砂姜黑土中心概念

砂姜黑土是在暖温带半湿润气候条件下，主要受地方性因素(地形、母质、地下水)及生物因素作用，形成的一种半水成土壤。剖面构型为黑土层一脱潜层一砂姜层。在1.5m控制层段内，必须同时具有黑土层与砂姜层两个基本层次，而且黑土层上覆的近期浅色沉积物厚度必须<60cm。

1.它与潮土的区别。潮土中的湿潮土亚类也具有黑土层，但它在1.5m剖面深度内，不出现砂姜层。

2.它与潮棕壤、潮褐土的区别:砂姜黑土与潮褐土、潮棕壤在洪积扇区往往形成土链式复域(图10-7)。但潮棕壤或潮褐土的黑土层的埋藏深度必须>60cm，且地下水位较深。

砂姜黑土是晚更新世(Q3)以来，在古地理环境条件下，发育在第四纪河湖相沉积物上的半水成土壤。由于它处于一种扇缘洼地的地貌类型，大量富含Ca(HCO3)2 。水的补给，而又排泄不畅，且有季节性积水，因而早期有草甸潜育化及CaCO3。的淀积过程，后期又经历着耕作熟化及脱潜过程。

这是一个古代过程的延续，由于全新世(Q4)气候转暖，河水量充沛，现砂姜黑土分布区当时为一片湖沼草甸景观，低洼处形成大面积粘质河湖相沉积物，耐湿性植物周而复始生长死亡，有机质在干湿季的嫌气与好气条件下，腐烂与分解交替进行，高度分散的腐殖质胶体与矿物质细粒复合，使土壤染成黑色，形成黑土层。

据14C断代测定，黑土层形成于距今3200 ~7000年(中全新世Q42)，未发生沼泽化，黑土层无泥炭积累。砂姜层的形成早于黑土层。从地球化学角度看，砂姜黑土分布区是重碳酸盐的富集区，地下水富含碳酸盐。在气候及土壤水分季节性干湿交替条件下，富含碳酸盐的地下水或在干旱季节于剖面底部固结。或随毛管上升到一定高度固结，形成数量不等，大小不同，形态不一的砂姜(石灰结核)。另外，土体上部的碳酸盐也可随重力水以Ca(HCO3)2形式向下移动至一定深度固结形成砂姜。

砂姜按其形态可分为面砂姜、硬砂姜和砂姜磐3种。它们在剖面中分布的部位和形成时间不同。

面砂姜多分布于剖面中上部，是砂姜形成的早期阶段，14C断代年龄为2000~6000年(全新世中晚期)。

硬砂姜形成年龄与在剖面中的分布部位有关。剖面上部黑土层中的硬砂姜形成于4000~7000年，

而在呈灰黄色或土黄色脱潜层中的硬砂姜年龄为1.4~3万年。

砂姜磐形成年龄最长为2.9~4万年，属晚更新世的产物。可见，黑土层与砂姜层并非同时期产物。

组成砂姜的碳酸盐以CaCO3为主，平均含量占碳酸盐总量的70%以上，MgCO3含量少，CaCO3/ MgCO3比值平均变化在4~9之间。由于MgCO3在纯水中的溶解度远大于CaCO3所以该比值在剖面中自上而下渐减，但由于底土受地下水影响大，比值显现突增特点。

近5000年来，特别近2500年以来，气候明显的从温暖湿润向干燥方面转变，加之近300年来的人为垦殖、排水，使地下水位逐渐下降.砂姜黑土底部的潜育层下移，原潜育层上都呈现脱潜育化，氧化还原电位增高。据测定100~150cm处的脱潜育层Eh达502mv接近耕作层(539mv)。几千年来的人为耕作，使裸露的黑土层逐渐分化为耕作层、犁底层及残余黑土层。

