当前, 人类社会面临全球人口— 资源— 环境— 生态等问题的挑战。 至2050年, 全球人口将达到90亿, 要求现有的土地生产力再提高50%^[1]; 然而, 高速发展的全球城镇化日益普遍, 并持久地占用或固封地表土壤资源, 仍在全球快速扩张并复合加剧的大气酸沉降/重金属— 持久性有机污染物— 抗生素等新型污染物的环境污染削弱着土壤的功能, 农业高强度利用、土壤侵蚀与退化、森林覆被大幅度减少、生物多样性丧失等损耗着土壤的机体, 工业化驱动的化石能源消费持续增长导致碳减排压力空前增大; 前所未有的气候变化及其不稳定性对土壤和生态系统的复杂影响, 这些都直接或间接造成了对全球土壤资源生产力及可持续性的严峻挑战^[2]。从全球来说, 土壤资源的数量、质量、功能及其对人类可持续发展的保障与供给能力严重削弱, 引起了全球政策制定者和不同利益群体对全球土壤(资源)安全的担忧。因此, 迫切需要有一个权威而全面的报告, 向全球各界公布世界土壤资源态势, 以引起不同利益相关者、不同国家和不同阶层以及国际组织对于土壤资源功能对人类的作用和功能的深刻理解, 对于土壤资源损失与恢复的严重关切, 对于可持续利用和管理土壤资源责任的共同关注。自2014年底始, 联合国粮食与农业组织发起编撰了《世界土壤资源报告》^[3], 经过各国科学家1年多的努力, 该报告终于在2015年世界土壤日前夕发布。本文对该报告进行解读, 从中梳理出一些线索, 通过讨论土壤学的社会责任和全球土壤学发展趋势, 对中国土壤学发展提出一些启示。

在第一个国际土壤年, 联合国机构主导编撰并发布该报告的意图是:向公众阐述土壤对于人类生存的无可辩驳的重要性, 报告全球土壤资源态势及导致发生这些变化的主要驱动力与机制, 向各界呼吁采取恢复与改善土壤资源的全球行动。这个报告实质上就是一个基于专家知识及大数据分析的世界土壤资源现状及未来变化趋势的全球科学评估; 通过这个评估, 帮助公众和社会深刻理解全球土壤变化对粮食安全、气候变化、水质及水量、生物多样性及人类健康等全球性问题的影响, 最后促使构建土壤资源的全球可持续治理框架, 包括改善、恢复和重建土壤资源可持续性的政策、技术和途径。该报告本质上是全球土壤学的纲领, 从土壤资源的地球系统属性、多目标服务属性和后代可持续发展保障属性高度彰显了土壤学的全球社会发展责任, 奠定了为全球土壤可持续治理服务的世界土壤(资源)观^[4]。该报告应该是指导21世纪后半叶全球社会利用、开发和管理土壤资源的纲领性文件, 也是指导为全球社会可持续发展服务未来土壤学研究发展的纲领性文件。

报告前几章用了很大篇幅阐述对地球土壤和土壤资源的新认识、世界土壤资源状况及其表征、全球土壤(资源)退化与治理的途径和技术以及全球土壤可持续管理的策略、政策与行动建议。报告的绪论再次强调了《世界土壤宪章》(The World Soil Charter)^[5], 宪章阐明了地球系统给予人类的土壤关键禀赋, 土壤生物多样性保持的全球意义, 土壤资源利用的多利益休戚相关, 土壤退化的短期和长期效应及其风险, 整体性和多重性的土壤生态系统服务, 因地制宜的土壤利用及管理与全球可持续发展等主要问题, 充分论证了土壤资源的全社会意义与全球意义, 强调了从全球可持续发展战略高度审视土壤的作用、服务与价值, 对于确立新的全球土壤观奠定了坚实的科学基石。也就是说, 报告首先从联合国通过的《世界土壤宪章》高度, 充分阐述了土壤的全球社会价值(农业资源价值、环境服务价值、生态屏障价值以及生物多样性价值), 突出了保持、改善和恢复健康土壤覆被的全球责任。这种责任在于建立土壤利用的多利益平衡、土壤资源开发的国际平衡和代际平衡。充分认识和坚定土壤的全球社会价值, 构建土壤资源利用和开发的平衡和谐, 有助于缓和或规避区域冲突, 建立世界资源新秩序, 推进世界和平^[6]。

