腐植酸與六種黑土地

黑土地是“耕地中的大熊貓”，是東北糧倉的“命根子”。2022 年6 月24 日，第十三屆全國人民代表大會常務委員會第三十五次會議審議通過了《中華人民共和國黑土地保護法》（2022 年8 月1 日正式施行）。該法指出黑土地是指黑龍江省、吉林省、遼寧省、內蒙古自治區的相關區域范圍內具有黑色或者暗黑色腐殖質表土層，性狀好、肥力高的耕地，因主要分布在我國東北地區，也稱東北黑土地，耕地面積有2.6×107hm2。有文獻表明，黑土的腐殖質層深厚，一般為30 ～70 cm，大部分具有粒狀或團狀結構，以腐植酸和腐黑物為主，其中腐植酸的相對體積質量與土壤質量呈正相關關系。根據《東北黑土地保護規劃綱要（2017—2030年）》的規定，黑土地的土壤類型主要包括黑土、黑鈣土、草甸土、白漿土、暗棕壤和棕壤等六種。現將六種土壤與腐植酸組成、腐植酸反哺研究集結如下。

一、黑土

黑土是東北黑土地的代表性土類，是發育于溫帶濕潤氣候草原草甸植被條件下的均腐殖質土壤，主要分布在松嫩平原東部和北部、小興安嶺和張廣才嶺西側的漫崗丘陵地區、黑龍江省東北部的三江平原地區，即黑龍江、吉林兩省和內蒙古的興安盟及呼倫貝爾市，面積達4.76×106hm2。按照黑土層厚度可以將黑土劃分為薄層黑土（＜30 cm）、中厚層黑土（30 ～60 cm）、厚層黑土（＞60 cm），其中薄層黑土和中厚層黑土占95%以上。自然土壤和開墾初期表土層有機質含量22.7 ～95.5 g/kg。

黑土中95%以上有機質以結合態形式存在，有機質含量高，芳香化程度也較高，其結合態腐殖質以松結合態為主，黑土穩結合態腐殖質的相對含量隨肥力水平的提高而減少。來源于吉林農業大學東部臺地的黑土腐殖質組分中，棕黑腐植酸有機碳占總有機碳比例為32.57%，黃腐酸有機碳占總有機碳比例為18.32%，腐黑物有機碳占總有機碳比例為43.03%。來源于吉林省公主嶺市吉林省農業科學院長期定位試驗站黑土棕黑腐植酸主要含有C、H、O、N 四種元素，具有烷基碳、烷氧基碳、芳香碳、羧基碳、羰基碳結構，C/H=0.92，C/O=0.55，C/N=15.21，氫飽和度較低，含有較多含氮官能團，如來源于蛋白質的酰胺基團等。黑土棕黑腐植酸中羥基含量、醇和酚含量、飽和碳、飽和羧酸等含量相對較少，羰基、苯環或芳香雜環和醇或羧酸的O-H、酚類的C-O、芳基醚的C-O 等官能團相對較多。黑土棕黑腐植酸氧化程度較高，脂肪性較低。

在黑土開墾利用后，腐殖質含量下降，質地黏重、透水性差，土壤侵蝕明顯，是限制黑土利用的主要問題。東北農業大學資源與環境學院王宇龍通過配施腐植酸和生物炭對黑龍江省哈爾濱農業科學院試驗基地黑土亞類草甸黑土的退化修復進行了研究，結果表明：配施腐植酸和生物炭可以增強土壤通透性，提高土壤持水能力和保肥能力，調控土壤酶活性，提高肥料利用率，增加作物產量等，對退化土壤的修復效果顯著。

二、黑鈣土

黑鈣土是發育于溫帶半濕潤半干旱地區草甸草原和草原植被下的土壤，主要分布在松嫩平原西部，大興安嶺東西兩側和松遼分水嶺地區，面積達3.70×106hm2。黑鈣土中有機質含量較高，并形成良好的團粒結構，養分豐富，土壤潛在肥力高，適宜發展糧食和油料作物。自然土壤和開墾初期表土層有機質含量30.0 ～80.0 g/kg。

黑鈣土的有機質72%～90%以結合態形式存在，其結合態腐殖質以松結合態為主，碳酸鈣含量較高，變幅較大，黑鈣土pH 值隨著碳酸鈣的含量的增高而緩慢增高。來源于吉林省農安縣的黑鈣土腐殖質組分中，棕黑腐植酸有機碳占總有機碳比例為16.91%，黃腐酸有機碳占總有機碳比例為15.48%，腐黑物有機碳占總有機碳比例為44.76%；腐殖質組分中腐黑物的結構特征不同于相應的棕黑腐植酸，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。

