砂姜黑土

砂姜黑土是在暖温帶半濕潤氣候條件下，主要受地方性因素（地形、母質、地下水）及生物因素作用，形成的一種半水成土壤。剖面構型為黑土層一脱潛層一砂姜層。在1.5m控制層段內，必須同時具有黑土層與砂姜層兩個基本層次，而且黑土層上覆的近期淺色沉積物厚度必須＜60cm。 ^[2] 

1．它與潮土的區別。潮土中的濕潮土亞類也具有黑土層，但它在1.5m剖面深度內，不出現砂姜層。

2．它與潮棕壤、潮褐土的區別：砂姜黑土與潮褐土、潮棕壤在洪積扇區往往形成土鏈式復域（圖10－7）。但潮棕壤或潮褐土的黑土層的埋藏深度必須＞60cm，且地下水位較深。 ^[2] 

砂姜黑土是晚更新世（Q3）以來，在古地理環境條件下，發育在第四紀河湖相沉積物上的半水成土壤。由於它處於一種扇緣窪地的地貌類型，大量富含Ca(HCO3)2 。水的補給，而又排泄不暢，且有季節性積水，因而早期有草甸潛育化及CaCO3。的澱積過程，後期又經歷着耕作熟化及脱潛過程。

這是一個古代過程的延續，由於全新世（Q4）氣候轉暖，河水量充沛，現砂姜黑土分佈區當時為一片湖沼草甸景觀，低窪處形成大面積粘質河湖相沉積物，耐濕性植物週而復始生長死亡，有機質在乾濕季的嫌氣與好氣條件下，腐爛與分解交替進行，高度分散的腐殖質膠體與礦物質細粒複合，使土壤染成黑色，形成黑土層。

據14C斷代測定，黑土層形成於距今3200 ～7000年（中全新世Q42），未發生沼澤化，黑土層無泥炭積累。砂姜層的形成早於黑土層。從地球化學角度看，砂姜黑土分佈區是重碳酸鹽的富集區，地下水富含碳酸鹽。在氣候及土壤水分季節性乾濕交替條件下，富含碳酸鹽的地下水或在乾旱季節於剖面底部固結。或隨毛管上升到一定高度固結，形成數量不等，大小不同，形態不一的砂姜（石灰結核）。另外，土體上部的碳酸鹽也可隨重力水以Ca(HCO3)2形式向下移動至一定深度固結形成砂姜。

砂姜按其形態可分為面砂姜、硬砂姜和砂姜磐3種。它們在剖面中分佈的部位和形成時間不同。

面砂姜多分佈於剖面中上部，是砂姜形成的早期階段，14C斷代年齡為2000～6000年（全新世中晚期）。

硬砂姜形成年齡與在剖面中的分佈部位有關。剖面上部黑土層中的硬砂姜形成於4000～7000年，

而在呈灰黃色或土黃色脱潛層中的硬砂姜年齡為1.4～3萬年。

砂姜磐形成年齡最長為2.9~4萬年，屬晚更新世的產物。可見，黑土層與砂姜層並非同時期產物。

組成砂姜的碳酸鹽以CaCO3為主，平均含量佔碳酸鹽總量的70%以上，MgCO3含量少，CaCO3/ MgCO3比值平均變化在4～9之間。由於MgCO3在純水中的溶解度遠大於CaCO3所以該比值在剖面中自上而下漸減，但由於底土受地下水影響大，比值顯現突增特點。

近5000年來，特別近2500年以來，氣候明顯的從温暖濕潤向乾燥方面轉變，加之近300年來的人為墾殖、排水，使地下水位逐漸下降．砂姜黑土底部的潛育層下移，原潛育層上都呈現脱潛育化，氧化還原電位增高。據測定100～150cm處的脱潛育層Eh達502mv接近耕作層（539mv）。幾千年來的人為耕作，使裸露的黑土層逐漸分化為耕作層、犁底層及殘餘黑土層。 ^[2] 

厚度不等，與耕作水平有關，一般為10～20cm。該層多由黑土層分化而成，由於連年耕作，施肥或壓砂，質地變輕，顏色變淺，一般為暗灰棕、10YR，（濕），平時易裂成數釐米寬，或10至數10cm深的縫隙，有不同程度的變性特徵。據微形態觀察，耕作層以毛管孔隙為主，且多呈連通狀態。犁底層厚度多變化在6～15cm間。

