世纪之交土壤学研究的挑战和契机

1、Vol.8 No.2 张甘霖等：世纪之交土壤学研究的挑战和契机 135世纪之交土壤学研究的挑战和契机*从第16届世界土壤学大会看土壤学的未来张甘霖 龚子同（中国科学院南京土壤研究所，南京 210008）摘要 第16届国际土壤学大会包括全会和45个分会，内容涵盖土壤学所有分支并反映了本世纪土壤学的进展。本文综述了土壤学在全球资源与环境问题中的重要地位，分析了世纪之交土壤学面临的挑战和契机，提出土壤学只有拓展与其它学科以及社会的联系，服务于社会的可持续发展，保持自己的特色并在基础研究和应用研究中不断创新，才能在未来更好地生存和发展。关键词 土壤学；环境；全球变化； 研究进展；可持续发展Challe

2、nges and Opportunities of Soil Science in the Dawn of the New Century：The Future of Soil Science Viewed from the 16th World Soil Congress. Zhang Ganlin, and Gong Zitong (Institute of Soil Science, Academia Sinica, Nanjing 210008). Soil & Environ sci, 1999, 8(2): 130136The 16th World Soil Congres

3、s included the plenary meeting and 45 symposia, covering all the branches of modern soil science and reflecting the recent research progress. This paper summarizes the importance of soil science in the context of global resource and environmental problems, analyzes the challenges and opportunities f

4、aced by soil science in the dawn of the new century. It points out that only by expanding its relations with other natural and social sciences, serving the sustainable development of society, keeping its own essence and developing new knowledge in basic and applied researches, can soil science survi

5、ve and get developing in the future.Key words soil science; environment; global changes; research progress; sustainable development本世纪最后一次全世界土壤学家的大聚会第16届世界土壤学大会于1998年8月20日至26日在法国海滨城市Montpellier召开。来自全世界103个国家的约2700名代表参加了本次大会。大会共收到论文约2000篇，其中200多篇为口头发言，绝大部分（1700多篇）为墙报。参加会议的正式中国代表（以中国作为国籍注册）有30多人，包括台湾和

6、香港代表。本文旨在介绍这次规模空前的土壤学盛会，从中感受和体会世纪之交土壤学研究面临的挑战和契机。1 会议概况、议题和特点本届土壤学大会的主题是“人与土壤”。围绕“全球土壤系统的现在功能与人类社会的不同利用之关系”这一总论题，参照各基础性和应用性分支学科的发展，会议设置了全会和45个分会以及6个专题工作会议1。大会包括1天全会和4天分会，分会中间穿插一个会间考察。会前考察和会后考察安排在西欧、南欧和非洲。经组委会和国际土壤学会执行委员会讨论决定，全会的主要任务是就土壤学的研究目的、面临的挑战和土壤学对人类的功用开展大讨论。来自巴西、美国、内罗毕联合国科教文组织和法国的四位知名土壤学家作了主题发

7、言，另外10位来自其它研究领域（化学、生物学、人类学、地球化学）和政府等管理部门的学者专家就这些学科与部门同土壤学的关系、土壤学研究对其影响和作用，提出了各自的见解。本次大会反映了现代土壤学有如下几个特点：首先是土壤学的内涵相当丰富，分支越来越细。这与土壤学的发展是相适应的。土壤学作为一门相对年轻的学科，从传统的土壤发生和农业化学（植物营养）研究起步，经过一个半世纪的发展，已经形成了完整的研究体系、丰富的学科分支和系统的研究方法。土壤学对人类社会的贡献是多方面的，在提供人类食物、纤维、燃料的农业生产中起着重要的作用，在保护人类生存的环境，维护生态系统的平衡中不可或缺。因此，它不仅关系到养活日益

8、增长的全球人口，还着眼未来的可持续发展。本次大会设立多达45个分会和六个专题会议，从侧面反映了现代土壤科学的进展和成就。其次，注重人与土壤之间的关系，关注可持续发展。很多领域都从不同的角度探讨了人为作用对土壤的影响23。再次，土壤学各分支学科之间的交叉愈为明显。这些交叉大都意味着研究领域的扩展和研究重点的转移。比如，物质循环研究的流域方法和以地理信息系统为支撑的模拟方法的逐步开展，为系统研究景观规模的物质循环过程、估计面源污染的程度提供了极好的工具4。土壤形态学和微形态学方法应用于研究自然环境变化和人为条件下的土壤演变3，结合物理、化学方法，为研究环境变化提供了新的手段。交叉学科的建立既是学科

