土壤多样性骤减成全球科研焦点
泥土消失蕴含着潜在的重大影响。健康多样性的土壤不仅对食物生产十分重要，它们还维持着物种和生态系统多样性，并对恢复遭到破坏的土壤景观也有帮助。
图片来源：USDA FOREST SERVICE
在美国南卡罗来纳州卡尔霍恩实验森林里的一片清翠的树林中，杜克大学土壤学家Daniel Richter凝望着地面上的一条深深的裂缝。这是一种地球手术室，研究人员切开地面以检查其地下的土壤剖面。在沙土和黏土层，Richter看到了曾经发生过的生态学外伤信号。几乎所有浓重的黄褐色表层土（名为Cecil）都被侵蚀掉了。“它身首异处了。我们在寻找一种150年的棉花、玉米、小麦、烟草种植拥有的天然土壤景观，但几乎都被破坏了。”Richter说。
卡尔霍恩并非Cecil遭遇“斩首”的唯一地方。这种土覆盖了美国东南部约4万平方公里的土地，是一种区域性标志——北卡罗来纳州将它视为该州的官方土壤。但在许多地方，Richter表示，完整的Cecil现在已经“濒临灭绝，甚至可能已经绝迹”。
濒临灭绝的泥土？
不久前，很少有研究人员能大声说出：泥土“灭绝”了。但在近几年，甄别世界稀有和濒危土壤的工作发展加快。在越来越强大的地理信息系统和地球观察传感器的帮助下，研究人员开始绘制“土壤多样性”地图，标示不同土壤的分布规律和范围。例如，刚刚过去的这个夏天，中国研究人员发布了该国第一个土壤多样性调查，识别出90种濒临灭绝的稀有土壤。类似的调查也显示，独一无二的泥土在美国、欧洲和俄罗斯同样面临绝迹。
研究人员表示，泥土消失蕴含着潜在的重大影响。健康多样性的土壤不仅对食物生产十分重要，它们还维持着物种和生态系统多样性，并对恢复遭到破坏的土壤景观也有帮助。“我们把逝者埋葬在这里、在上面行走，但也很容易遗忘它。为何不像保护植物和动物那样保护土壤呢？”威斯康星大学土壤学家James Bockheim说。Bockheim与同事合作编写了该主题的首个重要学术书籍《土壤多样性》。
一些研究人员在催促政府储备濒危稀有土壤，以避免对农业实践的发展产生破坏。但在一种稀有土壤能被保护之前，它需要被辨别和标示，但这仍受制于数据零散、相互抵触的分类体系和概念及方法上的技术争论。
不过，能将调查成本削减80%的新技术可能有所帮助。但澳大利亚悉尼大学土壤学家Alex McBratney指出，要制作出可靠的地图“仍然需要实际地貌资料，这意味着需要带着一把铁锹走出去”。
人类识别和标注土壤的历史已经有至少3000年。古埃及人识别了至少两类土壤，以便帮助他们判断土地价格。在中国封建时期，官方至少根据颜色、质地和湿度划分了至少9等土地。现在，各国采用一系列基于地质学、气候条件、湿度、颜色和化学成分等土壤特征划分的分类方案。美国政府的分类系统包含2万土系，并通常按照地点进行命名。
Cecil是一种老成土——湿润地区的一种酸性森林土壤。这种土在1899年首次在马里兰州的Cecil县被标示出，它通常有20厘米厚的颗粒状的黄色表层土，下面是含有云母的红黏土。
土壤多样性
上世纪80年代末到90年代初，随着生物多样性成为生物学界的流行词，土壤科学家开始讨论他们应该如何讨论和测量土壤多样性。从那时开始，侵蚀、农耕和发展带来的土壤流失问题开始被很好地理解，但哪些土壤是稀有的尚不清楚。1992年，McBratney在论文中讨论了填补这些空白的努力，并首次使用了“土壤多样性”这个词语。
计算土壤多样性成为一项复杂工作。跟生物学家测量生物多样性一样，土壤学家面临概念和技术困境，例如何时合并和分离土壤“种类”。土壤术语也十分混乱。对于同一种土壤而言，不同国家通常使用不同的名称，也有国家利用同一名称，称呼不同的土壤。
