中国与乌克兰黑土成土因素分析

谷思玉，郭爱玲，汪 睿，宋秀丽

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

乌克兰黑土和我国黑土同属世界四大黑土[1]，其腐殖质含量高、适宜作物生长，是世界上最重要、最具生产力的肥沃土壤。世界各大黑土区均为重要的粮食生产基地，我国与乌克兰土壤的研究工作具有悠久的历史渊源，在近期的土壤研究中，随着中国与乌克兰交流合作不断深入，两国在农业研究中尤其在黑土研究中取得可喜成果。因此，中国与乌克兰黑土的成土差异越来越受到国际土壤研究人员的重视。

1 黑土定义

我国土壤分类名称中的黑土，在俄罗斯（前苏联）被称为生草黑钙土[2]。在我国土壤发生分类体系中，黑土曾是黑钙土的亚类，被称为变质黑钙土，退化黑钙土，淋溶黑钙土等，后被单独分类出来；在系统分类中黑土大部分被划分在均腐土亚纲[3－5]。

在研究有关黑土的文献时，常常把“Phaseozems”、“Mollisols”和“Chernozems”作为黑土的同义词，而实际研究中这些同义词之间有所差异。“Phaseozems”和“Chernozems”[6]是世界土壤参比基础（World Reference Base for Soil Resources）中的分类名称，“Phaseozems”这一名称与我国黑土和草甸土相似，而“Chernozems”则与乌克兰大草原黑土相似；“Mollisols”[1]是美国土壤系统分类的名称，翻译为软土，“Mollisols”以深厚、暗色表层为显著特征，这一肥沃的表层称为软土层[1,6]，是源于植物根系的有机质长期积累的结果，与东北黑土区[7－8]的定义非常接近，而乌克兰黑土也属于软土之列[6]。

尽管不同分类体系对黑土定义不同，但中国与乌克兰黑土具有一个共同的特征，即具有松软表层，暗色，富含有机质。通过比较分析两国黑土的成土因素来进一步阐述两种土壤的异同。

2 中国与乌克兰成土因素比较

中国与乌克兰黑土区（Mollisols）都广泛分布于森林草原和草原地区并延伸至南部干旱草原。中国黑土分布于东经115°31'～135°05'（1 400 km）北纬38°43'～53°33'(1 600 km)，而乌克兰黑土在北纬51°18'～44°41'（737.18 km）和 东 经 24°18'～40°12'(1 144.19 km）[9]。中国软土区面积为3 029万 hm2[1]，而乌克兰软土区面积为2 700万hm2，共占世界软土面积的16.8%。

2.1 中国与乌克兰黑土区地形及分布特点

2.1.1 中国黑土地区形及分布特点

中国黑土区分布在黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古四省的191个县（市、区、旗），其中黑龙江省黑土面积占61.1%[10]。地形大部是在现代新构造运动中间歇上升，受不同程度切割的高平原和山前洪积平原，这些平原多为波状起伏的漫岗地，坡度一般为1～5°[10－11]（见图1）。

图1 中国东北地区软土分布Fig.1 Distribution of mollisols in Northeast China

中国黑土腐殖质层较厚[14]，一般不少于25 cm，土体中有铁锰结核，由于受到土壤侵蚀等原因，地势平缓地区黑土厚度一般在40～70 cm，个别地方可达100 cm，在干扰严重的坡地厚度最低在10 cm左右。草原草甸植被到森林植被过渡地带是黑土和暗棕壤的分界线，腐殖质层变薄，小于25 cm；草原草甸植被向草甸植被过渡地带为黑土和草甸土的分界线，剖面下面出现红斑[11－12]。

2.1.2 乌克兰黑土区地形及分布特点

乌克兰位于欧洲的东部,乌克兰黑土区大部分为平原和丘陵，黑土主要分布在森林草原地带和草原地带，占乌克兰农业用地面积的61.9%。乌克兰黑土从北到南分为五个亚类：淋溶黑土、灰化黑土、典型黑土、普通黑土和南方黑土,森林草原地带占地2 030万hm2，主要分布着淋溶黑土、灰化黑土和典型黑土，这些土壤占地1 300万hm2；而草原地带占地710万hm2，主要分布着普通黑土和南方黑土（见图2）。

