中國與烏克蘭黑土成土因素分析

谷思玉，郭愛玲，汪 睿，宋秀麗

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030）

烏克蘭黑土和我國黑土同屬世界四大黑土[1]，其腐殖質(zhì)含量高、適宜作物生長，是世界上最重要、最具生產(chǎn)力的肥沃土壤。世界各大黑土區(qū)均為重要的糧食生產(chǎn)基地，我國與烏克蘭土壤的研究工作具有悠久的歷史淵源，在近期的土壤研究中，隨著中國與烏克蘭交流合作不斷深入，兩國在農(nóng)業(yè)研究中尤其在黑土研究中取得可喜成果。因此，中國與烏克蘭黑土的成土差異越來越受到國際土壤研究人員的重視。

1 黑土定義

我國土壤分類名稱中的黑土，在俄羅斯（前蘇聯(lián)）被稱為生草黑鈣土[2]。在我國土壤發(fā)生分類體系中，黑土曾是黑鈣土的亞類，被稱為變質(zhì)黑鈣土，退化黑鈣土，淋溶黑鈣土等，后被單獨分類出來；在系統(tǒng)分類中黑土大部分被劃分在均腐土亞綱[3－5]。

在研究有關(guān)黑土的文獻時，常常把“Phaseozems”、“Mollisols”和“Chernozems”作為黑土的同義詞，而實際研究中這些同義詞之間有所差異?！癙haseozems”和“Chernozems”[6]是世界土壤參比基礎(chǔ)（World Reference Base for Soil Resources）中的分類名稱，“Phaseozems”這一名稱與我國黑土和草甸土相似，而“Chernozems”則與烏克蘭大草原黑土相似；“Mollisols”[1]是美國土壤系統(tǒng)分類的名稱，翻譯為軟土，“Mollisols”以深厚、暗色表層為顯著特征，這一肥沃的表層稱為軟土層[1,6]，是源于植物根系的有機質(zhì)長期積累的結(jié)果，與東北黑土區(qū)[7－8]的定義非常接近，而烏克蘭黑土也屬于軟土之列[6]。

盡管不同分類體系對黑土定義不同，但中國與烏克蘭黑土具有一個共同的特征，即具有松軟表層，暗色，富含有機質(zhì)。通過比較分析兩國黑土的成土因素來進一步闡述兩種土壤的異同。

2 中國與烏克蘭成土因素比較

中國與烏克蘭黑土區(qū)（Mollisols）都廣泛分布于森林草原和草原地區(qū)并延伸至南部干旱草原。中國黑土分布于東經(jīng)115°31'～135°05'（1 400 km）北緯38°43'～53°33'(1 600 km)，而烏克蘭黑土在北緯51°18'～44°41'（737.18 km）和 東 經(jīng) 24°18'～40°12'(1 144.19 km）[9]。中國軟土區(qū)面積為3 029萬 hm2[1]，而烏克蘭軟土區(qū)面積為2 700萬hm2，共占世界軟土面積的16.8%。

2.1 中國與烏克蘭黑土區(qū)地形及分布特點

2.1.1 中國黑土地區(qū)形及分布特點

中國黑土區(qū)分布在黑龍江、吉林、遼寧和內(nèi)蒙古四省的191個縣（市、區(qū)、旗），其中黑龍江省黑土面積占61.1%[10]。地形大部是在現(xiàn)代新構(gòu)造運動中間歇上升，受不同程度切割的高平原和山前洪積平原，這些平原多為波狀起伏的漫崗地，坡度一般為1～5°[10－11]（見圖1）。

圖1 中國東北地區(qū)軟土分布Fig.1 Distribution of mollisols in Northeast China

中國黑土腐殖質(zhì)層較厚[14]，一般不少于25 cm，土體中有鐵錳結(jié)核，由于受到土壤侵蝕等原因，地勢平緩地區(qū)黑土厚度一般在40～70 cm，個別地方可達100 cm，在干擾嚴重的坡地厚度最低在10 cm左右。草原草甸植被到森林植被過渡地帶是黑土和暗棕壤的分界線，腐殖質(zhì)層變薄，小于25 cm；草原草甸植被向草甸植被過渡地帶為黑土和草甸土的分界線，剖面下面出現(xiàn)紅斑[11－12]。

2.1.2 烏克蘭黑土區(qū)地形及分布特點

烏克蘭位于歐洲的東部,烏克蘭黑土區(qū)大部分為平原和丘陵，黑土主要分布在森林草原地帶和草原地帶，占烏克蘭農(nóng)業(yè)用地面積的61.9%。烏克蘭黑土從北到南分為五個亞類：淋溶黑土、灰化黑土、典型黑土、普通黑土和南方黑土,森林草原地帶占地2 030萬hm2，主要分布著淋溶黑土、灰化黑土和典型黑土，這些土壤占地1 300萬hm2；而草原地帶占地710萬hm2，主要分布著普通黑土和南方黑土（見圖2）。

