本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：扁舟，美编：怪伽cc，原文标题：《东北农业很发达，但是不用金坷垃！靠的是……》，题图来自：视觉中国


悠悠万事，吃饭为大，金秋时节，瓜粮满仓。正值九月，丰收时节，稻浪滚滚，稻香四溢，辽阔的北大荒，金风吹去暑气，呈现一派喜人的丰收景象。




北大荒原指中国黑龙江省北部在三江平原、黑龙江沿河平原及嫩江流域广大荒芜地区，但是这里的土壤有着“捏把黑土冒油花，插双筷子也发芽”的美称。我国在五十年代对北大荒进行大规模开垦，六十年来，无数开荒人筚路蓝缕，共同努力，现在的北大荒已拥有113个大型农牧场，2000多个企业，3560万亩耕地，177.8万人，北大荒涅槃重生成为了“北大仓”。


如今的北大荒不再是荒芜的待变，而是中国最大的粮仓，是黑龙江垦区的代名词，它囊括黑龙江省嫩江流域，三江平原，黑龙江谷地，牡丹江流域12个市74个县，总面积达5.76万平方公里的土地，这里每年生产的粮食可以养活5000万中国人。[1]今天我们就来聊聊东北那“一两土二两油”的宝贵黑土地。



一、什么是黑土？


黑土故名思意，以其黝黑的土壤而得名，但是其颜色并非源于土壤中的组成矿物，而是来源于土壤内的高含量的黑色腐殖质，通常肥沃黑土层厚度需要超过一犁深。


全世界仅有三大块黑土区和一块红化黑土区，分别是乌克兰的乌克兰平原、美国的密西西比平原、中国的东北平原、南美洲阿根廷连至乌拉圭的潘帕斯草原，其中潘帕斯草原为亚热带红化黑土，在我国主要分布在黑龙江省、吉林省、辽宁省和内蒙古自治区。[2]




“黑土”实际上是一个大家庭，这一称呼几乎包括了黑土、黑钙土、草甸土等所有“黑色”的土壤。从性状来讲，黑土一般具有较深厚的暗色腐殖质层，养分较丰富。从发生学角度来看，中国的黑土在湿润或半湿润地区草原化草甸植被下，具有均腐土质积累和淋溶过程，且呈舌状延伸，属于均腐土类。（小贴士：舌状延伸是土壤学名词，意思是指漂白物质或腐殖质向下层呈舌状下渗的特征）[3]


黑土土层与舌状延伸<br>
黑土土层与舌状延伸


广义的黑土涵盖了所有适宜农耕、具暗色腐殖质表土层的土壤，主要包括黑土、黑钙土、草甸土、白浆土、暗棕壤和棕壤等，狭义的黑土是指温带半湿润气候草原草甸植被条件下形成的黑色或暗黑色均腐质土壤，这些区域多为夏季温暖湿润、冬季严寒干燥的寒温带因此又名寒地黑土；又由于其形成需要经过淋溶作用，又名淋溶黑土。东北地区的黑土就是典型狭义黑土。（下文所述“黑土”为狭义的黑土，因此直接以“黑土”冠名）[4]


二、黑土的优势


根据现有研究资料显示，植物必需的养分元素有：氢、氧、碳、 氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、锌、铜、钼、硼[5]。黑土的突出优势主要体现在其富含有机质，以及大量微量元素，正是靠这“二位”的大力支持，黑土才能从众多土壤中脱颖而出，一举夺魁。


土壤有机质的主要元素组成是碳、氧、氢、氮，其次是磷和硫。[6]土壤中的有机质是植物和微生物生命活动所必需的养分和能量的源泉，有机质含量的多少是衡量土壤肥力的一个重要指标。在哈尔滨以北，以松花江为界，松花江以南的双城-扶余地区，有机质含量大于3％的土地面积也占了87.21％，而松花江以北的哈尔滨-绥化地区土壤有机质含量大于 3％的土地面积占了98.49％，四舍五入一下就是该区农田几乎全是肥沃的黑土！