9、发展的结果，又为新理论、新概念的创造提供可能，为土壤学的未来开辟新的研究领域。2 土壤在全球生态系统中的地位和土壤学的责任本届土壤学大会是20世纪的最后一次，人类即将进入21世纪和下一个千禧年。在这样一个临界的时刻，人类从反省自身活动与自然演变的关系之中，意识到面临着的种种生存和发展的挑战。从土壤学的角度来看，一方面，由于人类农业、工业活动的加强，土壤退化、生物多样性丧失和由此引起的诸多环境问题日益加剧，严重地影响人类的生存基础和整个自然生态的良性运行5；另一方面，很多发展中国家由于自然和社会的种种原因，食品生产和供应仍然短缺，提高农业产量仍然是当务之急，因而不可避免地引起的土壤的过度利用和养

10、分耗竭，或者肥料滥用而引起的环境污染还在继续，形成恶性循环4。虽然国际社会已经意识到这些由人类自身活动导致的恶果，并希望扭转这一局面，比如，在1992年的里约环境与发展大会后，可持续发展的概念可以说逐渐得到全世界各国政府的认同，但由于各国面临的问题不一，发展水平迥异，使国际间的共同行动和合作受到阻碍，全球范围内土壤退化、环境退化、贫困差距扩大等现象没有得到明显改善6。自然资源（当然包括土壤资源）的不合理利用导致的不仅仅是环境问题，而且还波及社会生态。可持续发展的概念不仅涵盖环境保护和自然资源的合理利用，而且已经扩展到社会、经济和文化发展7。在迎接这场挑战中，土壤学家的责任是明显的，因为这首先决

11、定于土壤圈的重要功能。土壤的首要功能是提供人类活动的场所、植物生长的物理基础和水分、养分和空气，从而养活日益增长的地球人口；作为岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的界面，土壤包含了多样性的生物物种；土壤吸纳着大量的固态、液态工业废物；土壤还是水的过滤器和净化器。因此，土壤圈在全球自然资源管理和环境保护中的作用和功能是不可忽视的。随着陆地生态系统在减缓或加速全球变化中的重要性得到重视，土壤的作用也日益显得重要810。研究表明11，全球土壤中储藏的有机碳是整个陆地植被的3倍。干旱半干旱地区土壤还储藏着大量主要以碳酸钙形式存在的无机碳。这些碳库是全球碳循环中的重要组成。每年以气态方式土壤释放占总量4%5%

12、的碳，这一过程通常称为“土壤呼吸”1112，而这一释放量是全球每年因化石燃料使用所产生的温室气体的10倍以上。当然，这其中的绝大部分CO2又参与循环形成生物量，但每年土壤CO2的净释放占工业排放的三分之一11；甲烷和氧化亚氮的排放则占全部排放的70%和90%13。如果目前与农业活动相关的土地利用变化（如森林砍伐、湿地利用）还在继续，那么这些比例还将升高。土壤是地球的“引擎”，当现今地球遭受人类活动威胁的时候，医治这些创伤有赖于对土壤的尽心护理14。事实上，如果没有我们称之为“土壤”的这一层薄薄的“保护膜”，地球将与其它荒芜的星体无异。国际土壤学会应该担当起将土壤科学与地方和全球生态问题相结合的

13、领导责任，并且寻求自然和社会科学之间的相互结合。意识到这些问题和自身的责任，全力迎接这些挑战，服务于自然和社会的可持续发展，将是土壤学生存和发展的基础。本届土壤学大会针对这些问题开展讨论，这既是试图让全社会能更加重视发展土壤学研究，又是土壤学家自身着眼土壤学未来的警醒和奋起挣扎。3 土壤学面临的挑战土壤学面临的挑战是多方面的。这种挑战首先来于社会的需要，即土壤学能在多大程度上解释和解决人类和生存环境中的问题。社会需要是多层次的，从政策制定者，到机构和规划部门以及农户，都有各自不同的需求。这些需要通常又是综合了其它学科的一些要求。随着土壤资源象水资源一样变得稀缺和珍贵，土壤科学研究也处于社会的关

14、注之中15。从目前的社会需求来看，至少包括如下一些方面16： 持续增产：调节土壤获得可持续的最高产量 维持生态系统平衡：增加对碳和污染物的固定能力、脱污染技术 土地评价决策支持体系：寻找简单可靠土壤质量指标 防止、恢复土地退化：按照土地使用者的要求，评价和实施流域水平的水土保持措施 开发自然资源管理的地理信息系统（NRM/GIS）：确认和组织应用于该系统的相关土壤数据 提高公众对土壤和其它自然资源重要性的认识：培训各种对象，推广土壤和其它自然资源的管理和保护方法，以为子孙后代造福我们发现，虽然研究课题总是存在，但传统的研究已日益为艰。因为社会往往需要将土壤研究和其它自然和社会科学研究相结合，而

