东北黑土区面积 109 万平方公里，典型黑土区耕地面积约 2.78 亿亩。如图 1 所示，粮食作物播种面积约占全国的 16.71%，而粮食作物产量却约占全国的 23.88%。同时，东北黑土区商品粮量约占全国的 25%，粮食调出量约占全国的 33%，是我国最重要的粮食生产基地和商品粮输出基地。以黑土地资源最为丰富的黑龙江省为例，该省粮食产量从 2012 年的 1152 亿斤增加到 2021 年的1573.5 亿斤，商品量和调出量连续多年位居全国第一 [1]。
粮食安全事关国运民生，维系经济发展和社会稳定，是国家安全的重要基础。而耕地资源的数量和质量是粮食生产的基本保证，耕地资源安全是中国粮食安全的关键 [2]。中央高度重视东北黑土区耕地保护工作，尤其近年来，东北黑土地退化的综合防治工作更加被重视，逐渐将东北黑土地保护利用上升为一项国策 [3]。因此，保护好这片黑土地，实现耕地数量和质量的稳定，对于保证东北黑土区真正起到国家粮食安全“稳压器”的作用具有十分重要的意义。2021 年中央一号文件中指出，要实施国家黑土地保护工程，推广保护性耕作模式。保护与合理利用黑土地，提升黑土区粮食产能，已上升至国家战略地位 [4]。因此，我们必须做好对黑土地资源的利用与保护。
2.1 耕作层土壤有机质含量下降
土壤有机质是耕地地力最重要的性状之一，被认为是土壤质量和功能的核心。在农业生产中，土壤有机质是至关重要的决定因子 [5]，它不仅影响植物所需要的大量和中微量养分供给，同时也会影响到土壤结构的形成，贮水保水性能，温度和热量状况等物理性质，而且土壤有机质决定着土壤化学性质，起到调节保持与供给养分性能的土壤代换性，对土壤不利因素的影响起到缓冲作用 [6]。
长期定位监测数据显示，开垦初期土壤有机质含量为 8% ～ 10%，现已下降到 2% ～ 3%，土层厚度由 1 m 左右下降到 20 ～ 30 cm[7]。近 60 年来，黑土耕作层土壤有机质含量下降了约 4.59%，甚至部分地区下降了近 7%。进一步的研究发现，退化黑土土壤微生物总数是正常黑土的 1/10 倍，细菌少了 10 万个，放线菌多了近 10 万个，真菌多了700 个，这说明土壤的转化营养能力较前降低 [8]。
近年加大保护措施后退化速度减缓，并逐步进入一个相对稳定期 [9]。2020 年 7 月，习近平总书记在吉林省梨树县考察百万绿色玉米生产基地时，就东北黑土地保护做出重要指示：“一定要采取有效措施，遏制黑土地退化问题”[10]。
2.2 土壤物理性状变差
容重作为土壤最重要的物理性状之一，不仅可以较准确地反映土壤物理性能的整体状况，还可有效地指示土壤质量和土壤生产力 [11]。土壤容重的变化与土壤孔隙度密切相关，可较好地反映土壤透气性能、入渗性能、持水能力和溶质迁移潜力等。土壤容重不仅是常用于估算土壤持水力和导水性的关键参数，还是估算土壤有机碳贮量的重要参数 [12]。
已有研究表明，自然黑土的容重范围为 0.80 ～1.00 g/cm3（平均 0.90 g/cm3）；全国第二次土壤普查（1982 年）时，黑土耕层的容重为 1.00 ～1.10 g/cm3（平均 1.05 g/cm3），而目前黑土耕层的容重已增加到 1.25 ～ 1.30 g/cm3（平均 1.28 g/cm3），有些地方甚至超过了 1.40 g/cm3[13]。王恩姮等 [14] 研究表明，与收获前相比，大型机械作业对黑土区耕地土壤结构性特征的影响以疏松作用为主，而中型机械作业则以土壤压实作用为主。因此，大型机械耕作并不是影响四省区黑土地土壤物理性状变差的主要原因。相反大型机械作业会改善黑土地物理性状变差的现状。李婕等 [15] 指出对于在同一母质上发育的地势平坦的土壤，不同的土地利用方式是影响土壤容重和孔隙度的重要因素之一。邹文秀等 [16] 研究也发现，土地利用方式显著影响了黑土地土壤表层（0 ～ 20 cm）的土壤容重、孔隙度和土壤持水量。因此，不合理的土地利用方式是造成四省区黑土地土壤物理性状变差的主要原因之一。
2.3 土壤生产力不稳定
图 2 为我国 2000—2020 年四省区主要粮食作物单位面积产量。从图中可以明显看出，东北黑土区的单位面积产量大致呈现上升的趋势，但是年际之间单位面积产量并不稳定，尤其是辽宁省年际之间的单位面积产量波动尤为明显。
武红亮等 [17] 研究发现，在农民习惯施肥管理模式下，近 30 年黑土区土壤肥力和生产力水平呈现整体上升的趋势，但持续提升肥力后效不足，同时土壤 pH 值降低，存在酸化的风险；黑土肥力提升的主要障碍因子是土壤全氮和有机质含量。刘忠等 [18] 研究指出，四省区粮食增产主要依靠粮食播种面积的大幅度增加和种植结构向高产的玉米与稻谷调整两个方面。图 3 为我国 1980—2019 年四省区粮食种植结构变化。从图中可以明显看出，四省区玉米、水稻和大豆的种植面积呈现上升趋势，而小麦、薯类和其他作物的种植面积呈现下降趋势。此外，魏丹等 [19] 研究指出，黑土区土壤生产力的提升与科学技术水平的提高密切相关。
