[科普中国]-黑土

简介

所谓黑土，乃指有机物质平均含量在3%至10%之间，特别利于包括水稻、小麦、大豆、玉米等农作物生长的一种特殊土壤，主要分布在温带混交林。有地质专家指出，每形成一厘米厚黑土需时200年至400年，而北大荒的黑土厚度则达到了1米，以至于可以“捏把黑土冒油花，插双筷子也发芽”。

这片被黑龙江、嫩江和松花江包围的土地，在200多年时间里被满族人视作“龙兴之所”而禁止开垦，直至1947年，一群穿着灰绿色军装、脚套乌拉草鞋人的进驻才打破了寂静。而此时，不仅距共和国成立还有两年的时间，距国家专门设置的农垦部成立更早出了九年。

世界上仅有三块黑土平原：一块在美洲———密西西比平原；一块在欧洲———乌克兰平原；一块在亚洲———东北平原。1

成土条件母质黑土在各种基性母质上发育，包括钙质沉积岩、基性火成岩、玄武岩、火山灰以及由这些物质形成的沉积物。这些母岩母质中丰富的斜长石、铁镁矿物和碳酸盐有利于黑土的发育。据报道，印度黑土的母岩为：从玻璃质玄武岩到粗粒玄武岩、泥质石灰岩等多种母岩。中国黑土涉及的母岩母质有石灰岩、玄武岩、第三纪河湖相沉积物以及近代河流沉积物等，但以石灰性母质为主。

地形黑土在海拔1000米以下的平坦地貌面（如高原面、平原和台地）或低洼地（坡地下段及盆谷地）都有分布，以海拔低于300米的地形为多。地形坡度一般不超过2—3°，但有些地区（如火山地区）坡度达15—16°，也有黑土发生。中国黑土多分布在低平洼地，但在一些低丘、台地上也有发育，如福建漳浦县和龙海县沿海、广东省海康等地。黑土分布区常可见到特殊的土壤发生地形——粘土小洼地（gilgai），这是一种小盆和小丘组成的微地形，起伏高度一般不超过1米，水平距离2至100米，是因不同的内压力而引起地表面弯曲。粘土小洼地在各地出现的频度不同。

气候黑土在热带、亚热带以至温带均可发生，分布区气候的最普遍特征是季节性干旱，但旱季的长短各地相差很大，包括干湿季分明的季风气候，一年内只有一两个月湿季的较干旱气候和只有几星期水分不足的湿润气候。年降水量少至150毫米，多可达2000毫米，但多数为500—1000毫米之间，年平均温度一般为15.5—16.5℃。

时间黑土母质的绝对年龄可始自全新世至更新世之间，在基岩上发育的，则可追溯到中更新世或更早；而在经运移的土壤物质或其他沉积物上发育的，则在中更新世或更迟。黑土的相对年龄属于幼年，原因如下：许多黑土是在冲积、湖积以及火山物质等母质上发育的；黑土的自翻转作用是使其保持幼年性的另一个因素；在半干旱气候区，由于缓慢的风化速度限制了剖面发育；基性母质不断释放出丰富的Ca、Mg盐基使土壤中蒙脱石矿物保持稳定；在坡地，则因迅速的剥蚀作用，表层不断遭冲失，使土体保持浅薄和幼年状态。

植被黑土在自然条件下的典型植被是草地或热带稀树草原。2

成土过程**（一）蒙脱化过程**

蒙脱石占优势的粘粒矿物组合是黑土中活跃成土过程的基础。黑土的蒙脱石由两个途径而来：一是由母质中继承下来，如较湿润气候下的冲积物、钙质岩以及火山碎屑物质多富含蒙脱石矿物，成土环境延续了蒙脱石的存在；二是新生成作用，即在含有盐基和二氧化硅的碱性水溶液作用下，通过非膨胀性铝硅酸盐粘粒的复硅作用而产生，或者由原生矿物向次生矿物转化而成。印度德干高原的一些黑土，苏丹、埃及尼罗河冲积物发育的黑土、美国南部大平原的黑土，其蒙脱石矿物都是继承母质而来；而南非、肯尼亚、以色列、澳大利亚昆士兰的一些基性火山岩发育的黑土，蒙脱石的新生成作用是主要的。新生成作用也是中国一些黑土中蒙脱石的重要成因。在低洼地发育的黑土，由于地形因素引起地球化学过程中物质分异，风化物中丰富的溶解硅和盐基有利于蒙脱石的合成；分布于低丘、台地等正地形上的黑土，其蒙脱石则多由原生矿物转化而来，如福建漳浦由暗黑色气孔状橄榄玄武岩风化物发育的黑土之所以富含蒙脱石矿物，是由于该种母质中的玻璃质在重结晶过程（又称脱玻化）中，伴有广泛的蒙脱石化，形成大量的蒙脱石，成土时间尚短，这些蒙脱石矿物得以大量保存于土体中。

