在美國(guó)南卡羅來納州卡爾霍恩實(shí)驗(yàn)森林里的一片清翠的樹林中，杜克大學(xué)土壤學(xué)家Daniel Richter凝望著地面上的一條深深的裂縫。

這是一種地球手術(shù)室，研究人員切開地面以檢查其地下的土壤剖面。在沙土和黏土層，Richter看到了曾經(jīng)發(fā)生過的生態(tài)學(xué)外傷信號(hào)。

幾乎所有濃重的黃褐色表層土（名為Cecil）都被侵蝕掉了?！八硎桩愄幜?。我們?cè)趯ふ乙环N150年的棉花、玉米、小麥、煙草種植擁有的天然土壤景觀，但幾乎都被破壞了。”Richter說。

卡爾霍恩并非Cecil遭遇“斬首”的唯一地方。這種土覆蓋了美國(guó)東南部約4萬平方公里的土地，是一種區(qū)域性標(biāo)志——北卡羅來納州將它視為該州的官方土壤。

但在許多地方，Richter表示，完整的Cecil現(xiàn)在已經(jīng)“瀕臨滅絕，甚至可能已經(jīng)絕跡”。

瀕臨滅絕的泥土？

不久前，很少有研究人員能大聲說出：泥土“滅絕”了。

但在近幾年，甄別世界稀有和瀕危土壤的工作發(fā)展加快。在越來越強(qiáng)大的地理信息系統(tǒng)和地球觀察傳感器的幫助下，研究人員開始繪制“土壤多樣性”地圖，標(biāo)示不同土壤的分布規(guī)律和范圍。

例如，剛剛過去的這個(gè)夏天，中國(guó)研究人員發(fā)布了該國(guó)第一個(gè)土壤多樣性調(diào)查，識(shí)別出90種瀕臨滅絕的稀有土壤。

類似的調(diào)查也顯示，獨(dú)一無二的泥土在美國(guó)、歐洲和俄羅斯同樣面臨絕跡。

研究人員表示，泥土消失蘊(yùn)含著潛在的重大影響。健康多樣性的土壤不僅對(duì)食物生產(chǎn)十分重要，它們還維持著物種和生態(tài)系統(tǒng)多樣性，并對(duì)恢復(fù)遭到破壞的土壤景觀也有幫助。

“我們把逝者埋葬在這里、在上面行走，但也很容易遺忘它。為何不像保護(hù)植物和動(dòng)物那樣保護(hù)土壤呢？”

威斯康星大學(xué)土壤學(xué)家James Bockheim說。Bockheim與同事合作編寫了該主題的首個(gè)重要學(xué)術(shù)書籍《土壤多樣性》。

一些研究人員在催促政府儲(chǔ)備瀕危稀有土壤，以避免對(duì)農(nóng)業(yè)實(shí)踐的發(fā)展產(chǎn)生破壞。

但在一種稀有土壤能被保護(hù)之前，它需要被辨別和標(biāo)示，但這仍受制于數(shù)據(jù)零散、相互抵觸的分類體系和概念及方法上的技術(shù)爭(zhēng)論。

不過，能將調(diào)查成本削減80%的新技術(shù)可能有所幫助。但澳大利亞悉尼大學(xué)土壤學(xué)家Alex McBratney指出，要制作出可靠的地圖“仍然需要實(shí)際地貌資料，這意味著需要帶著一把鐵鍬走出去”。

人類識(shí)別和標(biāo)注土壤的歷史已經(jīng)有至少3000年。古埃及人識(shí)別了至少兩類土壤，以便幫助他們判斷土地價(jià)格。

在中國(guó)封建時(shí)期，官方至少根據(jù)顏色、質(zhì)地和濕度劃分了至少9等土地。

現(xiàn)在，各國(guó)采用一系列基于地質(zhì)學(xué)、氣候條件、濕度、顏色和化學(xué)成分等土壤特征劃分的分類方案。

美國(guó)政府的分類系統(tǒng)包含2萬土系，并通常按照地點(diǎn)進(jìn)行命名。

Cecil是一種老成土——濕潤(rùn)地區(qū)的一種酸性森林土壤。這種土在1899年首次在馬里蘭州的Cecil縣被標(biāo)示出，它通常有20厘米厚的顆粒狀的黃色表層土，下面是含有云母的紅黏土。

土壤多樣性

上世紀(jì)80年代末到90年代初，隨著生物多樣性成為生物學(xué)界的流行詞，土壤科學(xué)家開始討論他們應(yīng)該如何討論和測(cè)量土壤多樣性。從那時(shí)開始，侵蝕、農(nóng)耕和發(fā)展帶來的土壤流失問題開始被很好地理解，但哪些土壤是稀有的尚不清楚。

1992年，McBratney在論文中討論了填補(bǔ)這些空白的努力，并首次使用了“土壤多樣性”這個(gè)詞語。

計(jì)算土壤多樣性成為一項(xiàng)復(fù)雜工作。跟生物學(xué)家測(cè)量生物多樣性一樣，土壤學(xué)家面臨概念和技術(shù)困境，例如何時(shí)合并和分離土壤“種類”。

土壤術(shù)語也十分混亂。對(duì)于同一種土壤而言，不同國(guó)家通常使用不同的名稱，也有國(guó)家利用同一名稱，稱呼不同的土壤。

即便這樣，土壤研究者仍開始揭示瀕危稀有土壤的量級(jí)。2003年，加州大學(xué)伯克利分校的Ronald Amundson及其同事發(fā)表了兩篇里程碑式的文章記錄了美國(guó)的土壤多樣性。