新的全球土壤观的核心是“ 土壤安全” 观念, 报告将其确立为全面推行全球土壤治理的科学依据。土壤安全(soil security)定义为维持或改善世界土壤资源以提供充足的食物、纤维、淡水, 襄助能源可持续性及气候稳定, 保持生物多样性并提供环境保护与生态系统服务的整体功能状态^[7]。这在2014年第20届世界土壤学大会上得到全球土壤学界的广泛关注和反响。报告明确将“ 土壤安全” 定位为土壤与全球社会问题相联系的核心概念, 事关能源、环境污染、食物安全、气候变化、区域发展等全球可持续发展问题^[8], 而土壤退化是影响和制约土壤安全的全球性挑战。这是继20世纪末的“ 土壤质量” 认识^[9]、21世纪初的“ 土壤健康” 认识^[10], 最近10多年来, 联合国千年评估计划的生态系统服务研究进展^[11]及对全球气候变化、能源安全、食物安全以及全球城镇化等全球问题的深刻认识后^[12], 推动土壤学提出面向未来90亿人口生存和发展的新观念, 这些将成为指导全球土壤资源研究和土壤资源利用和管理的导向标。

为保障全球土壤(资源)安全, 报告提出了管控土壤退化的全球土壤可持续管理理念和全球行动框架。其基本内涵包括土壤可持续管理标准(指南)、技术与良好实践, 土壤资源与土地利用的公共教育, 保障土壤安全的研究、开发与技术推广, 兼顾多利益相关者的土壤利用与管理, 土壤资源开发的代际公平, 以及管控区域土壤退化以防范区域冲突等全球土壤治理策略。报告提出了管控土壤利用、调控土壤变化和防控土壤退化的管理途径及技术途径。这里提出了“ 土壤修复” (soil restoration)和“ 技术土壤” (Technosol)作为改善和增进土壤安全的技术措施, 前者是退化而削弱甚至丧失土壤价值及生态系统服务功能的修复与重建, 是恢复土壤的自然禀赋, 再造地球良好土壤覆被。为达到这个目的, 采用合适的土壤和生态系统技术, 再造具有土壤自然禀赋和生态系统服务的土壤材料, 用于恢复重建失去的土壤(覆被), 从土壤的数量和质量充实全球土壤安全基石。这既可以通过当前正在呼吁实施的“ 千分之四全球土壤增碳计划” ^[13]来推进, 又提供了近10年来发展迅速的生物质炭科学技术的重大服务方向^[14]。因而, 该报告也对土壤修复产业和生物质炭科技与产业发展起到指南作用。保护土壤资源、改善和增进土壤功能、提升土壤对人类服务, 关系到联合国制定的17个全球可持续发展目标^[15]中至少10个目标的实现。因此, 《世界土壤资源状况报告》将成为指导21世纪后半叶全球可持续发展中土壤管理的纲领性文件。

综上所述, 土壤学的社会价值与任务, 不仅是义不容辞地探知地球系统中土壤的基本性质和发生过程及其运行规律、土壤的作用及服务, 而且是为全球社会科学认知土壤资源的特点与属性、功能与价值、健康与风险提供科学框架与方法, 因而土壤学担负着认识、利用、保护、管理全球土壤资源的科学重任。土壤是地球可持续发展的自然基础, 土壤学是支撑全球社会可持续发展的核心基础学科^[16]。这一点已经越来越不容怀疑, 当代亟需一个系统的土壤科学来了解人类脚下的土壤性质与存在状态, 需要一个全球观测系统来认知土壤资源状态及其分布与变化, 需要一个全球土壤观来统领地球土壤资源政策、管控及治理土壤资源的变化; 需要一个完善的土壤学教育、研究与技术发展体系, 担当起教育全球公民、监控土壤变化并发展土壤技术的重任。该报告再次凸显了土壤学正在成为全球可持续发展的核心科学, 土壤学研究在地球系统与人类社会关系协调发展中的关键支撑地位。因此, 这个面向科学家、立法者和决策者的关于全球土壤资源态势的报告, 无疑是第一个土壤学为全球社会可持续发展目标(Sustainable Development Goals)服务的政策性报告, 将在土壤学服务社会的进程中具有里程碑意义。

