出品：科普中國
制作：朱雪峰
監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

中國南方的土偏紅，中部的土偏黃，東北的土則多為黑色，土壤的顏色儼然已經(jīng)成為各地的“名片”與象征了。

其實(shí)，在古代，人們就已經(jīng)掌握了土壤顏色的大致分布規(guī)律。

北京中山公園的明代社稷壇內(nèi)就擺放著寓意華夏疆土的五色土——東青、南赤、西白、北黑、中黃。

社稷壇五色土｜圖片來自中國數(shù)字科技館網(wǎng)站

黑的、紅的、黃的...土壤的顏色是誰調(diào)的？

雖然古代的五色土已經(jīng)將我國不同地區(qū)的土壤顏色分布大致體現(xiàn)出來，但為什么不同地方的土顏色不一樣，人們并不知道答案。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，如今土壤的顏色有了更為科學(xué)細(xì)致的劃分，比如黑色、紅色、黃色、磚紅色、紫色、棕色、黃棕色和灰白色等等。

經(jīng)過科學(xué)家們的取樣研究，土壤顏色的奧秘也逐漸被揭開。

土壤腐殖質(zhì)的含量與礦物組成是影響土壤顏色的主要因素，前者主要影響土壤顏色的深淺，后者主要影響土壤的主色調(diào)。

您可能要問了，什么是腐殖質(zhì)？

簡單來說，腐殖質(zhì)是被土壤微生物分解后的動植物殘體碎渣形成的一類黑乎乎的膠體狀物質(zhì)，“長得很丑，但很溫柔”。

腐殖質(zhì)雖然其貌不揚(yáng)，但是富含營養(yǎng)，可以為植物提供生長所需的養(yǎng)分。腐殖質(zhì)之所以顏色較深是因?yàn)樗凶厣暮羲岷秃谏暮羲?，這兩種物質(zhì)的組成基團(tuán)具有深色光學(xué)特性，導(dǎo)致腐殖質(zhì)看上去黑乎乎的。

因此，土壤腐殖質(zhì)越多，土壤顏色越發(fā)黑偏深。

土壤腐殖質(zhì)含量給土壤的深淺定下基調(diào)后，土壤礦物就開始給土壤“調(diào)色”了。

當(dāng)土壤中以氧化鐵為主要成分的赤鐵礦含量較高時，土壤越偏紅或紅棕色；當(dāng)土壤中以水合氧化鐵為主要成分的針鐵礦含量較高時，土壤則呈現(xiàn)黃色；當(dāng)土壤中鹽分含量越高，比如鈉鹽、二氧化硅和碳酸鈣等較多的時候，土壤則可能越偏白；如若土壤由紫色砂巖、頁巖風(fēng)化物形成，則土壤會呈現(xiàn)出紫色等等。

除此之外，土壤的顏色也會受到土壤顆粒大小和土壤含水量等的影響。

通常來說，黑土地肥力高，盛產(chǎn)糧食作物，比如玉米、大豆和小麥等；紫色土壤肥力也相對較高，除了旱地糧食作物外，還多種植棉花、油菜和柑橘等；

紅壤一般酸性較高，肥力相對較低，通常適合種植水稻、茶、甘蔗和柑橘等；黃壤通常要比紅壤濕潤，主要分布在我國南方山區(qū)，除了常見的農(nóng)作物外，黃壤也產(chǎn)茶葉和蔬菜。

五顏六色的土壤｜圖片來自中國土壤學(xué)會網(wǎng)站

中國地大，為啥就東北的土是黑的？

提到黑土地，很多人都能想到東北。

中國這么多土地，為什么就只有東北的土是黑色的呢？

這說明東北土壤含有較多的腐殖質(zhì)，進(jìn)而被“染黑”了。那么問題來了，為什么東北土壤腐殖質(zhì)含量高呢？

這和東北得天獨(dú)厚的地理環(huán)境有關(guān)。

中國黑土主要分布在黑龍江、吉林、遼寧和內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)，地處溫帶季風(fēng)氣候區(qū)。這里四季分明，冬天寒冷干燥較漫長，夏季炎熱多雨較短暫，春季明媚養(yǎng)人，秋季氣爽天高。

在這樣的氣候下，東北的植被在春夏生長繁盛，根系發(fā)達(dá)，為土壤輸送了許多新鮮的有機(jī)質(zhì)，土壤中的微生物一看食物這么豐富充沛，自然干勁十足，把這些新鮮的有機(jī)質(zhì)“咔咔咔”分解加工成了黑乎乎的腐殖質(zhì)，其中一部分腐殖質(zhì)可以被微生物繼續(xù)當(dāng)作食物分解利用，一部分在被分解礦化的過程中釋放營養(yǎng)元素提供植物生長所需。

而到了秋冬時節(jié)，氣溫下降，白雪覆土，土壤微生物一個個都貓?jiān)谕晾餃?zhǔn)備“冬休”，對土壤腐殖質(zhì)的分解礦化減緩，土壤腐殖質(zhì)就這樣被積累了下來。

