長期以來被氣候研究領域的同行所忽視，一小群土壤科學家正在帶頭努力，將嚴謹的計算機分析應用於我們腳下的土地。
他們的目標：製作一份全世界的數字土壤地圖。
這是一項艱鉅的任務。在世界許多地方，例如非洲和南亞，關於土壤的知識充其量只是粗略的，依賴於褪色的紙質地圖。而且，如果沒有準確的土壤資訊，規劃者很難知道哪裡最適合種植作物，或者氣候建模者很難預測有多少碳可能從土壤釋放到大氣中。
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“各個科學學科都在呼籲獲取這些資訊，”該專案的協調員、荷蘭政府資助的全球土壤研究所ISRIC的土壤科學家阿爾弗雷德·哈特明克說。
哈特明克說，氣候科學家、水文學家、農學家和生態學家都希望將這些資料輸入他們的模型，以便更好地解決一些重大問題：如果中西部地區發生乾旱會怎樣？或者如果大片土地被用於生物燃料會怎樣？
“人們正在意識到食物來自土地，”哈特明克說。“如果你想結束飢餓，那麼你需要了解你的土壤，並且土壤需要處於良好狀態。”
該專案名為GlobalSoilMap.net，已從比爾和梅琳達·蓋茨基金會獲得了大約一百萬美元的種子資金。正如哈特明克所說，“這是一張地圖，而且[比爾]喜歡地圖。它是數字化的，而且他喜歡數字化。”這項工作的一個分支，非洲土壤資訊服務，也從該基金會獲得了 1800 萬美元。
非洲的土壤資訊尤其匱乏。事實上，科學家對火星土壤的瞭解比對非洲土壤的瞭解更多，土壤科學家、今天發表在科學雜誌上的一篇描述該團隊工作的論文的作者佩德羅·桑切斯說。
“我們在火星上有探測車，它們會傳輸土壤和岩石的光譜特徵，”桑切斯說。例如，“我們知道火星的土壤含有大量的鹽分。”然而，這種現代技術尚未應用於非洲的大規模土壤調查，他補充說。
該專案將主要基於對現有、前數字地圖的高科技外推來製作其數字地圖。如果成功並獲得資金——科學家估計這張地圖的成本將超過 2 億美元——這張地圖可以提供隨著條件變化，土地隨時間變化的快照。
“我們目前假設我們的土壤是靜態的，但我們知道它們不是，”國家大氣研究中心的氣候建模師大衛·勞倫斯說。
此外，勞倫斯說，可靠的全球估算，特別是穩健的碳密度資料，將受到歡迎。
“我們花費大量時間來思考我們正在使用的資料是否正確，”勞倫斯說。他補充說，通常，當模型出現偏差時，這是由於不正確的土壤資料造成的。
包括美國在內的許多國家確實擁有準確的土壤舊地圖，其中許多已掃描到計算機中。但科學家說，在低解析度下，這些地圖有一個致命的缺陷。土地被分成多邊形——大多數地圖看起來像極端選區劃分後的彩色州——在這些多邊形內，土壤被認為是均勻的。沒有機率。
任何研究人員都會告訴您，科學家需要機率。因此，從這些多邊形地圖出發，該專案將利用現代計算的統計力量，並將其與過去幾十年獲得的顯示植被覆蓋、地表溫度和海拔高度的衛星資料以及現有的氣候資料相結合。
最終，將產生一張高解析度的土壤地圖，以畫素（微小的數字方塊）呈現資料。每個樣本不是沉溺於土壤術語的奧秘（“霍尼歐淤泥壤土”、“中溫 Glossic Hapludalf”），而是將以機率的方式列出土壤的特性：其儲水能力、碳密度、酸度和密度，甚至其導電性。
下個月將接管該專案科學協調工作的鮑勃·麥克米蘭說，該地圖的解析度將達到兩個足球場，即 100 米見方。
目前正在進行幾個試點專案以支援他們的理論，包括在北達科他州和加拿大馬尼托巴省之間的邊界以及多瑙河地區。麥克米蘭指出，澳大利亞是最高階的土壤繪圖員，有效地在整個大陸上測試了他們的模型。
它並非完全順利。
根據該專案的管理者，“有些地方他們做得非常好，有些地方他們做得非常糟糕，”麥克米蘭說。該團隊現在正在完善其模型，該專案的初步結果線上提供了一個未來地圖的粗略模型。
非洲土壤
該數字地圖最大的試驗檯是 1 月份宣佈的非洲專案。著名的土壤科學家桑切斯還領導著哥倫比亞大學地球研究所的千年村莊專案，這是一個社群發展專案，與非洲村莊合作建立可持續農場。他說，擁有一張強大的數字地圖將對規劃者大有裨益。
目前，非洲大部分地區的土壤中都缺乏磷，磷是植物用於光合作用和能量傳輸的重要營養素。通常，由於收成和侵蝕而耗盡的磷透過化肥補充；然而，在非洲，化肥的使用量僅為世界平均水平的 10%。
換句話說：由於土壤貧瘠，非洲平均每個農場生產 1 噸玉米。桑切斯說，在美國和歐洲，平均產量為 8 噸。
為了繪製非洲地圖，該服務將彙編所有現有資料集，然後在撒哈拉以南非洲和馬達加斯加（一個覆蓋 1810 萬平方公里的區域）的 60 個地點進行取樣。該服務部門表示，他們的“空間分層隨機抽樣方法”將提供該次大陸的第一個“無偏樣本”。
在一個擁有近 10 億人口和多樣化生態系統的非洲大陸上，60 個地點似乎是一個很小的樣本。該服務的支持者說，這就是技術的用武之地。最終的測試將證明它們的準確性，但是，正如麥克米蘭指出的那樣，模擬土壤地圖已經不可靠，準確率徘徊在 55% 到 65% 之間。
“我們在這裡所做的不是什麼魔法，它是在複製和驗證我們的邏輯，”麥克米蘭說。
本月，該專案正在約旦建立一個北非基地，並且在世界各地——美國、巴西、中國、澳大利亞、肯亞和法國的學術中心都是合作者——其研究人員正在“追逐資金”，哈特明克說。
美國土壤科學學會科學政策主任卡爾·格拉斯納說，該地圖得到了美國科學家越來越多的支援。
在上個月的八國集團工業國家會議上，奧巴馬總統表示，他將要求國會將美國農業發展援助增加一倍，到 2010 年超過 10 億美元。
格拉斯納說：“隨著總統宣佈對農業發展援助的新支援，或許會出現將資金投入全球數字繪圖專案的機會。”
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