黑土

所謂黑土，乃指有機物質平均含量在3%至10%之間，特別利於包括水稻、小麥、大豆、玉米等農作物生長的一種特殊土壤，主要分佈在溫帶混交林。有地質專家指出，每形成一厘米厚黑土需時200年至400年，而北大荒的黑土厚度則達到了1米，以至於可以“捏把黑土冒油花，插雙筷子也發芽”。

這片被黑龍江、嫩江和松花江包圍的土地，在200多年時間裡被滿族人視作“龍興之所”而禁止開墾，直至1947年，一群穿著灰綠色軍裝、腳套烏拉草鞋人的進駐才打破了寂靜。而此時，不僅距共和國成立還有兩年的時間，距國家專門設置的農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。

黑土在各種基性母質上發育，包括鈣質沉積岩、基性火成岩、玄武岩、火山灰以及由這些物質形成的沉積物。這些母岩母質中豐富的斜長石、鐵鎂礦物和碳酸鹽有利於黑土的發育。據報道，印度黑土的母岩為：從玻璃質玄武岩到粗粒玄武岩、泥質石灰岩等多種母岩。中國黑土涉及的母岩母質有石灰岩、玄武岩、第三紀河湖相沉積物以及近代河流沉積物等，但以石灰性母質為主。

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）都有分佈，以海拔低於300米的地形為多。地形坡度一般不超過2—3°，但有些地區（如火山地區）坡度達15—16°，也有黑土發生。中國黑土多分佈在低平窪地，但在一些低丘、台地上也有發育，如福建漳浦縣和龍海縣沿海、廣東省海康等地。黑土分佈區常可見到特殊的土壤發生地形——粘土小窪地（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1米，水平距離2至100米，是因不同的內壓力而引起地表面彎曲。粘土小窪地在各地出現的頻度不同。

黑土在熱帶、亞熱帶以至溫帶均可發生，分佈區氣候的最普遍特徵是季節性乾旱，但旱季的長短各地相差很大，包括乾濕季分明的季風氣候，一年內只有一兩個月濕季的較乾旱氣候和只有幾星期水分不足的濕潤氣候。年降水量少至150毫米，多可達2000毫米，但多數為500—1000毫米之間，年平均溫度一般為15.5—16.5℃。

黑土母質的絕對年齡可始自全新世至更新世之間，在基岩上發育的，則可追溯到中更新世或更早；而在經運移的土壤物質或其他沉積物上發育的，則在中更新世或更遲。黑土的相對年齡屬於幼年，原因如下：許多黑土是在沖積、湖積以及火山物質等母質上發育的；黑土的自翻轉作用是使其保持幼年性的另一個因素；在半乾旱氣候區，由於緩慢的風化速度限制了剖面發育；基性母質不斷釋放出豐富的Ca、Mg鹽基使土壤中蒙脫石礦物保持穩定；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狀態。

黑土在自然條件下的典型植被是草地或熱帶稀樹草原。

（一）蒙脫化過程

蒙脫石佔優勢的粘粒礦物組合是黑土中活躍成土過程的基礎。黑土的蒙脫石由兩個途徑而來：一是由母質中繼承下來，如較濕潤氣候下的沖積物、鈣質岩以及火山碎屑物質多富含蒙脫石礦物，成土環境延續了蒙脫石的存在；二是新生成作用，即在含有鹽基和二氧化硅的鹼性水溶液作用下，通過非膨脹性鋁硅酸鹽粘粒的復硅作用而產生，或者由原生礦物向次生礦物轉化而成。印度德干高原的一些黑土，蘇丹、埃及尼羅河沖積物發育的黑土、美國南部大平原的黑土，其蒙脫石礦物都是繼承母質而來；而南非、肯亞、以色列、澳大利亞昆士蘭的一些基性火山岩發育的黑土，蒙脫石的新生成作用是主要的。新生成作用也是中國一些黑土中蒙脫石的重要成因。在低洼地發育的黑土，由於地形因素引起地球化學過程中物質分異，風化物中豐富的溶解硅和鹽基有利於蒙脫石的合成；分佈於低丘、台地等正地形上的黑土，其蒙脫石則多由原生礦物轉化而來，如福建漳浦由暗黑色氣孔狀橄欖玄武岩風化物發育的黑土之所以富含蒙脫石礦物，是由於該種母質中的玻璃質在重結晶過程（又稱脫玻化）中，伴有廣泛的蒙脫石化，形成大量的蒙脫石，成土時間尚短，這些蒙脫石礦物得以大量保存於土體中。

