高精度土壤顏色地圖，提供了我國第一個(gè)標準一致、詳細的土壤顏色視圖，是土壤肥力質(zhì)量評價(jià)與空間管理的關(guān)鍵參照。

　　土壤是地球的皮膚，“膚色”各異的土壤蘊藏著(zhù)地球生命的密碼，有的帶有遠古氣息，有的則暗藏人類(lèi)活動(dòng)的蛛絲馬跡。

　　我國國土面積廣大，土壤景觀(guān)復雜多樣，如何繪制較為精細的全國土壤顏色空間分布圖，頗具挑戰。2009—2019年，從事土壤研究的學(xué)者們在全國各地選取了近6000個(gè)樣點(diǎn)，進(jìn)行典型土壤剖面調查。他們取回的一抔抔土，建成了我國土壤系統分類(lèi)基層分類(lèi)單元土系及土系數據庫。

　　在此基礎上，本月初，中國科學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中科院）南京土壤研究所土壤與農業(yè)可持續發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗室張甘霖團隊繪制生成了我國第一幅高精度土壤顏色地圖——全國土壤顏色三維分布圖，該研究成果于月初發(fā)表于國際著(zhù)名土壤學(xué)期刊《國際土壤科學(xué)》上。

　　腐殖質(zhì)、礦物質(zhì)都是土壤的調色師

　　土壤的形成源自地殼表層巖石的風(fēng)化。風(fēng)化殼的表層就是形成土壤的物質(zhì)基礎——成土母質(zhì)。暴露在地表的成土母質(zhì)不僅仍然受風(fēng)化作用的影響，而且還要與周?chē)沫h(huán)境（包括大氣、水、植物）相互作用，發(fā)生一系列的物質(zhì)和能量交換，才能形成具有肥力特征的土壤。這就是土壤的形成過(guò)程。

　　“土壤顏色一定程度上反映了土壤的物質(zhì)組成，可以直觀(guān)地傳達出土壤屬性、土壤肥力等信息，在實(shí)際應用中有著(zhù)非常重要的價(jià)值。”論文的通訊作者、土壤與農業(yè)可持續發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任張甘霖研究員說(shuō)。

　　這些顏色各異的土壤，究竟是什么力量塑造的？

　　據了解，土壤里腐殖質(zhì)含量的多少和礦物質(zhì)成分的差異，會(huì )讓土壤呈現不同的顏色。

　　土壤腐殖質(zhì)由動(dòng)植物殘體演變而成，一般粘附在土粒的表面，它的多少會(huì )影響土壤顏色的深淺。黑色的土壤一般是腐殖質(zhì)含量較高的，因為腐殖質(zhì)呈黑色和棕色;腐殖質(zhì)含量較少時(shí)，土壤則呈現灰色或灰白色。從灰到黑，顏色隨腐殖質(zhì)含量的升高呈梯度變化。

　　此外，礦物質(zhì)也會(huì )影響土壤的顏色。比如，氧化鐵就是土壤礦物質(zhì)中的“調色高手”，當它在土壤中的含量高時(shí)，土色會(huì )呈現為偏紅色或棕紅色。同時(shí)，氧化鐵又是一種善變的物質(zhì)，在土壤里它的性狀經(jīng)常發(fā)生變化。在低洼潮濕的環(huán)境中，氧化鐵極易與水發(fā)生化學(xué)反應，轉變?yōu)槠S色的水化氧化鐵，因而這種地方的土壤常顯黃色。當通風(fēng)不良、氧氣缺乏時(shí)，土壤中的氧化鐵又變成了氧化亞鐵，氧化亞鐵積累較多時(shí)，土壤就呈現出灰藍色。又如，碳酸鈣、碳酸鈉、氯化鈉等鹽類(lèi)，或氫氧化鋁等物質(zhì)在土壤中呈粉末狀存在時(shí)，都可能讓土壤呈現偏白的顏色。

　　在此次研究中，研究團隊對5、10、15、25、35、50、75、100、125厘米共9個(gè)深度的土壤顏色進(jìn)行了推測制圖，發(fā)現總體上土壤顏色隨深度增加而變淺。“一個(gè)重要原因是植物凋亡融入土壤形成有機質(zhì)，在土壤上部累積較多，所以顏色較深，越往下有機質(zhì)含量往往急劇下降，因此顏色較淺。”論文第一作者、中科院南京土壤研究所劉峰副研究員說(shuō)，然而并不是所有土壤的顏色都隨深度變化，比如黃土高原一些植被覆蓋不佳的黃土剖面，上下就都是很均一的黃色。

　　各地自然環(huán)境造就不同“膚色”

　　2009—2019年，10年間采集的土壤大數據，終于在2020年迎來(lái)“出彩”的高光時(shí)刻。

　　此次發(fā)表的高精度土壤顏色地圖，從10年間采集的土壤剖面的孟塞爾顏色（比較色法的標準，常用于泥土研究中顏色描述）數據中，選取了大約4600個(gè)土壤剖面，進(jìn)行數字制圖。“這些土壤剖面取土點(diǎn)最高在西藏海拔約5700米的高山上，最低在接近海平面的沿海地區，我們將土壤屬性與氣候、地形、植被、土地利用、土壤母質(zhì)等40多個(gè)環(huán)境參數結合，進(jìn)行了土壤顏色的預測分析。”劉峰說(shuō)。

