破解黑土地兴衰的地质密码i自然全媒体
刘凯
粮食安全是国家安全的重要基础，而粮食安全的根本在于耕地。我国东北地区耕地面积为5.38亿亩，粮食总产量占全国的1/4，商品粮占到了1/3。其中，东北地区的黑土地，由于性状好、肥力高、适宜耕种，被称为“耕地中的大熊猫”。
由于长期高强度利用，东北黑土地土壤侵蚀严重、有机质衰减、耕作层板结硬化、生态功能退化等问题日益凸显。据调查，黑土层的平均厚度由20世纪80年代的60～80厘米下降到目前的20～40厘米，土壤有机质平均含量由39克/千克下降至31克/千克，降幅21.8%。更为严重的是，由于缺乏有效的土壤侵蚀阻控技术措施，黑土地退化呈持续恶化的发展态势，是我国唯一的退化继续加剧的农田生态系统。目前，我国科学家围绕黑土地的保护和可持续利用开展了大量的田间试验和模拟研究。这些研究成果在提高黑土肥力方面取得了一定成效，但未能从根本上有效遏制黑土地侵蚀和退化过程的继续发生。
从地学角度看黑土的形成与农业部门提出的保护性耕作等手段不同，地质学家更善于探索黑土的形成演化过程，寻找黑土修复的“自然配方”。当我们从地学角度看黑土的形成，从地质时期的尺度反观黑土地的演化，可为黑土地保护提供全新视角，为农业可持续发展提出地学建议。
目前，关于东北黑土地的概念和分布说法不一，而土壤发生学分类中的典型黑土对于我们认识黑土的形成条件最具有代表意义。东北地区典型黑土的分布面积仅7万平方千米，占东北地区总面积的5.6%，分布在松嫩平原东部及北部的山前台地及高平原区，其主体自北向南呈弧形展布，在纬向上北起黑龙江省黑河市嫩江县，南至辽宁省铁岭市昌图县，沿滨北及滨长铁路两侧连接成一条完整的黑土地带；在经向上西至内蒙古扎兰屯市，东达黑龙江省铁力市和哈尔滨市宾县。
土壤的形成通常需要成土母质、地形、气候、生物和时间五大成土因素的共同作用。对于东北地区的典型黑土来说，其形成发育与气候和构造的关系最为密切。
气候决定了黑土的纬向分布。
典型黑土主要分布于年均温0.5℃～6℃的区域，也是季节性冻土的分布范围。季节冻层的存在，使得该区域在地质时期广泛发育草甸植被，也就是俗称的“五花草塘”，保证了大量的有机质进入成土母质，从而促进了黑土的形成发育。土壤的反复冻结融合也是黑土具有团粒结构的重要原因。
构造运动决定了黑土的经向分布范围。
中生代燕山运动是东北的“造山”运动时期，奠定了东北大小兴安岭、长白山脉环抱松辽平原的地貌格局。而进入更新世，松辽平原沿断裂带发生差异抬升，东部翘起形成山前台地和高平原，并沉积了厚达数米至数十米的黄土状黏土，为黑土发育提供了必需的成土母质。而平原西部回升迟、幅度小，地势相对低洼，接受了来自高地的碳酸钙与盐碱物质，只能形成黑钙土、盐碱土等土壤。因此，构造运动形成的高平原、冷凉的气候条件，以及繁茂的草甸植物、黏重的母质都是黑土形成发育的必要因素。
黑土的形成与消亡多次更迭在地质时期，东北典型黑土的分布范围与现在并不一致，黑土的形成与消亡多次更迭。在距今1.1万年前，伴随最后一次大冰期的结束，地球进入了全新世。东北地区早先形成的土壤，在冰川时期已全部消失殆尽，在全新世开始了新一轮的成土过程。
在全新世早期（距今年～年），东北平原未形成黑土层，这是因为这段时期的古气候偏冷凉，特别是距今年～年的强低温事件，加上之前遗留下来的多年冻土尚未融化至适宜黑土层发育的程度。
距今年～年，进入全新世中期暖湿期，年均气温约比现在高1℃～2℃，降雨量也更大，草甸植被迅速繁茂，大量植物残体形成土壤有机质，形成了如今的黑土层。碳同位素测年技术能够确定黑土的形成时代。经测定，松辽平原东部黑土层的最老年龄为年，结合黑土层厚度估算，形成1厘米黑土需年左右，黑土的发育较连续。
而在松辽平原西部，黑土的发育过程则更加复杂。由于东亚季风多次进退和气候带南北迁移，西部黑土的发育和停滞经历了多次发展和逆转的过程。松辽平原西部目前沙地分布广泛，而在沙地下部普遍可见多层被埋藏的黑土，即“古黑土”。古黑土的测年结果为我们还原出3个黑土发育的旺盛期，分别是距今年～年、年～年、年～年，这与东北古气候的变迁相对应。当干旱气候带向东南迁移时，松辽平原西部为干旱荒漠草原，黑土范围萎缩，原有黑土被沙土覆盖埋藏而成为古黑土；当湿润—半湿润气候带向平原西部推进时，沙土被固定而发育草原，黑土范围则相应增加。
研究表明，距今年至今，东北地区的气候开始向干冷环境转变，适宜黑土形成的环境界限也逐步向北迁移，最终北移至如今辽宁昌图县一带，也就是现在黑土的分布范围。
因此，从地学的角度来看，东北黑土的分布是古气候变化的结果，而松辽平原西部对气候的响应尤为突出，更值得地质学家 （作者单位：中国地质调查局沈阳地质调查中心）
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