Back to report · Publisher record

Liao et al. (2026). Governing black soils for food and climate security

Page 1

Figures and page graphics, page 1

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

https://doi.org/10.1038/s41467-026-69018-7

Received: 7 October 2025
Accepted: 21 January 2026

Cite this article as: Liao, X., Li, Y.,

Wang, J. 

et al. Governing black soils

for food and climate security. 

Nat

Commun (2026). https://doi.org/

10.1038/s41467-026-69018-7

Xiaoyong Liao, You Li, Jieyong Wang, Jinwei Dong, Qixing Yao, Jing Li, Ruixing Hou,

Zehong Li, Yitao Zhang, Xiaoxu Jia & Guoyong Leng

We are providing an unedited version of this manuscript to give early access to its
findings. Before final publication, the manuscript will undergo further editing. Please
note there may be errors present which affect the content, and all legal disclaimers
apply.

If this paper is publishing under a Transparent Peer Review model then Peer

Review reports will publish with the final article.

© The Author(s) 2026. Open Access This article is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
License, which permits any non-commercial use, sharing, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit
to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons licence, and indicate if you modified the licensed material. You do not
have permission under this licence to share adapted material derived from this article or parts of it. The images or other third party material in this
article are included in the article’s Creative Commons licence, unless indicated otherwise in a credit line to the material. If material is not included in the
article’s Creative Commons licence and your intended use is not permitted by statutory regulation or exceeds the permitted use, you will need to obtain
permission directly from the copyright holder. To view a copy of this licence, visit 

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

.

Nature Communications

Article in Press

Governing black soils for food and climate security

Page 2

Figures and page graphics, page 2

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

 

      

 

Peer  Review  Information:

 

Nature  Communications

  thanks  Ivan  Vasenev  and  the  other  anonymous 

reviewer(s) for their contribution to the peer review of this work. A peer review file is available."

 

Governing black soils for food and climate security 

Xiaoyong Liao

1*

, You Li

1

, Jieyong Wang

1

, Jinwei Dong

1

, Qixing Yao

1

, Jing Li

1

, Ruixing Hou

1

, 

Zehong Li

1

, Yitao Zhang

1

, Xiaoxu Jia

1

, Guoyong Leng

1

  

1

 Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, 

Beijing 100101, China. 

*e-mail: liaoxy@igsnrr.ac.cn 

Black soils feed the world yet remain undervalued in food and climate governance frameworks. A 
policy package, including global monitoring as public infrastructure, co-designed and place-based 
solutions  based  on  tailored  tools,  planning  that  fits  land  and  people,  mobilizing  alliance  with 
finance and force, and mainstreaming black soils in global pacts, can contribute to decline land 
quality and stabilize yields where it matters most. 

 

The black soils, characterized by a thick, dark-colored soil horizon, and rich organic matter content, 
cover just 17 % of global cropland yet yield two-thirds of sunflower seed, half of millet, 42 % of 
sugar beet, 30 % of wheat, and a quarter of potatoes while storing roughly 30 % of cropland carbon

1

. 

Black soils constitute not only a critical global food production base (Fig. 1a), but also deliver key 
ecosystem services, including regulatory functions (e.g., carbon sequestration, nutrient cycling) 
and provisioning benefits (e.g., biodiversity maintenance, climate mitigation). As vital regulators 
of  socio-ecological  systems,  they  sustain  agricultural  productivity  while  enhancing  rural 
livelihoods.  However,  intensified  cultivation,  driven  by  escalating  food  demand  resulting  from 
population growth and dietary shifts, has triggered widespread degradation

2

. 

The black soils are becoming poorer, thinner, harder, and dirtier. Over the past 70 years, intensive 
tillage,  residue  removal,  land  clearing,  and  a  warming  climate  have  stripped  20–50  %  of  their 
original soil-organic-carbon (SOC) stocks

1

 

and thinned topsoil from 60–80 cm in the 1950s to 20–

40 cm in China’s Songnen Plain in the 2020s

3

. Comparable losses haunt Iowa’s prairies, where 

“conservation”  tillage  still  costs  an  estimated  US  $3  billion  in  annual  yield  penalties

4

,  and 

Ukraine’s chernozems, where decades of monoculture have drained up to 22 % of soil organic 

Page 3

Figures and page graphics, page 3

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

 

      

 

matter  while  topsoil  blows  into  the  Dnipro  River  basin

1

.

