土壤光譜學:創新技術助力解鎖土壤奧秘

2021-03-01 土壤傳

編者薦語：

我們腳下的土壤，既熟悉又陌生。「熟悉」在於，我們每天立於其上，與泥土有親密接觸；「陌生」在於，學界對土壤的複雜結構、性質、功能及其生物活性、生態功能的了解仍顯不足，而且公眾的知識背景中所包含的土壤常識也相對匱乏。

編者認為，破解土壤奧秘與普及土壤科普的重要途徑之一是創新技術在土壤學中的應用與發展。

文章來源於聯合國糧農組織，作者 FAO 

利用創新技術來了解土壤

土壤：滋養著養活我們的食物，為我們提供了賴以生存的空間，並且有助於保護和控制我們的氣候。但是不幸的是，土壤承受著壓力。人口增加，對食物的更高需求以及土地用途的變化已經使我們全球約33％的土壤產生了退化。現在，我們需要創新的解決方案來確保我們可以保護它們。

在糧農組織和全球土壤夥伴關係（GSP）框架內建立的全球土壤實驗室網絡（GLOSOLAN）朝著這一目標邁出了一大步。自從發現光譜技術以來，來自世界各地的機構和專家第一次通過一項全球計劃，共同努力來利用這項技術支持全球土壤保護的決策。該倡議得到了包括糧農組織-全球土壤夥伴關係、美國農業部、世界農林業中心、ISRIC-世界土壤信息、伍茲霍爾研究中心、內布拉斯加州林肯大學和雪梨大學在內的創始成員的支持，並希望將來有更多合作夥伴加入。

那麼，什麼是土壤光譜學？

土壤光譜學是一種快速、經濟高效且環境友好的技術，它利用電磁輻射與土壤的相互作用來估算土壤的性質，例如酸度、有機碳、氮和持水量。這些決定了受測土壤的健康和可用性。

土壤光譜學如何改變土壤的未來發展軌跡，並確保土壤健康？

在非洲區域土壤實驗室網絡的第一次會議上，技術人員正在準備分析樣品。©FAO/Lucrezia Caon

1) 幫助各國了解土壤條件，以提高農業生產力和扭轉土地退化

該計劃的主要成果之一是開發了全球土壤光譜校準庫，以支持各國了解土壤狀況。這是提高農業生產率和扭轉土地退化的關鍵因素。在線校準庫可助力快速評估土壤環境和可持續土壤管理，是促進食品安全和環境管理的一項重大進步。該庫最初含括了高質量的土壤光譜反射率和超過80 000個土壤樣品的測量數據。光譜反射率可以用于衡量土壤表面在特定波長下反射的能量（以百分比為單位），進而識別不同的土壤特性。因此，可以分析土壤的狀況和質量。隨著參與國提供更多光譜和常規分析樣品，該校準庫將繼續發展，這意味著各國可以利用這些數據快速表徵其土壤環境並幫助保護土壤。這個集中化和標準化的光譜反射率庫將免費提供給世界各地的實驗室。此外，該校準庫將在近期開始提供免費且易於使用的土壤特性估算服務，用戶可以進入他們的土壤光譜數據，並得出一套估算的土壤條件和特性。

土壤樣品 ©FAO/Lucrezia Caon

2) 提高土壤評估、製圖和監測的能力

知識就是力量。土壤光譜學具有巨大的潛力，可以通過評估、製圖和監測為各國提供有關其土壤的寶貴信息，從而使其能夠迅速做出決定，並更有效地保護土壤。更重要的是，該工具不僅快速準確，而且具有成本效益優勢。這意味著即使資金或實驗室資源有限，它也可以使國家受益。該校準庫將有助於循證決策的制定，使各國能夠更可持續地管理其土壤。這是對常規土壤實驗室技術的補充，可以成為重要的替代方法。這將有助於糧食安全和營養，提供生態系統服務以及減緩和適應氣候變化。

土壤光譜反射率有助於識別不同的土壤特性，從而說明其狀況和質量。健康的土壤是糧食和農業生產的基礎。©FAO/ Ronald Vargas

3) 支持科學家和政府，加強國際合作

GLOSOLAN是由糧農組織全球土壤夥伴關係牽頭開展的獨特國際合作而取得的成果。全世界127個國家的400多個實驗室首次攜手合作，以統一協調土壤分析的數據和方法，進而使國家和地區之間實驗室的土壤數據和信息具有可比性和可解釋性。該合作還旨在增強實驗室的能力，以提高數據質量。該項光譜學倡議將幫助各國加強在諸如土壤樣品選擇、土壤準備、光譜測量和數據分析質量保證等領域的能力建設。這將使世界各地的科學家和政府能夠採取更好的措施，以確保土壤資源的可持續管理。GLOSOLAN通過具有不同經驗水平的土壤實驗室之間的合作和信息共享，促進了網絡建設和能力建設。GLOSOLAN將各國團結在一起來實現一個共同的目標：保護地球上的土壤。進一步來講，這還將幫助改善糧食系統和人類的生計，甚至應對氣候變化，並從而助力我們向實現可持續發展目標大步前進。

更多信息：

http://www.fao.org/global-soil-partnership/pillars-action/5-harmonization/glosolan/spectroscopy/en/http://www.fao.org/global-soil-partnership/pillars-action/5-harmonization/glosolan/en/ 

更多土壤科普文章，請查閱：

（1）每個人都應當對腳下的泥土充滿敬意——評《泥土：文明的侵蝕》

（2）土壤侵蝕：可持續土壤管理的最大挑戰（FAO）

（3）有機農業不是低效，土壤健康才是未來——評《耕作革命：讓土壤煥發生機》

（4）2019年青藏高原江源地區水土流失現狀科考小記

（5）漫畫一則：土壤誕生記

（6）[土壤百科]你對土壤知多少？

（7）[土壤百科]你對土壤知多少？（答案）

（8）2020年東北地區春耕與土壤退化的安全警示

（9）聽~ 大自然在說話：我是土地（陳建斌 配音）

（10）淺談土壤膠體

土壤，最普通但又與我們息息相關，它承載希望、延續文明。

關注土壤，重新發現土壤對人、生物、生態環境的重要意義。

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