（二）開裂過程

開裂過程是黑土另一主要成土過程，這是富含2∶1型膨脹性礦物的粘質土壤在明顯乾濕季氣候條件下的必然結果。土壤乾燥時土體強烈收縮並形成縱橫裂隙，深可達1米以上，地表附近的寬度可達10厘米。深大裂隙的形成，對摻混土體具有特別重要的意義。乾燥時，大裂隙的邊緣受到降水、動物活動、人類耕作等作用，上層物質向下跌落，填充於裂隙內，重新濕潤時，土壤膨脹，裂隙閉合，土體底層因增添了額外物質，膨脹后必然要產生較大的體積，造成擠壓使土壤向上運動。如此經過多年循環，下層物質進到表層，而上層物質降到下層，這稱為自翻轉作用（又稱自冪作用）。這種機制賦予黑土剖面性狀的特殊性：一是剖面均一化，即在裂隙所達到的頗大深度內，土壤變成了均質體，發生層分異不明顯，土色、質地、有機質含量無顯著差異，有機質與礦物質充分混合而高度複合二是具有滑擦面和楔形結構，表下層土壤受擠壓而相對移動過程中造成明顯程度不同的劈理和磨光面（滑擦面）。楔形結構是土壤基塊受到由傾斜方向膨脹壓產生的剪切力作用而造成的；三是地表出現粘土小窪地，是由乾濕交替引起兩裂縫間土壤“隆起”而產生的小起伏微地形。此外，下列現象也是黑土中自翻轉作用的佐證：在新開挖剖面的心土層中夾有植物殘落物，說明有上部物質陷落到下部；有些質地勻細的黑土，表層卻常能見到石塊，是下部物質被擠到上部的結果；顯微鏡下觀察，有些黑土在不同深度局部可見破碎的澱積粘粒膠膜，這是由於土壤翻轉作用使原先形成的膠膜破碎，拌入整個土體。應該指出，開裂過程是黑土的普遍現象，但土壤自翻轉作用的強弱，與氣候乾濕交替強烈程度、植被茂密程度、人為利用頻繁與否密切相關，據報導，中國黑土的自翻轉作用不甚明顯。

（一）診斷層和診斷特性

黑土沒有特定的診斷層，以下列變性特徵作為診斷依據：①土體厚度超過50厘米；②各層中至少含30%粘粒；③在多數年份中的某些時候，土壤出現深而寬的裂縫（在50厘米深處的寬度≥1厘米）；④至少具備下列特徵之一：滑擦面、粘土小窪地、楔形結構（長軸與水平方向成10°—60°夾角，出現在25—100厘米深度範圍內）。

（二）形態特徵

由於黑土形成過程中的自翻轉作用，使其剖面均一化，發生層分異不明顯，土體構型大致呈A或Ap-Bw－Ck或C，發生層之間漸變過渡。

黑土剖面還具有以下形態特徵：土色的色調一般為2.5Y或10YR，色值為2—3，彩度很少超過2，因黑土的腐殖質常與礦物質形成穩定的複合體，使其土色出現超過實際有機質含量水平通常所能呈現的暗色；剖面沒有淋溶或澱積作用的明顯跡象；表層具有明顯的團粒結構，其下是稜柱狀和楔形結構，結構體由上而下變大。

（三）理化性質

黑土膨脹係數很大，乾濕體積變化範圍為25—50%；持水量大，但有效性差；濕時可塑性強，耕性很差；有機質量豐富（自然土壤50—100g/kg土），C/N比值為10—14；粘粒含量>35%；陽離子交換量大（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，並隨深度遞增；pH值多在6.0至8.5；蒙脫石是佔優勢的粘土礦物，其次是雲母類礦物（石灰岩、珊瑚、泥灰岩發育的則少），高嶺石也是常見礦物，其含量隨風化度遞增，碳酸鹽和石膏可出現在心土層，常見於濕潤黑土和乾熱黑土的滑擦面上。