  Beyond  surface  erosion,  modern 

mechanization has introduced an invisible threat: subsoil compaction. In regions with long-term 
monoculture and intensive machinery use, this persistent compaction impairs root elongation and 
water infiltration

5

. Degradation is further compounded by climate change and other unsustainable 

practices such as excessive agrochemical inputs (Fig. 1b). 

 

Fig.  1  | Agricultural  productivity  and  key  parameters  of  the  world's  four  major  black  soil  regions.

  a, 

Contribution of each region to global production of key staple and oilseed crops. Values represent the percentage 

of global output sourced from black-soil cropland within each region. Region A: Ukraine and European Russia; 

B: Northeast China; C: United States and Canada; D: South America. b, Regional comparison of agricultural 

inputs  (fertilizer,  irrigation,  and  pesticide),  subsoil  compaction  susceptibility  index  (SCSI),  and  key  soil 

properties (bulk density, soil organic carbon, pH). Values are cropland-weighted means derived from publicly 

available global datasets. We integrated multiple datasets to characterize cropland conditions across four major 

black-soil regions. Cropland extent was derived from Historic Land Dynamics Assessment Plus (HILDA⁺), and 

black-soil boundary were compiled from the USDA NRCS Global Soil Type Database (Ukraine/European Russia, 

North America and South America) and China’s Second National Soil Survey (Northeast China). All layers were 

rasterized, reprojected and resampled to the HILDA⁺ grid, then intersected to delineate cropland within each 

black-soil  region.  Crop  harvested  area  (SPAM  v2.0,  2020)  was  used  to  compute  total  harvested  area  and 

dominant  crop  shares.  Agricultural  inputs  were  summarized  from  global  products:  fertilizer  (Global  Crop 

Page 4

Figures and page graphics, page 4

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

 

      

 

Specific Fertilization dataset for 1961 to 2019), irrigation (GMIE, a global maximum irrigation extent and central 

pivot irrigation system dataset), and pesticides (PEST-CHEMGRIDS). SCSI and SoilGrids 2.0 soil properties 

were  aggregated  over  cropland  for  each  region.  Detailed  data  sources  and  processing  steps  are  provided  in 

Supplementary Note 1. 

Soil degradation and climate change jointly threaten food security

6

, with the high stakes in carbon-

rich, highly productive black soil regions

1

. As soils lose organic carbon and experience intensified 

erosion,  their  capacity  to  retain  nutrients  and  water  declines,  directly  undermining  crop 
productivity  and  yield  stability

7

.  In  Northeast  China,  topsoil  thinning  due  to  erosion  has  been 

linked to yield reductions of approximately 27%

8

, with every additional 1,000 t km⁻² yr⁻¹ of soil 

loss corresponding to estimated declines of around 170 kg ha⁻¹ for maize and 44.6 kg ha⁻¹ for 
soybean

9

.  Notably,  such  degradation  is  not  inevitable,  as  conservation  tillage  can  improve  soil 

quality and increase maize yields by more than 15%

10

. Beyond on-farm impacts, the release of 

CO₂ from soil carbon loss exacerbates climate warming

6

, while rising temperatures and altered 

precipitation  patterns  further  accelerate  erosion  and  organic  matter  decomposition

11

. This  self-

reinforcing feedback is projected to drive ongoing declines in soil organic carbon across global 
black  soil  regions  under  future  climate  change

12

.  Concurrently,  climate  extremes  including 

droughts  and  floods  impose  additional  shocks  on  crop  production

13

.  Combined  drought  and 

extreme heat have been shown to reduce both yields and harvested area, contributing to production 
losses across 94% of U.S. counties and an estimated 7.6% decline in total maize production under 
the warming scenarios

14

. 