厚度不等，与耕作水平有关，一般为10~20cm。该层多由黑土层分化而成，由于连年耕作，施肥或压砂，质地变轻，颜色变浅，一般为暗灰棕、10YR，(湿)，平时易裂成数厘米宽，或10至数10cm深的缝隙，有不同程度的变性特征。据微形态观察，耕作层以毛管孔隙为主，且多呈连通状态。犁底层厚度多变化在6~15cm间。

厚约20~40cm，湿时多呈腐泥状，故又有腐泥状黑土之称。湿态颜色呈黑棕-黑色(10YR4/2)，呈柱状结构，干时易碎裂成核块状。质地粘重，多为重壤土或粘土，少数为中壤土。除石灰性砂姜黑土外，一般无或显微弱石灰反应，可见少量铁锰结核及小形硬砂姜。微形态观察:矿物颗粒边缘亮线和基质内，光性定向粘粒比耕层明显。

砂姜层或称脱潜砂姜层。质地较黑土层轻，以中壤土居多。土休颜色湿态多为棕色~浊黄棕色，(7.5YR5/4)。氧化还原现象(脱潜育化)明显，锈斑湿态颜色棕-亮棕( 7.5YR5/6)，砂姜大小形态不一，有软硬铁锰结核。面砂姜层石灰反应强烈，硬砂姜层土体石灰反应强弱不一。微形态观察:常见碳酸盐粘结基质，少或无定向粘粒，多有碳酸盐浓聚斑和铁质浸染斑。

位于黑土层和砂姜层之间，干时多呈浊黄棕色(10YR5/4)，与砂姜层土体颜色相近，有锈纹锈斑，石灰反应强弱不一。微形态观察:有较多铁子和斑迹状铁质浓聚体，铁质斑迹内有大量光性定向粘粒。

一般为粘质河湖相沉积物，具有明显的锈斑，有时具有潜育现象。

砂姜黑土的形成有其特殊的自然环境条件，其肥力演变又与人类经济活动有密切关系。砂姜黑土分布区年平均气温一般14-15℃，最冷月1月份的平均气温0.7-1.3℃，最热月7月的平均气温27.5-28.3℃。年平均降水量750-900毫米，全年雨量分配很不均匀，60%-70%集中在6月下旬至9月上半月降落。若以四季而论，则夏季降水最多，约占全年的一半以上，其次为春季和秋季，冬季最少。

年蒸发量在1500毫米左右，几乎大于年降水量的一倍。干湿交替和湿润、半湿润的暖温带过渡气候特点，对砂姜黑土的形成具有重大影响。砂姜黑土分布的地形平坦低洼，地下水排泄不畅，其埋深通常在1-2米间，雨季可上升到1米以内或接近地表。在低洼中心部位，甚至短期积水，地下水的矿化度一般小于1克每升，为重碳酸-氯-钙-镁型或重碳酸-氯-镁-钙型。昔日在地面排水不良或季节性积水条件下，这些地区曾经生长过密茂的湿生草本植物，年复-年，植物残体不断分解为黑土层的形成和腐殖质积累提供了条件。砂姜黑土的成土母质主要是浅湖沼相沉积物。这些沉积物中有的含较多的游离碳酸钙，于砂姜黑土所处地势低洼，它不仅是侵蚀物质的沉积区.而且是地下水中重碳酸和钙的富集区，为砂姜的形成提供了声富钙质基础。除上述自然环境条件影响到砂姜黑土的形成外，人类耕垦活动对砂姜黑土形成与演变有着重大影响。古老的农业区耕垦历史久远，在长达二三千年以上的耕作活动中，人们通过开沟排水，耕作施肥等农事活动，使土壤脱离自然季节性积水及湿生草本植物条件逐渐向着旱耕土壤的方向发展。