即便这样，土壤研究者仍开始揭示濒危稀有土壤的量级。2003年，加州大学伯克利分校的Ronald Amundson及其同事发表了两篇里程碑式的文章记录了美国的土壤多样性。在分析了1.3万土系的分布信息官方数据后，该研究小组识别出4500多种“稀有”土壤，这些土壤的覆盖面积不到1000公顷，通常是独一无二的地质和生态历史的产物。 他们还发现了508种“濒临灭绝”的土壤，另外31种土壤在已经“灭绝”。在6个过度农耕的中西部州，每个州有超过一半的已知土壤面临风险。
加州是另一个热点地区，1755个土系中有104个被列为濒危土壤。Amundson提到，讽刺的是，这些受威胁土壤中有一种是San Joaquin——1997年命名的加州官方土壤。San Joaquin因其坚硬不透水的富含二氧化硅的下层土而闻名，这产生了名为春季池的季节性池塘，这些池塘是一系列珍惜动植物的重要栖息地。这些土壤也存在于主要的农耕土地上，农民通常使用爆炸物和机器拔出硬质土层。当立法者给予San Joaquin州土的荣誉时，却没有给予它特殊的法律保护。
保护行动
在Amundson研究小组采取国家视角的同时，其他美国研究人员则聚焦于更小的区域，部分研究针对稀有土壤如何与珍贵植物系统和生态系统相匹配。去年，Bockheim和丹佛大都会州立大学的Sarah Schliemann近距离观察了一个生态过渡区，这里是南部草原和北部森林的交汇地。
尽管这个过渡区仅占威斯康星州面积的13%，但它拥有该州40%的独有地方性土壤。这种土壤可能产生于该地区历史上强烈的冰川作用和气候因素的影响。但研究人员发现，稀有土壤与约100种当地植物间的关联并不大，这些植物受到地形的影响比土壤类型的影响更大。
该研究还揭示，159种当地土壤中有一半覆盖的区域相对较小，少于4900公顷。Bockheim表示，这使得它们面临因农耕或修路带来的更高的流失风险，“我不知道人们还能否复原它们”。
其他国家也致力于识别稀有土壤。2009年，俄罗斯土壤科学家发表了《俄罗斯土壤红皮书》。中国科学家也发布了中国土壤多样性新研究。联合作者、加州大学伯克利分校的Peng Gong表示，目标之一是检测大规模土地使用变化，包括快速城市化和退耕，是如何影响中国土壤的。
要完成调查工作需要大量实地勘探，研究人员从地区机构进行的8900项土地调查中精选了数百个。Gong表示，最终结果相对粗略，一些地区的信息很少甚至没有，但仍得出了一些结论。中国的研究还迈出了新一步，分析了多少受威胁土壤已经得到的一些保护，例如位于公园内。
另外，土壤储备可能还有很长的路要走，但一些国家已经开始采取试验性措施。在俄罗斯，土壤学家在2001年帮助说服政府采取一项土壤保护措施，但后续行动仍受限制。最近，英国环保机构发布了土壤多样性正式指导方针。但农业组织通常对这些可能限制农业的措施表示抵制。在欧盟，研究人员致力于推动政府将土壤多样性正式与保护政策相结合，甚至提议了一个“泛欧土壤储备”网络。但迄今为止，“这些议题似乎没有人感兴趣”。
一个障碍是，指导保护措施所需的土壤调查成本相对较高。在美国，2010年，传统的大规模土壤调查的花费为每公顷10美元。但随着新技术的使用，这些价格将会下降。例如，空间传感器能探测土壤化学特征和物理学特征，计算机模型能使用气候、地质和其他数据帮助预测土壤类型。一些研究小组已经能将成本降至0.2~0.3美元/公顷。但可靠的调查仍在陆地上——仍依靠铁锹。
但许多研究人员认为，与“生态服务”的价值相比，土壤图的成本并不高。联合国将于明年启动国际土壤年，在2015年12月结束时，该项目将发布针对世界土壤情况的大型报告。（张章）
《中国科学报》 (2014-11-19 第3版 国际)