Black soils hold crucial significance in safeguarding food security and alleviating climate change. 
Nevertheless,  it  has  long  been  overlooked  in  mainstream  international  discourse  on  food  and 
climate  issues,  and  this  neglected  is  reflected  in  the  lack  of  robust  regulatory  frameworks  and 
effective enforcement mechanisms. Only five of 166 Nationally Determined Contributions (NDCs) 
even mentioned black soils

15

, while multilateral trade and biodiversity continue to treat them as an 

afterthought. 

The Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) began addressing this gap 
with the establishment of the International Network of Black Soils (INBS) in 2018 and the release 
of its 

Global Status of Black Soils

 report in 2022. However, moving from assessment to action 

requires  a  coherent  framework  that  integrates  real-time  information  with  locally  adapted 
technology and equitable governance. Here we outline such a framework (Fig. 2), spanning global 
monitoring, inclusive planning, tailored tools, a dedicated alliance, and mainstreaming in global 

Page 5

Figures and page graphics, page 5

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

 

      

 

pacts, and show how it can stabilize food security, rural livelihoods, and climate mitigation on the 
world’s most productive soils.

 

 

Fig.2 | An integrated framework for black soils conservation. 

The diagram visualizes a strategic pathway 

linking science, policy, and practice. Foundational global monitoring informs the development of tailored Tools 

and inclusive planning, which are synergized by a central alliance for action to drive mainstreaming in global 

pacts. Global monitoring provides a high-precision knowledge graph of black soils, while inclusive planning and 

tailored  tools  offer  regional-scale  and  localized  governance  strategies. Alliance  for Action  synergizes  these 

efforts  to  drive  the  highest  goal:  Mainstreaming  black  soil  targets  into  global  governance.  Conceived  as  an 

overarching strategic guide, its effective implementation at national or regional levels must be tailored to specific 

institutional, financial, and environmental settings. Phase 1, integration & demonstration (short-term: 1–3 years) 

establishes core global black soil knowledge graph, launches select high-impact black soil demo hubs, and builds 

stakeholder consensus to secure initial commitments. Phase 2, scaling & customization (medium-term: 4–6 years) 

divides agricultural regions to enable all-for-one customization, develops place-based solutions that meet agro-

ecological demands while upholding the principle of equality, and constitutes the Global black soil protection 

alliance  (GBSPA)  to  consolidate  commitments  and  coordinate  scaling.  Phase  3,  mainstreaming  &  sustained 

governance (long-term: 7+ years) mainstreams black soil targets into global carbon markets and trade agreements 

and  sustains  conservation  through  permanent  institutional  support  and  innovative  financing  mechanisms. 

Page 6

Figures and page graphics, page 6

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

 

      

 

Abbreviations: UNEP, united nations environment programme; WB, the world bank; IPCC, intergovernmental 

panel on climate change. 

Global monitoring as public infrastructure

 

Black-soil stewardship today is a cartographer’s patchwork. Fewer than one-third of black-soil 
regions  have  repeat  SOC  plots,  and  national  inventories  diverge  in  terms  of  sampling  depths, 
laboratory protocols, and reporting formats. The absence of interoperable data leaves agronomists 
guessing  where  erosion  bites  hardest  and  policymakers  blind  to  whether  subsidies  are  slowing 
carbon loss. 

A two-tier architecture is proposed. At the top sits an 

open-access Black Soil Knowledge Graph

 

stewarded  by  FAO  and  INBS.  Built  on  FAIR  (Findable, Accessible,  Interoperable,  Re-usable) 
principles, the graph would fuse legacy soil surveys, high-frequency sensor feeds, multispectral 
imagery,  farm-record  data,  and  peer-reviewed  studies. A  harmonized  indicator  suite,  including 
SOC-stock  change,  topsoil  thickness,  aggregate  stability,  erosion  risk,  and  below-ground 
biodiversity, would render trends comparable across borders and feed open-source modules for 
carbon accounting, drought forecasting, and land-use simulation. 