黑鈣土作物高產穩產的主要限制因素是石灰反應。另外，黑鈣土因水分不足在春季容易風蝕、夏季容易水蝕，干旱發生頻繁時，需要進行補充灌溉。黑龍江八一農墾大學農學院肖瑤研究了腐植酸肥對重茬烤煙土壤（黑鈣土）性質的影響，結果表明：施用腐植酸肥可以降低土壤容重和土壤pH 值；施用50 克/株腐植酸肥可以顯著增加土壤中速效養分的含量，明顯促進土壤中酶活性；增強煙株的生長和發育。

三、草甸土

草甸土是一種非地帶性土壤，是發育于地勢低平、受地下水或潛水的直接浸潤并生長草甸植物的土壤，主要沿河谷低地呈線條狀延伸，幾乎在東北地區的所有河谷低地都有分布，在松嫩平原、三江平原和遼河平原等地雖也具有一定的集中分布態勢，但集中程度不高。總體而言，草甸土分布趨勢相對比較分散，但是主要分布在三江平原，面積達7.05×106hm2。自然土壤和開墾初期表土層有機質含量22.9 ～244.0 g/kg。

來源于吉林農業大學長伊公路西側低平地區的草甸土腐殖質組分中，棕黑腐植酸有機碳占總有機碳比例為34.25%，黃腐酸有機碳占總有機碳比例為16.58%，腐黑物有機碳占總有機碳比例為42.32%；草甸土腐殖化過程是先形成大分子的棕黑腐植酸，再降解為黃腐酸，以木質素途徑占優勢，草甸土棕黑腐植酸屬Rp型（初生腐殖物質），芳化度低。

草甸土的4 個亞類（暗色草甸土亞類、草甸土亞類、灰色草甸土亞類和林灌草甸土亞類）中，草甸土亞類部分有碳酸鹽，或有鹽化現象；灰色草甸土亞類一般都發生鹽化，局部有堿化現象；林灌草甸土亞類含鹽量較高，有蘇打鹽化現象。草甸土在土壤水分過多時，易出現濕害或受洪水威脅，有些地區還受鹽堿影響，故在利用和改良時要注意防洪、排澇和治鹽堿。黑龍江省科學院自然資源研究所呂品等利用腐植酸物質對黑龍江輕度蘇打鹽化草甸土進行改良。結果表明：含腐植酸復合改良制劑、泥炭、風化煤可以使土壤結構變得疏松，土壤通透性、排水滲透能力明顯增強，土壤“固相”得到明顯改善；對提高鹽堿地有機質、營養元素含量及陽離子交換量有積極作用，同時還能降低土壤pH 值、堿化度和全鹽量，使土壤能快速恢復或接近到可用耕地水平。

四、白漿土

白漿土是東北地區重要的耕作土壤之一，是發育于溫帶海洋性季風氣候下的土壤，主要分布在黑龍江省三江平原和吉林省的東部，面積達2.32×106hm2。白漿土土質大多粘重，普遍具有上壤下粘的特點，土體構造為明顯的三層型：黑土層、白漿層和淀積層。自然土壤和開墾初期表土層有機質含量89.5 ～137.9 g/kg。

白漿土的有機質72%～90%以結合態形式存在，其結合態腐殖質均以松結合態為主。表層腐殖質含量很高，棕黑腐植酸在黑土層較多，黃腐酸在白漿層和淀積層較多。白漿層及淀積層的腐殖質具有很高的活動性，分子結構比較簡單，與土壤礦質部分的結合不是很緊密。來自黑龍江省虎林縣、完達山南部的白漿土腐殖質組分中，棕黑腐植酸有機碳占總有機酸比例為22.84%，黃腐酸有機碳占總有機酸比例為22.06%，腐黑物有機碳占總有機酸比例為55.09%。開墾后，因部分分子較大的棕黑腐植酸氧化降解，一部分轉化為黃腐酸組分，一部分轉化為腐黑物，使得表層土中棕黑腐植酸的相對含量隨開墾年限的增加逐漸下降，黃腐酸的相對含量隨之增高，長期的耕種會導致羧基等官能團含量下降、芳化度下降。白漿土由于受冰凍與融化、濕潤與干燥等因子急劇而頻繁地變化，其腐殖質的形成除木質素途徑外，還原糖-胺化合物縮合形成腐殖質的途徑也占有重要地位。耕地白漿土中因土層氧化還原過程交替進行，棕黑腐植酸的紅外光譜圖與P 型相似（即為灰壤所特有類型）。

白漿土是東北黑土地中的低產土壤類型，主要是因為白漿層的存在，白漿層“冷、硬、板、瘦”，導致白漿土物理性質不良；有粘化層的存在，導致土壤容水量小，怕旱怕澇，故在利用和改良時要調節土壤水分。吉林農業科技學院植物科學學院王帥等研究了腐植酸保水劑用量對吉林農業科技學院北大地玉米試驗田白漿土養分及玉米產量性狀的影響，結果表明：腐植酸保水劑的施用有助于增加白漿土對酸堿的緩沖性，使土壤酸化進程得以緩解，更有利于土壤養分的穩定供應；在一定程度上緩解白漿土因玉米生長而導致全氮含量的消耗程度；還可以通過改善土壤通透性、減少土面蒸發來減少水的深層滲漏以及土壤養分流失。