腐植酸是动植物遗骸经过微生物的分解与转化，以及一系列的物理化学过程和积累形成的一类有机物质。腐植酸类肥料不仅能够降低化肥施用量，提高肥料利用率，提高土壤有机碳，改善土壤理化特性，还能有效缓解黑土地土壤质量退化。
3.1 对黑土地土壤有机质的影响
土壤有机质是土壤肥力的核心，是土壤的重要组成部分。结合我国第一次、第二次土壤普查结果，东北黑土中的有机质含量平均下降了 4.59%，以黑龙江黑土有机质下降幅度最大，达 6.71%[20]。在黑土上长期施用含腐植酸肥料后（约 35 年），黑土中腐殖化的分子结构呈脂肪族、简单型和年轻化的趋势，因此，单独施用含腐植酸有机肥或配合无机肥料施用，是提高作物产量和改善土壤有机质结构的有效途径 [21]。进一步结合《腐植酸肥料与土壤有机碳库质量管理》研究报告，该报告中指出，提升土壤有机碳库容量、优化土壤有机碳库构成是提升土壤肥力的基础，其中腐植酸肥料在快速改良培肥土壤等方面具有良好效果 [22]。
3.2 对黑土地土壤速效养分的影响
高强度利用导致黑土地质量退化，以土壤肥力下降最为明显。速效养分是土壤化学肥力的重要指标。孙海燕等 [23] 在东北黑土玉米种植过程中，采用化肥减量 15% ～ 30% 的情况下配合施用腐植酸生物肥 400 ～ 600 kg/hm2，与对照相比，土壤中碱解氮、速效磷和速效钾指标分别升高了 8.2% ～18.1%、17.1% ～ 121.0% 和 9.6% ～ 57.3%，保障了玉米后期生长的土壤养分供应能力，且表现出随着腐植酸生物肥用量的增加，土壤速效磷和钾活化效应更为显著，这可能与施用腐植酸后引起的土壤微生物种群多样性增加及土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性升高有关。姜佰文等 [24] 分别研究了不同减氮水平与腐植酸配施下对东北草甸黑土肥力退化的影响，结果表明，以氮肥减量 20% 配施 10 t/hm2 腐植酸为最佳施肥模式，与常规对照相比，土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量分别增加了5.69%、10.13% 和 7.58%，腐植酸的施用对土壤磷的活化效应最为明显，其次是钾、氮。杨小燕 [25]的研究结果也表明，随着腐植酸施用量的增加，土壤中氢氧化钠提取态无机磷（NaOH-Pi）、盐酸提取态无机磷（HCl-Pi）、Al-P 和 Ca-P 含量均表现出升高趋势，说明腐植酸在一定程度上能够提高磷肥的利用效率，促进土壤中难溶性无机磷向有效性高的无机磷形态转化。Langumuir 方程进一步表征了土壤对磷的最大吸附量随着腐植酸施用量的增加逐渐提高，而吸附强度和最大吸附缓冲容量则表现了先降低后增加的趋势，即当腐植酸施用量为11.2% 时，土壤对磷的储存容量较大而吸附强度较低，有利于土壤供给充足的磷养分于作物吸收，表现出较强的供磷能力，是典型的磷素活化剂 [26]。
此外，陈士更等 [27] 研究表明，土壤中的钾可在土壤频繁的干湿交替中被固定在矿物晶体内部，不易释放，部分微量元素（如铁）容易被氧化、吸附等方式被土壤固定，影响其有效性。而施用活性腐植酸后，土壤中的磷、钾、铁、锰、锌、铜的有效性均有了明显的提升 [28]，其中土壤速效钾含量的增幅可达 3.74% ～ 10.57%。
3.3 对黑土地土壤物理性质的影响
Ijaz A 等 [29] 研究表明，土壤容重与土壤总有机碳表现出显著的负相关关系，腐植酸肥料中含有的腐植酸作为土壤有机碳源，可通过改善土壤团聚体稳定性，减少土壤紧实度，从而降低土壤容重，最终改善土壤水分的入渗性能；进一步的研究结果显示，腐植酸的施用可以使土壤容重下降程度与土壤有机碳含量的增幅表现出显著的线性相关性。邓军波等 [30] 的研究结果表明，活性腐植酸肥料能有效降低土壤容重 0.37% ～ 2.62%，提高田间持水量幅度达到 1.22% ～ 16.32%。此外，对于连续2 年施用不同类型土壤调理剂材料，以腐植酸的整体效果相对较好，土壤容重有效降低了 2.72% ～4.76%，土壤粉粒含量提高了 3.12% ～ 5.28%，土壤孔隙度提高了 1.74% ～ 3.54%[27]。
有“耕地中的大熊猫”之称的黑土地，由于人为和自然原因，近年来出现质量退化、肥力下降等问题，概括为变薄、变瘦、变硬，突出表现为黑土地耕作层土壤有机质含量下降、土壤物理性状变差、土壤生产力不稳定，这给国家粮食安全带来不利影响。已有大量研究表明，使用腐植酸类肥料可提高土壤有机质含量、改善土壤物理性质、增加养分供给、提高土壤肥力，值得在东北地区推广应用。
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