庆祝国际土壤年，回顾土壤学历史上的一些亮点

Original 陈能场编译土壤观察 2021-04-27

导读

2015年是联合国大会确定的“国际土壤年”，每年的12月5日也被定为国际土壤日。2020年的国际土壤日又快到了，特将此文译出，让我们回顾下土壤学历史上的一些亮点。

我也期待国内资深学者能撰文回顾国内土壤学的亮点，并为《土壤观察》赐稿。

作者：埃里克•布雷维克（Eric C. Brevik）

日期：2015年8月4日

原题：Soil Science: Selected Historical Highlights in Celebration of the Upcoming International Year of Soils

文献：https://doi.org/10.2136/sh2014-55-6-gc

编译/陈能场

明年（译注：指2015年）被指定为国际土壤年，在对这一重要的土壤年有所期待的时候，我认为应该回顾一下我们学科的一些成就和亮点。这些成就和亮点已经很多了。在科学史上赫赫有名的大佬都研究过土壤问题，弗朗西斯•培根（Francis Bacon）和罗伯特•博伊尔（Robert Boyle）研究过土壤中的植物营养；莱昂纳多•达•芬奇（Leonardo da Vinci）进行了养分循环实验 (Brevik and Hartemink, 5)；查尔斯•达尔文通过对蚯蚓的研究，在建立土壤生物学作为土壤学子学科方面处于领先地位（Berthelin等., 2），他还研究了土壤剖面的概念（图1）（Brevik and Hartemink，5）。从建立详细的土壤调查到医学进步、技术改进、参与环境问题，以及将土壤知识与互补领域知识相结合，土壤科学家已经在我们的社会产生了深远的影响。以下文章将提供这些成就的一些亮点。

图1达尔文11本书中的一张图，显示了18厘米厚的表土层：“……一片沼泽地，在1822年被包围，排水、耕作、耙地、并被烧毁的泥灰和煤渣覆盖。”然后播种。在开垦后约15年，在该土地上挖土壤剖面，观察到以下情况：草皮约1.2厘米厚（A层）；表土（B，被达尔文命名为腐殖土）它的厚度约为7厘米，没有粗糙的碎片；C层为4厘米厚，充满了煤渣和烧成灰泥的红色碎片；D是由黑色的卵白沙和石英卵石组成的底土，历时15年。覆盖的煤渣和泥灰岩；与达尔文调查的其他地点相比，覆盖缓慢，因为土地贫瘠且蚯蚓很少（Darwin，11）。

人类健康

土壤科学家对现代世界的重大贡献之一涉及人类健康，其中最著名的可能是1940年由塞尔曼•瓦克斯曼带领的罗格斯大学研究小组将抗生素化合物从土壤生物体中分离出来，这一成就使瓦克斯曼在1952年获得诺贝尔生理学或医学奖。土壤继续提供丰富的药用材料，1989年至1995年间批准的所有新药中，有60％具有土壤起源（Pepper等，20）。许多其他土壤科学家也为我们了解土壤与人类健康关系以及营养供应、各种化学物质的有毒水平的暴露以及病原体的暴露等领域做出了贡献（图2）（Brevik和Sauer，8）。

图2在土壤中发现了许多致病性生物，包括引起炭疽的炭疽芽孢杆菌（Bacillus anthracis），这里的脖子上显示出炭疽病病灶（图片由疾病控制与预防中心提供）。

土壤调查

发达国家的许多土壤科学家和其他土壤信息使用者可能认为土壤调查是理所当然的，土壤信息的空间分布（土壤调查）的详细显示对社会有非常重要的贡献。土壤调查在将土壤科学作为独立的科学研究领域建立方面有着悠久的历史，最早的土壤调查是在18世纪头20年进行的（Brevik和Hartemink，5）。这些早期调查用于确定土地税率。在密尔顿•惠特尼（Milton Whitney）的指导下，美国于1899年开始在国家一级组织土壤调查（图3）。

图3米尔顿•惠特尼（Milton Whitney）于1900年代初在他的办公室工作（照片由美国农业部-自然资源研究中心提供）。

这也是全球首次开展详细的全国调查（Simonson，22）。虽然大多数详细土壤调查最初是用于农业用途，但多年来，其用途已扩展到包括土地使用计划、环境工作和其他非土地用途。农业用途（Indorante等，17）。重要的是，我们要继续改善土壤地图并增加其中的定量信息，因为这些地图可以提供极其重要的信息，以帮助解决广泛的现代问题（Sanchez等，21）。

