出品：科学大院
作者：杨顺华（中国科学院南京土壤研究所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心 中国科普博览
《我在故宫修文物》截图
去年年初，一部名叫《我在故宫修文物》的纪录片刷爆了大家的朋友圈，掀起一阵文物热。该片讲述了故宫里一些珍贵文物的修复过程和修复者的生活故事，让观众一窥各种奇珍异宝光采的同时，也对大国“匠人”的敬业精神肃然起敬。
显然，人们总是容易对一些稀世珍奇表现得尤为好奇，却甚少对被我们踩在脚下的土壤表现出应有的关注。文艺复兴巨擘达·芬奇就曾直言：“我们对自己脚下土壤的了解，远不及对浩瀚的天体运动了解得多”。
作为人类不可或缺的生产资料和劳动对象，土壤资源对拥有13亿多人口并且其中农村人口占3/5的中国来讲，显得尤为重要，“有斯土，始有其粮”讲的就是这个道理。
土壤学家常将土壤形象地比作地球的皮肤。这种说法绝非哗众取宠，亦非博人眼球的所谓“标题党”，而是基于对土壤功能的深刻认识，做出的一个恰如其分的比喻。土壤作为陈铺在地球表面的一层松散物质，不仅具有皮肤一样的各种层次结构，还具有皮肤一般的功能。
土壤与人类生存与发展息息相关的，只有深刻认识土壤的功能，才能更好地开发土壤服务社会的价值。
土壤的功能：生长植物、调节气候、净化水和保存文化遗产等
为了更好地认识土壤功能，实地考察是大有裨益的。
然而，我国疆域辽阔，土壤资源绝对量大、资源区域差异明显、有着丰富的土壤类型。类似于生物分类学上的界、门、纲、目、科、属、种，我国土壤学家将土壤划分出14个土纲，39个亚纲，138个土类，588个亚类，以及仍在调查和增加的土系，估计其土系的数量不亚于美国的22000个，这充分说明了土壤资源类型之丰富和变异程度之大。
面对浩如烟海的土壤资源，一般的人难以真正做到既“读万卷书”又“行万里路”，加之土壤藏于地下，随处可见的表层土根本无法全面反映出土壤形成的来龙去脉。这些问题的存在使得人们充分认识土壤资源的愿望似乎变得难以实现。
地球这么大，土壤那么多姿多彩，如果能让原本远在天边遥不可及的各地土壤济济一堂地汇聚在一起开个“群英会”，参观者借此就可以日行“万里路”，在博物馆内亲近和认识全国甚至全球的土壤，该是一件多么让人兴奋的事情。
这就有了我们今天要聊的原状土壤整段标本。这种标本是从土壤剖面上用木箱套取或合成树脂粘贴制作而成的。土壤剖面是一个具体土壤的垂直断面，其深度一般达到基岩或达到地表沉积体的相当深度为止。一个完整的剖面通常具有数层性质各异的“皮层”（学名为发生层），这些“皮层”具有特定的性质和组成，大致与地面相平行，忠实地记录了成土过程所留下的线索。
全国性土壤整段标本的选择，讲究代表性、完整性和科学性。这样一套标本，必须既能满足专业人士解译土壤发生演化过程的需要，又能教化大众，提高全民爱土护土的意识；同时，从国家层面来看，一套较为完整的土壤剖面标本，对于摸清国家土壤资源家底，保存稀缺性土壤（有些土壤类型比大熊猫还罕见），制定“藏粮于地”的国家战略，其重要性不言而喻。
中国农业博物馆一角
当前，国内制作完整且工艺优良的土壤整段标本十分稀缺。
囿于当时的技术水平，许多已有早期制作的标本存在开裂破损的情况，真实情况不容乐观。较为专业的土壤标本，仅存在于少数几个土壤研究机构或农业高校，如中国科学院南京土壤研究所标本馆（已展出295个）。而就算是土壤所这样的国字号研究机构，其土壤标本也是缺这少那的（如，目前缺乏火山灰土土壤标本）。
国外对于土壤标本的制作和保存十分看重。联合国粮农组织的世界土壤资源中心（荷兰）搜集了来自全球60多个国家共8000多个土壤样品，建成了世界上规模最大的土壤标本库；美国各州都设有“州土”（State Soil），相当于“市树”、“市花”，来提醒人们爱护脚下的土壤。许多欧洲国家都曾发行过土壤邮票。如果我们每个省都设有“省土”，发行独立的“省土”邮票，一定比别的国家更加丰富多彩！
荷兰世界土壤博物馆土壤标本
德国土壤邮票（左）和斯洛文尼亚发行国际土壤年邮票（右）