该报告分为如下几部分: 第一部分是全球土壤资源, 是报告的总论, 由引言、土壤与生态系统过程、全球土壤资源和土壤与人类等4章构成; 第二部分是全球土壤变化的驱动力、状态与趋势, 是报告评估世界土壤资源变化的主要内容, 包括全球土壤变化的驱动力和全球土壤变化的状态、过程和趋势等2章; 第三部分是全球土壤变化的影响与响应, 包括土壤变化对生态系统服务的影响和土壤变化的管控与政策响应等2章; 第四部分是区域土壤变化的评估, 分别按撒哈拉以南非洲、亚洲、欧洲及欧亚、拉丁美洲与加勒比、近东与北非、北美、西南太平洋(大洋洲及邻近地区)和南极洲等地理区编写。

报告明确了七大土壤功能(植物生产, 养分、物质及水分的储存、过滤及转化, 生物多样性库, 人类及人类活动的物理和文化环境, 原材料来源, 碳储库, 自然及文化遗迹的保存), 强调了三大关键土壤服务(水、碳和生物), 提出了基础土壤肥力、土壤水分、土壤气候变化属性、土壤可蚀性、土壤可耕性和土壤生态系统产品与服务等6个方面关键土壤质量属性, 诠释了土地覆被、土地利用、土地管理加上大气沉降为主的土壤污染等3+1项人类活动对土壤变化的主要直接驱动力, 刻画了人口增长与城镇化、教育— 文化— 社会公平、土地市场、经济增长、战争与内乱以及全球气候变化等六大全球人文因素对全球土壤变化的间接驱动力, 表征了土壤侵蚀、有机碳损失、土壤污染、土壤酸化、土壤盐碱化、土壤生物多样性减少、土壤固封(封闭)、土壤养分平衡变化、土壤紧实化以及土壤墒情变化等十大全球性土壤变化。 报告进一步分析了这些变化将主要影响土壤生产力与食物安全、气候变化及其调节、空气质量及其调节、含水层水质及其调节、水循环及其调节、自然灾害及其防控、土壤生物储库、人类健康水平、人类自然文化服务等九大对地球系统和人类的巨大影响, 呼吁以可持续土壤管理为核心的全球土壤公约、国家和区域土壤政策、计量和预测土壤变化的全球土壤信息系统等3项全球行动倡议。

21世纪以来, 气候变化等全球性环境变化对土壤的影响以及土壤变化过程对地球环境及生命过程的影响有较多研究积累。城镇化和气候变化对土壤变化的巨大驱动力是除自然生态系统演变以外的最为剧烈和快速的驱动力, 这已越来越受到国际土壤学界的重视。认识和表征人类活动的驱动力对土壤变化的巨大影响已成为世界土壤资源态势研究的重大基础问题^[17]。这个报告的基本认识是:除了部分地区外, 世界大部分地区的土壤资源处于亚健康、不健康或极不健康的状态, 全球1/3面积的土壤因土壤侵蚀、盐碱化、酸化、紧实化和污染而中度或严重退化, 从而削弱土壤生产力, 制约着食物安全, 进一步可能引起食物市场波动和区域性饥饿与贫困, 可能成为世界不安定的因素。