对比两区域的养分元素平均值与全国的背景值我们可以发现，这片区域的黑土地的肥力几乎是碾压了普通土地，其有机质含量甚至达到了背景值的两倍，碳、氮、磷、硫等关键指标也远超普通土地，这样的土壤怎么能让人不爱啊！[7]


左：不同地区养分元素平均值<sup>[7]</sup>；右：不同有机质样本中养分元素含量高于背景值的占比率<sup>[7]</sup>
左：不同地区养分元素平均值[7]；右：不同有机质样本中养分元素含量高于背景值的占比率[7]


东北地区典型黑土区有机质分布图<sup>[7]</sup><br>
东北地区典型黑土区有机质分布图[7]


土壤中的微量元素如钾、钙、镁、铁、锰、锌、铜、钼、硼等则参与在农作物的生长发育的全过程中。


举几个栗子，比如说硼（B）影响生殖器官发育，影响作物体内细胞的伸长和分裂，对开花结实有重要作用，而且硼也是是动物与人类所必须的元素，有关研究中发现，给雏鸡喂饲维生素D不足但并不完全缺乏的饲料时，硼能够改善其骨骼钙化。[8]植物缺硼会导致顶端停止生长并逐渐死亡，根系不发达，叶色变绿，叶片肥厚，皱缩，植株矮化，茎及叶柄易开裂，脆而粗，花发育不全，花而不实，蕾花易脱落等症状，严重影响产量。



锌（Zn）是多种酶的组分和活化剂，在植物体内主要是作为酶的金属活化剂，现已发现80多种含锌酶，对碳水化合物的代谢和生长素的合成有着重要作用。


虽然锌在作物体内的含量含量极少，一般占干物质重量的十万分之几至百万分之几，但其作用较大。如水稻的“稻缩苗”“僵苗”“坐蔸”，玉米的“白芽病”、柑橘等果树的“小叶病”、油桐的“青铜病”等都与锌的缺失有关。[9]



锰（Mn）是叶绿体的成分，促进种子发育和幼苗早期生长，对光合作用和蛋白质的形成有重要作用[10]。锰不仅是细胞中许多酶（如脱氢酶、脱羧酶、激酶、氧化酶和过氧化物酶）的活化剂，尤其是影响糖酵解和三羧酸循环，而且锰还参与植物的光合作用，使光合中水裂解为氧。缺锰时，叶脉间缺绿，伴随小坏死点的产生，[11]其症状从新叶开始，叶片脉间失绿，叶脉仍为绿色，叶片上出现褐色或灰色斑点，逐渐连成条状，严重时叶色失绿并坏死。




结合“不同地区养分元素平均值”以及“不同有机质样本中养分元素含量高于背景值的占比率”两幅情况图我们可以发现，东北地区的黑土除了硼（B）与钼（Mo）含量低于平均水平外（土壤硼主要来自成土母质，其次为火山活动和降雨，不论是植物界或土壤圈，硼缺乏区分布最为广泛，中国大约一半土壤处于缺硼状态），其他微量元素平均值都高于中国土壤元素背景值。[12]而钾、锰不论有机质含量高或低，它们高于背景值的占比率基本都在 90％以上，这样肥沃的土地有谁不爱呢？


三、黑土的形成


如果要谈土壤的形成就绕不过“成土母质”，从字面意义就可以看出，“成土母质”，即生成土壤的母本物质，成土母质往往是地表岩石经风化作用使岩石破碎形成的松散风化物碎屑，这时的碎屑只有一定的可溶性矿物养分，仅能满足一些低等植物和微生物的生长，在气候与生物的共同作用下，经过长时间风化，以及低等植物和微生物不断新陈代谢，累积丰富的有机物质后母质才具肥力，在此过程中母质逐渐转变成可供高等植物生长的土壤。[13]



土壤母质决定和影响土壤质地、结构、孔隙度和透水性等物理性质。中国东北地区黑土成土母质主要为砂砾和黄土状黏土，其中以更新世砂砾、黏土分布最广，且具有一定的黄土特征。[14]黏土对土壤水分渗透不利，但有利于土壤理化指标的贮存，有助于黑土结构的形成。含砂的黄土状土母质又有较好的储水性为黑土有机质积累提供了条件。[15]


