黑土因其富含腐殖质的暗黑色表层而得名，是重要的世界粮仓和地球碳库。认识黑土的形成过程对于更好预测这种宝贵土壤资源在未来的演化方向，以及进行可持续的黑土资源管理具有重要意义。然而，由于土壤中存在强烈的生物扰动，物质不断混合，利用传统测年方法测量黑土年龄存在巨大挑战。     

鉴于此，中国科学院南京地理与湖泊研究所张甘霖/隆浩团队联合中国科学院南京土壤研究所、南京师范大学及湖南科技大学，基于东北典型黑土区平稳地形下的黑土剖面开展了系统的单颗粒释光测年。获得的2400个单颗粒释光年龄的结果显示，黑土中的现代扰动可以影响到80 cm的深度，扰动强度随深度近指数递减；80 cm以上的土层由于强烈的混合已无法识别原始沉积信息。 

 图1. 黑土剖面单颗粒释光年龄结构及其反映土壤扰动强度随深度的变化     

通过对释光年龄剖面的详细分析，结合稳定地表和伴随表层加积场景下的数值模拟，研究者发现研究剖面的土体中存在历史扰动的信息。进一步分析认为在16.4 ka以前，剖面土壤扰动显著加强，该区很可能在此时已开始有黑土发育，并且发育过程中伴随着粉尘堆积。该推论得到黑土区历史环境重建研究的支持，也与团队前期发表的基于黑土区其他剖面黑土层底部碳屑14C年龄及埋藏黑土年龄的独立研究得到的结果相一致（Yang et al.,2023,Science Bulletin）。 

图2. 基于释光剖面结果重建黑土发育过程     

该研究采用了国际上先进的单颗粒释光测年技术，结合成土背景信息及数值模拟，可有效提取原生土层的年龄信息及土壤混合过程的信号。该工作首次量化了我国东北黑土剖面的扰动强度，并成功实践了团队此前提出的土壤精细测年的新方案（Zhang et al., 2023, The Innovation Geoscience）。该成果与团队前期获得的系列成果对探讨黑土资源形成过程与机理、评估黑土资源可持续性以及土壤年龄研究具有重要意义。     

该成果近日以Reconstructing Mollisol Formation Processes Through Quantified Pedoturbation为题，发表在国际权威地学期刊Geophysical Research Letters上。中国科学院南京地理与湖泊研究所博士研究生张爱敏为研究论文第一作者，隆浩研究员和张甘霖研究员为论文通讯作者。本研究工作得到了国家自然科学基金重点项目及国家重点研发计划的支持。     

相关论文链接信息： 

 Zhang, A., Long, H., Yang, F., Zhang, J., Peng, J., Shi, Y., & Zhang, G. (2024). Reconstructing Mollisol formation processes through quantified pedoturbation. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL108189. https://doi.org/10.1029/2024GL108189 

 Yang, F., Long, H., Gong, K., Shi, Y., Zhang, J., Zhang, A., Yang, N., Cheng, P., Pan, X., Zhang, G. (2023). Onset time and accretionary formation of Mollisols in Northeast China. Science Bulletin, 68(18), 1999-2002. https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.08.008 

 Zhang, G., Long, H.，& Yang, F. (2023). Understanding the formation time of black soils. The Innovation Geoscience. 1, 100010. https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2023.100010