厚約20～40cm，濕時多呈腐泥狀，故又有腐泥狀黑土之稱。濕態顏色呈黑棕—黑色（10YR4/2），呈柱狀結構，干時易碎裂成核塊狀。質地粘重，多為重壤土或粘土，少數為中壤土。除石灰性砂姜黑土外，一般無或顯微弱石灰反應，可見少量鐵錳結核及小形硬砂姜。微形態觀察：礦物顆粒邊緣亮線和基質內，光性定向粘粒比耕層明顯。

砂姜層或稱脱潛砂姜層。質地較黑土層輕，以中壤土居多。土休顏色濕態多為棕色～濁黃棕色，（7.5YR5/4）。氧化還原現象（脱潛育化）明顯，鏽斑濕態顏色棕—亮棕（ 7.5YR5/6），砂姜大小形態不一，有軟硬鐵錳結核。面砂姜層石灰反應強烈，硬砂姜層土體石灰反應強弱不一。微形態觀察：常見碳酸鹽粘結基質，少或無定向粘粒，多有碳酸鹽濃聚斑和鐵質浸染斑。

位於黑土層和砂姜層之間，干時多呈濁黃棕色（10YR5/4），與砂姜層土體顏色相近，有鏽紋鏽斑，石灰反應強弱不一。微形態觀察：有較多鐵子和斑跡狀鐵質濃聚體，鐵質斑跡內有大量光性定向粘粒。

一般為粘質河湖相沉積物，具有明顯的鏽斑，有時具有潛育現象。 ^[2] 

砂姜黑土的形成有其特殊的自然環境條件，其肥力演變又與人類經濟活動有密切關係。砂姜黑土分佈區年平均氣温一般14-15℃，最冷月1月份的平均氣温0.7-1.3℃，最熱月7月的平均氣温27.5-28.3℃。年平均降水量750-900毫米，全年雨量分配很不均勻，60%-70%集中在6月下旬至9月上半月降落。若以四季而論，則夏季降水最多，約佔全年的一半以上，其次為春季和秋季，冬季最少。

年蒸發量在1500毫米左右，幾乎大於年降水量的一倍。乾濕交替和濕潤、半濕潤的暖温帶過渡氣候特點，對砂姜黑土的形成具有重大影響。砂姜黑土分佈的地形平坦低窪，地下水排泄不暢，其埋深通常在1-2米間，雨季可上升到1米以內或接近地表。在低窪中心部位，甚至短期積水，地下水的礦化度一般小於1克每升，為重碳酸-氯-鈣-鎂型或重碳酸-氯-鎂-鈣型。昔日在地面排水不良或季節性積水條件下，這些地區曾經生長過密茂的濕生草本植物，年復-年，植物殘體不斷分解為黑土層的形成和腐殖質積累提供了條件。砂姜黑土的成土母質主要是淺湖沼相沉積物。這些沉積物中有的含較多的遊離碳酸鈣，於砂姜黑土所處地勢低窪，它不僅是侵蝕物質的沉積區.而且是地下水中重碳酸鈣的富集區，為砂姜的形成提供了豐富的鈣質基礎。除上述自然環境條件影響到砂姜黑土的形成外，人類耕墾活動對砂姜黑土形成與演變有着重大影響。古老的農業區耕墾歷史久遠，在長達二三千年以上的耕作活動中，人們通過開溝排水，耕作施肥等農事活動，使土壤脱離自然季節性積水及濕生草本植物條件逐漸向着旱耕土壤的方向發展。 ^[4] 