图2 乌克兰黑土分布Fig.2 Distribution of Ukrainian chernozems

淋溶黑土分布在森林草原地带向草甸草原过渡的无森林区，在周期性淋洗条件下形成，腐殖质含量可达100 cm以上；典型黑土主要分布在森林草原地带，与淋溶黑土一样也是在周期性淋溶条件下形成的；灰化黑土没有形成独立的亚带，仅在大量阔叶林覆盖的森林草原地带淋溶黑土和典型黑土之间有一小块，腐殖质厚度在60～80 cm间；普通黑土分布在典型黑土往南的草原地带，比典型黑土腐殖质含量低，腐殖质层厚度在50～80 cm之间；南方黑土分布在草原地带最南端，干旱条件不利于腐殖质形成，腐殖质厚度仅为40～60 cm。

2.2 中国与乌克兰黑土区气候特点

中国黑土区位于温暖漫长的严寒带,而乌克兰的黑土区形成于温暖短暂的严寒区，且中国东北地区远离日本海和其它大型山系系统，属于大陆性气候，由表1可以看出我国黑土区较乌克兰黑土区冬季漫长、干燥、寒冷且降雪少[13－14]。

2.2.1 中国黑土区气候特点

中国黑土区年降水量在500～600 mm之间，绝大部分集中在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。中国黑土地区冬季严寒少雪，土壤冻结深、持续时间长，季节性冻层特别明显，冻结深度一般为1.5～2.0 m左右，最深处近3.0 m，如从地表冻结到冻溶，冻结时间为120～200 d，如从地表开始结冻到冻层融通，可长达120～240 d[10－11,15]。

2.2.2 乌克兰黑土区气候特点

乌克兰和俄罗斯大平原黑土带降雨主要集中在夏季。当湿度达到最小值时（瓦普洛夫最小值）夏季干旱。整个黑土带的特点是：夏季高温，冬季寒冷，温度波动范围较小。从北到南和从东到西气候呈带状分布，导致黑土带也呈带状。黑土区越往南越干旱，在北部，降雨量在400～500 mm，湿度为0.7%～0.8%，而到南部地区降雨量为250～350 mm，湿度降到0.45%～0.5%。从北到南无霜期持续时间逐渐增长，有效积温增长。从东到西黑土带大陆性气候逐渐增大，这表现为年平均温度降低和冬季温度下降，植物生长周期缩短和有效积温减少，年平均降雨量减少，最大降雨量集中在夏季中期和末期。

2.3 中国与乌克兰黑土成土母质

土壤母质是土壤极其重要的一个因素，它决定和影响土壤质地、结构、孔隙度和透水性等物理性质。中国与乌克兰黑土母质层都是“岩性均匀”的黄土和类壤土黄土。

表1 中国与乌克兰黑土区气候参数分布Table 1 Climatic parameters in the zone of distribution Ukrainian and Chinese Mollisols

2.3.1 中国黑土成土母质

中国黑土区成土母质主要为砂砾和黄土状粘土，其成土母质主要有三种：第三纪砂砾粘土层、第四纪更新世砂砾粘土层和第四纪全新世砂砾粘土层，其中以第四纪更新世砂砾粘土层分布面积最广[14]。黑土地区多是过去的拗陷地带，沉积物堆积厚，第四纪更新世时，新构造运动使这些地层逐渐升起来。母质的岩层组上部以粘土层（亚粘土）为主，中下部砂质增加或为砂粘间层，底部则以砂砾层为主。母质厚度可达10～40 mm，机械组成粘细、均匀一致，并以粗砂粉和粘粒为主，质地较为粘重[11,15]。

中国黑土具有黄土特征，黑土母质的粉砂占30%左右（黄土的粗粉砂仅占50%），可称黄土性粘土（亚粘土），黄土性粘土母质丰富了养分贮量，促进了土壤结构的形成，但不利于水分的渗透[16]。黑土母质一般无碳酸盐反应，黑土质地由南向北越来越好,较北的黑土物理性状较好，土壤比重较小，田间持水量、饱和持水量较适宜[17]。

