導(dǎo) 讀

1986年，國際科學(xué)協(xié)會理事會設(shè)立國際地圈—生物圈計劃（IGBP），意在更好地了解和確定全球變化過程。

該計劃中重要的研究方法之一，即根據(jù)古土壤信息進(jìn)行正確判斷，以減少或避免正在發(fā)生的或預(yù)測將來發(fā)生的氣候變化的副效應(yīng)，同時監(jiān)測土地利用變化。

目前，該計劃已進(jìn)入第二階段，其中有關(guān)古土壤的研究成果日益豐富，主要集中在三大熱點。

看土知氣候

現(xiàn)代檢測技術(shù)已能較好地從古土壤中提取古氣候信息，并以此預(yù)測氣候變化趨勢。

目前，國際上多根據(jù)古土壤的磁化率、粒度、色度、地球化學(xué)以及孢粉和植硅體特征等了解古氣候演變。

在我國，磁化率和粒度是運用得最多也最為成熟的技術(shù)方法。根據(jù)對洛川、西峰、寶雞、吉縣等地區(qū)剖面所做的土壤磁化率研究，可知在我國黃土地區(qū)，干冷氣候期形成的黃土磁化率值低，溫暖氣候期形成的古土壤磁化率值高。

同時，土壤粒度也是記錄東亞冬季風(fēng)、夏季風(fēng)演化歷史的良好替代指標(biāo)。一般來說，粗顆粒含量越多，則冬季風(fēng)越強(qiáng)，氣候干冷；反之，夏季風(fēng)則越強(qiáng)，氣候濕熱。

國外發(fā)達(dá)國家則注重于從土壤發(fā)生學(xué)角度，還原成壤過程與氣候變化之間的關(guān)系，構(gòu)建如土壤厚度增加以及土壤礦物的形成與氣候之間的模型。

德國專家曾選取不同氣候條件區(qū)域，在確保植被、地形和母質(zhì)等條件相同的情況下，進(jìn)行土壤年代序列研究。

研究發(fā)現(xiàn)，在半干旱氣候區(qū)，主要成土過程為含有碳酸鹽的粉塵沉積。而在地中海氣候區(qū)，主要成土過程包括碳酸鹽的淋溶和一定深度的淀積、風(fēng)化、黏粒的形成和遷移。

以上研究證明，根據(jù)不同氣候條件下成壤速率、土壤理化性質(zhì)以及功能與時間的響應(yīng)關(guān)系，可以反向推導(dǎo)氣候變化，進(jìn)而探究其規(guī)律并預(yù)測未來氣候。

看土知生活

現(xiàn)代檢測技術(shù)能較好地從古土壤中提取考古信息，從而推斷古人類活動，如用火、耕作情況。

土壤微形態(tài)、磁化率、地球化學(xué)元素以及孢粉和植硅體特征能有效記錄古人類活動。

史前人類對火有著很強(qiáng)的依賴，生活中很多活動都需要用火，因此灰燼、灰堆或火塘是研究史前人類生活方式、社會結(jié)構(gòu)與文化的重要依據(jù)。

然而，受到埋藏環(huán)境的影響，這些用火遺存常常被破壞，無法識別它們的所在位置、分布范圍以及與其他遺物的關(guān)系。

此時，可結(jié)合土壤磁化率的方法。研究發(fā)現(xiàn)，火燒及其他人類活動產(chǎn)生的大量細(xì)顆粒磁性礦物，會導(dǎo)致土壤磁化率值高。

此外，磷元素被廣泛用來反映人類活動。研究發(fā)現(xiàn)，文明起源時期的人類活動對古土壤化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了明顯的影響，土壤中有機(jī)碳、全氮和有機(jī)磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增加。

除上述方法外，發(fā)達(dá)國家較多使用土壤微形態(tài)分析方法。土壤是由礦物質(zhì)和有機(jī)物共同構(gòu)成的，它的成分及分布狀態(tài)受到物理、化學(xué)作用、生物因素及人類活動的干擾，可發(fā)生不同程度改變。

