[科普中國(guó)]-黑土

簡(jiǎn)介

所謂黑土，乃指有機(jī)物質(zhì)平均含量在3%至10%之間，特別利于包括水稻、小麥、大豆、玉米等農(nóng)作物生長(zhǎng)的一種特殊土壤，主要分布在溫帶混交林。有地質(zhì)專家指出，每形成一厘米厚黑土需時(shí)200年至400年，而北大荒的黑土厚度則達(dá)到了1米，以至于可以“捏把黑土冒油花，插雙筷子也發(fā)芽”。

這片被黑龍江、嫩江和松花江包圍的土地，在200多年時(shí)間里被滿族人視作“龍興之所”而禁止開(kāi)墾，直至1947年，一群穿著灰綠色軍裝、腳套烏拉草鞋人的進(jìn)駐才打破了寂靜。而此時(shí)，不僅距共和國(guó)成立還有兩年的時(shí)間，距國(guó)家專門(mén)設(shè)置的農(nóng)墾部成立更早出了九年。

世界上僅有三塊黑土平原：一塊在美洲———密西西比平原；一塊在歐洲———烏克蘭平原；一塊在亞洲———東北平原。1

成土條件母質(zhì)黑土在各種基性母質(zhì)上發(fā)育，包括鈣質(zhì)沉積巖、基性火成巖、玄武巖、火山灰以及由這些物質(zhì)形成的沉積物。這些母巖母質(zhì)中豐富的斜長(zhǎng)石、鐵鎂礦物和碳酸鹽有利于黑土的發(fā)育。據(jù)報(bào)道，印度黑土的母巖為：從玻璃質(zhì)玄武巖到粗粒玄武巖、泥質(zhì)石灰?guī)r等多種母巖。中國(guó)黑土涉及的母巖母質(zhì)有石灰?guī)r、玄武巖、第三紀(jì)河湖相沉積物以及近代河流沉積物等，但以石灰性母質(zhì)為主。

地形黑土在海拔1000米以下的平坦地貌面（如高原面、平原和臺(tái)地）或低洼地（坡地下段及盆谷地）都有分布，以海拔低于300米的地形為多。地形坡度一般不超過(guò)2—3°，但有些地區(qū)（如火山地區(qū)）坡度達(dá)15—16°，也有黑土發(fā)生。中國(guó)黑土多分布在低平洼地，但在一些低丘、臺(tái)地上也有發(fā)育，如福建漳浦縣和龍?？h沿海、廣東省?？档鹊?。黑土分布區(qū)?？梢?jiàn)到特殊的土壤發(fā)生地形——粘土小洼地（gilgai），這是一種小盆和小丘組成的微地形，起伏高度一般不超過(guò)1米，水平距離2至100米，是因不同的內(nèi)壓力而引起地表面彎曲。粘土小洼地在各地出現(xiàn)的頻度不同。

氣候黑土在熱帶、亞熱帶以至溫帶均可發(fā)生，分布區(qū)氣候的最普遍特征是季節(jié)性干旱，但旱季的長(zhǎng)短各地相差很大，包括干濕季分明的季風(fēng)氣候，一年內(nèi)只有一兩個(gè)月濕季的較干旱氣候和只有幾星期水分不足的濕潤(rùn)氣候。年降水量少至150毫米，多可達(dá)2000毫米，但多數(shù)為500—1000毫米之間，年平均溫度一般為15.5—16.5℃。

時(shí)間黑土母質(zhì)的絕對(duì)年齡可始自全新世至更新世之間，在基巖上發(fā)育的，則可追溯到中更新世或更早；而在經(jīng)運(yùn)移的土壤物質(zhì)或其他沉積物上發(fā)育的，則在中更新世或更遲。黑土的相對(duì)年齡屬于幼年，原因如下：許多黑土是在沖積、湖積以及火山物質(zhì)等母質(zhì)上發(fā)育的；黑土的自翻轉(zhuǎn)作用是使其保持幼年性的另一個(gè)因素；在半干旱氣候區(qū)，由于緩慢的風(fēng)化速度限制了剖面發(fā)育；基性母質(zhì)不斷釋放出豐富的Ca、Mg鹽基使土壤中蒙脫石礦物保持穩(wěn)定；在坡地，則因迅速的剝蝕作用，表層不斷遭沖失，使土體保持淺薄和幼年?duì)顟B(tài)。