15、不仅仅是关心土壤生产能力和产量，还关心土壤质量因素。强调研究土壤的动态过程，因为这些过程对生产和环境平衡有重要影响；强调传统农业以外的需要，如环境、市政工程和教育需要。土壤学还面临本身学科发展方面的挑战。土壤学作为一门学科得到承认，首先依赖于承认土壤是一个独立的自然体，包含特定的性质和功能，需要特别的研究方法。这种地位本无须作出特别的声明。但是，土壤学正面临失去独立性的危险：随着其它学科的渗透和扩张，土壤学方法逐步被其它学科应用，其它生态系统的研究也向土壤学转移。这意味着，如果没有理论的创新，没有新概念、新领域的出现，没有原有知识的深化，土壤学将逐渐被其它学科所取代。土壤学还面临失去社会认同的

16、危险。公众对土壤重要性的无知和土壤学知识的缺乏可能是土壤学研究缺乏支持的重要原因之一。这毫无疑问是土壤学家自身的责任所致17。土壤学家是社会的一部分，它们受助于社会、服务于社会，但同其它科学研究一样，总有某种偏离实际、进入象牙之塔的倾向。所以，有必要通过各种形式，向各阶层的政府机构、社会团体、个人特别是土壤（土地）使用者介绍、灌输各种有关土壤和自然生态系统内容的知识，提高公众的土壤保护意识和“土地认知”（land literacy）水平。M.Latham16在他的报告结尾形象地将土壤学比喻为处在进一步深化、分化和与其它学科交叉结合的“十字路口”。迎接这些挑战，土壤学家应该清醒地认识自己的重要性

17、，调整自己的研究方向和内容。很明显，土壤科学基础需继续强化，但如果土壤学家不将自己投身于社会所要求的工作中，其它学科会这样做，而土壤学将面临抛弃。只有主动向其它学科渗透，向多样化、多层次的社会需求看齐，才能开拓研究领域，获得社会承认，进而求得土壤学自身的生存和发展。4 土壤学的发展方向土壤学的未来发展既要切合社会的需要，为社会的发展提供服务，同时又要开拓自身的研究领域和深度，获得学科的进步，只有这样，学科的发展与社会功能之间才能形成“良性互动”。4.1 服务于社会，拓展联系土壤科学的产生和发展历来与人类的生存与福祉休戚相关。18、19世纪由于人口的迅速膨胀，原始农业难以维持食物需求的增加，急需

18、大幅度提高农业的产出。正是在这种前提下，以欧洲为主的一些地质和化学家开始关注土壤学的一些基本问题，并相继提出了“植物的矿质营养原理”和“土壤形成和分布的因素”等基本土壤学理论，一方面极大地促进了农业生产水平的迅速提高和土壤资源的大规模开发利用，同时为现代土壤学作为一门独立学科的形成奠定了基础。现代土壤学发展仍然会遵循这样的基本原则，但现代社会所面临的问题却更加复杂和多样。发展中国家和工业化国家所面临的问题又各不相同。总的来看，土壤学目前至少从以下几个方面服务于社会，一是优化人类最基本的生存环境，如水、土、空气；二是满意地获取食物和纤维来源；三是解决与城市建设、人类健康有关的土壤与环境质量问题。

19、土壤学今后的发展趋向必须面向这些根本需求，面向经济和社会发展带来的资源可持续利用和环境破坏等新问题。毫无疑问，这样的重任非单纯土壤学所能解决，它需要以土壤学为主的其它相关学科的积极参与，综合运用土壤学、地理学、生物学、生态学、社会学等多门学科的知识。才能解决实际问题18。与此相对应的是，从过去的成功经验与失败教训中，近年来国际科技开发和推广机构逐步认识到，参与式（participatory）土地评价、技术开发、技术推广等，是科学技术能更快为用户接受从而真正回馈服务的社会的有效方式。所谓参与式工作，是指由农民或同农民一起，发展适合当地的和带有地区性特点的特殊技术。概括起来，全面的途径和参与式的方

20、法，就是积极拓展土壤学和其它学科之间的联系，并直接接触各层次的土壤使用者，以服务于社会为根本目的。这将成为未来土壤学发展的重要向导。4.2 保持特色，不断创新在加强与其它学科联系和交叉的同时，必须保持学科的“土壤”特色。围绕土壤水，土壤气，土壤生物，土壤人类等等相互关系的研究，需从土壤过程和特性出发，阐明与土壤有关的问题，从土壤科学的角度提出相应的解决问题的途径和方法。因为，在加强学科交叉的同时，其它学科同样具有扩张的“本能”。所以在未来的土壤学研究中，既要防止因为孤立而失去市场，同时要防止因为没有特色而被其他学科“兼并”，从而失去“土壤学”的认同，成为诸如应用地质学、应用化学或应用生物学之类