因此，土壤堆積物中可能會存留人類活動的證據(jù)，以很復(fù)雜和曲折的方式被記錄下來。

盡管某些動物糞便、植硅石、灰燼，甚至動物碎骨或礦物顆粒等很難通過肉眼識別，但借助顯微鏡，我們可以比較清晰地觀察、檢驗微觀視野中的堆積和遺存，從而對遺址的形成與變化過程進(jìn)行判斷。

準(zhǔn)確地揭示遺址上曾經(jīng)發(fā)生的不同時期、不同尺度、不同類型的人類活動和對土地的利用方式或改造，比如用火、活動面的踩踏、清理、建筑、栽培作物、圈養(yǎng)家畜等。

看土知文明

土壤學(xué)家通過研究古土壤，既解譯古氣候，又提取古人類活動信息，從而定量分析兩者間的關(guān)系。

過去全球變化（PAGES）是IGBP的核心計劃，其主要任務(wù)是為過去全球的氣候和環(huán)境變化提供定量化的解釋。

而PAGES下一階段研究焦點是評價氣候變化和人類文明演變的關(guān)系。有關(guān)人類起源及其文明演變不僅是考古學(xué)家所專注的問題，也越來越吸引到其他學(xué)科專家的關(guān)注。

隨著研究方法和科技手段的不斷進(jìn)步，學(xué)科融合和技術(shù)運用的可行性越來越大。

土壤學(xué)家通過對古土壤研究，既解譯古氣候，又提取古人類活動信息，能為分析兩者間關(guān)系提供定量化科學(xué)依據(jù)。

目前國內(nèi)主要研究方法為通過解譯古土壤的理化性質(zhì)及孢粉特征。如通過對湖北屈家?guī)X遺址土壤中的孢粉分析，發(fā)現(xiàn)距今5400年~4200年間，遺址周邊分布有常綠闊葉和落葉闊葉林，暖濕條件為屈家?guī)X文化和石家河文化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

距今4200年~2200年間，莎草科和水蕨類孢粉的減少反映環(huán)境干旱化，導(dǎo)致文化走向衰落。

國外根據(jù)地貌以及氣候特點，有針對性地選擇適合研究技術(shù)方法。俄羅斯專家在奧卡河和莫斯科河流域挖掘了一系列土壤剖面，發(fā)現(xiàn)剖面中存在多個不連續(xù)的沖積層，在測年的基礎(chǔ)上，可得出河水泛濫的時間和強(qiáng)度。

此外，發(fā)現(xiàn)一些剖面中存在文化層，涵蓋青銅時期、中世紀(jì)時期，在孢粉分析的基礎(chǔ)上，可得出人類活動對原始自然植物的影響。

特別是在建立年代序列的基礎(chǔ)上，對于非人類活動干擾的土壤剖面，通過孢粉分析以及沖積層的定時定位，得出氣候變化時間表。

與此同時，對含有文化層和文化遺址區(qū)內(nèi)土壤剖面，根據(jù)孢粉結(jié)果以及有機(jī)質(zhì)等土壤理化性質(zhì)，得出古人類活動影響程度。

最終根據(jù)不同土壤剖面解讀出來的流水、氣候和古人類因素，綜合還原該流域全新世以來文化演變過程。

從以上成果可以看出，古土壤在生態(tài)環(huán)境研究中的作用日益突出，這在一定程度上也促進(jìn)了對古土壤的深入調(diào)查和探索。

這與新近出現(xiàn)的關(guān)鍵帶（criticalhorizon）概念相關(guān)聯(lián)，顯示出土壤對生態(tài)系統(tǒng)的重要性。

來源:中國國土資源報 原題為“土壤，解譯生態(tài)演變的樣本——淺談國際“地圈—生物圈”計劃新探索”

作者:查理思 吳克寧 馮力威 王文靜等單位分別為中國地質(zhì)大學(xué)、國土資源部土地整治重點實驗室

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