土壤环境的生物地球化学过程、质量演变和风险管理研究展望

结合国内外研究现状和发展趋势分析,提出开展土壤环境的生物地球化学过程、质量演变和风险管理研究。认为将土壤环境划分为内部、界面和外部三部分,有助于认识土壤环境中污染物的交换与循环规律及其相互影响。强调了开展土壤环境的物理-化学-生物学-地学交叉、综合研究的必要性,并从土壤颗粒表面-溶液、土壤-生物、土壤-植物、土壤-大气、土壤-水体等土壤环境子系统探讨了科学问题,展望了未来研究方向,旨在促进不同尺度土壤环境的质量变化规律与修复调控研究。     

“十四五”土壤生物学分支学科发展战略

土壤生物是地球生物多样性的重要组成部分。土壤生物驱动着土壤中有机质降解、元素循环、污染物转化与降解以及温室气体的产生与消耗,在全球粮食安全、环境保护以及应对气候变化等方面发挥着重要作用。土壤生物学是研究土壤生物多样性与分布、土壤生物的过程与功能以及土壤生物的调控与应用的科学。21世纪以来,分子生物学技术的突破与生态学理论的广泛应用极大地推进了土壤生物学研究的发展。本文回顾了土壤生物学科的发展历程,详细介绍了土壤生物学科的发展现状,提出了土壤生物学科在理论与应用上的发展趋势,并对未来土壤生物学科的发展方向进行了展望。随着多学科交叉融合以及研究手段的进步,土壤生物学迎来了一个新的发展时期。土壤生物学研究在生物资源挖掘、时空分布格局、生态服务功能和生物调控等方面取得的重要成果,将更好地服务于土壤健康、植物健康、人类健康以及我们的星球健康。     

新时代土壤化学前沿进展与展望

土壤化学是重要的土壤学基础分支学科。在回顾了土壤化学发展历程的基础上,梳理了土壤化学的四个前沿交叉方向,并展望了土壤化学与其他相关学科的交叉发展趋势,以期寻求新的学科增长点。土壤化学经历了从恒电荷到可变电荷土壤学说演变,我国在土壤电化学、根际土壤化学、土壤化学-物理-微生物界面反应等方向逐步领跑。新时代中国已经发展成为国际土壤化学的研究中心之一,尤其在土壤化学与微生物学、地球化学、矿物学、环境化学等交叉领域取得了突破性发展。同时,发展并运用同步辐射、微流控联用光谱能谱、高分辨显微镜、光谱电化学等实时、原位、高精度研究方法,推动土壤化学研究取得了长足的进步。新时代的土壤化学具有三个重要发展趋势,首先系统揭示地球表层系统中物质循环与能量交换的土壤化学机制,实现"0到1"的土壤化学原创性成果的突破;其次需要综合运用地球表层系统理论,从多界面、多要素、多过程的"三多"交互耦合;再次,需要加强与地球宜居性这一人类重大命题的交叉融合,为生态文明建设、土壤污染防治攻坚战、全球变化等国家重大需求提供理论支持。     

新时代土壤地理学的发展现状与趋势

土壤地理学是研究土壤时空分布规律、形成过程及其资源环境效应的土壤学学科分支，其主要目标和任务是理解土壤形成演化的关键过程与影响因素并预测未来土壤-环境的共同演化特征，揭示土壤资源分布规律、利用前景和保护对策，为农业、生态环境保护等提供科学依据，支撑土壤普查、耕地保护等国家目标。21世纪特别是新时代10年以来土壤地理学取得了一些重要的进展，研究对象和内容也发生了很大的变化，逐渐向以土壤为核心的地球表层系统科学发展，高强度人为活动和全球气候变化背景下的土壤时空演变研究愈加活跃。土壤地理学主要发展趋势包括土壤信息获取方式正在发生变革，数字土壤制图向融合过程机理与数据驱动发展，土壤时空信息的应用范围更加广泛。未来土壤地理学优先发展领域包括：以关键带研究带动土壤发生和演变研究的革新，基于多传感器的土壤综合观测原理与技术，多尺度数字土壤制图与时空变化预测等。     

中国土壤地质学研究进展与展望

土壤地质学正伴随着其他学科的发展取得新的进步。本文在论述成土母质与土壤发育、成土母质与土壤分类分区、土壤地质对农业与种植业结构影响、地质背景与土壤地球化学循环等土壤地质学主要研究领域的基础上,分析了土壤地质学与土壤学、地质学、环境地质学、农业地质学、土地科学等其他学科的关系,探讨了土壤地质学未来的重点研究领域和发展方向,以期推动土壤地质学研究的发展。     

《土壤生态系统》专著评述

土壤生态系统是生态学与土壤学的新学科，也是生态学与土壤学科融合并借鉴系统学原理而形成的。随着全球经济建设的迅猛发展，伴生了胁迫人类生存的诸多生态与环境问题，因此土壤生态系统的研究越来越引起人们的关注，而且研究深度与广度不断拓展。例如大型工程建设过程中生态与环境影响的预评价，土壤与环境气体关系评估，已经或即将列为国际通行的法规。     