土壤科学工具

随着时间的流逝，用于研究土壤的技术发生了巨大的变化。最早的野外工具和技术非常简单，包括铲子、螺旋钻、地形图和附在马车上的里程表。更复杂的、专业化的野外工具也逐渐被开发出来，如航拍照片底图、液压土壤探测器，跟踪各种土壤环境条件的数据记录器和传感器、电导率和便携式X射线荧光工具以及诸如Munsell色卡等标准化技术（图4）（Brevikdeng，9）。

图4实验室技术也得到了进步，在土壤科学的早期，人们广泛使用了湿化学实验室工作和对土壤部分进行物理分离，现代实验室的科学家可以依靠电感耦合等离子体原子发射光谱法、高温燃烧、X射线衍射和扫描电子显微镜分析以及激光衍射系统。土壤生物学家可以利用依赖于培养物（板数，直接提取等）和不依赖培养物的技术（脂肪酸谱，桑格和高通量测序），酶测定，定量PCR和各种孵育技术（Brevik等，9）。

现场和实验室技术的这些进步，以及空间统计和GPS / GIS功能的创建，彻底改变了我们调查、预测和传达土壤特性的能力（图5）。

图5

土壤侵蚀

土壤侵蚀导致整个人类历史上许多文明的衰落（蒙哥马利，19），但在20世纪，土壤科学家就承担了这一重大问题。在美国，土壤侵蚀局（SES）（后来称为土壤保护局）成立于1930年代，以应对美国各地发生的大规模水土流失，在Hugh Hammond Bennett的指导下，SES着手建立保护示范项目的地点。这些地点中的第一个位于威斯康星州库恩河谷（图6），该地点是在与威斯康星大学的R.H. Davis, Noble Clark, E.R. Jones, Otto Zeasman, Warren Clark, and Aldo Leopold 协商后选定的（安德森， 1）。通过围栏控制牲畜放牧，使用等高线和梯田，以及在牧场，干草或树木上种植更陡的斜坡，库恩河谷取得了惊人的结果，水土流失和沟渠形成显著减少（安德森，1）。在世界各地都采用了类似的做法来帮助控制水土流失。

图6

土壤地貌学

土壤地貌学极大地促进了我们对土壤地貌以及土壤和地貌演变的了解。土壤地貌学的根源可以追溯到VV Dokuchaev，在20世纪初期，TC Chamberlain和Frank Leverett对土壤地层学做出了重大贡献（Holliday，16），SES的建立对于土壤地貌学的发展非常重要，因为对土壤侵蚀的研究需要景观成分，SES在1930年代发起的、由Carl Sauer 和C.W. Thornthewaite 领导的研究对土壤地貌学的发展尤为重要。

土壤地貌学在二战期间和二战后取得了重大进展，其中包括Hans Jenny, James Thorp, Kirk Bryan, Charles Hunt, Gerald Richmond, Roger Morrison, and Robert Ruhe等人的重要贡献（图7）。在美国以外，BE Butler和Dan Yaalon很有影响力（Holliday，16），第二次世界大战在土壤地貌发展方面特别有影响，因为战争导致了军事地质学部门（MGU）的成立，这个部门由一批顶级地质学家和土壤科学家组成，他们提供地质和其他环境数据，协助规划军事任务。

二战前几十年，土壤科学家和地质学家在很大程度上彼此独立地行动，但军事地质学部门将他们聚集在一起，交流想法（Holliday, 16）。

图7 罗伯特•鲁厄（Robert Ruhe）从汤姆•芬顿（Tom Fenton）（中部操作探针）和韦恩•迪茨（Wayne Dietz）（右）的土壤探针上跳下来，这张照片摄于1962年，当时是在爱荷华州从事“爱荷华州”项目的工作。土壤地貌史上最重要的时刻之一，照片由汤姆•芬顿（Tom Fenton）提供。

根据Holliday（16）的说法，土壤地貌学在1970年代中期已完全形成为一个子学科，随着现代对关键带和自然系统演化的重视，土壤地貌学仍然是进行关键区研究的跨学科框架中的一个重要部分。

专业学会

专业学会一直是土壤科学家讨论和扩展思想，从而扩大领域的重要场所，世界上许多国家都有专业的土壤科学学会；欧洲委员会（12）保留一份清单，表明至少有59个国家都拥有一个专业学会。

