近日，中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室张甘霖团队，绘制了我国第一幅高精度土壤颜色地图——全国土壤颜色三维分布图，该成果发表于国际著名土壤学期刊《Geoderma》上。

这到底是怎样的一幅图？又是如何绘成的？土壤颜色不同背后的原因是什么？未来又该如何利用它的价值呢？我们约请此项研究的参与者、中国科学院南京土壤研究所杨顺华博士向读者介绍有关情况。

“五色土”示意图

问：自古以来人们对土壤颜色就有感性认识，土壤颜色是怎样形成的？

答：颜色，是人们能够接受到的最直接的感官体验。通过颜色，我们能够饱览湖光山色、层林尽染，获得极致的艺术美学体验。

土壤，是地球表面的一层多孔物质，因其是动植物生长的乐园，具有保水透气的效能，常被比作地球的“活皮肤”。但人们似乎很少注意，我们脚下的这层“皮肤”也有着五彩斑斓的颜色。

土壤颜色不仅藏着地球环境沧桑巨变的密码，还记录了人类文明起兴盛衰的历史。因此，土壤颜色的空间变化一直颇受关注。我国是最早以颜色来认识土壤的国家，《尚书?禹贡》将中原大地的九州土壤分为黄壤、白壤、黑坟、白坟、赤植坟和青黎等区域。

在我国古代，一直存在着“社稷祭祀”的制度。以五色土建成的社稷坛包含着古代人对土地的崇拜，五种颜色的土壤，由全国各地纳贡交来，以表明“普天之下，莫非王土”之意。现在保存最为完好的社稷坛是北京紫禁城内的明清两代社稷坛。五色土（东青、西白、南红、北黑、中黄）也是古人对土壤分布的朴素认知。

我国国土面积广阔、气候类型多样，成土环境非常复杂，如何绘制一幅高精度的中国国土“肤色”地图颇具挑战。

土壤的形成源自地壳表层岩石的风化。风化壳的表层就是形成土壤的物质基础——成土母质。在时间的长河中，暴露于地表的成土母质不仅继续受风化作用的影响，还会与周围的环境（包括大气、水、动植物）相互作用，发生一系列的物质和能量交换，最终形成具有一定结构和层次的土壤。这个从地表垂直向下直至母质的土壤纵断面被称为土壤剖面，而一个发育完整的土壤剖面可以划分出三个最基本的层次，即表土层、心土层和底土层。可见，自然界的土壤是一个有着自身发生发展规律的三维连续体。

作为土壤物理性质的重要指标，土壤颜色不仅能反映土壤物质成分和内在性质，还能间接提示土壤形成的主要过程，因而是表征土壤发生层次特征的最直观的标志。但是，土壤颜色复杂多样，绝大多数呈复合色彩，且随时间和空间的变化而变化。为了科学地描述土壤颜色，消除颜色分辨中的主观成分，真实地反映土壤颜色的本质，土壤学家普遍采用以孟塞尔颜色系统为基础的标准色卡比色法来规定土壤颜色。该系统采用色调、亮度和彩度三种属性来命名土壤颜色。

色调是指土壤呈现的颜色，包括红、黄、绿、蓝和紫等五个主色调，黄红、绿黄、蓝绿、紫蓝和红紫等五个半色调，每个半色调又可以被进一步划分为四个等级；

亮度是指土壤颜色的相对亮度，从0到10共划分出十个等级；

彩度（饱和度）则是指光谱色的相对纯度，从0到8共划分出八个等级。

通过结合上述三种属性，一共可以划分出428个标准土壤颜色。由于土壤在干态和润态时的颜色存在一定差别，一般分别测定两种状态下的土壤颜色。

博物馆中的土壤整段（剖面）标本

土壤整段（剖面）样品

问：这幅全国土壤颜色三维分布图，是通过什么样的手段完成的？

答：土壤颜色数据来源于野外调查取回的一个个土壤剖面样品。2009年至2019年间，从热情似火的热带雨林到人迹罕至的塞外荒漠，从柔情似水的江南水乡到冰天雪地的北方世界，土壤学家们的足迹遍布祖国的大江南北，选取近6000个土壤剖面样点，进行了极为详尽的土壤资源调查，建成了中国土系数据库。

然而，怎样利用这些离散的、空间不连续的土壤样点数据绘制一张三维土壤颜色地图呢？这还要从土壤形成与环境的关系说起。

土壤发生学理论认为，土壤是成土母质在一定水热条件和生物的作用下，经过一系列物理、化学和生物的作用而形成的。其中，成土母质、气候、生物、地形和时间是土壤形成的五大关键因素。既然土壤颜色与环境之间存在如此千丝万缕的关系，那么是否可以从两者之间的关系入手，推测全国范围内的土壤颜色分布呢？答案是肯定的！

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