圖2 烏克蘭黑土分布Fig.2 Distribution of Ukrainian chernozems

淋溶黑土分布在森林草原地帶向草甸草原過渡的無森林區(qū)，在周期性淋洗條件下形成，腐殖質(zhì)含量可達100 cm以上；典型黑土主要分布在森林草原地帶，與淋溶黑土一樣也是在周期性淋溶條件下形成的；灰化黑土沒有形成獨立的亞帶，僅在大量闊葉林覆蓋的森林草原地帶淋溶黑土和典型黑土之間有一小塊，腐殖質(zhì)厚度在60～80 cm間；普通黑土分布在典型黑土往南的草原地帶，比典型黑土腐殖質(zhì)含量低，腐殖質(zhì)層厚度在50～80 cm之間；南方黑土分布在草原地帶最南端，干旱條件不利于腐殖質(zhì)形成，腐殖質(zhì)厚度僅為40～60 cm。

2.2 中國與烏克蘭黑土區(qū)氣候特點

中國黑土區(qū)位于溫暖漫長的嚴寒帶,而烏克蘭的黑土區(qū)形成于溫暖短暫的嚴寒區(qū)，且中國東北地區(qū)遠離日本海和其它大型山系系統(tǒng)，屬于大陸性氣候，由表1可以看出我國黑土區(qū)較烏克蘭黑土區(qū)冬季漫長、干燥、寒冷且降雪少[13－14]。

2.2.1 中國黑土區(qū)氣候特點

中國黑土區(qū)年降水量在500～600 mm之間，絕大部分集中在4～9月，占全年降水量的90%左右；7～9月的降水，占全年降水量的一半以上。中國黑土地區(qū)冬季嚴寒少雪，土壤凍結(jié)深、持續(xù)時間長，季節(jié)性凍層特別明顯，凍結(jié)深度一般為1.5～2.0 m左右，最深處近3.0 m，如從地表凍結(jié)到凍溶，凍結(jié)時間為120～200 d，如從地表開始結(jié)凍到凍層融通，可長達120～240 d[10－11,15]。

2.2.2 烏克蘭黑土區(qū)氣候特點

烏克蘭和俄羅斯大平原黑土帶降雨主要集中在夏季。當濕度達到最小值時（瓦普洛夫最小值）夏季干旱。整個黑土帶的特點是：夏季高溫，冬季寒冷，溫度波動范圍較小。從北到南和從東到西氣候呈帶狀分布，導(dǎo)致黑土帶也呈帶狀。黑土區(qū)越往南越干旱，在北部，降雨量在400～500 mm，濕度為0.7%～0.8%，而到南部地區(qū)降雨量為250～350 mm，濕度降到0.45%～0.5%。從北到南無霜期持續(xù)時間逐漸增長，有效積溫增長。從東到西黑土帶大陸性氣候逐漸增大，這表現(xiàn)為年平均溫度降低和冬季溫度下降，植物生長周期縮短和有效積溫減少，年平均降雨量減少，最大降雨量集中在夏季中期和末期。

2.3 中國與烏克蘭黑土成土母質(zhì)

土壤母質(zhì)是土壤極其重要的一個因素，它決定和影響土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、孔隙度和透水性等物理性質(zhì)。中國與烏克蘭黑土母質(zhì)層都是“巖性均勻”的黃土和類壤土黃土。

表1 中國與烏克蘭黑土區(qū)氣候參數(shù)分布Table 1 Climatic parameters in the zone of distribution Ukrainian and Chinese Mollisols

2.3.1 中國黑土成土母質(zhì)

中國黑土區(qū)成土母質(zhì)主要為砂礫和黃土狀粘土，其成土母質(zhì)主要有三種：第三紀砂礫粘土層、第四紀更新世砂礫粘土層和第四紀全新世砂礫粘土層，其中以第四紀更新世砂礫粘土層分布面積最廣[14]。黑土地區(qū)多是過去的拗陷地帶，沉積物堆積厚，第四紀更新世時，新構(gòu)造運動使這些地層逐漸升起來。母質(zhì)的巖層組上部以粘土層（亞粘土）為主，中下部砂質(zhì)增加或為砂粘間層，底部則以砂礫層為主。母質(zhì)厚度可達10～40 mm，機械組成粘細、均勻一致，并以粗砂粉和粘粒為主，質(zhì)地較為粘重[11,15]。

中國黑土具有黃土特征，黑土母質(zhì)的粉砂占30%左右（黃土的粗粉砂僅占50%），可稱黃土性粘土（亞粘土），黃土性粘土母質(zhì)豐富了養(yǎng)分貯量，促進了土壤結(jié)構(gòu)的形成，但不利于水分的滲透[16]。黑土母質(zhì)一般無碳酸鹽反應(yīng)，黑土質(zhì)地由南向北越來越好,較北的黑土物理性狀較好，土壤比重較小，田間持水量、飽和持水量較適宜[17]。