Ground truth comes from a Real-Time Monitoring Network operated by national and sub-national 
agencies.  China  already  streams  hourly  SOC-moisture  readings  from  >  2,000  probes  across 
Heilongjiang Province; paired with Unmanned Aerial Vehicle imagery and smartphone uploads 
from growers, these data feed regional dashboards that pinpoint hotspots for straw-return subsidies. 
Europe’s LUCAS programme  (Land Use/Cover Area  frame statistical Survey), which  tags soil 
samples  to  10-metre  Sentinel-2  pixels,  demonstrates  how  continental  harmonization  can  refine 
local policy. Scaling such capacity requires funding: a multilateral trust fund, seeded by Article 6 
climate  finance  flows  and  the  Global  Environment  Facility,  should  co-finance  sensors,  lab 
upgrades, and technician training in low-income chernozem belts. With alerts from this backbone, 
ministries can target payments to the most vulnerable hectares and verify outcomes; without it, 
stewardship remains a matter of guesswork. 

Co-designed and place-based solutions based on tailored tools

 

Biophysical fixes founder when they ignore social reality. On China’s Sanjiang Plain, variable-
rate  fertilizer  spread  only  after 

trusted  neighbors

  demonstrated  its  ease-of-use

16

,  revealing  that 

social  proof  outweighed  cost–benefit  spreadsheets.  Comparable  social  dynamics  appear  in 
Argentina’s  Pampas,  where  the  Argentina  no-till  farmers  association  promote  conservation 

Page 7

Figures and page graphics, page 7

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

 

      

 

practices  through  field  demonstrations,  workshops,  and  technical  exchanges

17

.  Likewise,  in 

Kazakhstan’s  steppe  regions,  where  the  shared  use  of  farm  machinery  and  transport  vehicles 
reduces per-unit costs of inputs and services

18

. 

Technologies  must  also  meet  agro-ecological  constraints.  Multi-strain,  bio-engineered  straw-
decomposition  agents  reduce  residue  breakdown  time  by  75%  and  boost  rice  yields  in  cold 
Northeast soils

19

. In drier steppe climates, they risk mineralizing scarce moisture, so a shallow-

incorporation or surface-mulch approach works better. AI-guided planters, trained on centimeter-
scale  microtopography,  allow  Iowa  growers  to  seed  corn  directly  into  previous-crop  stubble, 
preserving soil armor while maintaining high yields. Flexibility, modularity and local calibration 
are therefore design imperatives. 

Integrating  advanced  in-season  crop  yield  prediction  models  is  crucial  for  food  security  under 
climate  change.  Recent  advancements  demonstrate  the  value  of  assimilating  seasonal  climate 
forecasts and satellite-based observations for timely yield forecasting in Northeast China, enabling 
predictions up to one month before harvest with an average bias of ~5%

20

. Such forecasts allow 

farmers to proactively mitigate climate risks through adaptive practices like adjusted irrigation or 
residue management, while assisting policymakers in setting trade tariffs, adjusting market prices, 
and enhancing overall food security. 

Equity is non-negotiable. FAO gender guidelines require sex-disaggregated metrics and safeguards 
against  bias  in  land  or  labor  access

21

.  Mechanization  that  overlooks  women’s  shorter  credit 

horizons or seasonal labor peaks can entrench inequalities. However, well-designed agricultural 
technology can also serve as a powerful tool for promoting equity. For instance, smart agriculture 
tools  can  lower  entry  barriers  for  women,  who  often  excel  in  technical  training,  machinery 
operation  and  data  analysis.  Participatory  co-design,  which  engages  women  and  marginalized 
groups in testing prototypes and negotiate trade-offs, transforms them from passive adopters into 
active  co-innovators,  directly  addressing  potential  biases

22

. To  institutionalize  these  principles, 

FAO should issue 

Inclusive Innovation Standards

, fund regional “Black-Soil Demo Hubs” with 

explicit equity targets, and host an open-license digital toolbox. Governments can bundle these 
tools  with  gender-responsive  micro-loans  to  bridge  credit  gaps  and  outcome-based  soil-health 
payments that reward stewardship rather than acreage alone, thereby building a fairer system for 
all land managers. 