因此, 世界土壤资源研究的核心是全球和区域土壤变化的过程、趋势及驱动力, 变化对生态系统过程及服务功能的影响、反馈及管控。了解、表征、检测与管控土壤变化构成了当代土壤资源研究的科学基础, 尽管21世纪初早已将土壤变化列为土壤科学前沿问题, 并落实到长期地球系统观测计划和生态系统观测计划中^[18]。但是, 我们对土壤功能与服务的计量与评估, 对土壤变化的实时定量观测, 仍没有建立一套系统可行的科学方法和指标体系, 这已经成为土壤学服务于可持续管理的科技瓶颈^[19]。另一方面, 土壤的变化, 特别是土壤退化将通过生物地球化学循环过程的变化, 影响生态系统进而影响地球系统的生命过程, 从而削弱生态系统服务功能及地球生物圈的生物多样性^[20]。因此, 土壤学的科学焦点仍在于土壤变化与生物地球化学、生态系统服务、地球关键带过程以及生物多样性等地表系统变化的联系与反馈, 这些联系与反馈可能是局地的更可能是全球的, 可能是短期的更可能是长期的。这些问题仍然将是21世纪后半叶世界土壤学研究的焦点问题。

从报告内容的关键词也可以看出世界土壤学研究的学科态势与热点(图1)。非政府或联合国的政策性报告是面向不同利益群体或公众阶层的报告, 需要从高度宏观的角度和科学认识高度集成的深度进行学术— 政策— 行动的融合。报告讨论的问题或关键词代表了最近一个时期内的土壤学服务社会的热点或关注点。我们对报告进行了关键词搜索统计(图1)。按出现次数排序, 出现最多的是水(及水分)和碳(近600次), 其次是土壤侵蚀、生物多样性、生态系统服务、土地利用、土壤退化和城镇化(100~200次), 再次是储库、土壤污染、气候变化、土壤质量、土壤安全等(50~100次), 而传统的肥力(如磷等其他营养元素、质地、金属和污染物等)处于次要的关键词。可见, 土壤变化及其驱动力是土壤资源问题的关键热点, 而服务于气候变化的碳氮水研究、服务于生态系统服务的水分、生物多样性、生态服务等问题上升为研究热点, 或者日益被公众所关注。在报告的前言(Forward)中, 特别强调了土壤是地球最大的水库与水过滤器、最大的地表碳库与温室气体调节器和最大的生物多样性等3个举足轻重的土壤功能, 他们对于地球生态系统功能起着关键作用。这些重要的热点和焦点问题, 也反映在随后分别发表于Global Change Biology(全球地学— 生物学— 交叉研究重要刊物)和Soil(欧盟地学联盟开放性杂志)的2篇观点性评述论文中, 它们是在完成报告编写的同时编撰者们进一步凝练并综述而成的^{[17, 21]}。总之, 水— 碳— 生物是土壤学研究最关注的需求和热点, 体现了土壤的关键资源供给与关键服务研究的全球需求, 土壤利用、退化与社会发展驱动力及气候变化驱动力的关系及其对土壤质量、土壤安全的强烈影响是世界资源态势的关键内容。这种研究特别体现在土壤与地球关键带研究的关联与交集^[22]。相比之下, 即使在国际土壤学界, 对于土壤水与地球水循环的研究仍然十分缺乏^[23], 这势必是今后亟待充实的研究领域。

图1

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图1 报告中内容的关键词分布蜘蛛图 (a)土壤成分关键词分布; (b)土壤属性关键词分布; (c)土壤过程关键词分布; (d)土壤功能关键词分布; (e)土壤驱动力关键词分布; (f)土壤服务功能关键词分布Fig.1 The spider diagram with the distribution of key words in the report (a)Distribution of the key words about soil composition; (b)Distribution of the key words about soil properties; (c)Distribution of the key words about soil progresses; (d)Distribution of the key words about soil functions; (e)Distribution of the key words about soil driving forces; (f)Distribution of the key words about soil services

