黑土是保障我国粮食安全的压舱石，然而同样是黑土，不同区域土壤的肥力却存在显著差异。在南美潘帕斯草原、美国大平原中部及日本、新西兰等火山活跃地区，黑土的形成均受火山灰输入影响。我国东北黑土区同样分布着长白山、镜泊湖、五大连池等火山群，然而火山灰是否参与了成土过程以及如何影响土壤性质，此前一直缺乏系统研究。

    针对以上问题，张甘霖研究员团队联合天津大学和德国哥廷根大学科研人员，以黑龙江省和吉林省黑土区为研究对象，综合运用显微矿物学、地球化学及土壤学等方法，捕捉火山灰在黑土中留下的印记。研究结果显示，在临近五大连池火山区的黑土中发现少量火山玻璃，其元素组成与附近老黑山火山的喷发物质一致，从矿物学角度证实火山灰参与了局部黑土的成土过程。汞含量及其同位素（Δ¹⁹⁹Hg）分析结果表明，远离火山的剖面无火山灰影响，而靠近死火山和活火山的剖面均受火山灰影响。

图1. 采样点分布、火山玻璃形态特征以及3个典型剖面的汞浓度和Δ¹⁹⁹Hg值随深度变化特征。(a) 红色区域表示全新世以来活动的火山，包括：1：长白山火山，2：龙岗火山，3：镜泊湖火山，4：五大连池火山，5：科洛火山。(b和c) 五大连池黑土层中火山玻璃的背散射电子图像。(d) LD 剖面（远离火山区），(e) HL 剖面（邻近死火山），(f) WD 剖面（邻近活火山）。垂直红色条带表示火山来源的Δ¹⁹⁹Hg值范围 (0‰±0.05‰)

    Tukey检验显示，靠近活火山与死火山区域的黑土汞浓度均显著高于非火山影响区（P<0.01）。并且靠近活火山区域的黑土磷酸盐吸持量达31.5%，短程有序矿物浓度达0.56%，均已达到土壤系统分类中火山灰特性的判定标准，显著高于非火山影响区。这些短程有序矿物具有高比表面积和强反应活性，能有效增强土壤的养分保持能力。同时火山玻璃本身富含铁、钙、钾、磷等元素，其风化过程既直接释放养分，又促进有机碳固存。

图2. 评估火山灰对黑土的影响。(a-c)不同区域黑土中火山灰影响程度对比。NV（远离火山，n=46），NE（邻近死火山，n=30），NA（邻近活火山，n=21）。不同小写字母表示组间差异显著(P<0.01)。(d) 邻近活火山和死火山黑土中火山灰代用指标与土壤肥力指标的皮尔逊相关性热图 (n=37)。*表示P<0.05，**表示P<0.01。(e) 火山灰提升黑土肥力的概念模型

    该研究首次证实东北黑土成土母质受到火山灰添加的影响，从地质背景角度为理解黑土肥力空间差异提供了新的成因解释。这表明在评估黑土资源质量和指导黑土保护利用时，除了关注耕作管理和气候条件，也应考虑地质背景和成土过程的特殊性。上述研究成果近期发表于Science Bulletin期刊，中国科学院南京地理与湖泊研究所博士生师永辉为第一作者。

文章信息：Shi, Y., Yang, F.*, Qiu, Z., Long, H., Sauer, D., Cai, H., Yang, S., Hong, Y., Ye, M., Chen, J., Zhang, G.* (2026). Tephra and its effects in Mollisols of Northeast China. Science Bulletin. 

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.02.038