植被黑土在自然條件下的典型植被是草地或熱帶稀樹(shù)草原。2

成土過(guò)程**（一）蒙脫化過(guò)程**

蒙脫石占優(yōu)勢(shì)的粘粒礦物組合是黑土中活躍成土過(guò)程的基礎(chǔ)。黑土的蒙脫石由兩個(gè)途徑而來(lái)：一是由母質(zhì)中繼承下來(lái)，如較濕潤(rùn)氣候下的沖積物、鈣質(zhì)巖以及火山碎屑物質(zhì)多富含蒙脫石礦物，成土環(huán)境延續(xù)了蒙脫石的存在；二是新生成作用，即在含有鹽基和二氧化硅的堿性水溶液作用下，通過(guò)非膨脹性鋁硅酸鹽粘粒的復(fù)硅作用而產(chǎn)生，或者由原生礦物向次生礦物轉(zhuǎn)化而成。印度德干高原的一些黑土，蘇丹、埃及尼羅河沖積物發(fā)育的黑土、美國(guó)南部大平原的黑土，其蒙脫石礦物都是繼承母質(zhì)而來(lái)；而南非、肯尼亞、以色列、澳大利亞昆士蘭的一些基性火山巖發(fā)育的黑土，蒙脫石的新生成作用是主要的。新生成作用也是中國(guó)一些黑土中蒙脫石的重要成因。在低洼地發(fā)育的黑土，由于地形因素引起地球化學(xué)過(guò)程中物質(zhì)分異，風(fēng)化物中豐富的溶解硅和鹽基有利于蒙脫石的合成；分布于低丘、臺(tái)地等正地形上的黑土，其蒙脫石則多由原生礦物轉(zhuǎn)化而來(lái)，如福建漳浦由暗黑色氣孔狀橄欖玄武巖風(fēng)化物發(fā)育的黑土之所以富含蒙脫石礦物，是由于該種母質(zhì)中的玻璃質(zhì)在重結(jié)晶過(guò)程（又稱脫?；┲?，伴有廣泛的蒙脫石化，形成大量的蒙脫石，成土?xí)r間尚短，這些蒙脫石礦物得以大量保存于土體中。

（二）開(kāi)裂過(guò)程

開(kāi)裂過(guò)程是黑土另一主要成土過(guò)程，這是富含2∶1型膨脹性礦物的粘質(zhì)土壤在明顯干濕季氣候條件下的必然結(jié)果。土壤干燥時(shí)土體強(qiáng)烈收縮并形成縱橫裂隙，深可達(dá)1米以上，地表附近的寬度可達(dá)10厘米。深大裂隙的形成，對(duì)摻混土體具有特別重要的意義。干燥時(shí)，大裂隙的邊緣受到降水、動(dòng)物活動(dòng)、人類耕作等作用，上層物質(zhì)向下跌落，填充于裂隙內(nèi)，重新濕潤(rùn)時(shí)，土壤膨脹，裂隙閉合，土體底層因增添了額外物質(zhì)，膨脹后必然要產(chǎn)生較大的體積，造成擠壓使土壤向上運(yùn)動(dòng)。如此經(jīng)過(guò)多年循環(huán)，下層物質(zhì)進(jìn)到表層，而上層物質(zhì)降到下層，這稱為自翻轉(zhuǎn)作用（又稱自冪作用）。這種機(jī)制賦予黑土剖面性狀的特殊性：一是剖面均一化，即在裂隙所達(dá)到的頗大深度內(nèi)，土壤變成了均質(zhì)體，發(fā)生層分異不明顯，土色、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量無(wú)顯著差異，有機(jī)質(zhì)與礦物質(zhì)充分混合而高度復(fù)合二是具有滑擦面和楔形結(jié)構(gòu)，表下層土壤受擠壓而相對(duì)移動(dòng)過(guò)程中造成明顯程度不同的劈理和磨光面（滑擦面）。楔形結(jié)構(gòu)是土壤基塊受到由傾斜方向膨脹壓產(chǎn)生的剪切力作用而造成的；三是地表出現(xiàn)粘土小洼地，是由干濕交替引起兩裂縫間土壤“隆起”而產(chǎn)生的小起伏微地形。此外，下列現(xiàn)象也是黑土中自翻轉(zhuǎn)作用的佐證：在新開(kāi)挖剖面的心土層中夾有植物殘落物，說(shuō)明有上部物質(zhì)陷落到下部；有些質(zhì)地勻細(xì)的黑土，表層卻常能見(jiàn)到石塊，是下部物質(zhì)被擠到上部的結(jié)果；顯微鏡下觀察，有些黑土在不同深度局部可見(jiàn)破碎的淀積粘粒膠膜，這是由于土壤翻轉(zhuǎn)作用使原先形成的膠膜破碎，拌入整個(gè)土體。應(yīng)該指出，開(kāi)裂過(guò)程是黑土的普遍現(xiàn)象，但土壤自翻轉(zhuǎn)作用的強(qiáng)弱，與氣候干濕交替強(qiáng)烈程度、植被茂密程度、人為利用頻繁與否密切相關(guān)，據(jù)報(bào)導(dǎo)，中國(guó)黑土的自翻轉(zhuǎn)作用不甚明顯。3