参考文献是报告内容的重要组成部分, 更是报告学术内容和认识的主要支撑。该报告的主报告总论部分总计引用1 130篇出版物(表1), 其中研究论文(包括基于实验数据的集成研究论文)引用不到50%, 引用的综述论文占到1/4, 而国际组织和项目计划的专门报告和专著共占1/4。这可以看出, 该报告仍以研究报告为主要依据。进一步将研究论文分为实验研究和数据集成2种类型, 则后者被引论文共224篇, 总被引用率占20%, 且在最近10多年来呈指数式提升(图2), 说明数据集成研究已经成为国际土壤学研究的主流形式。集成研究的不断发展和提升, 一方面体现了土壤学研究的基础大数据库不断积累, 另一方面更彰显了数据、信息和知识的高度集成融合在支撑全球性政策报告以及服务于全球社会的重要性。再者, 在整个报告中, 引用的综述论文共287篇, 总被引用率与研究论文相当, 这些提示综述论文特别是前沿性综述论文体现科学的集成度和认识水平, 也体现对学科发展前沿的把握。这些都是中国土壤学研究所不够的。

表1

报告引用论文的类型及引用比例

Table 1

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报告引用论文的类型及引用比例

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表1报告引用论文的类型及引用比例 Table 1 Types and proportion of the references cited in the report 类型 引用篇数 引用占比/% 报告 150 13.3 专著 154 13.6 综述 287 25.4 研究论文 539 47.7 总计 1 130 100.0

表1 报告引用论文的类型及引用比例 Table 1 Types and proportion of the references cited in the report

我们将被引用文献按照作者(第一或通讯作者)单位所在国家进行统计(图3), 经合组织国家的文献占90%以上, 其中仅美国被引用文献就有365篇, 占全部引用文献的1/3(图3a), 而发展中国家被引用仅占10%(图3b)。可见, 在世界土壤学研究版图中, 美国仍处于领头羊地位, 而英国、德国、荷兰、澳大利亚属于土壤学强势国家。在被引文献中, 中国的数量在发展中国家中遥遥领先, 但也仅有27篇被引用, 相当于美国的8%和英国的20%。虽然本文没有分析这些引用文献在报告中的引用次数, 仅从引用文献数量看, 中国已逼近比利时、瑞典、法国、意大利、瑞士等欧盟主流国家水平, 跻身国际主流。

图2

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	图2 被报告引用的大数据集成研究论文的年际分布Fig.2 Chronical distribution of the mega-data synthesis studies cited in the report

该报告是在联合国粮食与农业组织(简称粮农组织)统领下, 由全球土壤伙伴网络(Global soil partnership)协调, 政府间土壤专家组(International panel on soils)负责编制。具体由编委会(Editorial board)召集编写, 确定报告纲要及报告分章结构。各章的编写由章召集人负责, 并邀请相关专家作为参编作者参与编写。最后由责任编者统稿, 并邀请权威专家审定。

全书总参编人员215人, 来自全球58个国家或组织, 其国别的地理分布见图4。尽管这个报告是联合国粮农组织主导的政府间机构的官方报告, 尽量兼顾了参与者的国别多样性。但这并不与世界的土壤分布或人口分布相匹配, 欧美加上大洋洲和日本的编者占到60%, 而非洲和拉丁美洲分别只占7%和10%。如果按报告的总论部分(前8章)计, 全球参编作者105位, 来自发达国家(经合组织)的编者占71%, 发展中国家只占29%(表2)。从地理分布来说, 2/3以上的作者来自欧美和大洋洲。其中, 参与编写最多的是美国, 共20人; 其次是英国, 13人, 共占参编专家队伍的31.4%; 第三是肯尼亚, 是联合国环境规划署(United Nations Environment Programme, UNEP)和联合国开发计划署(United Nations Development Programme, UNDP)总部所在国, 其专家实际上也代表了欧美国家。尽管我国有多人参与了报告中分论的编写, 但仅3位专家(分别来自中国科学院、南京农业大学和中国台湾大学)参与了报告总论部分的编写。我们还注意到, 各部分均由9人的评审专家进行评审, 他们全部来自发达国家。因此, 从报告的编写队伍来说, 世界土壤资源报告的话语权仍主要为西方发达国家所掌控, 这与报告编写对专家业务水平的要求有关, 但也可看出国际机构科学活动中的国家竞争。就这个报告来说, 我国在全球土壤学国际社会活动的参与度仍处于初级阶段, 这与我国的土壤学研究队伍和科研投入还不甚匹配, 但也反映了我国基础研究国际影响的一般态势。

