自课题启动以来，本课题紧密围绕“作物产能提升的根系层土壤主要限制因子辨识及消减技术创建”这一核心任务，在关键限制因子精准识别、其作用机制深度解析以及靶向性消减关键技术研发与集成方面取得了系列重要进展。已发表相关论文3篇，申请发明专利1项，授权实用新型专利3项，获批地方标准1项。

在系统解析不同土壤类型（白浆土、黑土、棕壤）的肥力与产量核心限制因子方面取得了突破。综合运用主成分分析、随机森林等方法，在不同土层深度（0-20 cm和20-40 cm）识别出影响各土壤类型综合肥力及玉米产量的关键物理、化学及生物学指标。研究表明，土壤有机质、速效钾、容重、有效氮素、土壤pH以及特定土壤酶活性（如N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、L-亮氨酸氨基肽酶）和微生物指标（如微生物量碳/氮）是主要的限制性因素，但其具体组合和主导作用因土壤类型和土层深度的不同而存在差异（图1）。例如，在白浆土中，表层有机质和速效磷对肥力贡献显著，而深层则更侧重微生物量氮和有机质；在黑土中，表层有机质贡献最大，深层则速效钾影响较大；棕壤中，表层速效钾权重高，深层则L-亮氨酸氨基肽酶对土壤质量贡献突出。同时，还明确了不同区域根系层微生物群落变化的主要限制性微生物类群及其关键环境驱动因子，并揭示了高产田与低产田在土壤微生物功能上的显著差异，为靶向改良土壤微生物区系提供了依据。

图1 土壤理化属性和微生物性状对玉米产量的影响

在黑土区农田土壤结构退化机制、生物学效应及优化调控方面取得了重要性进展。研究阐明了不合理耕作是导致土壤孔隙结构简化、生物数量减少及微生物群落网络结构简化的重要原因（图2）。相比之下，保护性耕作措施，特别是免耕结合间隔深松以及秸秆条带覆盖下深松少耕技术，能够显著改善0-40 cm耕层土壤结构。这些措施有效提升了大团聚体数量与结构稳定性，优化了孔隙网络（提升孔隙数量、连通性，降低平均弯曲度），进而增强了土壤持水能力和导水效率。结构改良进一步促进了土壤微生物（细菌、真菌、原生动物和后生动物）的基因丰度、活性及群落稳定性，实现了全耕层土壤质量指数在物理、化学、生物学指标上的多维度协同提升。研究还表明，不同还田方式主要通过改变土壤物理性质影响根系性状（图3），且亚耕层根系性状对玉米产量起决定性作用，优化耕作能为根系纵向生长创造更有利空间。

图2 耕作方式对土壤孔隙、微生物网络结构和质量指数影响

图3 不同土层土壤属性和根系与玉米产量的关系

在长期秸秆还田对土壤有机碳动态影响方面取得了新发现（图4）。通过长达17年的定位试验，量化了秸秆还田条件下土壤有机碳及其组分中新、老碳的周转速率。结果显示，连续秸秆还田显著增加了土壤中新形成有机碳的占比（最高可达25%），有效提升了土壤有机碳含量。然而，研究也揭示了秸秆还田在促进新碳固定的同时，也可能加速土壤原有稳定性组分中老碳的分解，且外源秸秆碳的转化效率相对较低。这为更全面、辩证地评价秸秆还田的固碳效应及其长效机制提供了重要数据支撑。

图4 长期秸秆还田下土壤新、老碳组成和外源碳转化率

综上所述，本课题目前已在作物产能提升的根系层土壤主要限制因子辨识方面取得了阶段性突破，系统明确了影响目标区域作物生产的关键障碍因素及其作用机理。在此基础上，课题围绕相应消减技术的创建开展了初步探索与验证工作，为后续形成高效、实用的地力提升与产能增长技术体系积累了宝贵的科学依据和实践经验。