導 讀
2015年是聯合國大會確定的「國際土壤年」，每年的12月5日也被定為國際土壤日。2020年的國際土壤日又快到了，特將此文譯出，讓我們回顧下土壤學歷史上的一些亮點。
我也期待國內資深學者能撰文回顧國內土壤學的亮點，並為《土壤觀察》賜稿。
作者：埃裡克•布雷維克（Eric C. Brevik）
日期：2015年8月4日
原題：Soil Science: Selected Historical Highlights in Celebration of the Upcoming International Year of Soils
文獻：https://doi.org/10.2136/sh2014-55-6-gc
編譯/陳能場
【原文標註：保留所有權利。未經出版商的書面許可，不得以任何形式或手段，包括影印，記錄或任何信息存儲和檢索系統，以任何形式或手段，通過電子或機械方式複製或傳播本期刊的任何部分。基於科普傳播需要，特翻譯出來供大家參考】
明年（譯註：指2015年）被指定為國際土壤年，在對這一重要的土壤年有所期待的時候，我認為應該回顧一下我們學科的一些成就和亮點。這些成就和亮點已經很多了。在科學史上赫赫有名的大佬都研究過土壤問題，弗朗西斯•培根（Francis Bacon）和羅伯特•博伊爾（Robert Boyle）研究過土壤中的植物營養；萊昂納多•達•芬奇（Leonardo da Vinci）進行了養分循環實驗 (Brevik and Hartemink, 5)；查爾斯•達爾文通過對蚯蚓的研究，在建立土壤生物學作為土壤學子學科方面處於領先地位（Berthelin等., 2），他還研究了土壤剖面的概念（圖1）（Brevik and Hartemink，5）。從建立詳細的土壤調查到醫學進步、技術改進、參與環境問題，以及將土壤知識與互補領域知識相結合，土壤科學家已經在我們的社會產生了深遠的影響。以下文章將提供這些成就的一些亮點。
圖1達爾文11本書中的一張圖，顯示了18釐米厚的表土層：「……一片沼澤地，在1822年被包圍，排水、耕作、耙地、並被燒毀的泥灰和煤渣覆蓋。」然後播種。在開墾後約15年，在該土地上挖土壤剖面，觀察到以下情況：草皮約1.2釐米厚（A層）；表土（B，被達爾文命名為腐殖土）它的厚度約為7釐米，沒有粗糙的碎片；C層為4釐米厚，充滿了煤渣和燒成灰泥的紅色碎片；D是由黑色的卵白沙和石英卵石組成的底土，歷時15年。覆蓋的煤渣和泥灰巖；與達爾文調查的其他地點相比，覆蓋緩慢，因為土地貧瘠且蚯蚓很少（Darwin，11）。
人類健康
土壤科學家對現代世界的重大貢獻之一涉及人類健康，其中最著名的可能是1940年由塞爾曼•瓦克斯曼帶領的羅格斯大學研究小組將抗生素化合物從土壤生物體中分離出來，這一成就使瓦克斯曼在1952年獲得諾貝爾生理學或醫學獎。土壤繼續提供豐富的藥用材料，1989年至1995年間批准的所有新藥中，有60％具有土壤起源（Pepper等，20）。許多其他土壤科學家也為我們了解土壤與人類健康關係以及營養供應、各種化學物質的有毒水平的暴露以及病原體的暴露等領域做出了貢獻（圖2）（Brevik和Sauer，8）。
圖2在土壤中發現了許多致病性生物，包括引起炭疽的炭疽芽孢桿菌（Bacillus anthracis），這裡的脖子上顯示出炭疽病病灶（圖片由疾病控制與預防中心提供）。
土壤調查
發達國家的許多土壤科學家和其他土壤信息使用者可能認為土壤調查是理所當然的，土壤信息的空間分布（土壤調查）的詳細顯示對社會有非常重要的貢獻。土壤調查在將土壤科學作為獨立的科學研究領域建立方面有著悠久的歷史，最早的土壤調查是在18世紀頭20年進行的（Brevik和Hartemink，5）。這些早期調查用於確定土地稅率。在密爾頓•惠特尼（Milton Whitney）的指導下，美國於1899年開始在國家一級組織土壤調查（圖3）。
圖3米爾頓•惠特尼（Milton Whitney）於1900年代初在他的辦公室工作（照片由美國農業部-自然資源研究中心提供）。