图3

Fig.3

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	图3 报告中引用论文的国别分布 (a)经合组织的发达国家; (b)发展中国家Fig.3 The national distribution of the papers cited in the report (a)OECD developed countries; (b)Developing countries

从上述可以看出, 当前全球土壤学研究仍是西方发达国家把握着全球前沿, 主导着话语权。2014年在韩国举行的第20届世界土壤学大会, 4场大会报告(Congress Symposium)共12个大会报告, 报告人分别是美国学者5人, 韩国和澳大利亚学者各2人, 荷兰、德国和印度尼西亚学者各1人, 主持者和报告中均无中国学者。仅次于大会报告的是国际土壤学联合会(International Union of Soil Sciences, IUSS)四大部门(Division)组织的学科(Disciplinary Symposium)和交叉学科(Inter-Disciplinary Symposium)分会报告, 计22个分会24场报告。除了“ 生物质炭土壤” (ID5)分会的2场报告是我国学者与美国、韩国学者共同主持外, 我国没有参与主持任何一个分会报告会。当然, 中国有7人次参与主持了共61场专业委员会和工作组的专业性讨论会^[24]。这凸显中国土壤学的国际影响力还十分薄弱, 中国要成为国际土壤学大国仍需时日。我国近年来基础研究投入已经接近欧美国家行列, 但我国的科研产出效能仍需大力提升, 特别是高质量、前沿性和集成性研究论文的产出, 仍需要极大地激励并创造条件跻身国际学术大舞台, 争取话语权, 提升竞争力^[25]。可喜的是, 最近结合国家自然科学基金委员会的国际合作战略^[26], 土壤与地球关键带的研究已经有所布局, 希望能成为我国未来土壤学研究在国际上的一个优势领域。

表2

报告总论部分参编专家的国别/地区分布

Table 2

表2

报告总论部分参编专家的国别/地区分布

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表2报告总论部分参编专家的国别/地区分布Table 2 The national or regional distribution of the authors contributed to the general chapters of the report 分类 人数 百分比/% 国家性质 OECD 75 71.4 非OECD 30 28.6 地理分布 亚洲 18 17.1 欧州 37 35.2 北美(美加) 25 23.8 非洲 8 7.6 南美洲 8 7.6 大洋洲 9 8.6

表2 报告总论部分参编专家的国别/地区分布 Table 2 The national or regional distribution of the authors contributed to the general chapters of the report

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 报告所有编写人员的国别地理分布Fig.4 Geographic distribution of all the contribution authors

未来90亿人口的社会可持续发展将对全球土壤资源带来巨大压力。伴随土壤资源的利用和管理产生的各种变化及其风险, 支配着世界土壤对全球食物和生态系统服务的供给以及生物多样性的保持能力。《世界土壤资源状况报告》全面审视了当前世界土壤资源态势, 强调了世界土壤资源变化背后的土壤过程、生态系统效应以及对全球社会潜在的长期影响。这是一篇土壤资源宣言书, 进一步唤起了全球社会对土壤安全的应有关注, 呼吁全球行动起来共同应对全球土壤变化及其带来的各种风险。这个报告也彰显了土壤学研究对全球治理的特殊地位, 所面临的对全球社会的巨大服务压力及其研究与技术发展的严峻挑战。

面向全球土壤学, 发展中国家的研究贡献及发言权亟待提升, 特别是集成研究和多尺度融合研究。对于中国来说, 在前沿领域急起直追的同时, 如何发挥特色, 树立和巩固优势领域, 发展全球引领性研究计划, 是中国土壤学在服务国家发展的同时, 影响和服务全球社会共同发展的重大需求。