國外對黑土的分類研究較細，如美國土壤系統分類中黑土續分為4個亞綱7個土類。

中國黑土分類研究起步不久。據初步研究資料，中國的黑土可分為2個亞綱5個土類。潮濕黑土亞綱是中國學者提出的，指具備潮濕土壤水分狀況或土表50厘米深度內有斑紋特徵的黑土，該亞綱含有兩個土類：青粘土指原砂姜黑土中具變性特徵者；棕粘土指原潮土中具變性特徵者。濕潤黑土亞綱具備濕潤水分狀況，包括三個土類：黑粘土是在石灰岩地區平淺壩地上發育的原黑色石灰土中符合變性特徵者；暗粘土是玄武岩上發育的赤紅壤、磚紅壤中具備變性特徵者；紅粘土是在第三紀湖相沉積物上發育的紅色或棕色石灰土中有變性特徵者。現將各土類主要特徵簡介如下：

（一）青粘土（Greenclaysoil）

本土類分佈於安徽、河南、山東以及湖南、湖北等省，以淮北平原分佈最廣，與砂姜黑土呈復區分佈。除具有潮濕黑土的診斷特徵外，還具有下列特性：濕態亮度<3.5，干態亮度<5.5，濕態彩度<2，有機質含量<15克每千克土。形態特徵明顯，在暗灰色或灰棕色的表層（耕作層）之下，有一厚達40—60厘米的粘質黑土層，往下過渡到具有明顯水成特性的底土層，常見有各種形狀的砂姜（石灰結核）。

（二）棕粘土（Brownclaysoil）

棕粘土大致與原來潮土中的潮粘土和濕潮土相當，零散分佈於黃河中、下游沖積平原及其以南的淮北平原和長江中、下遊河谷平原的低平窪地上。棕粘土除具有潮濕黑土的診斷特徵外，還具備下列特性：表層濕態亮度≥3.5，干態亮度≥5.5，濕態彩度≥2，呈棕或紅棕色。與青粘土相比，本土類土色較艷，粘粒含量和陽離子交換量略低。

（三）黑粘土（Blackclaysoil）

黑粘土相當於美國分類的暗色濕潤黑土，是分佈在石灰岩地區平淺壩地上的黑色厚層粘重土壤，與黑色石灰土構成復區。黑粘土除符合濕潤黑土診斷特徵外，具有以下特性：表層濕態亮度<3.5，干態亮度<5.5，濕態彩度<2，有機質含量≥40克每千克土，且有石灰反應。在中國各類黑土中，本土類有機質含量最高（多為50—100克每千克土）且有機質層深厚（20—30厘米）；碳酸鹽常以假菌絲、白色粉末或結核等形式出現於剖面中。

（四）暗粘土（Darkclaysoil）

暗粘土相當於美國分類的艷色濕潤黑土，零星分佈在海南島北部、雷州半島以及閩東南沿海一些低丘台地上，曾稱為黑赤土或暗赤土，與磚紅壤或磚紅壤性紅壤成復區分佈。本土類除具備濕潤黑土診斷特徵外，具有下列特性：表層濕態亮度<3.5，干態亮度<5.5，濕態彩度2—3.5，有機質含量<50克每千克土，無石灰反應。暗粘土以其彩度較大、有機質含量較小、全剖面均無石灰反應等特徵區別於黑粘土，以具有變性特徵、風化淋溶作用和脫硅富鋁化作用微弱區別於磚紅壤或磚紅壤性紅壤。

（五）紅粘土（Redclaysoil）

紅粘土相當於美國分類的艷色濕潤黑土，主要見於中國南方，與紅色或棕色石灰土成復區分佈。本土類除符合濕潤黑土的診斷特徵外，還具備下列特性：表層濕態亮度≥3.5，干態亮度≥5.5，濕態彩度≥2。它以具有變性特徵且粘粒硅鋁率≥2.4區別於紅色或棕色石灰土。相對於中國其他黑土類型，本土類除土色呈艷色外，pH值和陽離子交換量均較低。

世界各地的黑土主要用於種植棉花、小麥、玉米、高粱、水稻、糖蔗或作為牧場，用於放牧的面積最大。黑土的自然肥力很高，但耕性差，水分有效性低，在有動力機具和灌溉條件下，其農業生產潛力才可得到發掘。農藝利用依氣候而異，但因其粘粒含量高和濕時滲透性低，使這些土壤適於種植淹水的作物，而不宜種植用材林。黑土的非農業利用常出現許多工程上的問題。