（二）开裂过程

开裂过程是黑土另一主要成土过程，这是富含2∶1型膨胀性矿物的粘质土壤在明显干湿季气候条件下的必然结果。土壤干燥时土体强烈收缩并形成纵横裂隙，深可达1米以上，地表附近的宽度可达10厘米。深大裂隙的形成，对掺混土体具有特别重要的意义。干燥时，大裂隙的边缘受到降水、动物活动、人类耕作等作用，上层物质向下跌落，填充于裂隙内，重新湿润时，土壤膨胀，裂隙闭合，土体底层因增添了额外物质，膨胀后必然要产生较大的体积，造成挤压使土壤向上运动。如此经过多年循环，下层物质进到表层，而上层物质降到下层，这称为自翻转作用（又称自幂作用）。这种机制赋予黑土剖面性状的特殊性：一是剖面均一化，即在裂隙所达到的颇大深度内，土壤变成了均质体，发生层分异不明显，土色、质地、有机质含量无显著差异，有机质与矿物质充分混合而高度复合二是具有滑擦面和楔形结构，表下层土壤受挤压而相对移动过程中造成明显程度不同的劈理和磨光面（滑擦面）。楔形结构是土壤基块受到由倾斜方向膨胀压产生的剪切力作用而造成的；三是地表出现粘土小洼地，是由干湿交替引起两裂缝间土壤“隆起”而产生的小起伏微地形。此外，下列现象也是黑土中自翻转作用的佐证：在新开挖剖面的心土层中夹有植物残落物，说明有上部物质陷落到下部；有些质地匀细的黑土，表层却常能见到石块，是下部物质被挤到上部的结果；显微镜下观察，有些黑土在不同深度局部可见破碎的淀积粘粒胶膜，这是由于土壤翻转作用使原先形成的胶膜破碎，拌入整个土体。应该指出，开裂过程是黑土的普遍现象，但土壤自翻转作用的强弱，与气候干湿交替强烈程度、植被茂密程度、人为利用频繁与否密切相关，据报导，中国黑土的自翻转作用不甚明显。3

主要性状**（一）诊断层和诊断特性**

黑土没有特定的诊断层，以下列变性特征作为诊断依据：①土体厚度超过50厘米；②各层中至少含30%粘粒；③在多数年份中的某些时候，土壤出现深而宽的裂缝（在50厘米深处的宽度≥1厘米）；④至少具备下列特征之一：滑擦面、粘土小洼地、楔形结构（长轴与水平方向成10°—60°夹角，出现在25—100厘米深度范围内）。

（二）形态特征

由于黑土形成过程中的自翻转作用，使其剖面均一化，发生层分异不明显，土体构型大致呈A或Ap-Bw－Ck或C，发生层之间渐变过渡。

黑土剖面还具有以下形态特征：土色的色调一般为2.5Y或10YR，色值为2—3，彩度很少超过2，因黑土的腐殖质常与矿物质形成稳定的复合体，使其土色出现超过实际有机质含量水平通常所能呈现的暗色；剖面没有淋溶或淀积作用的明显迹象；表层具有明显的团粒结构，其下是棱柱状和楔形结构，结构体由上而下变大。

（三）理化性质

黑土膨胀系数很大，干湿体积变化范围为25—50%；持水量大，但有效性差；湿时可塑性强，耕性很差；有机质量丰富（自然土壤50—100g/kg土4），C/N比值为10—14；粘粒含量>35%；阳离子交换量大（25—80厘摩尔（+）每千克土），交换性盐基（尤其是Ca2+和Mg2+）含量也很高，盐基饱和度多在50%以上，并随深度递增；pH值多在6.0至8.5；蒙脱石是占优势的粘土矿物，其次是云母类矿物（石灰岩、珊瑚、泥灰岩发育的则少），高岭石也是常见矿物，其含量随风化度递增，碳酸盐和石膏可出现在心土层，常见于湿润黑土和干热黑土的滑擦面上。

土壤分类国外对黑土的分类研究较细，如美国土壤系统分类中黑土续分为4个亚纲7个土类。

中国黑土分类研究起步不久。据初步研究资料，中国的黑土可分为2个亚纲5个土类。潮湿黑土亚纲是中国学者提出的，指具备潮湿土壤水分状况或土表50厘米深度内有斑纹特征的黑土，该亚纲含有两个土类：青粘土指原砂姜黑土中具变性特征者；棕粘土指原潮土中具变性特征者。湿润黑土亚纲具备湿润水分状况，包括三个土类：黑粘土是在石灰岩地区平浅坝地上发育的原黑色石灰土中符合变性特征者；暗粘土是玄武岩上发育的赤红壤、砖红壤中具备变性特征者；红粘土是在第三纪湖相沉积物上发育的红色或棕色石灰土中有变性特征者。现将各土类主要特征简介如下：

（一）青粘土（Greenclaysoil）

本土类分布于安徽、河南、山东以及湖南、湖北等省，以淮北平原分布最广，与砂姜黑土呈复区分布。除具有潮湿黑土的诊断特征外，还具有下列特性：湿态亮度