土壤类型在“消失”！关注土壤多样性研究

1 土壤多样性的概念及意义

多样性概念与分析方法被广泛应用于生物物种数量的计量和分析等生态学研究中，而在土壤学和地学领域的应用是近十余年才开始并展开。

从之前有关多样性的研究可以看出，多样性的概念应包括两个基本组分和两个不可回避的价值判断。

基本组分为来源于不同对象但可以统计的性质，无论这些对象是不同颜色的球、不同蛋白质的 DNA 物质、较高系统分类等级类型或土壤类型、生态景观中的生境地块(habitat patches on a landscape)，都具备两个基本特征，一是在一个混合体或样区中存在不同对象的数目(如土壤类型)，二是不同类型对象的相对数量。

价值判断则包括所选择的级别可否具备显著的不同，以此用来区分对象的类型，以及属于某一特定级别的对象是否足够地相似并可以归为一类。

因此，只要能确定分级或分类就可以进行多样性的分析，所以地多样性(geodiversity)和土壤多样性(pedodiversity)的提出应该与生物多样性同样适合。

然而，相比生物学与生态学中多样性测度十分普遍，测度地多样性(如地质构

造单元、地形单元、沉积物、矿物、岩石、化石以及土壤等)却鲜有进展，多样性分析可望在地球的地质历史、发展过程及其模拟、气候与景观的变迁和生命

的起源等研究方面发挥作用，因此具有重要意义。

毫无疑问，保护土壤多样性和地多样性是维持生态环境多样性，提升区域社会发展与资源环境协调关系的基础。

21 世纪初，土壤多样性的理论方法由笔者等引入到中国，已经在基本计量方法的建立与空间变异分析、长江三角洲土壤多样性测度指标的集成与运用和以城市化快速扩张为背景的高强度人类活动对土壤多样性及土壤资源空间格局演变指示 3 个不同梯度展开渐进研究，

有关研究结果已陆续在国内外产生积极而重要的影响。目前，正在上述研究的基础上，借鉴国际间最新研究经验，将我国东部长三角发达城市化地区和中部中原农业地区不同发展条件下各类土地利用动态变化对土壤资源多样性格局所产生的复杂影响作为研究主轴，着重分析对比由两地区不同发展阶段土地利用变化的区域差异性特点所导致的土壤多样性基本特征及空间变异，通过连接系数等手段探索土壤多样性与土地利用(方式)多样性的关联分析，尝试以新的角度探索不同土地利用变化对土壤多样性影响的科学表达并阐述由此带来的生态环境效应，使中部崛起发展中接受东部后城市化过程的经验与教训，在服务于区域间产业结构优化与调整过程中对土壤资源的可持续合理利用与生态环境建设将起到重要的参考作用。

2 契机：国内外研究进展

从 20 世纪 90 年代起, 以 Ibáñez 为首的一个西班牙研究小组提出了一种可能的途径，用生态学研究的方法系统地分析土壤圈层内土壤的类别多样性，建立与生物多样性相平行的概念，在陆续发表的文献中详细阐述了生物多样性的计量方法用于土壤空间变异和分布格局分析的可行性，着重解释了用于确定土壤多样性及在数字化评价土壤圈中的主要手段与技术途径。

Saldaña 和 Ibáñez 基于西班牙中部埃纳雷斯河河成阶地的土壤数据进行了相关研究，为了分析第四纪河谷的土被演化和丰度-面积关系，将丰富度、多样性指数和拟合概率分布模型综合应用于土壤年代序列研究中，并基于不同的分类级别(类、亚类和土族)和诊断层分类计算了土壤多样性指数。

研究发现，土类和亚类的丰富度随阶地的增高而增加;分类分级越详细，土壤多样性的指数越高;土壤多样性随研究区面积的增加而增加;遗传土壤丰富度和遗传土壤多样性在该研究区中随地形表面景观年龄的增长而增加;土壤丰富度与面积之间的连接系数在中低阶地上符合对数函数曲线，在高阶地符合幂函数曲线，这与生态学中的物种丰富度与面积的连接性相似。

Caniego 等使用多重分形方法对全球尺度下土壤分类单元分布的自相似性(self similarity)进行了研究，基于联合国粮农组织土壤数据库中 5 大洲和全球数据，计算了土壤分类单元丰度分布的自相似性和 Rényi 频谱(Rényi spectra)，研究认为自相似性应为土壤丰度空间分布的共有性质，分析表明全球尺度下土壤多样性分布的复杂特征符合明确的多重分形特征。

Saldaña 和 Ibáñez 等对土壤多样性、连接度(connectance)和土壤空间变异性之间的内在联系进行了研究，研究区基于马德里东北部埃纳雷斯河河谷阶地的土壤年代序列。

研究使用丰富度指数和仙农多样性指数在不同的分类级别上计算了土壤多样性的数值。

分类学土壤多样性(即土类的多样性)的值在高级别分类体系中随时间的变化(从低阶地到高阶地)而增加，但是在土族级别上并未发现明显的关系。分析表明从低阶地到中阶地，丰度-面积关系符合对数函数关系，而高阶地的数据符合指数函数关系。

地质统计分析显示土壤性质的变异性大小随沉降物的变化(从年轻到古老)而逐渐下降。研究表明，就埃纳雷斯流域生境来说，土壤性质中的多样性和空间变异性是两个不同的概念。在土类和亚类这一分类级别上，具有最高分类学土壤多样性的阶地却具有较低的土壤性质空间变异性和最低的连接度数值。

2003 年，美国将土壤多样性的理论与方法也在全国土壤多样性特点及土壤多样性与土地利用的关系等研究中进行了有意义的尝试，利用美国农部自然资源保护局(USDA-NRCS)的各州土壤地理数据库STATSGO(the State soil geographic database)进行了美国本土土壤多样性指数的计算、各分类级别上土壤单元与面积的关系、美国农部自然资源保护局划分的美国本土各地理区域土壤多样性的对比以及土壤单元相对多度的可能机制的研究。