腐植酸与六种黑土地

黑土地是“耕地中的大熊猫”，是东北粮仓的“命根子”。2022 年6 月24 日，第十三届全国人民代表大会常务委员会第三十五次会议审议通过了《中华人民共和国黑土地保护法》（2022 年8 月1 日正式施行）。该法指出黑土地是指黑龙江省、吉林省、辽宁省、内蒙古自治区的相关区域范围内具有黑色或者暗黑色腐殖质表土层，性状好、肥力高的耕地，因主要分布在我国东北地区，也称东北黑土地，耕地面积有2.6×107hm2。有文献表明，黑土的腐殖质层深厚，一般为30 ～70 cm，大部分具有粒状或团状结构，以腐植酸和腐黑物为主，其中腐植酸的相对体积质量与土壤质量呈正相关关系。根据《东北黑土地保护规划纲要（2017—2030年）》的规定，黑土地的土壤类型主要包括黑土、黑钙土、草甸土、白浆土、暗棕壤和棕壤等六种。现将六种土壤与腐植酸组成、腐植酸反哺研究集结如下。

一、黑土

黑土是东北黑土地的代表性土类，是发育于温带湿润气候草原草甸植被条件下的均腐殖质土壤，主要分布在松嫩平原东部和北部、小兴安岭和张广才岭西侧的漫岗丘陵地区、黑龙江省东北部的三江平原地区，即黑龙江、吉林两省和内蒙古的兴安盟及呼伦贝尔市，面积达4.76×106hm2。按照黑土层厚度可以将黑土划分为薄层黑土（＜30 cm）、中厚层黑土（30 ～60 cm）、厚层黑土（＞60 cm），其中薄层黑土和中厚层黑土占95%以上。自然土壤和开垦初期表土层有机质含量22.7 ～95.5 g/kg。

黑土中95%以上有机质以结合态形式存在，有机质含量高，芳香化程度也较高，其结合态腐殖质以松结合态为主，黑土稳结合态腐殖质的相对含量随肥力水平的提高而减少。来源于吉林农业大学东部台地的黑土腐殖质组分中，棕黑腐植酸有机碳占总有机碳比例为32.57%，黄腐酸有机碳占总有机碳比例为18.32%，腐黑物有机碳占总有机碳比例为43.03%。来源于吉林省公主岭市吉林省农业科学院长期定位试验站黑土棕黑腐植酸主要含有C、H、O、N 四种元素，具有烷基碳、烷氧基碳、芳香碳、羧基碳、羰基碳结构，C/H=0.92，C/O=0.55，C/N=15.21，氢饱和度较低，含有较多含氮官能团，如来源于蛋白质的酰胺基团等。黑土棕黑腐植酸中羟基含量、醇和酚含量、饱和碳、饱和羧酸等含量相对较少，羰基、苯环或芳香杂环和醇或羧酸的O-H、酚类的C-O、芳基醚的C-O 等官能团相对较多。黑土棕黑腐植酸氧化程度较高，脂肪性较低。

在黑土开垦利用后，腐殖质含量下降，质地黏重、透水性差，土壤侵蚀明显，是限制黑土利用的主要问题。东北农业大学资源与环境学院王宇龙通过配施腐植酸和生物炭对黑龙江省哈尔滨农业科学院试验基地黑土亚类草甸黑土的退化修复进行了研究，结果表明：配施腐植酸和生物炭可以增强土壤通透性，提高土壤持水能力和保肥能力，调控土壤酶活性，提高肥料利用率，增加作物产量等，对退化土壤的修复效果显著。

二、黑钙土

黑钙土是发育于温带半湿润半干旱地区草甸草原和草原植被下的土壤，主要分布在松嫩平原西部，大兴安岭东西两侧和松辽分水岭地区，面积达3.70×106hm2。黑钙土中有机质含量较高，并形成良好的团粒结构，养分丰富，土壤潜在肥力高，适宜发展粮食和油料作物。自然土壤和开垦初期表土层有机质含量30.0 ～80.0 g/kg。

黑钙土的有机质72%～90%以结合态形式存在，其结合态腐殖质以松结合态为主，碳酸钙含量较高，变幅较大，黑钙土pH 值随着碳酸钙的含量的增高而缓慢增高。来源于吉林省农安县的黑钙土腐殖质组分中，棕黑腐植酸有机碳占总有机碳比例为16.91%，黄腐酸有机碳占总有机碳比例为15.48%，腐黑物有机碳占总有机碳比例为44.76%；腐殖质组分中腐黑物的结构特征不同于相应的棕黑腐植酸，前者具有更高的腐殖化程度、脂族化程度、疏水化程度以及更低的氧化程度。