作为土壤科学研究的国家队，中国科学院南京土壤研究所近年来陆续承担了为中国地质博物馆、广东地球土壤研究院分别制作一套土壤类型较为完整、制作工艺较为优良、基于最新分类系统的土壤整段标本的任务。就这样，一个关于把“土土的泥巴”请进高大上的博物馆的故事拉开了序幕！
中国农业博物馆土壤整段标本展览
前传——众里寻她千百度
“在那山的那边，海的那边，有一群蓝精灵，他们活泼又聪明，他们调皮又灵敏，他们自由自在生活在，那绿色的大森林……”在土壤标本采集的路上，采样人就像一群意气风发的精灵，高昂着斗志穿梭在千山之巅、万水之源，寻找着我们的土壤“意中人”。
样点的位置遍布全国，我们的足迹也遍布全国
采集土壤标本，首先要找到采样点。千万别小看了一个代表性点位的确定，这里面有着很深的“道道”。
概括来说，土壤学家在野外踏勘的基础上先对野外环境有一个大致的了解，而后借助3S（全球定位系统、遥感、地理信息系统）技术，综合利用地形、气候等各种环境信息，找到预先布设的采样点，并在野外根据专家知识做出实地调整，最终确定采样点位置，采集土壤样本带回实验室。
跋山涉水与风餐露宿的采样之路
专家在野外讲解采样要点（左）祁连山上，数十斤的土样压弯了腰（右）
挖掘剖面是一份专业而又费力的工作。为了便于观察，剖面的观察面应向着光线照射的方向。剖面的尺寸一般为1.2m（观察面宽）×1.2m或岩石风化层上界向下10cm（观察面深）×2-4m（水平面长）。值得一提的是，需要将挖出的各层土壤应分开堆放，分别放在土坑的左右两侧，观察完成后按土层原次序回填，以保持表层的地力。
标准土坑示意图
采集整段标本是野外工作的重头戏。土坑挖掘好了之后，需要用特制的木盒在观察面上采集我们需要的整段土层，带回室内制作土壤整段标本。如下图所示，在观察面上处理出与木盒容积大致相当的形状，然后轻轻地将土体“塞”进木盒内，取下后密封固定保存，带回室内风干、制作整段标本。当然，采集的样品还要详细地记录好各自的“身份信息”，包括精确的样点位置，地形部位，成土母质，气候，植被，利用方式等。
在土坑内采集土壤整段剖面
正传——当我们修剖面时，我们修的是什么？
如果说野外采样是将散落人间的各色土壤“娶”回家，那么接下来的标本制作过程就是让土壤样品适应新环境和给土壤“梳妆打扮”的过程。给土壤“梳妆打扮”可不是一件容易的事，这个过程包括钻孔、干燥、浸胶、粘贴麻布、粘结底板、标本修饰和喷胶定型等多个步骤，走完整个流程通常需要数月时间。为了尽可能地还原土壤在野外本来的样子，我们首先得认识土壤。
土壤剖面的基本土层
土壤具有一定的剖面层次和形态特征。土壤是生物、气候、母质、地形、时间等自然因素和人类活动综合作用下的产物，并随着这些成土因素的变化而变化。
在土壤发生发展的历史长河中，逐渐形成了一个形态、物质组成和结构上可以剖析的自然实体。
土壤剖面分为三个基本矿质土层：
A层，又叫表土层或者腐殖质层，是植物生长、动物和微生物活动最平凡的层次，也是人类扰动程度最大的层次；
B层，又叫心土层，处于土壤剖面的中间层次，由于该层有物质的移动和淀积，因此心土层最能反映土壤形成过程的特点；
C层，又叫成土母质层，这是一个非常形象的名称，母质层就像母亲一样，源源不断地为土壤的发生发育提供物质原料，因此土壤的某些性质常常与成土母质具有很高的吻合性，带有某种程度的继承性。
需要指出的是，这只是三个粗分的土壤层次，实际上，土壤剖面的层次比这三层更为丰富。比如，长期的人类耕作使得土壤形成利于作物生长的耕作层和保水保肥的犁底层。
人为耕作改变水稻土水分状况和物质循环的过程，形成特殊的土壤层次
修剖面，修的是“过程”。
也许有人会问，“过程”是一系列连续变化的动作、行为，是事物发展所经过的程序、阶段，怎么能够在土壤剖面上修出来呢？此言差矣！其实，土壤形态和性质就是土壤形成过程的告密者。
《中国土壤系统分类》将土壤划分出14个土纲，这些土纲之间就有着明显的区别，我们修剖面就是要努力反映出这些土壤在剖面层次、结构、颜色等方面的差异，并且能够让剖面的观察者能够从中解译出土壤的形成过程。例如，灰土剖面中具有一个明显的灰化淀积层，在修饰土壤剖面时，就需要突出灰土剖面中的这一层次；变性土具有强烈的胀缩性，当土壤中水分散失到一定程度时，剖面则表现出大量的粗的裂隙。
