中国南部的土壤是红色的，中部的土壤是黄色的，东北的土壤大部分是黑色的，土壤的颜色似乎成了各地的“名片”和象征。
其实，在古代，人们就已经掌握了土壤颜色的大致分布规律。北京中山公园的明代社稷坛内就摆放着寓意华夏疆土的五色土——东青、南赤、西白、北黑、中黄。
△社稷坛五色土（图片来自中国数字科技馆网站）
黑的、红的、黄的......土壤的颜色是谁调的？
虽然古代的五色土已经将我国不同地区的土壤颜色分布大致体现出来，但为什么不同地方的土颜色不一样，人们并不知道答案。随着科学技术的不断发展，如今土壤的颜色有了更为科学细致的划分，比如黑色、红色、黄色、砖红色、紫色、棕色、黄棕色和灰白色等等。经过科学家们的取样研究，土壤颜色的奥秘也逐渐被揭开。
土壤腐殖质的含量与矿物组成是影响土壤颜色的主要因素，前者主要影响土壤颜色的深浅，后者主要影响土壤的主色调。
您可能要问了，啥是腐殖质？
简单来说，腐殖质是被土壤微生物分解后的动植物残体碎渣形成的一类黑乎乎的胶体状物质，“长得很丑，但很温柔”。腐殖质虽然其貌不扬，但是富含营养，可以为植物提供生长所需的养分。腐殖质之所以颜色较深是因为它含有棕色的胡敏酸和黑色的胡敏素，这两种物质的组成基团具有深色光学特性，导致腐殖质看上去黑乎乎的。因此，土壤腐殖质越多，土壤颜色越发黑偏深。
土壤腐殖质含量给土壤的深浅定下基调后，土壤矿物就开始给土壤“调色”了。当土壤中以氧化铁为主要成分的赤铁矿含量较高时，土壤越偏红或红棕色；当土壤中以水合氧化铁为主要成分的针铁矿含量较高时，土壤则呈现黄色；当土壤中盐分含量越高，比如钠盐、二氧化硅和碳酸钙等较多的时候，土壤则可能越偏白；如若土壤由紫色砂岩、页岩风化物形成，则土壤会呈现出紫色等等。
除此之外，土壤的颜色也会受到土壤颗粒大小和土壤含水量等的影响。
通常来说，黑土地肥力高，盛产粮食作物，比如玉米、大豆和小麦等；紫色土壤肥力也相对较高，除了旱地粮食作物外，还多种植棉花、油菜和柑橘等；红壤一般酸性较高，肥力相对较低，通常适合种植水稻、茶、甘蔗和柑橘等；黄壤通常要比红壤湿润，主要分布在我国南方山区，除了常见的农作物外，黄壤也产茶叶和蔬菜。
△五颜六色的土壤（图片来自中国土壤学会网站）
中国地大，为啥就东北的土是黑的？
提到黑土地，很多人都能想到东北。中国这么多土地，为什么就东北的土是黑色的呢？这说明东北土壤含有较多的腐殖质，进而被“染黑”了。那么问题来了，为什么东北土壤腐殖质含量高呢？
这和东北得天独厚的地理环境有关。中国黑土主要分布在黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古自治区境内，地处温带季风气候区。这里四季分明，冬天寒冷干燥较漫长，夏季炎热多雨较短暂，春季明媚养人，秋季气爽天高。在这样的气候下，东北的植被在春夏生长繁盛，根系发达，为土壤输送了许多新鲜的有机质，土壤中的微生物一看食物这么丰富充沛，自然干劲十足，把这些新鲜的有机质“咔咔咔”分解加工成了黑乎乎的腐殖质，其中一部分腐殖质可以被微生物继续当作食物分解利用，一部分在被分解矿化的过程中释放营养元素提供植物生长所需。而到了秋冬时节，气温下降，白雪覆土，土壤微生物一个个都猫在土里准备“冬休”，对土壤腐殖质的分解矿化减缓，土壤腐殖质就这样被积累了下来。长此以往，腐殖质在土壤中越积越多，不仅把土给染得越来越黑，还使得土壤越来越肥，形成了东北特有的肥沃黑土地。
△黑土剖面（图片来自中国数字科技馆网站）
像这样的肥沃黑土区在世界范围内还有三处，分别位于乌克兰的乌克兰平原、美国的密西西比平原和南美洲的潘帕斯草原，多为地处温带的中纬度地区，在这样的地区，夏季植被茂盛，冬季寒冷枯枝落叶分解缓慢，自然就有利于土壤腐殖质的积累和肥沃黑土的形成。
△黑土地（图片来自国际黑土地协会网站）
位于乌克兰平原的黑土区属于温带大陆性气候，较为典型的黑土区以森林草原为主，腐殖质层较厚，也具有以草原为主的黑土区，这类地区腐殖质层会相对薄一些。该地区主要种植小麦、玉米、大豆、土豆和甜菜。