砂姜黑土土体深厚，剖面自上而下有耕作层、亚耕层、残留黑土层、氧化还原过渡层及砂姜土层。上部50或80厘米土体以暗灰黄，橄榄棕色为主，并有20-40厘米不等厚的棕黑色残留黑土层;心土层呈橄榄棕色为主，有较多黄棕色锈斑或铁锰斑、灰斑，其下为橄榄棕色砂姜土层，夹有少量锈斑，铁锰斑等新生体。由于微地形的起伏或上部土层遭侵蚀，残留黑土层出现部位及其厚度不一，砂姜土层出现部位常随黑土层厚薄而深浅也不一。耕作层以下的土体呈棱块，棱柱状结构，中、小垂直裂隙发育，可见滑擦面及楔形结构体。据微形态观察，可见较多裂隙和裂纹，粗骨颗粒边缘和裂隙壁可见大量亮线状光性定向粘粒，基质有大量纤维状光性定向粘粒，常见铁质凝团或铁锰质浓聚物。安徽省怀远县包集乡变电站西150米的砂姜黑土剖面为例。地形为河间平原微度倾斜平坦地，海拔22.7米，黄土性古湖相沉积物母质，地下水位约1.5米。年均温15.4℃，年降水量900.9毫米，年蒸发量1616.7毫米，大于或等于0℃积温5629.8℃，无霜期218天，旱耕地，种植小麦、大豆、甘薯等，一年二熟或二年三熟。

(1)一般理化性质。砂姜黑土有机质含量并不高，耕作层也不过10-15克每千克，黑土层仅10克每千克左右，往下层逐渐减少。除特殊情况外，剖面上部游离碳酸钙的含量甚低，一般在10克每千克以下，甚至小于5克每千克，剖面下部夹面砂姜的土层其含量可达40-70克每千克或更高;有硬砂姜的土层则可大于100克每千克。土壤交换量较高，一般为20-30me/100g，剖面上部土层高于下部土层，尤以黑土层为高。土体中粗砂含量甚少，粘粒含量多在30%以上，但也有20%左右的土层，前者常具有变性特征。土层质地以壤质粘土、粉砂质粘壤土及粘土为主，质地层次分异不明显。粘粒的硅铝铁率、硅铝率和硅铁率均较高，分别为3.0-3.3、3.8-4.3、13-16之间。粘粒的交换量高达55-60me/100g。K2O的含量多数在26%-30%。

(2)铁锰氧化物特征。砂姜黑土中铁锰氧化物的迁移与积累，反映了半水成土的特征。砂姜黑土形成过程中常受季节积水影响，土体中氧化还原作用强烈，铁锰氧化物的迁移与积累明显，形成锈纹斑、铁锰斑与结核。

(3)土壤结构特征与胀缩性能。砂姜黑土的结构具有两个突出的特点:其一是土壤质地粘重的耕作层在冬季经过冰冻以后，形成棱角明显的非水稳性碎粒状结构(过去曾称"冻粒"结构);其二是心土层具有灰色胶膜的棱柱状结构。具有棱角碎粒状结构的耕作层，松散如砂，在春旱期能起到一定的覆盖保墒作用，但其本身并不蓄水保墒，加上结构无水稳性，所以保墒抗旱作用有限。残留黑土层或过渡层的棱柱状结构，由大小不等的棱柱状或棱块状结构构成，干旱时结构体之间产生裂隙，致使毛管水被切断，不利于蓄水保墒，加之结构体很紧实，作物根系水平生长受抑制，故常见根系沿结构裂隙下伸。砂姜黑土的结构特征与其具有强烈的膨胀性和收缩性相关。

(4)粘粒矿物组成。早在20世纪60年代便已发现砂姜黑土的粘粒矿物组成以蒙脱石为主，其次为水云母，还有少量高岭石。黑土层蒙脱石的含量在50%-60%，耕作层也达40%以上。蒙脱石具有强烈的膨胀性和收缩性，故砂姜黑土遇水膨胀，遇旱收缩，以致形成楔形自然体和滑擦面等变性土的特征。

