東北地理所在土壤障礙因子解析及其精準管理分區研究取得新進展
障礙因子解析及其管理是鹽堿地治理與利用領域的重要課題。東北是我國五大鹽堿地分布區之一，面積高達765萬公頃。松嫩平原是蘇打鹽堿地最大的集中分布區，土壤鹽分組成以NaHCO3與Na2CO3為主，土壤理化性質惡劣，作物產量低，治理難度大、時間長、見效慢。針對這一問題，中科院東北地理與農業生態研究所依托吉林大安農田生態系統國家野外科學觀測研究站，開展了蘇打鹽堿地土壤障礙因子解析及其管理研究，近期主要研究進展如下：
傳統的土壤障礙因子鑒定方法，常以播種前土壤特征為自變量，以作物產量為因變量，利用多元統計方法量化作物產量與土壤特征的定量關系而解析出土壤主導障礙因子。這些被鑒定的土壤主導障礙因子，常作為關鍵變量，或者直接通過主成分分析等降維方法將播種前的土壤特征變換提取出主成分作為關鍵變量，而被用于劃分土壤精準管理區。然而，作物敏感生育期（例如抽穗開花期）土壤特征對于作物產量的影響可能要大于播種前土壤特征對于作物產量的影響。基于此，研究團隊提出將作物敏感生育期土壤特征納入研究體系，能夠提升對于土壤主導障礙因子鑒定、作物產量預測精度以及土壤管理區劃分適宜性的假說。
研究團隊選取一系列不同改良方式及年限的蘇打鹽堿地水田，以水稻抽穗開花期為例，研究作物敏感生育期土壤特征在障礙因子解析、產量預測精度以及土壤管理區劃分適宜性方面的作用及意義。于泡田前調查分析土壤物理化學特征，于抽穗開花期調查分析土壤化學特征，于收獲期調查水稻產量及產量構成，采用分類回歸樹模型量化并比較了傳統障礙因子解析方法與納入不同自變量的解析方法（圖1）。
結果發現，傳統方法（僅納入泡田前土壤特征）對于產量的總解釋力為77.5%，泡田前0-10cm土層碳酸根離子為水稻產量的單個最大解釋力變量（53.4%）。而納入抽穗開花期土壤特征與產量構成，無論納入泡田前土壤特征與否，對于水稻產量的總解釋力提升至81.3%。對數據進一步挖掘發現，只要納入抽穗開花期土壤特征，無論納入泡田前土壤特征及產量構成與否，抽穗開花期0-10cm土層殘余碳酸鈉均為水稻產量的單個最大解釋力變量（60.5%），可被鑒定為土壤主導障礙因子。
圖1蘇打鹽堿地水田不同土壤特征及產量構成解釋水稻產量變異性的回歸樹
進一步采用相對方差、變異系數及方差分析比較傳統土壤管理區劃分方法與納入不同自變量的管理區劃分方法，發現相比于其他管理區劃分方法，納入水稻抽穗開花期土壤特征及水稻產量構成因素的管理區劃分方法的水稻產量相對方差更高，管理區內水稻產量及其主導因素的變異系數降低，判別管理區之間的重要土壤及水稻參數的能力有所改善。
圖2 傳統管理區劃分方法框架圖及改進的關鍵環節
研究結果證實，納入抽穗開花期土壤特征，可通過增加鑒定出的土壤主導障礙因子解釋力而提高對于水稻產量的預測精度，從而可提高管理區劃分的適宜性。這凸顯了作物敏感生育期土壤特征在障礙因子解析及管理區劃分研究中的重要性，對于靶向消減土壤主導障礙因子與精準調控作物產量具有重要的理論意義與實踐價值。這些結果在更多的土壤類型及氣候條件鼓勵下開展研究，進一步驗證作物敏感生育期土壤特征在障礙因子解析、作物產量預測精度以及管理分區方面的重要作用及意義（圖2）。
該研究由東北地理所王明明副研究員、梁正偉研究員（通訊作者）、澳大利亞阿德萊德大學Pichu Rengasamy研究員、沃加沃加農業研究所（Wagga Wagga Agricultural Institute）Ehsan Tavakkoli博士等共同完成。
相關成果發表在Land Degradation & Development上。該研究得到國家重點研發計劃（2016YFC0501200）、國家自然科學基金項目（41101304）、山東省重大科技創新工程項目（2019JZZY010726）、中科院STS項目、西部計劃及創新團隊國際合作伙伴計劃項目（KFJ-STS-ZDTP-029; KZCX2-XB2-13; KFJ-SW-STS-141-01; Y2B1001001），研究所一三五暨特色研究所服務項目、中科院黑土區農業生態重點實驗室項目（2016ZKHT-07）以及國家留學基金委項目（201904910143）等支持。
論文信息：
Wang MM, Rengasamy P, Wang ZC, Yang F, Ma HY, Huang LH, Liu M, Yang HY, Li JP, An FH, Li YY, Liu XL, Liang ZW. 2018. Identification of the most limiting factor for rice yield using soil data collected before planting and during the reproductive stage. Land Degradation & Development, 29:2310–2320.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ldr.3026
Wang MM, Tavakkoli E, Rengasamy P, Huang LH, Ma HY, Yang F, Wei TJ, Lu XR, Xu ZC, Fang YY, Liang ZW. 2021. Management zone delineation based on soil properties measured during the reproductive stage of rice in the field. Land Degradation & Development, 32:3106–3121. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/ldr.3971
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