五、暗棕壤

暗棕壤是東北地區面積最大的一類森林土壤，是發育于溫帶濕潤森林植被下的土壤，主要分布在大興安嶺東坡和環小興安嶺、張廣才嶺、長白山淺山區向平原過渡區域，面積達6.00×106hm2。自然土壤和開墾初期表土層有機質含量51.8 ～101.9 g/kg。

來源于黑龍江省農業科學院黑河市農科所試驗田的暗棕壤腐殖質組分中，棕黑腐植酸有機碳占總有機碳比例為27.28%，黃腐酸有機碳占總有機碳比例為19.60%，腐黑物有機碳占總有機碳比例為41.76%。暗棕壤腐殖化過程是先形成小分子化合物，再縮合成大分子的棕黑腐植酸。暗棕壤棕黑腐植酸屬于A1 型（即為中性棕色森林土所特有型），為芳香環結構發達的一類腐殖質。黑龍江省黑河市農業科學院土壤肥料基地的暗棕壤團聚體組成以0.25 ～0.053 mm 微團聚體為主，不施肥的暗棕壤不同粒級團聚體間相比，大團聚體（2 ～0.25 mm）棕黑腐植酸的縮合度較低，氧化度最高，脂族性最強，羧基含量最高，微團聚體（0.25 ～0.053 mm）棕黑腐植酸的縮合度最高，芳香性最強。用低量化肥和馬糞配施高量化肥可增加大團聚體和粉/黏粒棕黑腐植酸的芳香性，減少羧基碳，但增加微團聚體棕黑腐植酸的脂族性和多糖含量，同時，化肥的施用有利于棕黑腐植酸分子結構中多糖的形成。

暗棕壤土壤質地輕，沙性強，易旱、易風蝕、最終導致嚴重沙化，絕大多數分布在坡耕地上，土壤侵蝕問題嚴重，對糧食產量的影響較大。吉林農業大學中藥材學院劉晨陽等研究腐植酸對吉林省萬康園農業科技有限公司人參栽培改良地暗棕壤改良效果，結果表明：施用腐植酸后土壤有機質含量高于其他土壤改良劑，對土壤NH4+和有效磷的增加效果最顯著。

六、棕壤

棕壤主要分布在暖溫帶濕潤、半濕潤海洋性季風氣候區，是暖溫帶落葉闊葉林和針闊混交林下形成的土壤，在東北地區主要分布于遼東半島，面積達2.20×106hm2。棕壤是重要的森林土壤，也是重要農業土壤。開墾時間較長的棕壤耕地已經失去原始黑土層，遼河平原次生植被下棕壤表土層有機質含量10.0 ～30.0 g/kg。

來源于沈陽農業大學土化系長期定位試驗站的棕壤腐殖質組分中，棕黑腐植酸有機碳占總有機碳比例為13.52%，黃腐酸有機碳占總有機碳比例為27.78%，腐黑物有機碳占總有機碳比例為46.83%。遼南低山丘陵區棕壤剖面化學特性的變化趨勢為，有機質含量從上到下依次遞減（有機層＞腐殖質層＞粘土層＞母質層），越向下差異越小，全磷則有遞增趨勢，越向上差異越小。遼寧省沈陽市東陵區天柱山長期定位試驗地的棕壤，施肥能降低棕壤棕黑腐植酸E4/E6值。

棕壤的透水性較差，尤其是經長期耕作后形成了較緊的犁底層，透水性會更差。吉林農業科技學院中藥學院劉清瑋等通過研究腐植酸對吉林農業科技學院左家校區的生產試驗田棕壤土理化性質的影響，結果表明：腐植酸能降低土壤容重，提升土壤緊實度，提高土壤的保水能力，提升土壤的物理性質，對人參根系土壤的化學環境具有較好的修復作用，調節土壤中脲酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、蛋白酶的活性和提高菌群數量等。

在土壤腐殖質（包含腐殖物質和非腐殖物質）的研究中，腐殖物質是主要的研究對象，而腐殖物質中，腐植酸是關鍵組成部分。黑土地中關于腐植酸、腐黑物的研究很多，也是通過這些研究，探索到黑土地肥沃的核心是具有深厚肥沃的黑土層和土壤中富含的有機質，而黑土層的核心物質是腐植酸，腐植酸是最優質的有機質。因此，用工業提取的腐植酸，大力反哺黑土地，讓“貧了、瘦了、薄了”的黑土地因腐植酸的回歸而得到改良，從而提高土壤肥力，以此保護這一“耕地中的大熊貓”，讓其更好地發揮“大糧倉”的作用。