挖掘

土壤的秘密！

教育者指南

© NACD/粮农组织 2015 年

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管理计划教育者指南在线版

您可以从 以下 FAO.org 网站上下载本《教育者指南》，即：

www.fao.org/soils-2015

特别鸣谢以下人员和单位编制国家保护区协会提供的原版：

文字撰写：T.D. Southerland

设计团队：Willow Marketing

项目经理：S.M .Schultz

史密森尼“挖掘土壤的秘密”展览小组

美国土壤科学协会义务教育委员会

国家保护区协会道德与标准委员会

以及多位审稿人

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目录

《挖掘土壤的秘密！》教材项目合作伙伴 ........................................................................................................................................... 4

挖掘土壤的秘密！初级 ............................................................................................................................................................................... 5

挖掘土壤的秘密！中级 ............................................................................................................................................................................... 8

挖掘土壤的秘密！高级 ............................................................................................................................................................................ 11

来自脚下的短信息 .................................................................................................................................................................................... 15

学生工作表 .................................................................................................................................................................................................. 18

“挖掘土壤的秘密”展览让土壤充满乐趣！ .......................................................................................................................................... 21

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《挖掘土壤的秘密！》教材项目合作伙伴

这套教材由美国国家保护区协会根据史密森尼国立自然历史博物馆的一次展览内容编制，由美国土壤科学协会和生

命营养基金会赞助。本版本由联合国粮食及农业组织（粮农组织）根据与美国国家保护区协会签署的授权协议而编

制。

史密森尼国立自然历史博物馆

美国土壤科学协会

浏览“挖掘土壤的秘密”展览在线版、教材、

展览视频和图片、土壤探险家展示和更多关于

土壤的资料 http://www.forces.si.edu/soils

在线展览内容

展览资料

展区平面图和指南

针对学校和家庭的展览活动表

视频

大厨挑战赛

土壤：神秘配方

走进土壤

生死攸关之事

探索

什么是土壤？

土壤如何形成？

土壤里有哪些生命？

我们如何在土壤上居住生活？

认识土壤探险家

美国土壤科学协会成员搜集了关于土壤的各种

信息、课程计划和丰富活动。 https://www.soils.org/lessons/resources/

课程

土壤概况

土壤生物学

土壤与植物生长

土壤化学

土壤与土地开发

土壤取证

土壤术语 https://www.soils.org/lessons/definitions/

粮农组织

访问： www.fao.org/soils-2015/

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挖掘土壤的秘密！初级

专为 5-7 岁儿童设计

手册目标

学生能理解:

o 土壤由很多成分构成，包括有生命和无生命的物质。

o 土壤的属性之一是颜色。

学生能判断哪些生物生活在土壤中以及它们有哪些生存需求。

学生能确定他们依赖土壤的方式。

学生能辨别所有动物是通过直接方式和间接方式依靠土壤生存的。

学生能判断土壤的成分。

学生能区分:

o 自然形成的物体和人为设计的物体。

o 环境中的自然成分和人造成分。

学生能根据自然属性和人工属性给物品分组。

学生能认识到坚硬的岩石和土壤都是地表物质。

学生能将营养素与健康联系起来

科学标准

物质科学

物体和物质的属性

o 物体是由一种或多种物质组成的。

生命科学

生物的特征

o 生物有生存需求（空气、水、食物、养分、光）。

生物和环境

o 所有动物直接或间接依赖植物作为食物。

o 人类依赖自然环境和人造环境。

地球和空间科学

地表物质的属性

o 地表物质包括坚硬的岩石和土壤、水和空气。

o 土壤具有颜色、质地和含水能力等属性。

科学和技术

区分自然物体和人造物体

o 一些物体是自然形成的，另一些是人为设计的。

o 物体可分为自然物体和人造物体。

6

个人和社会角度

个人健康

o 营养对于健康必不可少。

资源的种类

o 我们从生物环境和非生物环境中获取的资源。

活动

土壤中生活一瞥

制作关于土壤中生活和土壤上生活的立体模型

目标

学生能画出依赖土壤生存的不同生物，包括植物和动物，并为其着色。

学生能判断生物的需求和它们在立体模型中的合理位置。

材料

将学生分成 2-4 人一组，为每组提供：

不同植物、动物（包括无脊椎动物、节肢动物、昆虫、蛛形纲动物和哺乳动物）以及菌类的图

片，供其研究和临摹。

工艺铁丝

彩色美术纸

打孔机

蜡笔

剪刀

胶水或胶带

鞋盒

讨论

什么类型的植物生长在土壤中？

（生长在家里、学校、农场、森林、沙漠等不同地方的植物）

你吃植物吗？

（菜园里的植物、农作物）

动物吃植物吗？

（草、树叶、坚果等）

你吃过菌类吗？

（蘑菇）

哪些动物生活在土壤中？

（蠕虫、蜈蚣、鼹鼠、甲壳虫、幼虫等）

7

哪些动物生活在土壤上？

（牛、马、兔子等）

说明

1. 将全班学生分为 2-4 人一组，分发材料。

2. 让学生使用胶水和彩色美术纸，将鞋盒的盖子贴上一层绿色的纸（代表草皮），将盒

底贴上棕色的纸张（代表土壤）。

3. 让每组学生选择他们想放在立体模型中的生物。

4. 让学生在彩色美术纸上画出他们选择的生物，着色并剪好。

5. 在盒盖上打上几个孔，将弯曲成根须状的工艺铁丝插入这些孔中，让它们垂入盒子里。

6. 在盒子的四面分别抠出两个洞，作为窥视立体模型成品内部的“观察孔”。

7. 让学生将他们选择的动物粘贴在合适的位置，可以放在盒子里，表示生活在“土壤”

里，也可以放在盒盖上，表示生活在“地面上”。

推广

让每组学生向全班展示他们的立体模型，说出其中每一种生物的至少一种特性。

与学生讨论他们的立体模型中的某一种生物与其他生物的相互关系（食物网）。

在学校展示区办一次展览，供其他学生观察了解。写上几句简短的话，对每个立体模

型作出说明。

了解其他学生活动/工作表，请登陆 http://www.nacdnet.org/education/resources/soils.