2.3.2 乌克兰黑土成土母质

乌克兰黑土主要形成于不同厚度和起源的黄土状壤土和粘土。在1949～1952年Рябченков对乌克兰的黄土及其下面的第四纪及第四纪以前的岩石母质进行了研究[8]，得出黄土的主要成土矿物是石英、长石及一些其它轻矿物（白云母、海绿石、黑云母和绿云母），它们共占不溶性母质的99%以上，矿物质量甚微，但其种类很多。

乌克兰黑土从北到南粘性逐渐增强，北部灰化黑土含砂粒为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。乌克兰黑土具有碳酸盐反应（与我国黑钙土相似），微团粒作用明显，孔隙度大且透水性好。

2.4 中国与乌克兰黑土区植被

2.4.1 中国黑土区植被

中国黑土区自然植被为草原化草甸植物，以杂草类群落为主。主要植物：翅果唐松草、大叶野豌豆、东风菜、辣铁线莲、早熟禾、问荆、东北石竹、地榆、溚草、柴胡等，在局部含水较多的地段，还有沼柳和大叶樟，形成沼柳—杂草类群落[11]；在地势较高排水良好，土壤水分较低的地段，则出现榛子等植物，形成榛子一杂类草群落。黑土水分和养分条件较好，杂类草植物生长茂盛，植被高度一般40～50 cm，高的可达80～120 cm，覆盖率为100%[14]。

2.4.2 乌克兰黑土区植被

乌克兰黑土森林草原地带和草原地带的植被主要是由多年生耐寒耐旱草类植被和草根土植被组成。乌克兰黑土区植被分布与气候有着很大的关系，从北到南降雨量逐减，植物耐旱性逐渐增强。在森林草原地带主要分布着根茎类植被和苔草，根茎类植被主要是远东羊茅、针茅、溚草和草原燕麦等；在草原地带主要分布着密丛型禾本科植被（其中有代表性的是旱生类植被、小灌木、短生植物和类短生植物），地面覆盖有地衣和蓝绿藻，其植被主要有：地鼠尾草、奥地利艾蒿、早熟禾、黄芪等。从西到东短生植物和类短生植物逐渐减少。

3 讨论与结论

中国和乌克兰黑土虽都称之为黑土，但因地理位置、成土条件和分类标准不同，使两国黑土具有共性的同时还存在很大差异。通过对两国黑土成土条件比较得出结论如下：

3.1 中国黑土和乌克兰黑土形成因素相似

中、乌黑土都是表层松软，暗色，富含有机质的土壤，广泛分布在森林草原和草原地区，位于北方严寒地带，冬季寒冷漫长，微生物活动不强，植被分解缓慢，夏季降雨集中，这有利于有机质合成和分解，形成大量腐殖质；两者主要成土母质均是黄土和类壤土黄土，形成土壤具有较好的孔隙度，保水保肥性能较好，有利于作物生长；两者都主要分布着禾本科和草本科植被，根系发达，丰富的根系为腐殖质的形成提供了原料。因此，两国黑土都是养分含量丰富的土壤。

3.2 中国黑土和乌克兰黑土存在差异

母质是形成土壤的物质基础，它对土壤的形成过程和土壤的属性均有很大影响。乌克兰黑土较中国黑土具有较明显的黄土特征且大部分有碳酸盐反应，其主要母质石英和长石为抗风化强的酸性岩，形成的土壤剖面酸碱变化较大，向下逐渐由酸性向碱性转变，这与中国黑土酸碱度接近中性是有所不同的。其次，中国黑土区较乌克兰黑土区植被根系发达、冬季寒冷、严寒期长、温差大、湿度小且冻层深，使得土壤形成过程中水分类型、养分转化形式以及成土产物的运行和迁移不完全相同，中国黑土区草甸化过程后，在有些土壤剖面形成铁锰结核、锈斑和二氧化硅粉末，甚至还可以在土层的上部或下部看到明显的潴育层次，表明中国黑土区土壤具有水成土壤的某些特征。另外，乌克兰黑土呈带状分布，其降雨量由北到南逐减，水分变化较大，加上长期积累的结果，使得南北土壤差异较大，而中国土壤不存在这样的差别。

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