美国土壤科学学会（SSSA）是美国规模最大的土壤学会。由美国土壤调查学会和美国农艺学会土壤分会共同成立于1936年，第一年会员仅 142 人，如今已发展到 6800 多名会员，现在提供年会、教育支持材料，五本赞助或共同赞助的期刊，以及许多其他会员福利（Brevik，4）。

国际土壤科学联盟（IUSS）是土壤领域最大的国际专业协会，IUSS 的会员人数现已超过 60000 人，它为土壤科学家提供资源，例如每两年一次的IUSS公报、网站和每四年举行一次的世界土壤科学大会（Brevik和Hartemink，6）。IUSS的最重要贡献是不断地为土壤科学家之间的思想交流和合作国际交流提供一个论坛。

除了专业性土壤学会外，相关领域的其他许多学会都将土壤列为主题，专业学会将继续成为支持土壤科学发展的重要场所。

土壤学的复兴

土壤科学作为一个学科经历了一段繁荣的时期和相对衰落的时期，尽管不能精确地衡量该学科的整体健康状况，但是专业学会的会员资格和教育计划中的学生人数可以窥见一斑。

在会员人数长期且相当稳定增长之后，SSSA的会员人数在1990年代初至2000年代初的10年间大幅下降（约15％）（图8）。其他国家也报告了土壤科学家的数量和重要性下滑的情况（Hartemink和McBratney，13），土壤科学项目正在解散或与其他计划和部门合并，土壤科学专业的学生人数正在下降（Collins，10；Hartemink等，14）等部分原因是土壤科学课程甚至课程表由各种相关但独立的课程教授，包括地质学、地理学、环境科学和其他课程（Hartemink等，14；Brevik，3）。

图8：从1937年到2012年，美国土壤科学学会（SSSA）的会员。数据由SSSA提供。

土壤科学对于解决诸如粮食安全、环境退化、气候变化、土壤侵蚀等现代挑战的重要性给土壤学学科的复兴带来了希望（Hartemink和McBratney，13）。SSSA 的会员人数已经反弹，现在处于创历史新高，这是另一个给出希望理由的指标（图8），但是，要兑现这一承诺并避免被其他学科吞噬，土壤科学家将需要在自己的领域建立一个独特领地，因为它涉及到这些问题。

本文所回顾的历史非常简短，但也证明了土壤研究是一项非常跨学科的工作。到目前为止，所举的例子都涉及到土壤，因为它们涉及生物学和医学、制图学、化学、物理学、统计学、地质学和水文学。其他领域也可以添加到这个列表中，包括地理、经济学、艺术、考古学等。正如我们只触及了土壤相关的几个领域一样，本专栏只是对土壤科学史上一些高点的简要回顾。更多关于我们研究领域过去的故事正等待从参考文献中发掘，纸断文长，难以囊括，书籍方面有Krupenikov (18), Yaalon and Berkowicz (24), Warkentin (23), and Helms et al. (15)。

土壤科学的历史是厚重而深刻的，对这一历史的了解可以帮助人们了解我们如何到达今天的地位，并由此更好地理解我们的现代科学思想。希望您能花些时间，在国际土壤年期间更深入地探索我们领域的历史。

参考文献

1. Anderson, R. 2002. Coon Valley days. Wisconsin Academy Review 48(2): 42– 48.

2. Berthelin, J., Babel, U., and Toutain, F.. 2006. History of soil biology. In: B.P. Warkentin, editor, Footprints in the soil: People and ideas in soil history. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands. p. 279– 306.

3. Brevik, E.C. 2009. The teaching of soil science in geology, geography, environmental science, and agricultural programs. Soil Survey Horizons 50: 120– 123.

4. Brevik, E.C. 2011. Historical highlights from 75 years of the Soil Science Society of America. Soil Survey Horizons 52(3): 66– 76.

5. Brevik, E.C., and Hartemink, A.E.. 2010. Early soil knowledge and the birth and development of soil science. Catena 83: 23– 33.https://doi.org/10.1016/j.catena.2010.06.011http://gateway.webofknowledge.com/gateway/Gateway.cgi?GWVersion=2&SrcApp=PARTNER_APP&SrcAuth=Agronomy_sub&KeyUT=WOS:000282076600003&DestLinkType=FullRecord&DestApp=WOS_CPL&UsrCustomerID=9992b2403adf8c36119d0b6fce39b97c

6. Brevik, E.C., and Hartemink, A.E.. 2013. Some history and accomplishments of the IUSS. Geophysical Research Abstracts Vol. 15, EGU2013–13676. http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2013/EGU2013‐13676.pdf (accessed 17 Aug. 2014).