Planning that fits land and people

 

Page 8

Figures and page graphics, page 8

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

 

      

 

High-resolution soil intelligence must mesh with tenure and power on the ground. SOC maps are 
only as good as the planning regimes that use them. High-resolution chernozem layers fused with 
cadastral  boundaries  helped  Ukrainian  councils  adjust  crop-rotation  rules  and  re-establish 
shelterbelts, cutting wind-erosion losses by 1.8 t ha⁻¹ yr⁻¹

23

. Where Ethiopian highland villages—

half the participants were women—co-drew contour terraces and fallow corridors, SOC loss fell 
by a third, and grain yields rose 9 % within three seasons

24

. 

China has gone further, enacting the world’s first dedicated Black Soil Conservation Law in 2022 
and  backing  it  with  large—scale  projects  and  annual  white  papers.  China’s 

All-for-One 

Customisation

 offers a template for multiscale integration

25

. Parcel-level soil surveys (1:5 000) 

feed village land-use maps, which in turn inform county master plans aligned with provincial dual 
objectives  of  food  security  and  ecological  conservation  and  provincial  targets.  The  "whole-
territory  customization"  approach  employs  stratified  interventions:  At  the  county  level, 
management units are delineated by erosion sensitivity and SOC thresholds; at the village level, 
site-specific packages. The system funnels straw-return subsidies, no-till machinery banks, and 
erosion-control terraces to the thinnest soils, lifting SOC by 0.3 % yr⁻¹ while maintaining grain-
output goals

26

.  

Exporting this model means translating and adapting it for localization, not transplanting it. FAO 
can  curate  open-source  workflows  (data  pipelines,  governance  protocols,  and  performance 
dashboards)  and  broker  South–South  exchanges,  allowing,  for  instance,  Mongolian  herder 
associations or Brazilian Cerrado municipalities to adapt the approach to their tenure mosaics and 
climate risks. Host countries should pilot inclusive planning cells anchored in local tenure law, 
indigenous  knowledge,  and  youth  and  women’s  organizations,  with 

result-based  payments

 

triggered by verified carbon gains or erosion cuts. 

A key strength of this integrated framework is its ability to align global goals with local priorities. 
The pursuit of soil carbon sequestration for climate mitigation, for instance, need not conflict with 
local food sovereignty or economic development. Through inclusive, place-based planning and 
tailored  tools,  conservation  practices  can  be  designed  to  generate  multiple  co-benefits.  No-till 
farming  with  residue  return  not  only  stores  carbon  but  also  enhances  soil  water  retention  and 
lowers fertilizer needs, thereby simultaneously advancing climate, productivity, and farm-income 
objectives.  Iterative  planning  and  monitoring  cycles  allow  interventions  to  be  adapted  to  local 
agro-ecological and socio-economic conditions, transforming potential trade-offs into sustained 
synergies. 

Page 9

Figures and page graphics, page 9

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

 

      

 

Mobilizing alliance with finance and force

 

Technical  networks  alone  lack  the  muscle  and  money  to  move  markets.  The  INBS  convenes 
webinars and issues white papers but has no mandate to mobilize finance, and the Global Soil 
Partnership’s resolutions remain largely exhortatory. We therefore call for an FAO-hosted Global 
Black Soil Protection Alliance (GBSPA), which would be a multi-stakeholder platform that fuses 
science, finance, and diplomacy. 

The Alliance’s first task is to finalize global indicators and report protocols, locking the monitoring 
architecture into place. Its second task is to broker technology exchange: pairing Ukraine’s 30-cm 
chernozem  depth  maps  with  Brazil’s  advanced  residue-management  rigs  or  adapting  China’s 
customization  dashboards  to  Kazakh  steppe  districts.  The  third  pillar  is  finance.  A  dedicated 
window  blending  Green  Climate  Fund  grants,  Global  Environment  Facility  co-finance,  and 
concessional loans, and outcome-based payments could underwrite sensor grids, machinery banks, 
and Black-Soil Academies in low-income regions. This blended finance mechanism is designed to 
de-risk  investment  and  mobilize  additional  private  capital,  establishing  a  sustainable  funding 
model that extends beyond public grants. Donor appetite exists: the global environment facility 
approved  a  US$68  million  soil-restoration  package  in  2024  that  explicitly  earmarks  black-soil 
landscapes

27

. 

