颜色是土壤最引人注目的视觉特征，是人们对土壤的第一认识，它可以指示土壤属性、发生过程和肥力，是土壤诊断分类和质量评价的重要指标。《尚书•禹贡》将中原大地的九州土壤分为黄壤、白壤、黑坟、白坟、赤植坟和青黎等。北京中山公园社稷坛铺垫的五色土，东方为青色，南方为红色，西方为白色，北方为黑色，中部为黄色，或许是最早表达了土壤颜色分布的图腾。随着现代土壤科学的发展，对我国土壤颜色分布有了更多的认识，例如按土壤发生分类，我国东部地区土壤从南到北大致呈砖红壤-赤红壤-红壤-黄壤-黄棕壤-棕壤-暗棕壤及棕色针叶林土等地带性分布，据研究，这一分类是世界上最多使用颜色来命名土壤的方案。用土壤颜色来命名土壤固然有其简便性和一定程度上的合理性，然而，实际上土壤颜色无论在水平方向还是剖面深度方向都具有高度的变异性，土壤科学工作者经常发现在某个以颜色命名的土壤地带会出现完全不同（颜色）的土壤，但是国内外有关土壤颜色空间变异方面的研究很少。
北京中山公园社稷坛
我国面积广大，土壤景观复杂多样，如何在有限的稀疏土壤调查样点条件下绘制较为精细的全国土壤颜色空间分布，是一个具有挑战性的问题。常规地统计插值方法仅依赖样点进行插值，难以揭示土壤颜色空间变化细节，而且其假定苛刻，对样本数量和分布也要求较高，不适用于复杂地区和稀疏样本条件。对此，张甘霖研究员团队采用基于土壤景观关系理论的预测性土壤制图（Predictive Soil Mapping, PSM）方法，对土壤颜色进行数字制图，而目前国际上尚未有这方面的研究报道。
使用近年“我国土系调查与《中国土系志》编制项目”获取的近5000个土壤调查剖面的孟塞尔（Munsell）颜色数据作为样本，利用遥感和GIS技术对气候、母质、地形地貌等成土环境因素进行定量表征，形成覆盖全国的成土环境数据集，采用集合式机器学习算法随机森林（Random Forest）建立了土壤颜色（干态和润态）与成土环境条件之间的关系模型，对5，10，15，25，35，50，75，100，125cm共9个深度的土壤颜色进行了推测制图，生成了全国土壤颜色的三维分布图，结果用RGB和孟塞尔颜色两种表达形式。
25cm深度土壤孟塞尔颜色（润态）分布图
制图结果清晰地揭示了我国土壤颜色的空间格局：西北的沙漠、荒漠和戈壁区域土壤颜色主要是白色和灰色，这些区域植被稀疏或完全处于荒漠戈壁环境，土壤机质含量低，游离碳酸盐或盐分含量高；中部的黄土高原，包括甘肃、宁夏、陕西、山西和河南西部等地，土壤颜色主要是黄色；东北和青藏高原东部等的较湿润的高寒地区，土壤颜色较暗较黑，因为这些区域的土壤有机质积累较高；南方土壤颜色偏红，尤其江西、湖南和云南一些区域颜色最红，该地区母质主要是第四纪红黏土，由于气候和森林砍伐等多种原因土壤侵蚀严重，现在表层出现了较红的原下层土壤；四川盆地大部分被“紫色”土壤覆盖（紫色湿润雏形土，母质为砂岩或带RP色调的页岩），预测为暗红色；在贵州和广西以石灰岩为主地区，可看到较浅的颜色；东部地区，在长江，淮河和黄河的下游以及鄱阳湖周围土壤呈淡褐色，趋于灰青色，因为这些区域地形低洼，排水不畅，母质多为河湖相沉积物。同时，土壤颜色随深度增加总体上变浅，主要受到有机质含量随深度减小的影响。除了大的格局，制图结果也刻画出了土壤颜色空间变异的细节，如西安和成都两个局部窗口显示出了不同景观单元或部位的土壤颜色变异。分析发现，太阳辐射、风化层厚度、TM波段5和7以及海拔高度等环境变量在土壤颜色推测中具有相对较高的重要性，说明气候决定的温度和湿度、母质和地形因素对我国土壤颜色空间模式有重要影响。
25cm深度土壤颜色（润态）局部细节图：西安区域（左）和成都区域（右）
5cm（左列）和50cm（右列）深度土壤颜色（润态）孟塞尔色调（hue）、明度（value）和彩度（chorma）分布图
该工作是中国土壤信息格网建设的重要部分，提供了我国第一个标准一致、详细的土壤颜色视图，是土壤过程模型、土壤肥力质量评价与空间管理的关键参数，可服务于法庭土壤物证溯源研究，也是向公众传播土壤多样性、增强土壤保护意识的宝贵工具。该成果发表在国际著名土壤学期刊Geoderma上（https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114556），相关数字产品空间分辨率为1km，可以免费下载（网址https://dx.doi.org/10.11666/00072.ver1.db）。研究得到了科技基础性工作专项“我国土系调查与《中国土系志》编制”（2008FY110600 & 2014FY110200）、国家重点研发计划（2018YFE0107000）和中国科学院南京土壤研究所“一三五”前沿研究项目的支持。