黑钙土作物高产稳产的主要限制因素是石灰反应。另外，黑钙土因水分不足在春季容易风蚀、夏季容易水蚀，干旱发生频繁时，需要进行补充灌溉。黑龙江八一农垦大学农学院肖瑶研究了腐植酸肥对重茬烤烟土壤（黑钙土）性质的影响，结果表明：施用腐植酸肥可以降低土壤容重和土壤pH 值；施用50 克/株腐植酸肥可以显著增加土壤中速效养分的含量，明显促进土壤中酶活性；增强烟株的生长和发育。

三、草甸土

草甸土是一种非地带性土壤，是发育于地势低平、受地下水或潜水的直接浸润并生长草甸植物的土壤，主要沿河谷低地呈线条状延伸，几乎在东北地区的所有河谷低地都有分布，在松嫩平原、三江平原和辽河平原等地虽也具有一定的集中分布态势，但集中程度不高。总体而言，草甸土分布趋势相对比较分散，但是主要分布在三江平原，面积达7.05×106hm2。自然土壤和开垦初期表土层有机质含量22.9 ～244.0 g/kg。

来源于吉林农业大学长伊公路西侧低平地区的草甸土腐殖质组分中，棕黑腐植酸有机碳占总有机碳比例为34.25%，黄腐酸有机碳占总有机碳比例为16.58%，腐黑物有机碳占总有机碳比例为42.32%；草甸土腐殖化过程是先形成大分子的棕黑腐植酸，再降解为黄腐酸，以木质素途径占优势，草甸土棕黑腐植酸属Rp型（初生腐殖物质），芳化度低。

草甸土的4 个亚类（暗色草甸土亚类、草甸土亚类、灰色草甸土亚类和林灌草甸土亚类）中，草甸土亚类部分有碳酸盐，或有盐化现象；灰色草甸土亚类一般都发生盐化，局部有碱化现象；林灌草甸土亚类含盐量较高，有苏打盐化现象。草甸土在土壤水分过多时，易出现湿害或受洪水威胁，有些地区还受盐碱影响，故在利用和改良时要注意防洪、排涝和治盐碱。黑龙江省科学院自然资源研究所吕品等利用腐植酸物质对黑龙江轻度苏打盐化草甸土进行改良。结果表明：含腐植酸复合改良制剂、泥炭、风化煤可以使土壤结构变得疏松，土壤通透性、排水渗透能力明显增强，土壤“固相”得到明显改善；对提高盐碱地有机质、营养元素含量及阳离子交换量有积极作用，同时还能降低土壤pH 值、碱化度和全盐量，使土壤能快速恢复或接近到可用耕地水平。

四、白浆土

白浆土是东北地区重要的耕作土壤之一，是发育于温带海洋性季风气候下的土壤，主要分布在黑龙江省三江平原和吉林省的东部，面积达2.32×106hm2。白浆土土质大多粘重，普遍具有上壤下粘的特点，土体构造为明显的三层型：黑土层、白浆层和淀积层。自然土壤和开垦初期表土层有机质含量89.5 ～137.9 g/kg。

白浆土的有机质72%～90%以结合态形式存在，其结合态腐殖质均以松结合态为主。表层腐殖质含量很高，棕黑腐植酸在黑土层较多，黄腐酸在白浆层和淀积层较多。白浆层及淀积层的腐殖质具有很高的活动性，分子结构比较简单，与土壤矿质部分的结合不是很紧密。来自黑龙江省虎林县、完达山南部的白浆土腐殖质组分中，棕黑腐植酸有机碳占总有机酸比例为22.84%，黄腐酸有机碳占总有机酸比例为22.06%，腐黑物有机碳占总有机酸比例为55.09%。开垦后，因部分分子较大的棕黑腐植酸氧化降解，一部分转化为黄腐酸组分，一部分转化为腐黑物，使得表层土中棕黑腐植酸的相对含量随开垦年限的增加逐渐下降，黄腐酸的相对含量随之增高，长期的耕种会导致羧基等官能团含量下降、芳化度下降。白浆土由于受冰冻与融化、湿润与干燥等因子急剧而频繁地变化，其腐殖质的形成除木质素途径外，还原糖-胺化合物缩合形成腐殖质的途径也占有重要地位。耕地白浆土中因土层氧化还原过程交替进行，棕黑腐植酸的红外光谱图与P 型相似（即为灰壤所特有类型）。

白浆土是东北黑土地中的低产土壤类型，主要是因为白浆层的存在，白浆层“冷、硬、板、瘦”，导致白浆土物理性质不良；有粘化层的存在，导致土壤容水量小，怕旱怕涝，故在利用和改良时要调节土壤水分。吉林农业科技学院植物科学学院王帅等研究了腐植酸保水剂用量对吉林农业科技学院北大地玉米试验田白浆土养分及玉米产量性状的影响，结果表明：腐植酸保水剂的施用有助于增加白浆土对酸碱的缓冲性，使土壤酸化进程得以缓解，更有利于土壤养分的稳定供应；在一定程度上缓解白浆土因玉米生长而导致全氮含量的消耗程度；还可以通过改善土壤通透性、减少土面蒸发来减少水的深层渗漏以及土壤养分流失。