砂姜黑土土體深厚，剖面自上而下有耕作層、亞耕層、殘留黑土層、氧化還原過渡層及砂姜土層。上部50或80釐米土體以暗灰黃，橄欖棕色為主，並有20-40釐米不等厚的棕黑色殘留黑土層；心土層呈橄欖棕色為主，有較多黃棕色鏽斑或鐵錳斑、灰斑，其下為橄欖棕色砂姜土層，夾有少量鏽斑，鐵錳斑等新生體。由於微地形的起伏或上部土層遭侵蝕，殘留黑土層出現部位及其厚度不一，砂姜土層出現部位常隨黑土層厚薄而深淺也不一。耕作層以下的土體呈稜塊，稜柱狀結構，中、小垂直裂隙發育，可見滑擦面及楔形結構體。據微形態觀察，可見較多裂隙和裂紋，粗骨顆粒邊緣和裂隙壁可見大量亮線狀光性定向粘粒，基質有大量纖維狀光性定向粘粒，常見鐵質凝團或鐵錳質濃聚物。安徽省懷遠縣包集鄉變電站西150米的砂姜黑土剖面為例。地形為河間平原微度傾斜平坦地，海拔22.7米，黃土性古湖相沉積物母質，地下水位約1.5米。年均温15.4℃，年降水量900.9毫米，年蒸發量1616.7毫米，大於或等於0℃積温5629.8℃，無霜期218天，旱耕地，種植小麥、大豆、甘薯等，一年二熟或二年三熟。 ^[4] 

　（1）一般理化性質。砂姜黑土有機質含量並不高，耕作層也不過10-15克每千克，黑土層僅10克每千克左右，往下層逐漸減少。除特殊情況外，剖面上部遊離碳酸鈣的含量甚低，一般在10克每千克以下，甚至小於5克每千克，剖面下部夾面砂姜的土層其含量可達40-70克每千克或更高；有硬砂姜的土層則可大於100克每千克。土壤交換量較高，一般為20-30me/100g，剖面上部土層高於下部土層，尤以黑土層為高。土體中粗砂含量甚少，粘粒含量多在30%以上，但也有20%左右的土層，前者常具有變性特徵。土層質地以壤質粘土、粉砂質粘壤土及粘土為主，質地層次分異不明顯。粘粒的硅鋁鐵率、硅鋁率和硅鐵率均較高，分別為3.0-3.3、3.8-4.3、13-16之間。粘粒的交換量高達55-60me/100g。K2O的含量多數在26%-30%。

（2）鐵錳氧化物特徵。砂姜黑土中鐵錳氧化物的遷移與積累，反映了半水成土的特徵。砂姜黑土形成過程中常受季節積水影響，土體中氧化還原作用強烈，鐵錳氧化物的遷移與積累明顯，形成鏽紋斑、鐵錳斑與結核。

（3）土壤結構特徵與脹縮性能。砂姜黑土的結構具有兩個突出的特點：其一是土壤質地粘重的耕作層在冬季經過冰凍以後，形成稜角明顯的非水穩性碎粒狀結構（過去曾稱“凍粒”結構）；其二是心土層具有灰色膠膜的稜柱狀結構。具有稜角碎粒狀結構的耕作層，鬆散如砂，在春旱期能起到一定的覆蓋保墒作用，但其本身並不蓄水保墒，加上結構無水穩性，所以保墒抗旱作用有限。殘留黑土層或過渡層的稜柱狀結構，由大小不等的稜柱狀或稜塊狀結構構成，乾旱時結構體之間產生裂隙，致使毛管水被切斷，不利於蓄水保墒，加之結構體很緊實，作物根系水平生長受抑制，故常見根系沿結構裂隙下伸。砂姜黑土的結構特徵與其具有強烈的膨脹性和收縮性相關。

（4）粘粒礦物組成。早在20世紀60年代便已發現砂姜黑土的粘粒礦物組成以蒙脱石為主，其次為水雲母，還有少量高嶺石。黑土層蒙脱石的含量在50%-60%，耕作層也達40%以上。蒙脱石具有強烈的膨脹性和收縮性，故砂姜黑土遇水膨脹，遇旱收縮，以致形成楔形自然體和滑擦面等變性土的特徵。

（5）土壤腐殖質組成。砂姜黑土的腐殖質組成和性質具有如下特徵：①活性腐殖質的相對含量極低，一般只佔全碳量的2%-5%，這與長期施用有機肥料較少，腐殖質結構簡單和易於分解有關。②腐殖酸的相對含量較低，只佔全碳量的23℅-37%，肥力高的土壤略高。③腐殖質中殘渣的相對含量較高，佔全碳量的62%-80%，且以難以分解的胡敏素為主，這可能是砂姜黑土肥力較低原因之一。④腐質質中胡敏酸與富里酸的比值較大，在0.7-1.1之間，大於棕壤和黃棕壤，尤其大於紅壤和黃壤，但卻小於東北的黑土和黑鈣土。⑤胡敏酸光密度值（E4）較大，E4/E6比值較小，在4.1-4.5之間。胡敏酸的光密度值愈大，其芳化度愈高，而分子量也愈大，故土壤顏色愈深。這可能是砂姜黑土有機質含量雖低，而土壤顏色較深的重要原因之一。