這也是全球首次開展詳細的全國調查（Simonson，22）。雖然大多數詳細土壤調查最初是用於農業用途，但多年來，其用途已擴展到包括土地使用計劃、環境工作和其他非土地用途。農業用途（Indorante等，17）。重要的是，我們要繼續改善土壤地圖並增加其中的定量信息，因為這些地圖可以提供極其重要的信息，以幫助解決廣泛的現代問題（Sanchez等，21）。
土壤科學工具
隨著時間的流逝，用於研究土壤的技術發生了巨大的變化。最早的野外工具和技術非常簡單，包括鏟子、螺旋鑽、地形圖和附在馬車上的裡程表。更複雜的、專業化的野外工具也逐漸被開發出來，如航拍照片底圖、液壓土壤探測器，跟蹤各種土壤環境條件的數據記錄器和傳感器、電導率和可攜式X射線螢光工具以及諸如Munsell色卡等標準化技術（圖4）（Brevikdeng，9）。
圖4實驗室技術也得到了進步，在土壤科學的早期，人們廣泛使用了溼化學實驗室工作和對土壤部分進行物理分離，現代實驗室的科學家可以依靠電感耦合等離子體原子發射光譜法、高溫燃燒、X射線衍射和掃描電子顯微鏡分析以及雷射衍射系統。土壤生物學家可以利用依賴於培養物（板數，直接提取等）和不依賴培養物的技術（脂肪酸譜，桑格和高通量測序），酶測定，定量PCR和各種孵育技術（Brevik等，9）。
現場和實驗室技術的這些進步，以及空間統計和GPS / GIS功能的創建，徹底改變了我們調查、預測和傳達土壤特性的能力（圖5）。
圖5
土壤侵蝕
土壤侵蝕導致整個人類歷史上許多文明的衰落（蒙哥馬利，19），但在20世紀，土壤科學家就承擔了這一重大問題。在美國，土壤侵蝕局（SES）（後來稱為土壤保護局）成立於1930年代，以應對美國各地發生的大規模水土流失，在Hugh Hammond Bennett的指導下，SES著手建立保護示範項目的地點。這些地點中的第一個位於威斯康星州庫恩河谷（圖6），該地點是在與威斯康星大學的R.H. Davis, Noble Clark, E.R. Jones, Otto Zeasman, Warren Clark, and Aldo Leopold 協商後選定的（安德森， 1）。通過圍欄控制牲畜放牧，使用等高線和梯田，以及在牧場，乾草或樹木上種植更陡的斜坡，庫恩河谷取得了驚人的結果，水土流失和溝渠形成顯著減少（安德森，1）。在世界各地都採用了類似的做法來幫助控制水土流失。
圖6
土壤地貌學
土壤地貌學極大地促進了我們對土壤地貌以及土壤和地貌演變的了解。土壤地貌學的根源可以追溯到VV Dokuchaev，在20世紀初期，TC Chamberlain和Frank Leverett對土壤地層學做出了重大貢獻（Holliday，16），SES的建立對於土壤地貌學的發展非常重要，因為對土壤侵蝕的研究需要景觀成分，SES在1930年代發起的、由Carl Sauer 和C.W. Thornthewaite 領導的研究對土壤地貌學的發展尤為重要。
土壤地貌學在二戰期間和二戰後取得了重大進展，其中包括Hans Jenny, James Thorp, Kirk Bryan, Charles Hunt, Gerald Richmond, Roger Morrison, and Robert Ruhe等人的重要貢獻（圖7）。在美國以外，BE Butler和Dan Yaalon很有影響力（Holliday，16），第二次世界大戰在土壤地貌發展方面特別有影響，因為戰爭導致了軍事地質學部門（MGU）的成立，這個部門由一批頂級地質學家和土壤科學家組成，他們提供地質和其他環境數據，協助規劃軍事任務。
二戰前幾十年，土壤科學家和地質學家在很大程度上彼此獨立地行動，但軍事地質學部門將他們聚集在一起，交流想法（Holliday, 16）。
