خاک یکی از مهم‌ترین فاکتورهای محیطی و منبع اصلی تأمین‌کننده عناصر و آب برای رشد گیاه است. رابطه بین محصول و خاک بسیار پیچیده است و به رابطه ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک و دیگر فاکتورهای محیطی بستگی دارد.

در پژوهشی که بهاره دلسوز خاکی، دانش‌آموخته دکتری دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان (خوراسگان)، ناصر دواتگر، دانشیار پژوهش مؤسسه تحقیقات خاک و آب، ناصر هنرجو، استادیار دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان (خوراسگان)، احمد جلالیان، استادیار دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان (خوراسگان) و حسین ترابی گل‌سفیدی، استادیار گروه خاکشناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه شاهد انجام داده‌اند آمده است: «برنج گیاهی مغذی و مهم برای بخش عظیمی از جمعیت جهان است. این گیاه به عنوان یک محصول راهبردی در شمال ایران کشت می‌شود و دومین ماده غذایی اصلی بعد از گندم در ایران است.»

«استانهای شمالی کشور به عنوان یکی از مهم‌ترین استان‌های تولیدکننده برنج در کشور محسوب می‌شود به طوری که بیش از ۶۰ درصد برنج کشور در این استان تولید می‌شود. با وجود اهمیت این محصول، افزایش تولید آن به سبب محدودیت‌های فیزیکی منابع تولید مانند خاک با مشکل روبروست. از این رو به منظور استفاده صحیح از منابع و ارتقا کیفیت عملیات مدیریتی، شناسایی مهم‌ترین عوامل خاک که تغییرپذیری محصول برنج را در مزرعه کنترل می‌کنند، ضروری به نظر می‌رسد.»

دواتگر و همکارانش در این تحقیق می‌گویند: «با توجه به اهمیت شناخت عوامل خاکی مؤثر بر میزان محصول در اراضی شالیزاری این مطالعه در راستای گروه‌بندی ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی اندازه‌گیری شده خاک برای شناسایی مهم‌ترین ویژگی‌های حاصل‌خیزی خاک مؤثر بر تغییرپذیری محصول برنج در اراضی شالیزاری و پیش‌بینی مقدار محصول برنج بر اساس مهم‌ترین ویژگی‌های خاک، با استفاده از تحلیل مؤلفه‌های اصلی و رگرسیون چند متغیره، در اراضی شالیزاری شهرستان‌های شفت و فومن استان گلستان انجام شد.»

در منطقه مورد مطالعه کاربری اصلی اراضی، شالیرازهای برنج با روش آبیاری غرقابی است. در این شالیزارها برنج (رقم هاشمی) کشت می‌شود و آماده‌سازی زمین (شخم، گل‌خرابی و صاف کردن زمین) هر ساله هفت تا ۳۰ روز قبل از انتقال نشاء در اوایل بهار انجام می‌شود. در هر دوره از کشت در بیشتر اراضی کود اوره (۶۰ کیلوگرم در هکتار) و سوپر فسفات تریپل (۴۵ کیلو گرم در هکتار) استفاده می‌شود. هم‌چنین برخی کشاورزان از ۱۰۰ کیلوگرم کود پتاسیم (پتاسیم سولفات) در هر هکتار استفاده می‌کنند. از این رو نمونه‌برداری در یک مرحله، پیش از کوددهی انجام شد.

در این مطالعه آمده است:«ویژگی PH منطقه مورد مطالعه در دامنه ۵.۴۹ تا ۷.۵۳ و میانگین ۶.۶۳ است. بر اساس مطالعاتی که پیش‌تر توسط محققان انجام گرفته pH در محدوده شش تا هفت برای اراضی کشاورزی مناسب است. کربن آلی در منطقه مورد مطالعه در محدوده ۱.۰۳ تا ۴.۴۹ و میانگین ۲.۴۸ درصد است. بر اساس مطالعاتی که توسط محققان انجام شده میانگین کربن آلی خاک در این منطقه برای رشد گیاه مطلوب است. میانگین غلظت نیتروژن کل ۰.۲۳ درصد و بیش از حد بحرانی نیتروژن (۰.۲ درصد) است. میانگین غلظت فسفر قابل استفاده ۱۵.۶۴ میلی‌گرم در کیلوگرم خاک بوده که این مقدار نزدیک به حد بحرانی آن یعنی ۱۶ میلی‌گرم در خاک است. مشاهدات میدانی نیز علائم کمبود شدید فسفر در گیاه و نیاز به استفاده از کود فسفر در برخی از مناطق مورد مطالعه نشان داده است. میانگین و میانه غلظت پتاسیم قابل استفاده در منطقه بررسی شده، نزدیک به حد بحرانی ۱۶۰ میلی گرم در کیلوگرم بود و نیاز گیاه برنج به این عنصر در نواحی که غلظت این عنصر کمتر از حد بحرانی باشد را تأمین نمی‌کند. ضخامت لایه شخم در دامنه ۱۰ تا ۲۲ سانتی‌متر قرار داشت. این در حالی است که ضخامت کمتر از ۱۵ سانتی‌متر سبب ایجاد محدودیت در رشد گیاه برنج می‌شود. در چنین شرایطی حجم خاک قابل دسترس برای جذب عناصر غذایی محدود است.»

طبق بررسی‌های صورت گرفته «در این مطالعه ۱۱۹ نمونه خاک وجود داشت که در آن‌ها ۱۰ متغیر اندازه‌گیری شده بودند. پیش از اجرای تحلیل مؤلفه‌های اصلی، مناسب بودن اطلاعات برای تحلیل ارزیابی شد. نتایج نشان می‌دهد سه مؤلفه” پتاسیم و عوامل مؤثر بر آن”، ” نیتروژن کل و عوامل مؤثر بر تأمین آن “، ” فسفر قابل استفاده و ضخامت افق سطحی خاک” ۵۵ درصد از تغییرپذیری محصول برنج را توصیف می‌کنند. این نتایج نشان داد که بر تغییرپذیری محصول برنج در ناحیه مطالعه شده، ویژگی‌های متأثر از مدیریت مزرعه (مانند فسفر و پتاسیم قابل استفاده) به همراه ویژگی‌های ذاتی خاک (مانند رس، کربن آلی و ضخامت لایه شخم) مؤثر بودند.»

دواتگر و همکارانش در این پژوهش می‌گویند: «بخش دیگری از تغییرپذیری محصول برنج که بر پایه رابطه متأثر از ویژگی‌های مؤثر در خاک نبود، می‌تواند در ارتباط با مشخصه‌های اقلیم، هوا، کیفیت آب، شرایط فیزیوگرافی، برهم‌کنش ژنوتیپ و محیط و مؤلفه‌های مدیریت مزرعه (تاریخ، تراکم کاشت، مبارزه با علف هرز، آفات و بیماری‌ها) باشد.»