7. Brevik, E.C., Fenton, T.E., and Jaynes, D.B.. 2012. The use of soil electrical conductivity to investigate soil homogeneity in Story County, Iowa, USA. Soil Horizons 53(5): 50– 54.https://doi.org/10.2136/sh12‐04‐0013

8. Brevik, E.C., and Sauer, T.J.. 2014. The past, present, and future of soils and human health studies. SOIL 1: 1– 12. doi:10.5194/soil‐1‐1‐2014.

9. Brevik, E.C., Weindorf, D.C., and Stiles, C.. 2014. Pedology. In: Ellen Wohl, editor. Oxford bibliographies in environmental science, Oxford University Press, New York, NY, USA (in press).

10. Collins, M.E. 2008. Where have all the soils students gone? Journal of Natural Resources and Life Sciences Education 37: 117– 124.

11. Darwin, C., 1881. The formation of vegetable mould through the actions of worms with observations on their habits. John Murray, London, UK.

12. European Commission. 2014. European soil portal – Soil data and information systems, soil science societies. http://eusoils.jrc.ec.europa.eu/library/links/soilsociety.cfm (accessed 16 Aug. 2014).

13. Hartemink, A.E., and McBratney, A.. 2008. A soil science renaissance. Geoderma 148: 123– 129.https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2008.10.006http://gateway.webofknowledge.com/gateway/Gateway.cgi?GWVersion=2&SrcApp=PARTNER_APP&SrcAuth=Agronomy_sub&KeyUT=WOS:000261871600001&DestLinkType=FullRecord&DestApp=WOS_CPL&UsrCustomerID=9992b2403adf8c36119d0b6fce39b97c

14. Hartemink, A.E., McBratney, A., and Minasny, B.. 2008. Trends in soil science education: Looking beyond the numbers of students. J. Soil Water Conserv. 63: 276– 283.

15. D. Helms, A.B.W. Effland, and P.J. Durana, editors. 2002. Profiles in the history of the U.S. soil survey. Iowa State University Press, Ames, IA, USA.

16. Holliday, V.T. 2006. A history of soil geomorphology in the United States. In: B.P. Warkentin, editor, Footprints in the soil: people and ideas in soil history. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands. p. 187– 254.

17. Indorante, S. J., McLeese, R.L., Hammer, R.D., Thompson, B.W., and Alexander, D.L.. 1996. Positioning soil survey for the 21st century. J. Soil Water Conserv. 51(1): 21– 28.

18. Krupenikov, I.A. 1992. History of soil science from its inception to the present. Oxonian Press, New Delhi, India.

19. Montgomery, D.R. 2007. Dirt: the erosion of civilizations. University of California Press, Oakland, CA, USA.

20. Pepper, I.L., Gerba, C.P., Newby, D.T., and Rice, C.W.. 2009. Soil: a public health threat or savior? Crit. Rev. Env. Sci. Tec. 39: 416– 432.https://doi.org/10.1080/10643380701664748

21. Sanchez, P.A., Ahamed, S., Carré, F., Hartemink, A.E., Hempel, J., and Huising, J. et al. 2009. Digital soil map of the world. Science 325: 680– 681.https://doi.org/10.1126/science.1175084http://gateway.webofknowledge.com/gateway/Gateway.cgi?GWVersion=2&SrcApp=PARTNER_APP&SrcAuth=Agronomy_sub&KeyUT=WOS:000268723700022&DestLinkType=FullRecord&DestApp=WOS_CPL&UsrCustomerID=9992b2403adf8c36119d0b6fce39b97c

22. Simonson, R.W. 1986. Historical aspects of soil survey and classification. Part I. 1899–1910. Soil Surv. Horiz. 27: 3– 11.

23. B.P. Warkentin, editor. 2006. Footprints in the soil: People and ideas in soil history. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands.

24. Yaalon, D.H., and Berkowicz, S.. 1997. History of soil science: International perspectives. Advances in GeoEcology 29, Catena‐Verlag, Reiskirchen, Germany.

“土壤家”近期文章推荐

“环境与健康观察”近期文章推荐

“土壤观察”近期文章推荐

荐书

识别二维码购买本书

更多好书，长按识别二维码，或点击阅读原文了解

由于微信修改了推送规则，请大家将土壤观察加为星标，或每次看完后点击页面下端的“在看”，这样可以第一时间收到土壤观察推文！联系我们，加入土壤观察读者交流群请加13719364476微信号（或发邮件至149996384@qq.com）