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来,一起认识下“土壤之王”——黑土|科普

导   读                                                                                       


黑土,它有着深厚的腐殖质层、高肥力、良好的理化性质及生物属性,是当之无愧的“土壤之王”。


在我国,黑土既是普通百姓对东北暗色土壤的统称,同时又是土壤学界对一类土壤的定义。


2010年,国际黑土联合会成立。土壤学家修正了过去三大片黑土的说法,明确了世界上有包括北美、南美、俄罗斯/乌克兰和中国在内的四大片黑土区。


文/宋春雨

来源:中国科学院东北地理与农业生态研究所经授权转载自“中科院之声”公号(2016年6月23日)


阿根廷Pampas 草原植被下土壤(2015年12月,张兴义拍摄)

 

形成1cm黑土,需要300年左右


狭义的黑土是在中温带特定的气候条件下,在草原植被和黄土母质上发育而成。草原植被以禾本科、豆科和菊科植物为主,植物夏季生长繁茂,形成大量的有机质。

 

在暖季形成的大量的有机物质进入漫长的冬季后,归入土壤中的有机质,但得不到分解。直到第二年春季,气温上升,土壤解冻,土壤微生物开始活动、分解有机质。但由于氧气不足,有机质不能彻底分解,而以腐殖质的形式,残存在土壤中。

 

而此时新的草原植被又开始生长、形成新鲜有机质,周而复始,在土体中贮存了大量的腐殖质形态的有机物质,这就是黑土形成的最基本的过程。

 

黑土形成的地形条件是漫川漫岗,地形过低积水,形成沼泽土;过高的水热条件则适于生长树林也不能形成黑土。根据黑土形成在10万年以内的时间推断,形成1cm黑土约需300年左右的时间。



中国典型黑土坡面。黑龙江省海伦市西郊。(2008年8月,张兴义拍摄)


 在黑土种植蔬菜粮食,品质高、污染少


黑土是世界公认的最好的土壤。

 

在黑土地上生产的大豆,脂肪含量高,蛋白质含量低,油分中亚麻酸低,蛋白质中蛋氨酸含量高,胰蛋白酶抑制体及外源凝集素的含量低,是著名的优质大豆。

 

出产的大米,晶莹透明,直琏淀粉含量低,胶稠度高,糊化温度低,食味优良,适口性强。

 

生产的油豆角,内皮厚,纤维少,蛋白质和维生素含量高,口感好。

 

生产的马铃薯,优质高产,由于在形成块茎时气温低、不退化,可提供优质种源。

 

更为重要的是,在当今农业环境受到不同污染的情况下,黑土地是一片净土。虽然近年来,化肥除草剂等化学试剂用量有所增加,但由于黑土腐殖质含量高,腐殖质是高分子聚合物,带有很多的功能团,可与有害物质结合而排出土体之外。


美国埃姆斯(IOWA的一个小镇)传统耕作田间播种景观(2003年5月,张兴义拍摄)。

 

黑土肥力高,各种养分丰富,再加雨热同期,作物生长季节昼夜温差较大,为生产优质农产品提供了优良条件。

 

东北区人均耕地全国最多,粮食总产量高,而消费量少,商品率达60%以上,占全国商品粮总量的1/4多,是我国最大的商品粮基地。


近几年黑土不那么肥沃了,也越来越薄了

 

针对黑土有机质开垦后不断下降的问题,近年来认识逐渐趋于一致:


(1)黑土有机质在开垦后的快速降低,与土壤半腐解和新鲜的有机质快速腐解,转变成有效养分有关。开荒初期土壤有机质下降是土壤熟化的表现。


(2)开垦前土壤的有机质含量就存在差别,土壤中原来有机质含量高的下降幅度大。


(3)开垦最初3—5年土壤有机质下降速率快,以后减慢逐渐趋缓。


(4)有机质降低到一定水平后达到平衡,如果增加秸杆还田,有机质还可增加。


如果长期不向土壤中补充新鲜有机质,使土壤有机质保持在一个低水平上,而且所剩下的有机质是难以分解的老化的部分,则表现为土壤退化,影响到土壤的供肥能力和物理性质。

 

黑土开垦后,自然植被大部分被农作物所代替,并且在秋收后,土壤基本完全裸露,没有植被的残留物返回土壤,使黑土的有机质积累过程中断,加上土壤侵蚀引起的消耗,导致黑土层开始逐渐变薄。但上坡的黑土,由上坡转移至下坡,形成沉积。研究指出,东北黑土区,侵蚀面积占2/3,沉积面积占1/3。最新的研究成果显示,黑土年均变薄速率为2~3 mm·y-1


复式地埂水土保持技术。黑龙江省穆棱市。(2015年5月,宋春雨摄)


黑土会消亡?不会,合理利用就能“肥力常新”

 

东北的黑土除了因开垦和农业生产导致的有机质降低、黑土层变薄,土壤全量和速效养分、土壤物理指标及生物属性等全面下降之外,还有更为严重的因土壤侵蚀而引起的耕地损失。最新数据显示,东北地区的侵蚀沟已经达到29万条,由于大多数侵蚀沟在耕地上产生,致使土层变薄、沟壑纵横,吞没耕地已超过50万hm2


基于此,国家已经将黑土区作为防止水土流失的重点。2017和2018年,我国分别启动了两个黑土区水土流失治理的重点专项,“东北黑土区侵蚀沟生态修复关键技术研发与集成示范”“东北黑土区坡面水土流失综合治理技术”项目。中科院东北地理所还引进了美国 DEP 土壤侵蚀日发布系统,以期实现对水土流失的每日预报。


近日,在哈尔滨举行的黑土生态与农业可持续发展国际研讨会上,与会专家为世界黑土及农业可持续发展献计献策,对遏制黑土退化充满信心,相信在水土保持等各学科专家的齐心努力下,延缓退化、保持较高的黑土生产力并不是遥不可及的梦想。土壤资源与其它资源不同,只要合理利用,是可以永续的,即所谓“治之得宜,肥力常新”。


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