主要性狀**（一）診斷層和診斷特性**

黑土沒(méi)有特定的診斷層，以下列變性特征作為診斷依據(jù)：①土體厚度超過(guò)50厘米；②各層中至少含30%粘粒；③在多數(shù)年份中的某些時(shí)候，土壤出現(xiàn)深而寬的裂縫（在50厘米深處的寬度≥1厘米）；④至少具備下列特征之一：滑擦面、粘土小洼地、楔形結(jié)構(gòu)（長(zhǎng)軸與水平方向成10°—60°夾角，出現(xiàn)在25—100厘米深度范圍內(nèi)）。

（二）形態(tài)特征

由于黑土形成過(guò)程中的自翻轉(zhuǎn)作用，使其剖面均一化，發(fā)生層分異不明顯，土體構(gòu)型大致呈A或Ap-Bw－Ck或C，發(fā)生層之間漸變過(guò)渡。

黑土剖面還具有以下形態(tài)特征：土色的色調(diào)一般為2.5Y或10YR，色值為2—3，彩度很少超過(guò)2，因黑土的腐殖質(zhì)常與礦物質(zhì)形成穩(wěn)定的復(fù)合體，使其土色出現(xiàn)超過(guò)實(shí)際有機(jī)質(zhì)含量水平通常所能呈現(xiàn)的暗色；剖面沒(méi)有淋溶或淀積作用的明顯跡象；表層具有明顯的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，其下是棱柱狀和楔形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體由上而下變大。

（三）理化性質(zhì)

黑土膨脹系數(shù)很大，干濕體積變化范圍為25—50%；持水量大，但有效性差；濕時(shí)可塑性強(qiáng)，耕性很差；有機(jī)質(zhì)量豐富（自然土壤50—100g/kg土4），C/N比值為10—14；粘粒含量>35%；陽(yáng)離子交換量大（25—80厘摩爾（+）每千克土），交換性鹽基（尤其是Ca2+和Mg2+）含量也很高，鹽基飽和度多在50%以上，并隨深度遞增；pH值多在6.0至8.5；蒙脫石是占優(yōu)勢(shì)的粘土礦物，其次是云母類礦物（石灰?guī)r、珊瑚、泥灰?guī)r發(fā)育的則少），高嶺石也是常見(jiàn)礦物，其含量隨風(fēng)化度遞增，碳酸鹽和石膏可出現(xiàn)在心土層，常見(jiàn)于濕潤(rùn)黑土和干熱黑土的滑擦面上。

土壤分類國(guó)外對(duì)黑土的分類研究較細(xì)，如美國(guó)土壤系統(tǒng)分類中黑土續(xù)分為4個(gè)亞綱7個(gè)土類。

中國(guó)黑土分類研究起步不久。據(jù)初步研究資料，中國(guó)的黑土可分為2個(gè)亞綱5個(gè)土類。潮濕黑土亞綱是中國(guó)學(xué)者提出的，指具備潮濕土壤水分狀況或土表50厘米深度內(nèi)有斑紋特征的黑土，該亞綱含有兩個(gè)土類：青粘土指原砂姜黑土中具變性特征者；棕粘土指原潮土中具變性特征者。濕潤(rùn)黑土亞綱具備濕潤(rùn)水分狀況，包括三個(gè)土類：黑粘土是在石灰?guī)r地區(qū)平淺壩地上發(fā)育的原黑色石灰土中符合變性特征者；暗粘土是玄武巖上發(fā)育的赤紅壤、磚紅壤中具備變性特征者；紅粘土是在第三紀(jì)湖相沉積物上發(fā)育的紅色或棕色石灰土中有變性特征者?，F(xiàn)將各土類主要特征簡(jiǎn)介如下：

（一）青粘土（Greenclaysoil）

本土類分布于安徽、河南、山東以及湖南、湖北等省，以淮北平原分布最廣，與砂姜黑土呈復(fù)區(qū)分布。除具有潮濕黑土的診斷特征外，還具有下列特性：濕態(tài)亮度