長此以往，腐殖質(zhì)在土壤中越積越多，不僅把土給染得越來越黑，還使得土壤越來越肥，形成了東北特有的肥沃的黑土地。

黑土剖面｜圖片來自中國數(shù)字科技館網(wǎng)站

像這樣的肥沃黑土區(qū)在世界范圍內(nèi)還有三處，分別位于烏克蘭的烏克蘭平原、美國的密西西比平原和南美洲的潘帕斯草原，多為地處溫帶的中緯度地區(qū)。

在這樣的地區(qū)，夏季植被茂盛，冬季寒冷枯枝落葉分解緩慢，自然就有利于土壤腐殖質(zhì)的積累和肥沃黑土的形成。

黑土地｜圖片來自國際黑土地協(xié)會網(wǎng)站

位于烏克蘭平原的黑土區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，較為典型的黑土區(qū)以森林草原為主，腐殖質(zhì)層較厚，也具有以草原為主的黑土區(qū)，這類地區(qū)腐殖質(zhì)層會相對薄一些。

該地區(qū)主要種植小麥、玉米、大豆、土豆和甜菜。

位于密西西比河流域的美國黑土區(qū)非常平坦，水熱條件較好，百草豐茂，枯枝落葉積累較多，土壤腐殖質(zhì)含量較高，流域東南部屬亞熱帶，以林木為主，流域中東部則屬溫帶，以草地為主。

該地區(qū)盛產(chǎn)小麥、大豆、玉米和棉花。

位于南美潘帕斯草原的黑土區(qū)東部屬于亞熱帶氣候，西部則屬于溫帶氣候，該地區(qū)以禾草植物為主，基本沒有林木。

“潘帕斯”本意即為“沒有樹木的大草原”，在這里草類茂盛，畜牧業(yè)發(fā)達(dá)。

整體比較來看，四大黑土區(qū)的大小和地形不盡相同。

最大最平坦的是位于烏克蘭大平原的黑土區(qū)，面積大約在1.90×106 km2，第二大的是位于美國密西西比河流域的黑土區(qū)，面積約1.20×106 km2，最小的是潘帕斯草原黑土區(qū)，面積約0.76×106 km2，我國東北黑土區(qū)面積約為1.03×106 km2。

上下求索，“土地醫(yī)生”歷經(jīng)數(shù)十年保護(hù)黑土地

得益于大自然的饋贈，四大黑土區(qū)的農(nóng)業(yè)都相對較為發(fā)達(dá)，糧食產(chǎn)量高。

然而由于過度的農(nóng)耕開墾和掠奪式的經(jīng)營，導(dǎo)致土壤風(fēng)蝕加劇，歐美黑土區(qū)在歷史上都曾遭遇了破壞力極強(qiáng)的“黑風(fēng)暴”——強(qiáng)沙塵暴事件，那場面可真是，大風(fēng)呼呼地刮，沙子飄得瀟瀟灑灑，給人類社會和生態(tài)環(huán)境都造成了巨大的創(chuàng)傷。

黑風(fēng)暴｜圖片來自維基百科

歷史總是驚人的相似，近年來，我國的黑土區(qū)也因?yàn)殚L期的集約化耕作和地上部的過度收獲，水土流失嚴(yán)重，風(fēng)蝕、水蝕頻發(fā)。

土壤中積累多年的腐殖質(zhì)分解加速，土壤肥力急劇下降，部分地區(qū)出現(xiàn)了“破皮黃”，露出底層黃土，黑土區(qū)變得不像從前那般黑油油了，亟待修復(fù)和滋養(yǎng)。

黑土的自然形成是一個十分緩慢的過程，據(jù)科學(xué)家表示，1 cm厚的黑土形成需要至少200年的時間。

黑土保護(hù)和退化修復(fù)時不我待，“助攻”黑土“重塑自我”勢在必行。

土壤侵蝕｜張旭東供圖

我國的土壤科學(xué)家們以史為鑒，上下求索，肩擔(dān)起“土地醫(yī)生”的使命，為黑土地的退化頑疾尋找良方。

經(jīng)過10余年田間地頭的“臨床試驗(yàn)”，如今已經(jīng)形成了一整套“療效好”、“性價比高”又易于推廣的保護(hù)性耕作技術(shù)，黑土地又重獲生機(jī)，綻放美麗。

保護(hù)性耕作技術(shù)簡單來說就是盡量少的土壤擾動和盡量多的植物殘體覆蓋，用“不打擾”加“給吃飽”的方式來呵護(hù)受傷的土地，使退化的土壤能夠逐漸恢復(fù)良好的結(jié)構(gòu)，并通過外部作物秸稈的補(bǔ)給提升土壤有機(jī)質(zhì)的含量，逐漸提高土壤的肥力。

張旭東研究員陪同原農(nóng)業(yè)部副部長路明考察中科院保護(hù)性耕作研發(fā)基地｜解宏圖供圖

合理利用秸稈資源、高效促進(jìn)黑土地的肥力提升、提高糧食產(chǎn)量做到了“手中有糧，心中不慌”的關(guān)鍵之一。

此時筆者不禁想到，東北過去有三寶，人參、貂皮、烏拉草，如今多了新三寶，黑土、秸稈、高產(chǎn)糧，真是一個不能少！

最后，筆者想說：“東北土壤黑，養(yǎng)足土地肥。氣候條件佳，糧食味道美。黑土要修復(fù)，還得靠技術(shù)。保護(hù)性耕作，科學(xué)好掌握。免耕輸入多，黑土更活潑。愛護(hù)腳下土，未來路無阻！”

筆者在此特別感謝中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所的張旭東研究員在科普寫作中給予的指導(dǎo)性意見和建議以及解宏圖副研究員給予的大力支持和幫助。

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