Governance must be inclusive. Seats on the Alliance steering committee should be reserved for 
indigenous peoples, women farmers, and youth representatives, and every funded project should 
report  sex-disaggregated  benefits.  Embedding  such  safeguards  prevents  capture  by  large 
agribusinesses and aligns with FAO’s voluntary guidelines on gender equality

21

. 

Mainstreaming black soils in global pacts

 

Policy  alignment  unlocks  scale. A  recent  stock-take  found  that  only  five  NDCs  mention  black 
soils

15

,  and  soils  appear  merely  as  a  footnote  in  the  Kunming–Montreal  Global  Biodiversity 

Framework.  Parties  to  the  Paris Agreement  could  register  black-soil  projects  under Article  6.2 
cooperative approaches, opening a tradable stream of soil-based carbon credits. The biodiversity 
“30  ×  30”  target  could  prioritize  remnant  prairie  and  steppe  chernozems  as  twin  carbon–
biodiversity  hotspots,  while  World  Trade  Organization  green-trade  talks  could  fast-track  tariff 
reductions  for  “black-soil-friendly”  commodities—grains  certified  as  produced  under  residue 
cover and reduced tillage. 

Page 10

Figures and page graphics, page 10

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

 

      

 

Moving from pledge to practice demands people. A regional Black Soil Academies is proposed, 
building on FAO’s Soil Doctors but adding accredited diplomas that national ministries recognize 
for credit access and career advancement. Each academy would blend modern soil science with 
traditional ecological knowledge and gender-responsive extension. By establishing a pilot "black-
soil  research  institute",  Heilongjiang  has  successfully  promoted  strip-till  and  residue-return 
techniques  and  proven  effective  in  retaining  more  young  people  in  farming.  South–South 
scholarships—say, pairing Argentine agronomists with Ukrainian extension agents—can multiply 
such results. 

Outlook 

Coordinating real-time data, inclusive technology, participatory planning, multilateral finance, and 
capacity building transforms today’s scattered pilot projects into a coherent global campaign. A 
monitoring backbone tells us where to act; locally calibrated tools and land-use plans direct how 
to act; an Alliance secures money and diplomacy; and mainstreaming embeds black-soil targets in 
the rules that govern trade, climate, and biodiversity. 

The  implementation  of  this  framework  will  face  several  predictable  challenges.  These  include 
concerns  over  data  sovereignty  in  global  monitoring,  political  constraints  to  cross-border 
technology transfer and the practical barriers to meaningful smallholder participation in alliance 
governance. To address these, a federated data governance model  can allow countries to retain 
sovereignty  while  contributing  to  a  shared  knowledge  graph.  Technology  exchange  can  be 
facilitated through multilateral licensing agreements and open-source digital toolboxes to lower 
access barriers. Moreover, the governance structure of the GBSPA should formally reserve seats 
for  smallholder  and  women  farmer  representatives,  supported  by  targeted  capacity-building 
programs, to ensure equitable and inclusive decision-making. 

By being implemented as a package and backed by sustained political will, this framework can 
halt the erosion of the planet’s most productive soils, turning them from a silent casualty of modern 
agriculture into a linchpin of food security, rural prosperity, and climate stability for decades to 
come. Black soils are rare, non-renewable on human timescales, and irreplaceable in its ecosystem 
services; protecting it is no longer optional but essential planetary insurance. 

 

References 

Page 11

Figures and page graphics, page 11

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

 

      

 

1.

 

Food and Agriculture Organization of the United Nations. 

Global Status of Black Soils

 (FAO, 

Rome, 2022). https://doi.org/10.4060/cc3124en. 

2.

 

Food and Agriculture Organization of the United Nations. 

Global Black Soil Distribution Map

 

(FAO). https://www.fao.org/fileadmin/user_upload/GSP/black_soils/GSP_BlackSoil_Map.pdf. 

3.

 

Liao, X. et al. 

