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

中國(guó)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(lái)自中國(guó)數(shù)字科技館網(wǎng)站

黑的、紅的、黃的...土壤的顏色是誰(shuí)調(diào)的？

雖然古代的五色土已經(jīng)將我國(guó)不同地區(qū)的土壤顏色分布大致體現(xiàn)出來(lái)，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(guò)科學(xué)家們的取樣研究，土壤顏色的奧秘也逐漸被揭開(kāi)。

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(wèn)了，什么是腐殖質(zhì)？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，腐殖質(zhì)是被土壤微生物分解后的動(dòng)植物殘?bào)w碎渣形成的一類(lèi)黑乎乎的膠體狀物質(zhì)，“長(zhǎng)得很丑，但很溫柔”。

腐殖質(zhì)雖然其貌不揚(yáng)，但是富含營(yíng)養(yǎng)，可以為植物提供生長(zhǎng)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(kāi)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(shí)，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(shí)，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(shí)候，土壤則可能越偏白；如若土壤由紫色砂巖、頁(yè)巖風(fēng)化物形成，則土壤會(huì)呈現(xiàn)出紫色等等。

除此之外，土壤的顏色也會(huì)受到土壤顆粒大小和土壤含水量等的影響。

通常來(lái)說(shuō)，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(duì)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(duì)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(rùn)，主要分布在我國(guó)南方山區(qū)，除了常見(jiàn)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(lái)自中國(guó)土壤學(xué)會(huì)網(wǎng)站

中國(guó)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(guó)這么多土地，為什么就只有東北的土是黑色的呢？

這說(shuō)明東北土壤含有較多的腐殖質(zhì)，進(jìn)而被“染黑”了。那么問(wèn)題來(lái)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(guó)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(zhǎng)，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(zhǎng)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(guò)程中釋放營(yíng)養(yǎng)元素提供植物生長(zhǎng)所需。

而到了秋冬時(shí)節(jié)，氣溫下降，白雪覆土，土壤微生物一個(gè)個(gè)都貓?jiān)谕晾餃?zhǔn)備“冬休”，對(duì)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(lái)。

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

黑土剖面｜圖片來(lái)自中國(guó)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(guó)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(lái)自國(guó)際黑土地協(xié)會(huì)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(lèi)地區(qū)腐殖質(zhì)層會(huì)相對(duì)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(guó)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(méi)有林木。

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

整體比較來(lái)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(guó)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(guó)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(zèng)，四大黑土區(qū)的農(nóng)業(yè)都相對(duì)較為發(fā)達(dá)，糧食產(chǎn)量高。

然而由于過(guò)度的農(nóng)耕開(kāi)墾和掠奪式的經(jīng)營(yíng)，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(chǎng)面可真是，大風(fēng)呼呼地刮，沙子飄得瀟瀟灑灑，給人類(lèi)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境都造成了巨大的創(chuàng)傷。

黑風(fēng)暴｜圖片來(lái)自維基百科

歷史總是驚人的相似，近年來(lái)，我國(guó)的黑土區(qū)也因?yàn)殚L(zhǎng)期的集約化耕作和地上部的過(guò)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(gè)十分緩慢的過(guò)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(shí)間。

黑土保護(hù)和退化修復(fù)時(shí)不我待，“助攻”黑土“重塑自我”勢(shì)在必行。

土壤侵蝕｜張旭東供圖

我國(guó)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(guò)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(jià)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是盡量少的土壤擾動(dòng)和盡量多的植物殘?bào)w覆蓋，用“不打擾”加“給吃飽”的方式來(lái)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(guò)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(zhǎng)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(shí)筆者不禁想到，東北過(guò)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(gè)不能少！

最后，筆者想說(shuō)：“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(ài)護(hù)腳下土，未來(lái)路無(wú)阻！”

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

參考文獻(xiàn)：

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