土壤的性质千差万别，结构千变万化，只要我们对土壤的形成过程有个大致了解，性质有所涉猎，修剖面时才能做到目无全牛，游刃有余。
一个典型的灰土剖面和变性土剖面
对标本表面做自然化修饰
修好的剖面，要层次分明，结构“自然”，不同类型的土壤剖面区分度高
后传——在博物馆中绽放光芒
世界上幅员较大的国家有如俄罗斯、加拿大、中国和美国，但论土壤资源类型，则我国最具特色。
我国青藏高原的高山土、西北内陆的干旱土、亚热带的红土以及历史悠久的水稻土世所罕见。
反观其他国家，俄罗斯虽然地域辽阔，但土壤仅以黑土为主，并且缺乏热带土壤；加拿大盘踞温带地区，土壤类型以冻土为主；美国则主要以棕壤为主，缺少人为土样本。因此，中国土壤类型可说是极为丰富、极具特色。把如此丰富多彩的土壤请进博物馆，我们责无旁贷。
中国科学院南京土壤研究所土壤标本馆部分内景及展出样本
“成功的花，人们只惊羡她现时的明艳！然而当初她的芽儿，浸透了奋斗的泪泉，洒遍了牺牲的血雨。”
土壤入驻博物馆，浸透了无数土壤人的汗水与泪水，如果我们费尽千辛万苦采集、费劲心思制作的土壤标本只能安静地躺在阴冷的标本馆里逐渐老去，就像一个如花似玉的姑娘只能“养在深闺人未识”，不禁让人扼腕叹息。再香的酒，也怕没人吆喝；再美的花，也需要摄影师的镜头。让土壤入驻博物馆是众望所归的，但是我们的要求不仅仅是把土壤请进博物馆，我们还要让更多的人发现土壤的美，从而更好地爱护土壤的美。博物馆里的土壤，完全可以绽放更大、更耀眼的光芒。
北京中山公园社稷坛的“五色土”展示
弘扬土壤文化。北京中山公园社稷坛的“五色土”是我国最早的大型土壤展示，先人们在春耕之前祈求社（土地之神）稷（五谷之神）保佑，秋收之后报谢谷神恩泽，这种祭祀活动源远流长，显示了中华文化中对大地母亲和五谷的深厚感情。
几千年的农耕文化在中华大地上经久不息，讲述的就是这样一些人土相依的故事。在博物馆中，我们能够更加系统地讲述与土壤有关的文化故事，让人们深刻认识到“万物土中生”，也将“终归于土”。据此加强人们对自然、对土壤的敬畏，提高人类土壤文化水平，才能真正让语言学家林语堂“与草木为友，和土壤相亲”的格言更加深入人心。
中国科学院南京土壤研究所土壤标本馆内展出的不同时间序列水稻土标本
科学的营地，知识的窗口。让土壤学知识在代际间传播，启迪年轻的一代正确认识我们脚下所踏立的土壤。每年的12月5日是世界土壤日，我们应当借助这类契机，将土壤文化的种子播撒到青年朋友的心中，让人们更加懂得土壤之于人类生存和健康的重要性。让土壤住进博物馆，让土壤学知识在这里生发。
土壤学家在土壤整段标本前分享土壤学知识（左）；中外专家参观土壤标本馆（右）
土壤学知识在青少年中生根发芽
（左图：以土壤为原料巧绘土壤剖面观察教学活动；右图：面向中小学生的土壤科普活动）
遥望广袤无垠的祖国大地，七连屿上，海鸥竞翔；长江之侧，稻花飘香；黄河之滨，麦浪滚滚；黄土高原，千沟万壑；东北大地，黑土赛金；江南佳地，稻花飘香；辽阔西北，胡杨林立；世界屋脊——青藏高原，欲与天公试比高。正是我们脚下这寂静的土壤装点了辽阔的大地，也支撑了这片土地上丰富多彩的生命世界。
正如世界上没有两片完全相同的树叶，地球上也没有两个相同的土壤单元，仅以水稻田为例，有代表性的就有水田、坑田、垅田、砂田和桑基鱼塘等丰富多彩的利用类型。让土壤住进博物馆，不是要囊括这纷繁芜杂的大千世界，而是要把遍布天涯的土壤请到人们的身边，启发人们更好地认识土壤，改造土壤，爱护土壤。
参考文献:
龚子同, 陈鸿昭, 张甘霖. 2015. 寂静的土壤. 科学出版社.
张甘霖, 史学正, 黄标. 2012. 土壤地理研究回顾与展望.科学出版社.
龚子同. 2014. 中国土壤地理. 科学出版社.
黄昌勇, 徐建明. 2010. 土壤学. 中国农业出版社.
中国科学院南京土壤研究所，https://www.issas.cas.cn
中国农业博物馆，https://www.zgnybwg.com.cn
联合国粮农组织，https://www.fao.org
世界土壤信息中心（ISRIC），https://www.isric.org/
