivity in Northeastern China: Insights from a Meta-Analysis
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本研究针对东北黑土区土壤退化与粮食安全平衡难题，通过整合86篇文献的1,865组观测数据，系统解析了作物轮作、秸秆还田、保护性耕作及有机-无机配施等农艺措施对土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）及作物产量的影响。结果表明，有机无机配施提升SOC 26.47%、TN 23.02%，秸秆还田增产4.85%，而免耕虽改善土壤肥力却导致减产3.33。研究为寒区黑土可持续利用提供了区域化优化方案。
东北平原作为中国最重要的粮食生产基地，拥有珍贵的黑土资源，其土壤有机碳储量对维持高产稳产至关重要。然而，长期集约化农业管理导致该区域土壤退化加剧。数据显示，过去50年间黑土区土壤有机碳含量下降高达45.5%，严重威胁区域农业可持续发展。面对这一挑战，如何通过优化农艺管理措施实现土壤健康与作物生产力的协同提升，成为当前农业科学研究的焦点。
为系统评估不同农艺措施在东北黑土区的实施效果，中国农业大学农学院的研究团队开展了此项整合分析研究。研究人员从Web of Science和中国知网（CNKI）数据库中筛选出86篇符合标准的研究文献，提取1,865组配对观测数据，涵盖作物轮作（CR）、秸秆还田（S）、保护性耕作（MT+NT）和有机无机配施（OF+CF）四类主要农艺措施。研究采用随机效应模型进行效应量计算，通过亚组分析揭示实验年限、作物类型、初始土壤肥力等因子对管理效果的调节作用。
主要技术方法
研究采用整合分析方法，通过文献检索获取东北地区农田生态系统实验数据，使用随机效应模型计算土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）和作物产量的对数响应比（LnR）作为效应量。利用亚组分析探讨实验年限、作物种类、种植模式和初始土壤性质对管理效果的影响，并通过漏斗图、Egger回归检验和留一法敏感性分析评估结果稳健性。
3.1 农艺管理措施对土壤有机碳的影响及影响因素
整合分析显示，保护性农艺措施整体使土壤有机碳提升7.52%。其中有机无机配施效果最显著（+26.47%），秸秆还田和保护性耕作分别提升5.76%和4.84%。亚组分析表明，秸秆还田的碳增汇效应随实验年限延长而增强（>10年达9.90%），且在初始SOC≤10 g/kg的贫瘠土壤中提升幅度最大（17.85%）。保护性耕作的碳固存效果在初始SOC为10-13 g/kg时尤为突出（+17.79%），而有机无机配施在玉米连作系统中SOC提升达42.39%。
3.2 农艺管理措施对全氮的影响及影响因素
农艺管理措施整体使土壤全氮增加7.02%。有机无机配施对TN的提升幅度最大（+23.02%），秸秆还田和保护性耕作分别增加8.08%和2.40%。值得注意的是，在低初始TN（≤1.5 g/kg）条件下，作物轮作反而使TN降低8.87%，表明贫瘠土壤中轮作可能引发氮素耗竭。有机无机配施在长期试验（>10年）中TN提升达38.73%，且在玉米田中的效果（+27.32%）显著优于其他作物。
3.3 农艺管理措施对作物产量的影响
综合农艺措施使作物产量平均提高4.91%。作物轮作、秸秆还田和有机无机配施分别增产10.40%、4.85%和8.39%，而保护性耕作（MT+NT）却导致减产3.33%。亚组分析揭示，保护性耕作的减产效应在短期试验（-8.96%）、玉米种植（-5.92%）和低氮土壤（初始TN≤1.5 g/kg时-8.69%）中尤为明显。相反，有机无机配施的增产效果随实验年限延长而增强，长期试验中增产达17.76%。
3.4 实验年限与土壤碳氮积累的关系
线性回归分析表明，秸秆还田和有机无机配施对SOC和TN的提升效应随实验年限延长而显著增强。秸秆还田每年使SOC和TN分别增加0.63%和0.30%，有机无机配施的年增幅更高（SOC 1.45%，TN 0.85%）。而保护性耕作对TN的积累效应与实验年限无显著相关性，说明其氮固持能力存在上限。
研究结论强调，不同农艺措施在东北黑土区存在明显的效应权衡。有机无机配施在提升土壤肥力和作物产量方面表现最优，而保护性耕作虽能改善土壤健康却可能牺牲短期产量。讨论部分指出，免耕导致的减产主要源于春季地温偏低和土壤容重增加，延缓作物早期生长。因此，建议采用有机肥配施、秸秆还田与轮作相结合的集成策略，以平衡土壤改良与产量目标。该研究为寒区黑土可持续管理提供了实证依据，对类似气候带农业系统具有重要参考价值。
