黑土在糧食安全保障中發揮重要作用。探討黑土的形成年代和速率對黑土資源可持續管理具有重要意義。
土壤作為復雜的開放系統，其物質的遷移、轉化及擾動等過程始終存在。這種復雜性使得準確限定土壤的形成年齡頗為困難。近日，中國科學院南京土壤研究所、南京地理與湖泊研究所的張甘霖/隆浩團隊，聯合地球環境研究所、南京師范大學等，基于在東北黑土區數十個剖面的廣泛調查，根據黑土層底界之下出現的碳屑和深部埋藏的黑土層，有效解決了黑土年齡無法準確限定的難題。基于兩個“釘子”的年齡，該研究首次明確了我國東北典型黑土區黑土形成的初始年齡范圍介于16.9-12.6 ka BP，早于此前普遍認為的全新世早中期。
該團隊進一步對平穩地形條件下自然發育的三個黑土剖面進行14C和OSL定年。結果顯示，黑土層基部OSL（光釋光）年齡（14-13.5 ka）遠老于14C年齡（9-7 ka BP）。結合前述結果，可推斷OSL年齡代表了黑土形成的初始年齡，而全土14C年齡（土壤有機碳平均滯留時間）則低估了黑土的形成年齡。這一推論符合歷史環境背景。OSL年齡對應的時間處于晚冰期暖期（Bølling-Allerød期，約14.7-12.7 ka BP），而末次冰盛期以來的區域氣候在此時段經歷了快速暖濕化顯著提升了生物量，為有機質的形成與積累提供了有利條件。埋藏黑土層的年齡也有力證實了這一點。基于14C與OSL年齡深度變化、成土母質沉積過程及區域歷史環境等，該研究提出了黑土形成的加積模型（圖1），認為我國東北深厚黑土層的形成是有機質積累和粉塵持續加積共同作用的結果。該模型不僅揭示了深厚黑土層的形成機制，而且有效解釋了土壤有機碳14C年齡會低估黑土的形成年齡。
該研究采用了先進的單顆粒OSL測年技術，實現了對單個石英/長石礦物顆粒的定年，結合成土背景信息及統計模型，可有效提取原生土層的年齡信息及土壤混合過程的信號。該工作明確了我國東北黑土形成年齡與成土模式，并提出了土壤精細測年新方案。該研究對探討黑土資源形成過程與機理、評估黑土資源可持續性以及土壤年齡研究有重要意義。
相關研究成果發表在The Innovation Geoscience與Science Bulletin上。研究工作得到國家自然科學基金重點項目的支持。