道路、房屋、管道等會受土壤脹縮的影響而移位和扭曲，應十分注意。這些土壤吸收污水性能差，應在土壤水分飽和、粘粒膨脹后測定其透水性數值才有意義，因為若在旱季土壤開裂時測定其透水性數值會使人誤解該土壤透水性特別大，這是環境管理上應予考慮的問題

溫帶半濕潤氣候、草原化草甸植被下發育的土壤，是溫帶森林土壤向草原土壤過渡的一種草原土壤類型，目前我國土壤分類系統，將黑土列入半水成土綱中。我國黑土分佈在遼寧省、吉林省、黑龍江省中東部廣大平原上。美國黑土分佈在中部偏北的濕草原帶，故稱濕草原土。

我國黑土地處溫帶半濕潤地區。四季分明，雨熱同季為其氣候特徵。土壤母質粘重，並有季節凍土層。夏秋多雨，土壤常形成上層滯水，草甸草本植物繁茂，地上和地下均有大量有機殘體進入土壤。漫長的冬季，微生物活動受到抑制，有機質分解緩慢，並轉化成大量腐殖質累積於土體上部，形成深厚的黑色腐殖質層。土體內鹽基遭到淋溶，碳酸鹽也移出土體，土壤呈中性至微酸性。季節性上層滯水引起土壤中鐵錳還原，並在旱季氧化，形成鐵錳結核，特別是亞表層表現更明顯。所以，黑土是由強烈的腐殖質累積和滯水瀦積過程形成，是一種特殊的草甸化過程。自然狀態下，黑土腐殖質層可厚達1米，養分含量豐富，肥力水平高。黑土

開墾后，腐殖質含量下降，因母質粘重，土壤侵蝕明顯，這是黑土利用中需引起注意的問題。黑土是我國最肥沃的土壤之一，黑土分佈區是重要的糧食基地。適種性廣，尤適大豆、玉米、穀子、小麥等生長。

黑土地在世界上僅有三大塊，除了中國東北黑土外，還有兩塊分佈在烏克蘭大平原

和美國密西西比河流域，它們在開發過程中也曾經受到過水土流失的嚴峻考驗。

烏克蘭平原的面積約為190萬平方公里，美國密西西比河流域的面積約為120萬平方公里，它們和東北黑土地一樣，都分佈在四季分明的寒溫帶，由於植被茂盛，冬季寒冷，大量枯枝落葉難以腐化、分解，歷經千百年形成了厚厚的腐殖質，也就是肥沃的黑土層。黑土有機質含量大約是黃土的十倍，是肥力最高、最適宜農耕的土地，因此世界三大黑土區先後被開發成重要的糧食基地。

與東北黑土地有所不同，烏克蘭大平原和美國密西西比河流域的地勢平坦，坡地較少，土壤主要受到風的侵蝕，在20世紀二、三十年代，由於過度毀草開荒、破壞地表植被，水土流失嚴重，這兩個地區相繼發生破壞性極強的“黑風暴”。1928年，“黑風暴”幾乎席捲了烏克蘭整個地區，一些地方的土層被毀壞了5至12厘米，最嚴重的達20多厘米。在美國，1934年的一場“黑風暴”就捲走三億立方米黑土，當年小麥減產51億公斤，舉國震驚。為保護黑土地免受侵害，國外兩大黑土區都投入了大量人力、物力和財力，圍繞合理規劃土地和建立科學耕作制度等開展研究，大舉營造農田防護林，採取保土輪作、套種、少耕、免耕等辦法，充分發揮耕作措施與林業措施相結合的群體防護作用，經過40年的治理，已見成效。

作為與美國密西西比流域沿岸及烏克蘭第聶伯河岸並稱的全球三大黑土帶，在古《山海經》中便有記載的北大荒，橫跨從東經123°40′到134°40′的11個經度，縱貫北緯44°10′到50°20′的10個緯度，總面積多達5.76萬平方公里。

我國黑土區的開發比國外兩大黑土區晚，大規模開荒墾殖始於20世紀五、六十年代，近二十年來，我國已逐步加大了對黑土地水土流失治理的力度。