8

挖掘土壤的秘密！中级

专为 7-9 岁儿童设计

手册目标

Ev 让学生评估其行动对土壤、环境和其所在社区的影响

为土壤的健康出谋划策

了解侵蚀的过程

认识到土壤对日常生活和健康的作用

推断土壤是怎样与源于土壤的物体联系起来的

认识到土壤是有限的自然资源

科学标准

探究式科学

科学探究的必要能力

提出关于环境中的物体、生物和事件的问题。

物质科学

物体和物质的属性

物体有很多可观察到的属性。

物体是由一种或多种物质组成的。

生命科学

生物和环境

所有动物直接或间接依赖植物作为食物。

所有生物均会对环境造成影响。

人类依赖自然环境和人造环境。

生物的特征

生物有生存需求（空气、水、食物、养分、光）。

地球和空间科学

地表物质的属性

地表物质包括坚硬的岩石和土壤、水和空气。

地表和天空的变化

地球表面的变化：侵蚀、滑坡、火山活动、地震。

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科学与技术

技术设计的能力

o 确定一个简单问题。

o 提出解决方案。

个人和社会角度

个人健康

营养对于健康必不可少。

资源的种类

我们从生物环境和非生物环境中获取的资源。

资源的供给是有限的。

环境的变化

环境影响生命的存在和质量。

环境的变化可能是自然引起的，也可能是人为造成的。

科学技术帮助解决当地问题

新的概念和发明可能影响其他人。

活动

土壤去哪里了？

学生将制作侵蚀模型，观察水侵蚀对土壤的影响。

目标

学生将制作两个侵蚀模型：一个是铺草模型，另一个是裸土模型。

学生将观察水流经土壤产生的影响。

学生将使用测量工具收集并记录数据。

材料

装有处于第一生长阶段的青草的容器

循环利用的食品容器（不一定要透明，也不一定要有盖子，但要与装草的容器一样大小）

水

咖啡过滤纸

量杯

塑料碗

剪刀

橡皮筋

小喷壶

学生工作表（第 14 页）

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讨论

什么是土壤侵蚀？

（水或风将土壤从一个地方带到另一个地方。）

为什么土壤侵蚀构成问题？

（每年仅在美国就有 64 亿吨土壤被侵蚀。土壤是支持生命的必要元素。）

活动

1. 指导学生向空的食品容器填满一半土壤，这就是裸土模型，而装草的容器就是铺草模

型。

2. 让学生在每个容器的一侧剪切出一个 V 型凹口。

3. 向学生展示如何倾斜放置模型。将两个容器都放在一张桌子或学生课桌的边缘。使用

一本书将容器垫高，使其向桌子的边缘倾斜。

4. 让学生量取一杯水，倒入喷壶中。

5. 指导一名学生将塑料碗放在铺草模型的凹口下方，而另一名学生缓缓地将水倒入模型

中，使水排入碗中。

6. 为裸土模型重复步骤 4 和 5。

7. 让学生将水和土壤混合液通过咖啡过滤纸倒入量杯中。为裸土模型重复这一步骤。

8. 让学生测量从两个模型中收集的水和土壤，在工作表中记录下结果。

了解制作侵蚀模式的示例，请登陆： http://urbanext.illinois.edu/soil/less_pln/exp_se/exp_se.htm

11

挖掘土壤的秘密！高级

专为 9-11 岁儿童设计

手册目标

认识到生命依赖土壤

理解所吃的食物中的营养素与土壤的关系

理解土壤形成过程中涉及的因素和物质

判断土壤与日常使用的人造物品之间的关系

研究土壤作为废水过滤器的功能

建议保护和/或改良所在社区土壤的方法

科学标准

探究式科学

科学探究的必要能力

o 提出关于环境中的物体、生物和事件的问题

o 在研究和探索原因的过程中进行交流

物质科学

物体和物质的属性

o 物体有很多可观察到的属性

o 物体是由一种或多种物质组成的

物体的属性及其变化

o 物质以特定方式发生化学反应，形成新的化合物

物体的位置和运动

o 物体的位置是可描述的

o 物体的位置和运动是可改变的

生命科学

生物的特征

o 生物有生存需求（空气、水、食物、养分、光）

生物和环境

o 所有动物直接或间接依赖植物作为食物

o 所有生物均会对环境造成影响

o 人类依赖自然环境和人造环境

地球和空间科学

地表系统的结构

o 土壤包括风化的岩石和被分解的有机物质

地表物质的属性

o 地表物质包括坚硬的岩石和土壤、水和空气

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科学与技术

技术设计的能力

o 确定一个简单问题

o 提出解决方案

了解科学技术

o 科学回答各种问题，解释自然世界的各种现象

区分自然物体和人造物体

o 一些物体是自然形成的，另一些是人为设计的

个人和社会角度

个人健康

o 营养对于健康必不可少

人口的特征和变化

o 影响人口规模的因素

资源的种类

o 我们从生物环境和非生物环境中获取的资源

o 资源的供给是有限的

环境变化

o 环境影响生命的存在和质量

o 环境的变化可能是自然引起的，也可能是人为造成的

科学技术帮助解决当地问题

o 新的概念和发明可能影响其他人

概念和过程的统一

系统、秩序和组织

o 从系统角度考虑，自然世界和人造世界是复杂的

证据、模型和解释

o 证据包括观察结果和解释数据

活动

忙碌的虫子： 变废物为土壤！

目的

学生将利用活赤虫将其家中的废物做成堆肥，形成养分充足的腐殖土。然后，学生将比较加了

堆肥和未加堆肥的土壤中植物的生长情况。

目标

在完成本活动后，学生能：

评估通过制作堆肥减少废物的好处。

研究活赤虫的生命周期。

比较普通土壤和加了堆肥的土壤中植物的生长情况。

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材料

将学生分成 3 人一组，为每组提供

堆肥材料:

2 个 2 升的瓶子

大纸袋

15-20 条活赤虫

少量土壤

剪刀

马克笔

封口胶带

剩余的蔬菜和/或水果、新采摘的青草

2-3 张报纸和/或枯叶

容器：

2 个旧容器（黄油盒、咖啡罐等）

为每位指导老师提供：

1 个大钉子

1 个大回形针

蜡烛或其他热源

1 桶水

对话交流-

与学生讨论以下问题：

你每周会扔掉哪些物品？它们去了哪里？

（有机/无机物质，垃圾填埋的空间减少）

什么是堆肥？

（循环利用有机废物/保护自然资源）

土壤在我们日常生活中发挥什么作用？

（人体健康/环境健康，可再生/不可再生资源等）

堆肥对土壤有哪些影响？

（使养分重回土壤，改善土壤质地，控制侵蚀，改善持水/排水能力）

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“让虫子工作起来”

将学生分成 3 人一组，分发材料和学生工作表。

当学生把堆肥容器组装好后，戳出气孔和排水孔。

气孔：将大回形针拉直。一头用蜡烛火焰或其他热源加热。将回形针烫的一头戳进塑

料瓶，形成气孔。每个堆肥容器戳出 20-25 个气孔。

排水孔：将大钉子的尖头加热，在堆肥容器的底部戳 4-6 个孔。

堆肥形成后（2-3 周），让学生在每个容器中加上薄薄一层小卵石，分别装入当地收集

的普通土壤和加了堆肥的土壤，并种上种子。

让学生观察并比较两种土壤中植物的生长情况。

关注和参与

1. 让每组学生向全班同学展示他们的“迷你花园”，分享他们的观察结果。

2. 让学生讨论：

a. 堆肥的环境益处；

b. 在家里和/或学校等更大的地方制作堆肥的想法；

c. 提高活赤虫产量的方法。

3. 联系当地的土壤和水保护区和/或固体废物主管部门，来为全班同学讲述堆肥制作方法

以及保持土壤健康的必要性。

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来自脚下的短信息

专为 11 岁及以上儿童设计

手册目标

知道人类依赖土壤生存

理解土壤由多种成分构成

认识到从土壤中开采这些成分供人类使用，会对人类、动物和生态系统造成有害影响

理解岩石循环、土壤形成和动植物生命周期之间的相互作用

观察生活在土壤中的生物的生命周期

对当地土壤做出分析

认识到土壤作为一种必不可少的有限资源的价值

科学标准

探究式科学

科学探究的必要能力

o 使用工具和技术收集、分析并诠释数据。

o 进行批判性逻辑思考，在证据与解释之间建立关系。

将数学作为科学探究的必要组成部分。

了解科学探究

o 科学解释强调证据的重要性

物质科学

物体的属性及其变化

o 物质具备密度、大小、可溶性等特征。

生命科学

生命系统的结构和功能

o 生命系统在细胞、器官、组织、生物体和生态系统等各个层面都显示出结构和功能。

规则和行为

o 生物体必须获取和使用资源。

种群和生态系统

o 某一地点和时间的种群组成及其相互作用构成生态系统。

o 生物体可根据其在生态系统的功能分类 — 生产者、消费者、分解者。

o 生态系统的承载能力取决于可用的资源情况。

生命科学

Structure of the earth system o Changes in solid earth can be described as the “rock cycle”. o Soil consists of weathered rocks and decomposed organic matter. o Living organisms affect the atmosphere, rocks and weathering of rocks.

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个人和社会角度

个人健康

o 环境健康涉及对土壤、水和空气质量的监测。

人口、资源和环境

o 不同地区的环境恶化原因各不相同。

自然灾害。

o 人类活动造成自然变化加剧。

社会中的科学技术

o 技术通过产品和工艺影响社会。

概念和过程的统一

证据、模型和解释

o 证据包括观察结果和解释数据。

活动

土壤中攸关生命的大事

目的

学生将使用显微镜研究脚底下的“大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米”的土壤世界。将从生产者、消费