（6）土壤無機磷組成。砂姜黑土的無機磷一般區分為鋁-磷、鐵-磷、閉蓄態磷和鈣-磷，同時鈣-磷又可區分為二鈣-磷、八鈣-磷和十鈣-磷。砂姜黑土的磷索以無機磷為主，佔全磷量的75%-90%以上，有機磷一般只佔全磷量的10%-25%。砂姜黑土的無機磷組成中以鈣-磷為主，佔無機磷總量的50%-80%；閉蓄態磷次之，佔無機磷15%-20%；鐵-磷和鋁-磷含量較低，而且兩者含量相近，分別佔無機磷的5%-10℅和3℅-10%；在鈣-磷組成中以十鈣-磷為主，佔無機磷總量的60%-75%；八鈣-磷次之，佔5%-15%，二鈣-磷最少，只佔1%-3℅與速效磷含量相近。不同肥力水平的砂姜黑土，其無機磷組成有較大差別，即二鈣-磷、鋁-磷、鐵-磷和八鈣-磷的含量以高肥類型的為多，十鈣-磷以低肥類型為多，而閉蓄態磷則無規律可循。這説明二鈣-磷、鋁-磷、鐵-磷和八鈣-磷對提高作物產量有重要的作用。

（7）土壤養分狀況。砂姜黑土養分狀況的主要特點是有機質含量不足，嚴重缺磷少氮，但鉀素較為豐富.自20世紀80年代以來，隨着化學磷肥的連年施用，有些田塊速效磷的含量明顯提高；緩效鉀和速效鉀的含量均屑豐富，一般作物還不甚缺鉀。砂姜黑土中有效微量元素的分佈狀況是耕作層明顯高於下部的土體.砂姜黑土有效錳、鐵的含量較高，有效銅含量適中，而有效鋅、硼、鉬的含量過低。 ^[4] 

（一）低產因素砂姜黑土在20世紀60年代以前大部分屬於低產土壤，其低產因素可概括為：農田基本建設差，農業生產管理不善以及生態條件不良；水災（明澇與暗漬）和旱災（春旱、秋旱和冬旱）危害頻繁；土壤用養失調，有機質含量低，缺磷少氮，並缺少鋅、硼、鉬等微量元素；土壤質地過粘，結構不良和脹縮係數大等。

（二）生產潛力砂姜黑土具有很大生產潛力，主要是，（1）區域地勢平坦，土體深厚，砂姜層位低，耕地面積大且分佈集中連片，有利於發展機械化耕作，具有綜合開發利用的規模優勢。（2）熱量條件較好，降水量也較多，有利於發展一年兩熟制。（3）地下水位淺，水源豐富，水質好，有待進一步開發利用。（4）中低產土壤面積大（佔80%以上），宜於發展多種糧食作物（小麥、玉米、水稻、大豆等）和經濟作物（花生、大蒜、芝麻、棉花等），增產潛力大。（5）綜合治理投資少，但見效快，經濟效益高。（6）交通較為方便，靠近開放城市，在開發後，大量農副產品就地運銷。

（三）治理和開發砂姜黑土的低產因素是多方面的，因此必須採取綜合治理措施用緊密結合，同時要開發與合理利用緊密結合，才能充分發揮資源優勢，提高效益。其主要開發與治理途徑為：（1）排灌結合，旱澇兼治，開發地下水資源，發展旱作補充灌溉。（2）調整糧食作物和經濟作物的種植結構，做到合理輪作換茬。（3）大量元素肥料與微量元素肥料結合，科學施肥，爭取均衡增產。（4）農牧結合經營，提高土壤有機質含量，更新腐殖質，抑制土壤的脹縮性。根據水源和地勢條件，適當發展水稻種植。砂姜黑土的綜合治理和開發利用，均需因地制宜和因時制宜。所謂“因地制宜”，就是要根據砂姜黑土的特性及所在地的實際情況，制定適當的計劃和採用適宜的措施。所謂“因時制宜”，就是要考慮各地的砂姜黑土所處在的不同治理階段，分別制定適當的計劃和採用適當措施。 ^[4]