Report on the Protection and Utilization of Black Soil in Northeast China: History 

and Current Status

 (Science Press, Beijing, 2024). ISBN: 9787030796943. 

4.

 

Thaler, E. A., Larsen, I. J. & Yu, Q. The extent of soil loss across the US Corn Belt, 

Proc. Natl. 

Acad. Sci. USA

 

118

, e1922375118 (2021). DOI: 10.1073/pnas.1922375118. 

5.

 

Keller, T., Bickel, S. & Or, D. The invisible subsoil compaction risk under no-till farming. 

Proc. 

Natl Acad. Sci. USA

 

122

, e2515473122 (2025). DOI: 10.1073/pnas.2515473122. 

6.

 

Yang, Yi.  et al. Climate change exacerbates the environmental impacts of agriculture. 

Science

 

385

, eadn3747 (2024). DOI: 10.1126/science.adn3747. 

7.

 

Lal,  R.  Soil  Carbon  Sequestration  Impacts  on  Global  Climate  Change  and  Food  Security. 

Science

 

304

, 1623-1627 (2004). DOI: 10.1126/science.1097396. 

8.

 

Song, Y. et al. Soil thinning dominates crop yield reduction among various degradation types 
in the typical black soil region of Northeast China. 

European Journal of Agronomy

 

169

, 127694 

(2025). DOI: 10.1016/j.eja.2025.127694. 

9.

 

Zhao, Y. et al. Impact of soil erosion-driven degradation on crop yield in black soils of Northeast 
China’s Songnen Plain. 

Pedosphere

 (2025).DOI: https://doi.org/10.1016/j.pedsph.2025.06.018. 

10.

 

Liu,  C.  et  al.  Drivers  of  soil  quality  and  maize  yield  under  long-term  tillage  and  straw 
incorporation  in  Mollisols. 

Soil  &  Till.  Res.

 

246

,  106360  (2025).  DOI: 

https://doi.org/10.1016/j.still.2024.106360. 

11.

 

IPCC. 

Climate Change and Land: an IPCC special report on climate change, desertification, 

land degradation, sustainable land management, food security, and greenhouse gas fluxes in 
terrestrial ecosystems

 (eds. Shukla, P. R. 

et al.

) (IPCC, 2019). 

12.

 

Bao, Y. et al. Dynamic modeling of topsoil organic carbon and its scenarios forecast in global 
Mollisols 

regions. 

J. 

Clean. 

Prod.

 

421

, 

138544 

(2023). 

DOI: 

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138544.  

13.

 

Rezaei, E. E. et al. Climate change impacts on crop yields. 

Nat. Rev. Earth Environ.

 4, 831–846 

(2023). DOI: 10.1038/s43017-023-00491-0.  

14.

 

Xiao, K. et al. Drought and Extreme Heat Reduce Wheat and Maize Production in the United 
States  by  Lowering  Both  Crop  Yields  and  Harvestable  Fraction. 

Earth’s  Future

 

13

, 

e2024EF005557 (2025). DOI: https://doi.org/10.1029/2024EF005557. 

Page 12

Figures and page graphics, page 12

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

 

      

 

15.

 

Food and Agriculture Organization of the United Nations. 

GSP Plenary Assembly XIII: Item 

5.7.1 

International 

Network 

of 

Black 

Soils 

(INBS)

 

(2025). 

https://www.fao.org/fileadmin/user_upload/GSP/Plenary_assembly_13/PA_presentations/GSP
PA_XIII_item_5.7.1_INBS.pdf. 

16.

 

Yu, J. et al. Farmers’ adoption of smart agricultural technologies for black soil conservation and 
utilization in China: the driving factors and its mechanism, 

Front. Sustainable Food Syst

 

9

, 

1561633 (2025). DOI: 10.3389/fsufs.2025.1561633. 

17.

 

Peiretti  R.,  Dumanski  J.  The  transformation  of  agriculture  in  Argentina  through  soil 
conservation, 

International  Soil  and  Water  Conservation  Research

 

2

,  14-20  (2014). 

doi.org/10.1016/S2095-6339(15)30010-1. 

18.

 

Organisation for Economic  Co-operation and Development. 