五、暗棕壤

暗棕壤是东北地区面积最大的一类森林土壤，是发育于温带湿润森林植被下的土壤，主要分布在大兴安岭东坡和环小兴安岭、张广才岭、长白山浅山区向平原过渡区域，面积达6.00×106hm2。自然土壤和开垦初期表土层有机质含量51.8 ～101.9 g/kg。

来源于黑龙江省农业科学院黑河市农科所试验田的暗棕壤腐殖质组分中，棕黑腐植酸有机碳占总有机碳比例为27.28%，黄腐酸有机碳占总有机碳比例为19.60%，腐黑物有机碳占总有机碳比例为41.76%。暗棕壤腐殖化过程是先形成小分子化合物，再缩合成大分子的棕黑腐植酸。暗棕壤棕黑腐植酸属于A1 型（即为中性棕色森林土所特有型），为芳香环结构发达的一类腐殖质。黑龙江省黑河市农业科学院土壤肥料基地的暗棕壤团聚体组成以0.25 ～0.053 mm 微团聚体为主，不施肥的暗棕壤不同粒级团聚体间相比，大团聚体（2 ～0.25 mm）棕黑腐植酸的缩合度较低，氧化度最高，脂族性最强，羧基含量最高，微团聚体（0.25 ～0.053 mm）棕黑腐植酸的缩合度最高，芳香性最强。用低量化肥和马粪配施高量化肥可增加大团聚体和粉/黏粒棕黑腐植酸的芳香性，减少羧基碳，但增加微团聚体棕黑腐植酸的脂族性和多糖含量，同时，化肥的施用有利于棕黑腐植酸分子结构中多糖的形成。

暗棕壤土壤质地轻，沙性强，易旱、易风蚀、最终导致严重沙化，绝大多数分布在坡耕地上，土壤侵蚀问题严重，对粮食产量的影响较大。吉林农业大学中药材学院刘晨阳等研究腐植酸对吉林省万康园农业科技有限公司人参栽培改良地暗棕壤改良效果，结果表明：施用腐植酸后土壤有机质含量高于其他土壤改良剂，对土壤NH4+和有效磷的增加效果最显著。

六、棕壤

棕壤主要分布在暖温带湿润、半湿润海洋性季风气候区，是暖温带落叶阔叶林和针阔混交林下形成的土壤，在东北地区主要分布于辽东半岛，面积达2.20×106hm2。棕壤是重要的森林土壤，也是重要农业土壤。开垦时间较长的棕壤耕地已经失去原始黑土层，辽河平原次生植被下棕壤表土层有机质含量10.0 ～30.0 g/kg。

来源于沈阳农业大学土化系长期定位试验站的棕壤腐殖质组分中，棕黑腐植酸有机碳占总有机碳比例为13.52%，黄腐酸有机碳占总有机碳比例为27.78%，腐黑物有机碳占总有机碳比例为46.83%。辽南低山丘陵区棕壤剖面化学特性的变化趋势为，有机质含量从上到下依次递减（有机层＞腐殖质层＞粘土层＞母质层），越向下差异越小，全磷则有递增趋势，越向上差异越小。辽宁省沈阳市东陵区天柱山长期定位试验地的棕壤，施肥能降低棕壤棕黑腐植酸E4/E6值。

棕壤的透水性较差，尤其是经长期耕作后形成了较紧的犁底层，透水性会更差。吉林农业科技学院中药学院刘清玮等通过研究腐植酸对吉林农业科技学院左家校区的生产试验田棕壤土理化性质的影响，结果表明：腐植酸能降低土壤容重，提升土壤紧实度，提高土壤的保水能力，提升土壤的物理性质，对人参根系土壤的化学环境具有较好的修复作用，调节土壤中脲酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、蛋白酶的活性和提高菌群数量等。

在土壤腐殖质（包含腐殖物质和非腐殖物质）的研究中，腐殖物质是主要的研究对象，而腐殖物质中，腐植酸是关键组成部分。黑土地中关于腐植酸、腐黑物的研究很多，也是通过这些研究，探索到黑土地肥沃的核心是具有深厚肥沃的黑土层和土壤中富含的有机质，而黑土层的核心物质是腐植酸，腐植酸是最优质的有机质。因此，用工业提取的腐植酸，大力反哺黑土地，让“贫了、瘦了、薄了”的黑土地因腐植酸的回归而得到改良，从而提高土壤肥力，以此保护这一“耕地中的大熊猫”，让其更好地发挥“大粮仓”的作用。