者和分解者角度研究一小撮土壤样本中的生态系统。

目标

在完成本活动后，学生能：

画出一个食物网

理解生产者、消费者和分解者的作用

确定土壤样本中的生物

理解化学添加剂对土壤中生物的影响

材料

一汤匙土壤

小塑料容器

水

滴管

显微镜

显微镜载玻片和盖玻片

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对话交流

与学生讨论以下问题：

你认为一汤匙土壤中能有多少生物？

（一汤匙土壤中包含的微生物比地球上已知的所有植物数量还要多）

什么类型的生物生活在土壤中？

（哺乳动物、爬行动物、两栖动物、蠕虫、昆虫、蜘蛛、蜈蚣、螨虫、线虫、植物、菌类、细

菌、微生物）

土壤呼吸吗？

（土壤为数百万需要呼吸的生物提供庇护和支持，这些生物大多数吸入氧气来开展“工作”—

吃、排便、分解，并呼出二氧化碳，就和人类一样）

土壤中的微生物以什么为食？

（互相为食！分解者以其他生物的残骸或排泄物为食，消费者以其他生物为食，生产者自己生

产食物）

研究：谁吃谁？

将学生分成 3-5 人一组。

分发学生工作表和试验材料。

如有可能，从以下不同地点获取土壤样本：花园、蠕虫床或堆肥堆、院子、运动场、

垃圾填埋场等。

关注和参与

1. 让每组学生与全班同学分享研究结果和他们绘制的食物网。

2. 让学生讨论：

在其食物网中哪些生物是生产者、哪些是消费者、哪些是分解者。

如果过度使用杀虫剂，食物网会有什么变化？过度使用除草剂呢？

如果引入一种新的生物，食物网会有什么变化？

如果没有分解者，食物网会发生什么情况？没有生产者呢？没有消费者呢？

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学生工作表

第 9 页活动

土壤去哪里了？ 铺草模型 裸土模型

收集到的水量

收集到的土壤量

回答以下问题：

1. 哪个模型的水流量更大？

2. 哪个模型的土壤侵蚀更严重？

3. 为什么一个模型的土壤侵蚀比另一个模型严重？

4. 为什么土壤侵蚀构成问题？

5. 为什么我们需要土壤？

6. 你每天使用土壤的方式有哪些？

推广：

请学生从家里带一些物品到学校，讨论土壤与这些物品是怎样联系起来的。

例子：

皮鞋、皮靴或皮衣

1. 皮革来自牛身上

2. 牛吃草原上的草

3. 草依赖土壤生长

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忙碌的虫子：变废物为土壤！

第 11 页活动第 2 部分

制作迷你蠕虫堆肥-

1. 将 2 个 2 升容量的瓶子的标签去除。如果瓶子不干净请冲洗干净。

2. 用马克笔在 1 号瓶子距离顶部 10 厘米处画一圈线。

3. 沿着这条线把瓶子的顶部剪去（成年人监督指导）。

4. 用马克笔在 2 号瓶子距离底部 8 厘米处画一圈线。

5. 和 1 号瓶子一样，沿着线把底部剪去。这就是你的堆肥容器了。

6. 请你的指导老师在你的堆肥容器上戳出气孔和排水孔。

7. 将纸袋剪成 40X30 厘米的长方形。用胶带将边沿粘贴起来，形成一个圆筒，方便你在

堆肥容器表面上下移动。

8. 将报纸撕成非常小的碎片或将枯叶弄成碎片。这就是你的垫料。

9. 将垫料放入水桶中浸泡几秒钟。从水中取出垫料，将每一片碎片分开，确保不会重叠

在一起。

10. 将垫料放满堆肥容器的 2/3，并与少量土壤混合。确保垫料保持松散，使空气可以进入。

将活赤虫轻轻放在垫料顶部。（不要单单把活赤虫放在堆肥容器中，那样它们的皮肤

会变干）

11. 在活赤虫钻进垫料后，撒一些很小的食物碎屑和/或植物在垫料顶部，在堆肥容器的顶

部盖上盖子。

12. 根据需要每 3 天加一些食物，如果垫料变得很干要洒一些水。

1 号瓶子

沿距离瓶子顶部 10 厘米的地方将顶部剪去。

在瓶子周围戳出气孔。

在瓶子底部戳出排水孔。