Monitoring the Development  of 

Agricultural  Co-operatives  in  Kazakhstan

  (OECD  Publishing,  Paris,  2019). 

https://doi.org/10.1787/4196f3af-en. 

19.

 

Wang,  J., Wang,  C.,  Xu, Y., Wang,  C.,  & Tang  H.  Experimental  study  on  straw  rotting  and 
returning  mode  in  the  cold  region  of  Northeast  China. 

Agronomy

 

15

,  651  (2025).  DOI: 

10.3390/agronomy15030651. 

20.

 

Lu, C. et al. In-season maize yield prediction in Northeast China: The phase-dependent benefits 
of assimilating climate forecast and satellite observations. 

Agric. For. Meteorol. 358

, 110242 

(2024). DOI: 10.1016/j.agrformet.2024.110242. 

21.

 

Food  and Agriculture  Organization  of  the  United  Nations. 

Voluntary  Guidelines  on  Gender 

Equality and Women’s and Girls Empowerment in the Context of Food Security and Nutrition

 

(2023). 
https://www.fao.org/fileadmin/templates/cfs/Docs2223/Gender/Guidelines_Final_Agreed_Ver
sion_June_2023_CLEAN/GEWGE_Guidelines_Final_Agreed_Version_June_2023_CLEAN.
pdf. 

22.

 

Paltseva, A. A.  Participatory  science  in  urban  soil  research: A  framework  for  overcoming 
challenges  and  expanding  public  engagement. 

iScience

 

28

,  112361  (2025).  DOI: 

10.1016/j.isci.2025.112361. 

23.

 

Butenko,  E  &  Kharytonenko,  R.  Comparative  analysis  of  efficiency  functioning  of  the 
controller-meliorative organization of the territory in Ukraine and the USA. 

Land management, 

cadastre 

and 

land 

monitoring

 

3,

 

93–99 

(2017). 

https://journals.nubip.edu.ua/index.php/Zemleustriy/en/article/download/9519/8526. 

24.

 

Food  and  Agriculture  Organization  of  the  United  Nations. 

Climate-Smart  Agriculture 

Sourcebook

 (FAO, Rome, 2013). https://www.fao.org/4/i3325e/i3325e.pdf. 

Page 13

Figures and page graphics, page 13

ARTICLE IN PRESS

ARTICLE IN PRESS

 

      

 

25.

 

Liao,  X., Yao,  Q.,  Wan,  X.,  Wang,  J.  &  Li,  Z. Theoretical  basis  and  technical  path  for  the 
regional all-for-one customization model of black soil granary. 

J. Geog. Sci. 

 

32

, 2147-2169 

(2022). DOI: 10.1007/s11442-022-2041-2. 

26.

 

Guo, L. et al. Effects of long-term no tillage and straw return on greenhouse gas emissions and 
crop  yields  from  a  rice-wheat  system  in  central  China. 

Agr.  Ecosyst.  Environ

 

322

,  107650 

(2021). DOI: 10.1016/j.agee.2021.107650. 

27.

 

Food  and  Agriculture  Organization  of  the  United  Nations. 

Global  Environment  Facility 

approves 

$68 

million 

for 

agrifood 

systems 

solutions

 

(2024). 

https://www.fao.org/newsroom/detail/global-environment-facility-approves-68-million-for-
agrifood-systems-solutions/en. 

 

Acknowledgement 

The  study  was  financially  supported  by  the  National  Natural  Science  Foundation  of  China 
(42225707) and the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (No. 
XDA28130000). We also thank Dr. Yifeng Cui for his contributions to part of the data collection. 

 

Author contributions 

Conceptualization:  X.L.;  Writing

—

original  draft:  X.L., Y.  L.,  J.  D.  Q. Y.;  Writing

—

review  & 

editing: X.L., Y. L., J. W., J. D., Q. Y., J. L., R. H., Z. L., Y. Z., X. J., G. L.; Funding acquisition: 
X.L. 

 

Competing interests 

The authors declare no competing interests. 

 

Additional information 

Correspondence

 and requests for materials should be addressed to Xiaoyong Liao