历时10年掌握土壤身份“密码”

中国古人对土壤的认知与探索，从颜色中可见一斑。《尚书·禹贡》将中原大地的九州土壤分为黄壤、白壤、黑坟、白坟、赤植坟和青黎等。这或许是我国最早的土壤图腾崇拜。

“土壤颜色可以直观表征土壤属性、土壤肥力，哪里的土壤有什么属性，酸碱度如何、有机质多少等等，都可以用数据图展示。”论文的通讯作者、土壤与农业可持续发展国家重点实验室主任张甘霖研究员说，历时10年，土壤研究者们在我国31个省市区，共调查了近6000个典型土壤剖面，建立了4420个土系，最终建立了我国土壤系统分类基层分类单元土系及土系数据库，为我国数字土壤建设提供了重要支撑。

十年间采集的土壤大数据，终于在2020年迎来“出彩”的高光时刻。此次发表的高精度土壤颜色地图，从十年间采集的土壤剖面的孟塞尔颜色数据中，选取了大约4600个土壤剖面，进行数字制图。“这些土壤剖面取土点最高在西藏海拔约5700米的高山上，最低在接近海平面的沿海地区。”论文的第一作者刘峰说。

四川盆地大部分被“紫色”土壤覆盖

四川盆地大部分被“紫色”土壤覆盖，这里的土壤母质为中生代的砂岩或页岩，所以预测为暗红色；四川盆地堆积了含有磷、钾等丰富矿物养分的紫色土，因此被称为紫色盆地。在贵州和广西以石灰岩为主的地区，可看到较浅的颜色。

西北的沙漠、荒漠和戈壁区域，土壤颜色以白色和灰色为主，“这些区域植被稀疏或完全处于荒漠戈壁环境，土壤有机质含量低，游离碳酸盐或盐分含量高。”刘峰说。

中部的黄土高原，土壤颜色主要是黄色；东北和青藏高原东部等的较湿润的高寒地区，植被条件好，植物根系残体和凋落物日积月累，土壤有机质不易矿化而含量较高，土壤颜色较暗较黑。

江西、湖南和云南一些区域颜色最红。“这些地区土壤的母质经历较为快速的风化和淋溶后，土壤相对富含氧化铁铝，所以呈现红色。”刘峰解释。

东部地区的长江、淮河和黄河的下游以及鄱阳湖周围土壤呈淡褐色，趋于灰青色，“因为这些区域地形低洼，排水不畅，母质多为河湖相沉积物。”刘峰说。

同时，颜色地图也刻画出土壤颜色变异的空间细节，如成都区域，就显示出土壤颜色随着地形地貌部位的不同而变异。在25厘米深度处，成都地区西北部的山区呈褐色，东南侧的四川盆地地区则呈红色。

气候、母质和地形是土壤颜色的“推手”

颜色各异的土壤分布，究竟是什么力量塑造的？刘峰解释，太阳辐射决定了土壤所处的温度带，高原的太阳辐射强，昼夜温差大，岩石物理风化较强，使土壤颜色多变，风化层厚度意味着土壤受侵蚀或沉积的环境、地表物质分布、水和热储存的情况。

此外，土壤颜色与土壤矿物质有关。例如，针铁矿呈黄色或深棕色，赤铁矿呈红色，铁水合物呈暗红色，托棱石呈黑色，方解石呈白色，石膏呈浅棕色，石英呈浅灰色。

在此次研究中，研究团队发现总体上土壤颜色随深度增加而变浅。“一个重要原因是植物凋亡融入土壤形成有机质，在土壤上部30厘米左右累积较多，所以颜色较深，越往下有机质含量往往急剧降低，颜色较浅。”

“土壤颜色背后隐藏的是土壤功能，例如土壤肥力如何，这幅高精度土壤颜色地图，提供了我国第一个标准一致、详细的土壤颜色视图，是土壤肥力质量评价与空间管理的关键参数。”张甘霖说，土壤颜色地图还可为法庭土壤物证溯源提供支撑，例如从鞋上粘的泥土颜色、泥土中的有机质，可以大致分析泥土来自那个区域，从而判断相关对象是否去过某个区域。