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用土做幅画，顺便再看看土是否健康

花匠小妙招
2024-09-29 10:19

原创 as center as科学艺术研究中心

土壤，看似平凡却又极其复杂的自然资源，是承载地球上无数生命的基础，在维持生态系统健康中扮演着不可或缺的角色。

然而，随着人类发展与活动的不断加剧，土壤退化和污染问题日益严峻，威胁着全球的生态平衡。为了应对这一挑战，科学家们不断探索对土壤健康状况的观测手段，土壤色谱成像技术就是其中之一。它使科学家能够以视觉上，以令人信服的方式来直观呈现土壤的种种特性。

“色谱法”最初由俄罗斯植物学家米哈伊尔·茨维特（Mikhail Tsvet）于20世纪初发明，广泛应用于化学、医学和生物学等领域。茨维特的研究最初用于分离植物色素，随着技术的发展，色谱法已经被应用于多个学科，用以分离、识别和定量分析复杂的混合物成分。

土壤色谱成像则是一种基于色谱法的特定创新应用，提供了一种可视化的方式来分析土壤的成分和健康状况。不同于传统色谱法以分离和量化物质为目的，土壤色谱成像会更专注于通过图像直观展示土壤中有机物、矿物质和微生物活动的分布。

土壤色谱成像实验中，土壤样本首先通常与硝酸银溶液混合。随着溶液在纸或滤纸上扩散，土壤中的有机质、矿物质和微生物代谢产物与试剂发生不同的化学反应，从而形成多样的颜色和分层。

这些分层是因为土壤中的不同成分在滤纸上的扩散速度和反应性各不相同。较轻或较易溶解的物质扩散得更远，而较重或难溶的物质则停留在中心附近。

颜色和层次反映了土壤的营养水平、结构和生物活性。例如，土壤中的铜元素（Cu）会与硝酸银反应，生成蓝绿色的环。这一环通常出现在较靠近中心的位置，表明铜的存在较为集中，而较轻的有机质或较易扩散的矿物质会在更外围形成色彩淡化的分层。这种分层和颜色差异显示出土壤成分的多样性以及各元素在土壤中的分布特征。

2017年夏天，美国艺术家克莱尔·潘特科斯特和布莱恩·霍姆斯在基卡普河谷流域展开了一项具有突破性的土壤色谱成像实验。他们选择一片叫做“漂流者”的古老土地作为研究对象，通过土壤色谱技术，揭示这片土地的独特化学特性以及生态健康状况。

在整个采样过程中，克莱尔和布莱恩深入田间地头，细致地收集来自不同地形和生态环境的土壤样本。每一个样本都被精确标注采集地点，以确保数据的准确性和可追溯性。随后，他们将这些样本带回实验室，利用土壤色谱技术进行处理与成像。

通过他们的努力，产生的土壤色谱成像不仅展示了土壤的化学多样性，视觉多样性，还揭示了微生物在土壤修复中的关键作用。例如，他们发现某些区域的土壤色带异常，具有潜在的污染问题。通过微生物的活性分析，他们能够进一步确认污染物的来源与扩散路径。

这一系列研究与实验不仅为土壤健康评估提供了科学依据，也为环境保护和修复工作指明了方向。

土壤色谱成像的专业制作通常会使用硝酸银。硝酸银作为强氧化剂，与土壤中的有机物质、矿物质和微生物代谢产物发生显著的化学反应。然而，硝酸银是具有腐蚀性和毒性的化学物质，处理时需极其谨慎，因此在非专业环境下进行实验时，使用硝酸银并不安全。

白醋是一种家用、常见且安全的酸性溶液，可以用作硝酸银的替代品。醋的酸性有助模拟土壤成分在酸性介质中的扩散与反应，促使土壤中的成分更容易释放和移动。虽然反应不如硝酸银强烈，但依然可以产生类似的分层效果。

材料准备方面，需要一些滤纸或咖啡过滤纸、食用染料、食醋、蒸馏水，以及一个小碟子或容器。从想要检测的地方取一些土壤样本，尽量选择不同地点的土壤，以便产生对比效果。

研磨土壤样本

筛分土壤

溶解土壤并准备制作色谱图

全部完成后，将色谱置于阳光下进行显影

将土壤研磨后与同等体积的蒸馏水混合，形成均匀的溶液。接着将滤纸平铺在一个干净的平面上。在滤纸的中央滴加一滴土壤溶液和几滴食用染料，作为色谱的起点。之后在滤纸的边缘滴加食醋，醋将逐渐向内扩散，并推动染料在滤纸上形成色彩分离。可以发挥想象调整醋的用量和添加位置，以观察不同的扩散效果。随着时间的推移，染料会在滤纸上扩散，形成不同颜色的环，模拟土壤色谱成像的效果。

色谱成像技术可谓是科学与艺术的融合。它不仅仅是一种研究工具，还为科学家和艺术家提供了一种新的表达方式。这种技术不仅可以用于农业、环境科学以及生态修复等领域，帮助研究人员更好地理解土壤健康状况，为可持续土地管理提供依据，并让人们更直观地了解土壤的多样性及其重要性。同时，色谱成像技术在视觉化的方向也有着十分有趣的拓展潜力。