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方寸之间看土壤: “地球的皮肤”该如何保养?
来源:中国科学报        2022-05-13 10:01:00        阅读:28
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  土壤是如何形成的?形成速率有多快?土壤是不是与我们人类一样,也会生老病死?世界上最古老的土壤在哪里?土壤与人之间到底是什么关系?

  对于人类而言,土壤是和阳光、空气和水一样重要的存在。但是,在很多人眼里,土壤是一种司空见惯的事物,确实是没有什么存在感。近日,一则“沙漠土壤化”的新闻,引起了不少人的关注,也让“默默无闻”的土壤,一跃成为“网红”。在中国科学院南京土壤研究所(以下简称南土所)研究员张甘霖看来,作为覆盖在地球表面的一层有生命的疏松物质,土壤像皮肤一样维持着陆地生命的存续。

  肌肤都需要保养,我们又该如何保养“地球的皮肤”?

  2000枚邮票背后的土壤“密码”

  作为一个学科,国际土壤科学的研究起步于20世纪初。那时,书信仍然是学者们进行学术交流的主要方式。作为最常见的事物,土壤攸关粮食生产和环境保护,受到许多国家的青睐,常常成为邮票设计的主题之一。

  “土壤学是重视交流的学科,土壤学家曾用邮票传递科学的火种,大量土壤学的知识也得以通过邮票启迪大众。”资深的土壤科学家、南土所研究员龚子同表示,邮票不仅让公众知晓了更多土壤学的知识,也让科研人员从中受益。

  生于上世纪30年代的龚子同,早年曾留学苏联沃龙涅什大学,始终保持着与许多国际土壤学界专家通信的习惯。几十年间,他与国外学界的上百封往来信件和明信片,以及随之而来的邮票,也成为众多学生了解国外的土壤研究进展,以及土壤科普知识的窗口。

  “世界上很多国家都非常重视土壤保护,希望通过邮票的方式,传递一些和土壤有关的理念。”南土所特别研究助理杨顺华经常协助龚子同整理资料,并听过这些书信以及邮票的故事。

  其中,一枚“复刻了他们日常工作场景”的德国邮票,让他印象深刻。“邮票上印着土壤剖面,这就是我们在野外判断土壤类型时的主要工作对象。”他说。

  随后,杨顺华和同门的博士研究生张楚一起,在网上搜集整理了几十个国家和土壤有关的上千枚邮票,补充进了龚老师的邮票集。杨顺华发现,这种“接地气”的邮票设计在国外十分常见:国外还曾专门发行了以“州土”为主题的邮票。

  “所谓州土(State Soil),和国内的市花是同样的概念。在美国的每个州,都有属于自己的州土。”杨顺华感慨,将这些内容集合起来,无论是公众还是科研人员,都能很方便地了解土壤的种类和分布。如果中国各省都发行“省土”邮票,一定会是一件很有意义的事。

  从农耕入手的中国土壤视角

  相较而言,国内的邮票设计,更多从耕地和粮食安全角度来看待土壤,也更能引起广泛关注。“这体现出我们对土地的重视,”杨顺华说,但从另一个角度,人们往往更多地从农业利用和管理方面去研究土壤,而较少关注土壤自身的形成和发展。

  事实上,中国科学家马溶之很早就提出人为活动在土壤形成中的作用,中国对土壤学的贡献也在被国际所认可。

  作为重要的自然资源,土壤为人类社会发展提供了基本的食物。数据显示,地球上95%的食物来源于土壤,土壤保存了至少四分之一的全球生物多样性,是粮食、饲料、燃料和纤维生产的根基,不仅仅为生态系统和人类提供多种服务,更能帮助抵御和适应气候变化。

  “从历史上看,中国对土地和土壤有着悠久的开发使用历史。”杨顺华介绍,在明代永乐年间,北京丰台地区就建立了专为宫廷服务的菜园,其土壤很有可能已经发育为肥熟旱耕人为土。在半干旱-干旱地区,如著名的河西走廊,长期引用浑水灌溉,边灌边淤,再加上耕作培肥,土壤越来越厚的同时,也越来越肥沃,逐渐形成了灌淤旱耕人为土。

  而在东北平原上,从几百年前的“闯关东”开始,逐渐成为中国重要的粮仓。据统计,目前东北地区的粮食调出量占全国的三分之一,是名副其实的“压舱石”。而东北肥沃的黑土地,无疑发挥了关键作用。

  但由于长期过度开发利用、气候变化等多种因素的影响,东北黑土地也出现了不同程度的退化问题,比如耕作层有机质含量的锐减、黑土层的“变薄”和“变硬”等。为此,中国科学院联合相关省区共同发起“黑土粮仓”科技会战,用科技创新支撑黑土地永续利用。南土所作为国内的主要研究力量之一,有许多研究人员都参与其中。

  “对于中国人来说,‘吃饱’是最重要的事。”张甘霖介绍,19世纪时,德国化学家李比希提出了养分“归还学说”,认为任何一种作物都会消耗土壤肥力,因此必须施用肥料,使土壤肥力的消耗和养分的归还保持平衡。

  “这一发现极大地促进了化肥工业的发展,大大增加了作物产量,从而促进了人类社会的繁荣。”张甘霖表示,现如今,‘吃好’成为大众更关心的问题,土壤则是这一切的基础。“东北大米之所以有口皆碑,离不开肥沃的黑土地。现在通过科技会战,我们也希望能为用好养好黑土地筑牢基础。”他说。

  了解为地球“护肤”的知识点

  在当下,气候变化、疫情持续,以及地区冲突等因素,让粮食问题成为全球瞩目的热点。而保护好土壤,无疑是人类避免危机加深和走出困境的“基础的基础”。

  张甘霖表示,目前土壤面临的最大威胁是土壤侵蚀,也就是水土流失,每5秒钟就有一个足球场面积大小的表层土壤会被侵蚀。然而,生态环境的脆弱性在于,破坏很容易,但恢复起来却相当艰难。

  联合国粮农组织的研究显示,地球表面形成2-3 厘米厚的土壤可能需要长达千年的时间。因此,土壤资源来之不易。与此同时,受到战乱、极端天气等影响,全球的粮食产量也面临很多不确定性,一些国家甚至限制了粮食出口。

  “土壤科学离普通人并不遥远,也实实在在影响着每个人的生活。”南土所博士研究生张楚表示,除地球土壤外,还存在月球表面的“月壤”,火星表面的“火星土壤”。但只有地球土壤具有肥力,更加凸显地球土壤的独特性和多样性。

  想给地球做好“护肤”,即使是科研人员,要掌握的知识点也并不相同。杨顺华介绍,在“黑土粮仓”科技会战中,许多不同学科背景的科研人员在一起工作,有土壤学的、有生态学的、有环境科学的…只有对土壤学有更多的认识,才能做好科研攻关。对公众来说,了解土壤能减少许多恐慌,同时也能让更多人关注和参与土壤保护。

  “都说‘万物土中生’,土壤是地球陆地生命发生、进化和演化延续发展的根基,”北京师范大学环境学院教授李天杰表示,对于“刚开了头”的土壤学科普,需要大家给予更多的关注。

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