位于密西西比河流域的美国黑土区非常平坦，水热条件较好，百草丰茂，枯枝落叶积累较多，土壤腐殖质含量较高，流域东南部属亚热带，以林木为主，流域中东部则属温带，以草地为主。该地区盛产小麦、大豆、玉米和棉花。
位于南美潘帕斯草原的黑土区东部属于亚热带气候，西部则属于温带气候，该地区以禾草植物为主，基本没有林木，“潘帕斯”本意即为“没有树木的大草原”，在这里草类茂盛，畜牧业发达。
整体比较来看，四大黑土区的大小和地形不尽相同，最大最平坦的是位于乌克兰大平原的黑土区，面积大约在1.90×106 km2，第二大的是位于美国密西西比河流域的黑土区，面积约1.20×106 km2，最小的是潘帕斯草原黑土区，面积约0.76×106 km2，我国东北黑土区面积约为1.03×106 km2。
上下求索，“土地医生”历经数十年保护黑土地
得益于大自然的馈赠，四大黑土区的农业都相对较为发达，粮食产量高，然而由于过度的农耕开垦和掠夺式的经营，导致土壤风蚀加剧，欧美黑土区在历史上都曾遭遇了破坏力极强的“黑风暴”——强沙尘暴事件，那场面可真是，大风呼呼的刮，沙子飘的潇潇洒洒，给人类社会和生态环境都造成了巨大的创伤。
△黑风暴（图片来自维基百科）
历史总是惊人的相似，近年来，我国的黑土区也因为长期的集约化耕作和地上部的过度收获，水土流失严重，风蚀、水蚀频发，土壤中积累多年的腐殖质分解加速，土壤肥力急剧下降，部分地区出现了“破皮黄”，露出底层黄土，黑土区变得不像从前那般黑油油了，亟待修复和滋养。
黑土的自然形成是一个十分缓慢的过程，据科学家表示，1 cm厚的黑土形成需要至少200年的时间，黑土保护和退化修复时不我待，“助攻”黑土“重塑自我”势在必行。
△ 土壤侵蚀（张旭东供图）
我国的土壤科学家们以史为鉴，上下求索，肩担起“土地医生”的使命，为黑土地的退化顽疾寻找良方，经过10余年田间地头的“临床试验”，如今已经形成了一整套“疗效好”、“性价比高”又易于推广的保护性耕作技术，黑土地又重获生机，绽放美丽。
保护性耕作技术简单来说就是尽量少的土壤扰动和尽量多的植物残体覆盖，用“不打扰”加“给吃饱”的方式来呵护受伤的土地，使退化的土壤能够逐渐恢复良好的结构，并通过外部作物秸秆的补给提升土壤有机质的含量，逐渐提高土壤的肥力。
△张旭东研究员陪同原农业部副部长路明考察中科院保护性耕作研发基地（解宏图供图）
合理利用秸秆资源、高效促进黑土地的肥力提升、提高粮食产量是做到习近平总书记提出的“手中有粮，心中不慌”的关键之一。此时笔者不禁想到，东北过去有三宝，人参、貂皮、乌拉草，如今多了新三宝，黑土、秸秆、高产粮，真是一个不能少！
最后，笔者想说：“东北土壤黑，养足土地肥。气候条件佳，粮食味道美。黑土要修复，还得靠技术。保护性耕作，科学好掌握。免耕输入多，黑土更活泼。爱护脚下土，未来路无阻！”
笔者在此特别感谢中国科学院沈阳应用生态研究所的张旭东研究员在科普写作中给予的指导性意见和建议以及解宏图副研究员给予的大力支持和帮助。
参考文献：
1. 曹升赓. 土壤颜色的测定和描述-门赛尔土壤比色卡的应用[J]. 土壤分类及土壤地理论文集, 1985:83-132.
2. 陈剑科, 袁大刚, 晏昭敏,等. 测色仪与中国标准土壤色卡测定土壤颜色比较——以川中丘陵区为例[J]. 土壤学报, 2019, 056(001):78-89.
3. 陈如意, 刘观仕, 曾召田,等. 土的颜色研究进展与展望[J]. 土工基础, 2018(4):400-405.
4. 汪金友. 社稷坛与“五色土”[J]. 地理教育, 2010(1):126-126.
5. 为什么土壤有各种颜色
6. 张新荣, 焦洁钰. 黑土形成与演化研究现状[J]. 吉林大学学报（地球科学版）, 2020, 50(2):553-568.
7. 朱波, 陈实, 游祥, 等. 紫色土退化旱地的肥力恢复与重建[J]. 土壤学报, 2002 (5):743-749.
——
出品：科普中国
制作：朱雪峰
监制：中国科学院计算机网络信息中心