在分析了1.3萬土系的分布信息官方數(shù)據(jù)后，該研究小組識(shí)別出4500多種“稀有”土壤，這些土壤的覆蓋面積不到1000公頃，通常是獨(dú)一無二的地質(zhì)和生態(tài)歷史的產(chǎn)物。

他們還發(fā)現(xiàn)了508種“瀕臨滅絕”的土壤，另外31種土壤在已經(jīng)“滅絕”。在6個(gè)過度農(nóng)耕的中西部州，每個(gè)州有超過一半的已知土壤面臨風(fēng)險(xiǎn)。

加州是另一個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)，1755個(gè)土系中有104個(gè)被列為瀕危土壤。Amundson提到，諷刺的是，這些受威脅土壤中有一種是San Joaquin——1997年命名的加州官方土壤。

San Joaquin因其堅(jiān)硬不透水的富含二氧化硅的下層土而聞名，這產(chǎn)生了名為春季池的季節(jié)性池塘，這些池塘是一系列珍惜動(dòng)植物的重要棲息地。

這些土壤也存在于主要的農(nóng)耕土地上，農(nóng)民通常使用爆炸物和機(jī)器拔出硬質(zhì)土層。當(dāng)立法者給予San Joaquin州土的榮譽(yù)時(shí)，卻沒有給予它特殊的法律保護(hù)。

保護(hù)行動(dòng)

在Amundson研究小組采取國(guó)家視角的同時(shí)，其他美國(guó)研究人員則聚焦于更小的區(qū)域，部分研究針對(duì)稀有土壤如何與珍貴植物系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)相匹配。

去年，Bockheim和丹佛大都會(huì)州立大學(xué)的Sarah Schliemann近距離觀察了一個(gè)生態(tài)過渡區(qū)，這里是南部草原和北部森林的交匯地。

盡管這個(gè)過渡區(qū)僅占威斯康星州面積的13%，但它擁有該州40%的獨(dú)有地方性土壤。

這種土壤可能產(chǎn)生于該地區(qū)歷史上強(qiáng)烈的冰川作用和氣候因素的影響。但研究人員發(fā)現(xiàn)，稀有土壤與約100種當(dāng)?shù)刂参镩g的關(guān)聯(lián)并不大，這些植物受到地形的影響比土壤類型的影響更大。

該研究還揭示，159種當(dāng)?shù)赝寥乐杏幸话敫采w的區(qū)域相對(duì)較小，少于4900公頃。

Bockheim表示，這使得它們面臨因農(nóng)耕或修路帶來的更高的流失風(fēng)險(xiǎn)，“我不知道人們還能否復(fù)原它們”。

其他國(guó)家也致力于識(shí)別稀有土壤。2009年，俄羅斯土壤科學(xué)家發(fā)表了《俄羅斯土壤紅皮書》。中國(guó)科學(xué)家也發(fā)布了中國(guó)土壤多樣性新研究。聯(lián)合作者、加州大學(xué)伯克利分校的Peng Gong表示，目標(biāo)之一是檢測(cè)大規(guī)模土地使用變化，包括快速城市化和退耕，是如何影響中國(guó)土壤的。

要完成調(diào)查工作需要大量實(shí)地勘探，研究人員從地區(qū)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的8900項(xiàng)土地調(diào)查中精選了數(shù)百個(gè)。

Gong表示，最終結(jié)果相對(duì)粗略，一些地區(qū)的信息很少甚至沒有，但仍得出了一些結(jié)論。中國(guó)的研究還邁出了新一步，分析了多少受威脅土壤已經(jīng)得到的一些保護(hù)，例如位于公園內(nèi)。

另外，土壤儲(chǔ)備可能還有很長(zhǎng)的路要走，但一些國(guó)家已經(jīng)開始采取試驗(yàn)性措施。在俄羅斯，土壤學(xué)家在2001年幫助說服政府采取一項(xiàng)土壤保護(hù)措施，但后續(xù)行動(dòng)仍受限制。

最近，英國(guó)環(huán)保機(jī)構(gòu)發(fā)布了土壤多樣性正式指導(dǎo)方針。但農(nóng)業(yè)組織通常對(duì)這些可能限制農(nóng)業(yè)的措施表示抵制。

在歐盟，研究人員致力于推動(dòng)政府將土壤多樣性正式與保護(hù)政策相結(jié)合，甚至提議了一個(gè)“泛歐土壤儲(chǔ)備”網(wǎng)絡(luò)。但迄今為止，“這些議題似乎沒有人感興趣”。

一個(gè)障礙是，指導(dǎo)保護(hù)措施所需的土壤調(diào)查成本相對(duì)較高。在美國(guó)，2010年，傳統(tǒng)的大規(guī)模土壤調(diào)查的花費(fèi)為每公頃10美元。但隨著新技術(shù)的使用，這些價(jià)格將會(huì)下降。

例如，空間傳感器能探測(cè)土壤化學(xué)特征和物理學(xué)特征，計(jì)算機(jī)模型能使用氣候、地質(zhì)和其他數(shù)據(jù)幫助預(yù)測(cè)土壤類型。一些研究小組已經(jīng)能將成本降至0.2~0.3美元/公頃。但可靠的調(diào)查仍在陸地上——仍依靠鐵鍬。

但許多研究人員認(rèn)為，與“生態(tài)服務(wù)”的價(jià)值相比，土壤圖的成本并不高。

聯(lián)合國(guó)將于明年啟動(dòng)國(guó)際土壤年，在2015年12月結(jié)束時(shí)，該項(xiàng)目將發(fā)布針對(duì)世界土壤情況的大型報(bào)告。

文章來源：中國(guó)科學(xué)報(bào)

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