(5)土壤腐殖质组成。砂姜黑土的腐殖质组成和性质具有如下特征:①活性腐殖质的相对含量极低，一般只占全碳量的2%-5%，这与长期施用有机肥料较少，腐殖质结构简单和易于分解有关。②腐殖酸的相对含量较低，只占全碳量的23℅-37%，肥力高的土壤略高。③腐殖质中残渣的相对含量较高，占全碳量的62%-80%，且以难以分解的胡敏素为主，这可能是砂姜黑土肥力较低原因之一。④腐质质中胡敏酸与富里酸的比值较大，在0.7-1.1之间，大于棕壤和黄棕壤，尤其大于红壤和黄壤，但却小于东北的黑土和黑钙土。⑤胡敏酸光密度值(E4)较大，E4/E6比值较小，在4.1-4.5之间。胡敏酸的光密度值愈大，其芳化度愈高，而分子量也愈大，故土壤颜色愈深。这可能是砂姜黑土有机质含量虽低，而土壤颜色较深的重要原因之一。

(6)土壤无机磷组成。砂姜黑土的无机磷一般区分为铝-磷、铁-磷、闭蓄态磷和钙-磷，同时钙-磷又可区分为二钙-磷、八钙-磷和十钙-磷。砂姜黑土的磷索以无机磷为主，占全磷量的75%-90%以上，有机磷一般只占全磷量的10%-25%。砂姜黑土的无机磷组成中以钙-磷为主，占无机磷总量的50%-80%;闭蓄态磷次之，占无机磷15%-20%;铁-磷和铝-磷含量较低，而且两者含量相近，分别占无机磷的5%-10℅和3℅-10%;在钙-磷组成中以十钙-磷为主，占无机磷总量的60%-75%;八钙-磷次之，占5%-15%，二钙-磷最少，只占1%-3℅与速效磷含量相近。不同肥力水平的砂姜黑土，其无机磷组成有较大差别，即二钙-磷、铝-磷、铁-磷和八钙-磷的含量以高肥类型的为多，十钙-磷以低肥类型为多，而闭蓄态磷则无规律可循。这说明二钙-磷、铝-磷、铁-磷和八钙-磷对提高作物产量有重要的作用。

(7)土壤养分状况。砂姜黑土养分状况的主要特点是有机质含量不足，严重缺磷少氮，但钾素较为丰富.自20世纪80年代以来，随着化学磷肥的连年施用，有些田块速效磷的含量明显提高;缓效钾和速效钾的含量均屑丰富，目前一般作物还不甚缺钾。砂姜黑土中有效微量元素的分布状况是耕作层明显高于下部的土体.砂姜黑土有效锰、铁的含量较高，有效铜含量适中，而有效锌、硼、钼的含量过低。

(一)低产因素砂姜黑土在20世纪60年代以前大部分属于低产土壤，其低产因素可概括为:农田基本建设差，农业生产管理不善以及生态条件不良;水灾(明涝与暗渍)和旱灾(春旱、秋旱和冬旱)危害频繁;土壤用养失调，有机质含量低，缺磷少氮，并缺少锌、硼、钼等微量元素;土壤质地过粘，结构不良和胀缩系数大等。

(二)生产潜力砂姜黑土具有很大生产潜力，主要是，(1)区域地势平坦，土体深厚，砂姜层位低，耕地面积大且分布集中连片，有利于发展机械化耕作，具有综合开发利用的规模优势。(2)热量条件较好，降水量也较多，有利于发展一年两熟制。(3)地下水位浅，水源丰富，水质好，有待进一步开发利用。(4)中低产土壤面积大(占80%以上)，宜于发展多种粮食作物(小麦、玉米、水稻、大豆等)和经济作物(花生、大蒜、芝麻、棉花等)，增产潜力大。(5)综合治理投资少，但见效快，经济效益高。(6)交通较为方便，靠近开放城市，在开发后，大量农副产品就地运销。