21、的学科。而创新则是土壤学 当然也是其它学科 “扩张”的原动力。创新包括方法和手段，也包括立意、新概念和新见解。比如，在这次大会上，信息技术、高分辨率物质成像技术、模拟技术在土壤物理过程、化学特征、空间分异等方面的应用3, 1921取得了令人称道的结果。总的看来，上述手段的应用能更加准确和逼真地理解和描述土壤过程和现象，并对其动态变化作出预测。必须指出，创新决不是猎奇和空洞的概念，这次大会上，那种没有大量观察作为基础的“模拟”的衰落证明了这一点。5 土壤学中的基础研究和应用研究虽然土壤学未来的发展最终要从社会需求中寻求支撑，但大多数人仍然倾向于将土壤学分为基础研究和应用研究两大部分22。Spos

22、ito22认为，土壤学基础研究源源不断地为应用研究提供知识库存，解决区域和全球尺度的农业、环境和城市问题。土壤学的基础研究是所谓概念驱使（concept-driven）的研究，它是基于人类探索未知的本能而着眼于“解惑”的研究（puzzle-solving research）。它的范围全面，使用最新的技术手段，应用一系列相互验证的基本概念和理论，不断提高精确度，从田间尺度进步到分子水平。土壤学的基础研究包括田间和实验室研究，而自然界中的土壤是一个开放的三维连续体，如何将实验室研究或模型拟合结果应用于这一三维自然体系是基础研究所面临的挑战之一；土壤学基础研究还将产生关于陆地生态系统及其行为的更加全

23、面的学说和概念，以及对星球表面风化表层及其相关生物体的生物、化学、物理特性的整体性认知途径。土壤学基础研究涉及纯科学（物理学、化学、数学）和其分支科学的基本原理和方法，借鉴并贡献于日益发展的生态学和地球系统科学，解决人类所面临的区域和全球环境和发展问题。现代人类社会中的种种环境问题无不强调土壤资源的普遍重要性，因为这种重要性，以及土壤学应用研究过去在帮助人类获取充足食物、纤维、饲料和燃料中所取得的无与伦比的巨大成就，土壤学基础研究传统上似乎是土壤学应用于农业、工程和环境管理的副产品。这种历史格局使土壤科学形成了以“解决问题”（problem-solving）为主要方向的研究文化13，这些问题比

24、较狭窄地固定在作物生产、灌溉管理、水质或公共安全等方面。越来越多的证据表明，现代社会中诸多实际问题的复杂程度在增加，需要更深更广的知识基础，土壤科学“解惑”方面的研究应进一步加强，使土壤科学基础研究有自己连续而明确的研究方向。与此相对应的是，土壤学的应用研究还将继续在开发农业和环境新技术中扮演“中枢”角色，为膨胀的地球人口提供安全、廉价的食物和纤维。尽管土壤学应用研究过去在保护水土资源、发展高效灌溉体系、提高作物生产的水分和养分利用率、改良土壤等等方面取得了巨大的成就，但全球土壤资源却继续承受着人口增长、植被破坏、生物多样性消失、土壤退化、气候变化和污染等种种压力。因此，未来应用土壤学研究必须

25、继续面对一系列困扰人类的问题，例如： 植被破坏引起的土壤加速侵蚀 过度放牧、柴薪引起的（脆弱生态系统的）荒漠化 缺乏规划，由工业化和城市化导致的耕地永久丧失 农用杀虫剂和其它污染物引起的水体污染 酸性沉降物对植被、土壤和水体的影响 工业和市政有毒化学物在土壤中的积累 土壤中放射性物质的污染和由此导致的在水体、植物、食物链中的循环实际上，这些问题的解决同样也是基础研究的目标。大多数的粮食短缺、自然资源和环境问题有其政治、社会和经济背景，所以在很大程度上，土壤学研究是所谓“义务驱使”（mission-oriented）的，即社会需要（农业、自然资源管理等）是驱动土壤学研究的根本力量，而基础研究的主

26、要动力则是“科学和技术的突破”。了解这两类研究的区别和联系，更加合理地组织研究计划，将极大地促进土壤学的进步。参考文献1 ISSS (International Soil Science Society). 16th World Soil Congress: Program and Symposia. Montpellier, France: ISSS, 19982 Gong Z T, Zhang G L. New horizons formed by human activities. In: Proceedings CD-ROM of 16th World Soil Congress. M

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