东北平原属于温带湿润、半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。在黑土的草原草甸草本植物繁茂生长的季节里降雨集中，而且土壤下层质地黏重使土壤水分含量较丰富，有时可以形成土壤上层滞水，此环境有利于植物生长，使大量有机物质积累，提供了大规模的氮和灰分元素的生物循环。


由于东北地区秋冬季节气温较低，气温骤降下土壤开始冻结，死亡的植物存于地表和地下，此时微生物活性减弱，土壤有机质难以被分解，土壤冻结较深且延续时间长，有机质又难以下渗，于是赋存于距离地表50cm以上的土层中，由于水分滞留使有机残体厌氧分解，腐殖物质在土壤中得到积累，而在来年夏季土温升高时发生微生物作用形成新的腐殖质。在低温、高湿条件下，黑土矿化速率较低，腐殖质大量累积，形成深厚的腐殖质层。[16]


由于季节性冻层和母质质地粘重，黑土水分以及随水运移的成土产物，除一部分随地表和测渗排走外，绝大部分滞留在1m或2~3m土层内。腐殖质中的胡敏酸为棕色，胡敏素为黑色，两种主要成分使黑土外观为黑色。


由于黑土中腐殖质含量充足，有机质类、养分元素、灰分元素的生物循环量很大，而东北地区夏季降水集中，其中的有机胶体、养分和灰分随土壤水分的渗流而淋溶下移至淀积层，并在淀积层中淀积，因此就造成了些黑土颜色不均一，而有些成分呈舌状淋溶延伸，这又形成了黑土中舌状延伸现象。[17]




正如《这片黑土地》一曲中歌唱的那样，这片黑土地，是神奇的黑土地，是富饶的黑土地，春风因它和煦，夏日因它艳丽，秋雨让它锦锈，冬雪让它神奇，它承载着霜雪，历经着风雨，在严寒酷暑中，一次又一次焕发出勃勃生机。


Reference

[1] 百度百科.北大荒.百度百科 (baidu.com)

[2] 张之一.关于世界黑土分布的探讨[J].黑龙江农业科学，2010(04):59-60.

[3] 马溶之.中国土壤的地理分布规律[J].土壤学报，1957，5(1):1-18．

[4] 张中美.黑龙江省黑土耕地保护对策研究[D].乌鲁木齐:新疆农业大学，2009．

[5]商翎 提福魁 王淑华等.元素生态地球化学及其应用[M].沈阳：辽宁大学出版社，1997：9－11

[6] 陈怀满.环境土壤学[M.北京：科学出版社，2005：55－64．

[7] 刘希瑶 刘澎 刘驰.典型黑土中有机质和养分元素的变化分析[J].地质与资源. 2022，31(04)

[8] 格林伍德．元素化学：科学出版社，1999

[9] 天山植保.深入了解植物营养——锌元素 . (sohu.com)

[10] 农业科技先锋.微量元素对作物的作用. (sohu.com)

[11] 百度百科.锰（Manganese）. (baidu.com)

[12] 刘希瑶 刘澎 刘驰.典型黑土中有机质和养分元素的变化分析[J].地质与资源. 2022，31(04)

[13] 百度百科.成土母质. (baidu.com)

[14] 范昊明 蔡强国 王红闪．中国东北黑土区土壤侵蚀环境[J].水土保持学报，2004，18（2）：66-67.

[15] 张玉兰．东北典型黑土区耕作土壤粒度特征及其环境指示意义[D]．哈尔滨：哈尔滨师范大学，2017．

[16]尤孟阳. 黑土母质熟化过程中的土壤有机碳组分与结构变化特征[D].吉林：中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所），2015.

[17] 张新荣 焦洁钰.黑土形成与演化研究现状[J].吉林大学学报(地球科学版)，2020，50(02):553-568.


本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：扁舟，美编：怪伽cc