(三)治理和开发砂姜黑土的低产因素是多方面的，因此必须采取综合治理措施用紧密结合，同时要开发与合理利用紧密结合，才能充分发挥资源优势，提高效益。其主要开发与治理途径为:(1)排灌结合，旱涝兼治，开发地下水资源，发展旱作补充灌溉。(2)调整粮食作物和经济作物的种植结构，做到合理轮作换茬。(3)大量元素肥料与微量元素肥料结合，科学施肥，争取均衡增产。(4)农牧结合经营，提高土壤有机质含量，更新腐殖质，抑制土壤的胀缩性。根据水源和地势条件，适当发展水稻种植。砂姜黑土的综合治理和开发利用，均需因地制宜和因时制宜。所谓"因地制宜"，就是要根据砂姜黑土的特性及所在地的实际情况，制定适当的计划和采用适宜的措施。所谓"因时制宜"，就是要考虑各地的砂姜黑土所处在的不同治理阶段，分别制定适当的计划和采用适当措施。

(一)低产因素 砂姜黑土在60年代以前大部分属于低产土壤，其低产因素可概括为:农田基本建设差，农业生产管理不善以及生态条件不良;水灾(明涝与暗渍)和旱灾(春旱、秋旱和冬旱)危害频繁;土壤用养失调，有机质含量低，缺磷少氮，并缺少锌、硼、钼等微量元素;土壤质地过粘，结构不良和胀缩系数大等。

(二)生产潜力 砂姜黑土具有很大生产潜力，主要是，

(1)区域地势平坦，土体深厚，砂姜层位低，耕地面积大且分布集中连片，有利于发展机械化耕作，具有综合开发利用的规模优势。

(2)热量条件较好，降水量也较多，有利于发展一年两熟制。

(3)地下水位浅，水源丰富，水质好，有待进一步开发利用。

(4)中低产土壤面积大(占80%以上)，宜于发展多种粮食作物(小麦、玉米、水稻、大豆等)和经济作物(花生、大蒜、芝麻、棉花等)，增产潜力大。

(5)综合治理投资少，但见效快，经济效益高。

(6)交通较为方便，靠近开放城市，在开发后，大量农副产品就地运销。

(三)治理和开发 砂姜黑土的低产因素是多方面的，因此必须采取综合治理措施用紧密结合，同时要开发与合理利用紧密结合，才能充分发挥资源优势，提高效益。其主要开发与治理途径为:

(1)排灌结合，旱涝兼治，开发地下水资源，发展旱作补充灌溉。

(2)调整粮食作物和经济作物的种植结构，做到合理轮作换茬。

(3)大量元素肥料与微量元素肥料结合，科学施肥，争取均衡增产。

(4)农牧结合经营，提高土壤有机质含量，更新腐殖质，抑制土壤的胀缩性。根据水源和地势条件，适当发展水稻种植。砂姜黑土的综合治理和开发利用，均需因地制宜和因时制宜。所谓"因地制宜"，就是要根据砂姜黑土的特性及所在地的实际情况，制定适当的计划和采用适宜的措施。所谓"因时制宜"，就是要考虑各地的砂姜黑土目前所处在的不同治理阶段，分别制定适当的计划和采用适当措施。

石灰性砂姜黑土主要分布于山东省胶菜河谷以西，小清河以南及运河 以东的交接洼地以及河南省的南阳盆地地区，面积有776.5万亩，占该土类面积的13.58%。

本亚类与砂姜黑土亚类的主要区别是，全剖面有强烈的石灰反应，pH8-8.5，表土层游离碳酸钙的含量达20-160克每千克，砂姜土层达120-360克每千克。本亚类主要分布在石灰岩区或黄土地区，其石灰性主要受富含重碳酸钙水质的影响，或成土母质本身强石灰性所致。石灰性砂姜黑土的区域性差异表现在河谷地的质地稍轻，为砂质粘壤:壤质粘土，含细砂粒量高;在滨湖洼地的为粉砂质粘土、粘土，细砂粒含量低，而粉砂粒及粘粒含量较高。土壤有机质含量一般高于砂姜黑土亚类，但在黑土层以下又明显降低。土壤无机磷中的钙磷和闭蓄态磷含量很高，而土壤中游离铁，活性铁、结晶铁含最则较低，均与土体中富含石灰有关。