黑土耕層變薄，有機碳儲量下降，以及作物生產力和土壤肥力降低，是侵蝕黑土農田的主要特征。由于土壤退化過程緩慢，評估土壤侵蝕與作物生產力的關系較為困難。目前，研究土壤侵蝕影響作物生產力的方法主要有剖面線法、小區(qū)比較法及人為加土和削土法等人工模擬方法。作物產量對土壤侵蝕的響應取決于作物類型、土壤性質、管理措施和氣候特征。然而，土壤侵蝕導致黑土層變薄，降低中國黑土不同作物生產力的研究，尤其是有關作物根系吸收養(yǎng)分方面的研究缺少科學數據。

中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所農田分子生態(tài)學科組針對黑土層變薄如何影響作物產量的問題，建立了農田耕層人為剝離后重建不同黑土層的定位模擬試驗。對試驗地塊剝離30 cm耕層厚度的全部土壤，混勻全部剝離的土壤。根據土壤平均容重和擬設置的黑土層厚度，科研人員計算單位面積回填土壤量，重建3個耕層厚度，即耕層厚度10 cm、20 cm和30 cm，種植方式為大豆和玉米免耕輪作。經過連續(xù)三年的田間試驗，研究發(fā)現，與30 cm耕層厚度相比，10 cm耕層厚度使玉米減產9%～22%，但對大豆產量沒有影響。與30 cm和20 cm耕層厚度相比，10 cm耕層顯著降低了玉米拔節(jié)期（V7）和乳熟期（R3）及大豆鼓粒期（R6）的根生物量和地上部生物量。此外，與30 cm耕層相比，10 cm耕層厚度降低土壤速效氮和速效磷含量，其中玉米分別減少了42%和36%，大豆減少了25%和19%，并且10 cm耕層厚度也降低了單位根長N、P和K的吸收量，玉米的減少幅度低于大豆。與30 cm耕層相比，10 cm和20 cm耕層顯著提高了玉米根際土壤脲酶活性、磷酸酶活性和蔗糖轉化酶的活性，而在大豆根際土壤中，20 cm耕層增加了38%的脲酶活性。上述結果表明，與大豆相比，玉米對耕層厚度的響應更敏感，其主要原因是土壤養(yǎng)分有效性降低及作物從土壤中獲取養(yǎng)分的能力下降，耕層變薄進一步加劇了養(yǎng)分缺乏對玉米產量的限制。因此，針對土壤侵蝕導致的耕層變薄的黑土，關注玉米的施肥策略保證養(yǎng)分供應以確保玉米產量，比大豆更關鍵。

相關研究成果發(fā)表在Land Degradation and Development上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國際科學組織聯(lián)盟專業(yè)協(xié)會和國家自然科學基金等的資助。