2.3.2 烏克蘭黑土成土母質(zhì)

烏克蘭黑土主要形成于不同厚度和起源的黃土狀壤土和粘土。在1949～1952年Рябченков對烏克蘭的黃土及其下面的第四紀及第四紀以前的巖石母質(zhì)進行了研究[8]，得出黃土的主要成土礦物是石英、長石及一些其它輕礦物（白云母、海綠石、黑云母和綠云母），它們共占不溶性母質(zhì)的99%以上，礦物質(zhì)量甚微，但其種類很多。

烏克蘭黑土從北到南粘性逐漸增強，北部灰化黑土含砂粒為5%，粘粒25%，但南部的南方黑土不包含有任何沙粒，只有40%～50%的粘粒。烏克蘭黑土具有碳酸鹽反應(yīng)（與我國黑鈣土相似），微團粒作用明顯，孔隙度大且透水性好。

2.4 中國與烏克蘭黑土區(qū)植被

2.4.1 中國黑土區(qū)植被

中國黑土區(qū)自然植被為草原化草甸植物，以雜草類群落為主。主要植物：翅果唐松草、大葉野豌豆、東風(fēng)菜、辣鐵線蓮、早熟禾、問荊、東北石竹、地榆、溚草、柴胡等，在局部含水較多的地段，還有沼柳和大葉樟，形成沼柳—雜草類群落[11]；在地勢較高排水良好，土壤水分較低的地段，則出現(xiàn)榛子等植物，形成榛子一雜類草群落。黑土水分和養(yǎng)分條件較好，雜類草植物生長茂盛，植被高度一般40～50 cm，高的可達80～120 cm，覆蓋率為100%[14]。

2.4.2 烏克蘭黑土區(qū)植被

烏克蘭黑土森林草原地帶和草原地帶的植被主要是由多年生耐寒耐旱草類植被和草根土植被組成。烏克蘭黑土區(qū)植被分布與氣候有著很大的關(guān)系，從北到南降雨量逐減，植物耐旱性逐漸增強。在森林草原地帶主要分布著根莖類植被和苔草，根莖類植被主要是遠東羊茅、針茅、溚草和草原燕麥等；在草原地帶主要分布著密叢型禾本科植被（其中有代表性的是旱生類植被、小灌木、短生植物和類短生植物），地面覆蓋有地衣和藍綠藻，其植被主要有：地鼠尾草、奧地利艾蒿、早熟禾、黃芪等。從西到東短生植物和類短生植物逐漸減少。

3 討論與結(jié)論

中國和烏克蘭黑土雖都稱之為黑土，但因地理位置、成土條件和分類標準不同，使兩國黑土具有共性的同時還存在很大差異。通過對兩國黑土成土條件比較得出結(jié)論如下：

3.1 中國黑土和烏克蘭黑土形成因素相似

中、烏黑土都是表層松軟，暗色，富含有機質(zhì)的土壤，廣泛分布在森林草原和草原地區(qū)，位于北方嚴寒地帶，冬季寒冷漫長，微生物活動不強，植被分解緩慢，夏季降雨集中，這有利于有機質(zhì)合成和分解，形成大量腐殖質(zhì)；兩者主要成土母質(zhì)均是黃土和類壤土黃土，形成土壤具有較好的孔隙度，保水保肥性能較好，有利于作物生長；兩者都主要分布著禾本科和草本科植被，根系發(fā)達，豐富的根系為腐殖質(zhì)的形成提供了原料。因此，兩國黑土都是養(yǎng)分含量豐富的土壤。

3.2 中國黑土和烏克蘭黑土存在差異

母質(zhì)是形成土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)，它對土壤的形成過程和土壤的屬性均有很大影響。烏克蘭黑土較中國黑土具有較明顯的黃土特征且大部分有碳酸鹽反應(yīng)，其主要母質(zhì)石英和長石為抗風(fēng)化強的酸性巖，形成的土壤剖面酸堿變化較大，向下逐漸由酸性向堿性轉(zhuǎn)變，這與中國黑土酸堿度接近中性是有所不同的。其次，中國黑土區(qū)較烏克蘭黑土區(qū)植被根系發(fā)達、冬季寒冷、嚴寒期長、溫差大、濕度小且凍層深，使得土壤形成過程中水分類型、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化形式以及成土產(chǎn)物的運行和遷移不完全相同，中國黑土區(qū)草甸化過程后，在有些土壤剖面形成鐵錳結(jié)核、銹斑和二氧化硅粉末，甚至還可以在土層的上部或下部看到明顯的潴育層次，表明中國黑土區(qū)土壤具有水成土壤的某些特征。另外，烏克蘭黑土呈帶狀分布，其降雨量由北到南逐減，水分變化較大，加上長期積累的結(jié)果，使得南北土壤差異較大，而中國土壤不存在這樣的差別。

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