2 号瓶子

沿距离瓶子底部 8 厘米的地方将底部剪去。

播种

当大部分垫料被活赤虫吃掉时，你的堆肥容器中便充满了营养丰富的堆肥，是时候种点东西了！

1. 在每个容器的底部放一层薄薄的小卵石。

2. 向一个容器装入 3/4 的普通土壤。向另一个容器装入土壤和堆肥的混合物。

3. 种上种子，观察会发生什么！

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学生工作表

第 13 页活动

土壤中攸关生命的大事

将一汤匙土壤放入一个小塑料杯中。

向杯中的土壤滴 6 滴管水，充分混合。

使用滴管将一滴土壤和水的混合液滴到载玻片上。

将盖玻片轻轻放置在混合液上。

将载玻片放到显微镜下。

先用最低倍显微镜观察，画出你所看到物体的草图。慢慢移动载玻片，仔细观察每一个生

物。一些生物可能是无色的，比如线虫，而且可能非常小，所以要非常缓慢仔细地观察混

合液。

增加显微镜的倍数，再次观察载玻片。画出你所看到物体的草图。

数一数载玻片上的生物数量。小组的每个成员都要数一次。

画出土壤样本中生态系统的食物网。

画出你所看到物体的草图：

载玻片上的生物数量：

列出每位组员数出的总数，得出小组平均数。

画出土壤样本中生态系统的食物网：

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“挖掘土壤的秘密”展览让土壤充满乐趣！

国家保护区协会《新闻与评述》2008 年夏刊所载文章

作者：帕特里克·麦高尼加，史密森尼学会环境研究中心资深科学家及该研究中心生物地球化学实验室首席研究员。

国家保护区协会的成员比大多数人更了解，我们的社会并未将土壤与空气和水置于同等高度。

没有联邦法律与《清洁水法》或《清洁空气法》一样，承认土壤是重要的自然资源。土壤科学

家与公众对土壤这一非常隐蔽却又极为关键的资源的了解程度存在明显差异。

“挖掘土壤的秘密”展览是迄今为止最为大胆的尝试，它将公众引入了我们脚下的神奇世界。

该新型展览于 2008 年 7 月 19 日在华盛顿特区的史密森尼学会国立自然历史博物馆开幕。该博

物馆单单一年就吸引了 700 万名游客。参观了该展览的游客都大大加深了对土壤是什么及为什

么土壤如此重要的了解。“挖掘土壤的秘密”于 2010 年 1 月闭幕后，将开始为期 3 年的全国

巡展。

史密森尼学会、美国土壤科学协会和国家资源保护局投入大量资源来促成该展览。美国土壤科

学协会的投入最多，它与史密森尼学会合作确保捐款，其中包括来自化肥研究所生命营养基金

会捐赠的一百万美元。我是史密森尼学会的土壤科学家、美国土壤科学协会的成员，也是化肥

研究所的展览团队（主要由专业展览开发人员、设计人员和教育人员组成）的首席科学家。

人们通常会将土壤与“污垢”联系到一起，要打破这一令人反感的联想，就需要该展览团队找

到新颖的方法来讲授这一古老课题。例如，土壤食物网这一话题可与“犯罪现场调查”式谋杀

之谜媲美，而土壤在地球的组成要素循环中的核心作用则通过一个原创雕塑加以展示。

除了使土壤充满乐趣，我们还试图告知公众我们在不同层面与土壤产生联系。我们辟出空间，

讲述土壤在碳和水等全球循环中所起到的作用。土壤也是土地使用规划中需要考虑的关键因素，

参观者可从一个城乡景观的比例模型中直观了解到这一点。人们与土壤最密切的联系体现在他

们的后院和日常使用的物品中，我们通过一个典型家庭房屋的比例模型来展示这些联系。

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《挖掘土壤的秘密》教材由美国国家保护区协会根据史密森尼国立自然历史博物馆的一次展览

内容编制，由美国土壤科学协会和生命营养基金会赞助。本版本由联合国粮食及农业组织（粮

农组织）根据与美国国家保护区协会签署的授权协议而编制。

I4771C/1/06.15

©NACD/粮农组织 2015 年