圖7 羅伯特•魯厄（Robert Ruhe）從湯姆•芬頓（Tom Fenton）（中部操作探針）和韋恩•迪茨（Wayne Dietz）（右）的土壤探針上跳下來，這張照片攝於1962年，當時是在愛荷華州從事「愛荷華州」項目的工作。土壤地貌史上最重要的時刻之一，照片由湯姆•芬頓（Tom Fenton）提供。
根據Holliday（16）的說法，土壤地貌學在1970年代中期已完全形成為一個子學科，隨著現代對關鍵帶和自然系統演化的重視，土壤地貌學仍然是進行關鍵區研究的跨學科框架中的一個重要部分。
專業學會
專業學會一直是土壤科學家討論和擴展思想，從而擴大領域的重要場所，世界上許多國家都有專業的土壤科學學會；歐洲委員會（12）保留一份清單，表明至少有59個國家都擁有一個專業學會。
美國土壤科學學會（SSSA）是美國規模最大的土壤學會。由美國土壤調查學會和美國農藝學會土壤分會共同成立於1936年，第一年會員僅 142 人，如今已發展到 6800 多名會員，現在提供年會、教育支持材料，五本贊助或共同贊助的期刊，以及許多其他會員福利（Brevik，4）。
國際土壤科學聯盟（IUSS）是土壤領域最大的國際專業協會，IUSS 的會員人數現已超過 60000 人，它為土壤科學家提供資源，例如每兩年一次的IUSS公報、網站和每四年舉行一次的世界土壤科學大會（Brevik和Hartemink，6）。IUSS的最重要貢獻是不斷地為土壤科學家之間的思想交流和合作國際交流提供一個論壇。
除了專業性土壤學會外，相關領域的其他許多學會都將土壤列為主題，專業學會將繼續成為支持土壤科學發展的重要場所。
土壤學的復興
土壤科學作為一個學科經歷了一段繁榮的時期和相對衰落的時期，儘管不能精確地衡量該學科的整體健康狀況，但是專業學會的會員資格和教育計劃中的學生人數可以窺見一斑。
在會員人數長期且相當穩定增長之後，SSSA的會員人數在1990年代初至2000年代初的10年間大幅下降（約15％）（圖8）。其他國家也報告了土壤科學家的數量和重要性下滑的情況（Hartemink和McBratney，13），土壤科學項目正在解散或與其他計劃和部門合併，土壤科學專業的學生人數正在下降（Collins，10；Hartemink等，14）等部分原因是土壤科學課程甚至課程表由各種相關但獨立的課程教授，包括地質學、地理學、環境科學和其他課程（Hartemink等，14；Brevik，3）。
圖8：從1937年到2012年，美國土壤科學學會（SSSA）的會員。數據由SSSA提供。
土壤科學對於解決諸如糧食安全、環境退化、氣候變化、土壤侵蝕等現代挑戰的重要性給土壤學學科的復興帶來了希望（Hartemink和McBratney，13）。SSSA 的會員人數已經反彈，現在處於創歷史新高，這是另一個給出希望理由的指標（圖8），但是，要兌現這一承諾並避免被其他學科吞噬，土壤科學家將需要在自己的領域建立一個獨特領地，因為它涉及到這些問題。
本文所回顧的歷史非常簡短，但也證明了土壤研究是一項非常跨學科的工作。到目前為止，所舉的例子都涉及到土壤，因為它們涉及生物學和醫學、製圖學、化學、物理學、統計學、地質學和水文學。其他領域也可以添加到這個列表中，包括地理、經濟學、藝術、考古學等。正如我們只觸及了土壤相關的幾個領域一樣，本專欄只是對土壤科學史上一些高點的簡要回顧。更多關於我們研究領域過去的故事正等待從參考文獻中發掘，紙斷文長，難以囊括，書籍方面有Krupenikov (18), Yaalon and Berkowicz (24), Warkentin (23), and Helms et al. (15)。
土壤科學的歷史是厚重而深刻的，對這一歷史的了解可以幫助人們了解我們如何到達今天的地位，並由此更好地理解我們的現代科學思想。希望您能花些時間，在國際土壤年期間更深入地探索我們領域的歷史。
參考文獻
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.
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