　　據劉峰介紹，在我國西北部的沙漠、荒漠和戈壁地區，土壤有機質(zhì)含量低，游離碳酸鹽或鹽分含量高，土壤顏色以白色和灰色為主。

　　中部的黃土高原，包括甘肅、寧夏、陜西、山西和河南西部等地，土壤顏色主要是黃色；東北和青藏高原東部等較濕潤的高寒地區，植被條件好，植物根系殘體和凋落物日積月累，土壤有機質(zhì)不易礦化且含量較高，土壤顏色較暗較黑。

　　南方土壤顏色偏紅，尤其是江西、湖南和云南一些區域顏色最紅。“這些地區土壤的母質(zhì)經(jīng)歷較為快速的風(fēng)化和淋溶后，土壤相對富含氧化鐵、氧化鋁，所以呈現紅色。”劉峰說(shuō)。

　　東部地區的長(cháng)江、淮河和黃河的下游以及鄱陽(yáng)湖周?chē)寥莱实稚呌诨仪嗌耙驗檫@些區域地勢低洼，排水不暢，母質(zhì)多為河湖相沉積物。”劉峰說(shuō)。

　　同時(shí)，土壤顏色地圖也刻畫(huà)出土壤顏色變異的空間細節，如西安和成都區域，就顯示出土壤顏色隨著(zhù)地形地貌的改變而發(fā)生變化，主要表現為：在25厘米深度處，西安北部的黃土高原地區土壤呈黃色，中部的渭河谷地呈淺黃色，南部的秦嶺地區則呈褐色。同樣深度的成都地區，西北部的山區呈褐色，東南側的四川盆地地區則呈紅色。

　　“這幅高精度土壤顏色地圖，提供了我國第一個(gè)標準一致、詳細的土壤顏色視圖，是土壤肥力質(zhì)量評價(jià)與空間管理的關(guān)鍵參照。”張甘霖說(shuō)，土壤顏色地圖還可為法庭土壤物證溯源提供支撐，例如根據鞋上粘的泥土顏色、泥土中的有機質(zhì)，可以大致分析出泥土來(lái)自哪個(gè)區域，從而判斷相關(guān)對象是否去過(guò)某個(gè)區域。不過(guò)，要想精準鎖定泥土來(lái)源地，測定精度還需不斷提高。

　　相關(guān)鏈接

　　6000個(gè)剖面破譯土壤“密碼”

　　土壤類(lèi)型和屬性的空間分布信息是生態(tài)水文模擬、全球變化研究、資源環(huán)境管理所需的基礎數據。

　　2009年，科技部基礎性工作專(zhuān)項“我國土系調查與《中國土系志》編制”項目啟動(dòng)。此后的10年，土壤研究者們在我國31個(gè)省市區共調查了近6000個(gè)典型土壤剖面，建立了4420個(gè)土系，最終建立了我國土壤系統分類(lèi)基層分類(lèi)單元土系及土系數據庫，為我國數字土壤建設提供了重要支撐。

　　作為該項目的主持單位，中科院南京土壤研究所至今保留著(zhù)項目中收集到的土壤樣本。

　　中科院南京土壤研究所劉峰副研究員曾在2011年赴安徽采集土壤剖面樣本。“我們在平原、丘陵、沿江、山地等地貌不同的景觀(guān)部位選擇了約180個(gè)代表典型景觀(guān)條件的地點(diǎn)挖掘土壤剖面，每個(gè)土坑寬1.2米、深1.5—2米、長(cháng)2米。”劉峰說(shuō)，土壤剖面通常都是由人工挖掘，土坑的深度以露出母質(zhì)層為宜。

　　據了解，自然土壤自上而下依次為表層、腐殖質(zhì)層、淋溶層、淀積層、母質(zhì)層和母巖層。而一般典型的自然土壤剖面分為A層（表層、腐殖質(zhì)層、淋溶層）、B層（淀積層）、C層（母質(zhì)層、母巖層）。對B層發(fā)育不完整（不發(fā)育）的山地土壤，只采A、C兩層。在對土壤剖面進(jìn)行采樣時(shí)，研究人員要根據顏色、結構、質(zhì)地、松緊度、溫度、植物根系分布等指標標定區分出各土層，并進(jìn)行仔細觀(guān)察；將剖面形態(tài)、特征自上而下逐一記錄。隨后在各土層的中間位置自下而上逐層采樣，每個(gè)采樣點(diǎn)的取土深度和取樣量應一致。

　　劉峰介紹說(shuō)，研究人員將土壤樣品帶回實(shí)驗室后，要分析土壤的有機質(zhì)、PH值、陽(yáng)離子交換量、碳酸鈣、氮磷鉀含量等基本土壤屬性，從而獲得覆蓋全國的第一手土壤樣本資料。

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