现代土壤学的发展趋势与研究重点

当前土壤学研究的主要特点表现为学科的结合日益密切;分支新学科不断涌现、学科内部分工更加细化;研究手段和方法不断改进;长期定位研究愈来愈受到重视等方面。随着科技进步和农业以及土壤学本身的不断发展,土壤学研究表现出以下发展趋势:研究方法的规范化、标准化和定量化;新技术、新方法的应用更加广泛;国际合作研究不断加强;更重视土壤资源高效利用与生态环境保护。未来10~15年,我国土壤学发展的重点研究内容可集中在以土壤质量提升与调控为核心的土壤养分资源高效利用、土壤有机质提高机制与生产力关系、土壤肥力演变规律与评价体系、障碍及低产土壤改良、土壤污染环境及修复重建等方面。     

固碳土壤学的核心科学问题与研究进展

土壤碳固定是当前有关陆地生态系统碳循环与全球变化的地球表层过程研究的重要优先领域。国际社会对全球农业温室气体减排的需求，驱动着土壤学对土壤固碳容量与潜力、固碳与减排的过程与机理的前沿探索，并越来越呈现为一个独特的土壤学新兴分支学科——固碳土壤学（SoilScience of C Sequestration）。本文围绕固碳土壤学的基本科学问题，回顾了最近10多年来，特别是最近5年来国内外关于土壤固碳研究的主要进展，讨论了固碳土壤学中的核心科学问题是土壤固碳容量与固碳作用的机理，论述了土壤物理保护、碳化学结合与碳化学转化稳定与固碳容量及稳定化的关系，提出了土壤-植物（作物）-微生物相互作用是当前固碳土壤学的前沿领域和深化方向，并结合国内对水稻土固碳的研究进展，提出了固碳土壤学的概念性框架，认为我国亟待加强固碳土壤学研究，深入探索我国农业经营管理特色下土壤固碳容量、过程、机理，丰富和发展农业土壤碳循环理论，并服务于全球变化生物学和国家碳管理。     

汕头经济特区土壤环境对经济、社会快速发展的环境地球化学响应

通过对汕头经济特区115个土壤表层样品中8种重金属元素的分析测试,初步摸清了各区(县)土壤环境中重金属污染状况. 研究区土壤中Hg、Pb两元素分别有70.43%和56.52%超过国家土壤环境质量一级标准,除As元素外,其.余元素均有不同程度的累积.对照广东省土壤环境背景值,各重金属元素的累积效应更为明显,其中Cd元素更是100%超标.各区(县)土壤重金属污染状况由于地理位置及工业分布不同而产生差异.应用因子分析和聚类分析,可将研究区8种重金属元素归因为4个主因子,并分析了主因子对应的污染物来源.     

景观生态学原理在土壤学中的应用

从研究的背景、本质及内容来看 ,现代土壤学有着鲜明的景观生态学内涵 ,研究离不开景观生态学观点的指导。土壤研究的尺度、土壤性质的时空异质性及过程的动态性决定着在大尺度上土壤学研究必须采用景观生态学的观点 ,这也是土壤学发展的一个必然趋势。土壤学汇集了众多学科的前沿研究方法 ,而景观生态学在理论上为土壤学研究拓展了更大的空间。作为学科交叉及研究动态 ,文章给出了景观生态学和土壤学研究相关联的许多热点研究动态 ,同时讨论了土地利用、土壤侵蚀、土壤面源污染等研究的景观生态学本质 ,从理论与实践上指出了景观生态学原理对土壤学研究的意义。     

“十四五”土壤质量与食物安全前沿趋势与发展战略

土壤质量与食物安全和人体健康息息相关。土壤质量与食物安全这一分支学科作为"十四五"土壤科学发展战略重要的组成部分,致力于治理与改善耕地土壤质量以应对粮食安全危机。文献计量结果表明,与发达国家相比,中国在该领域的研究起步较晚,但近年呈现加速上升甚至有超越的趋势。随着气候及环境污染问题凸显,国际上的相关研究热点集中于环境监测、土地利用、施肥管理、污染修复(重金属、抗生素、有机农药和病原微生物)及可持续发展等方面。本学科以土壤质量、土壤污染和粮食安全为重点研究方向,通过与地理信息学、环境科学、应用数学、医学等学科的交叉融合,借助同位素源解析、生物地球化学循环、分子生物学等前沿性理论与技术,未来将解决区域土壤质量监测、养分质量管理、食物安全与人体健康风险、土壤-作物系统中污染物迁移转化及阻控修复等关键科学问题。     

Some major developments in soil science since the mid-1960s

Although the science of soil was established about 150 years ago with the modern soil science taking off after the Second World War, the new Millennium has brought other challenges and new opportunities. Rapidly increasing population in countries that can least afford it have made them food-insecure. With inadequate inputs in agriculture, developing countries are degrading their lands rapidly and destroying ecosystems. Affluence in the richer countries has precipitated other problems hampering ecosystem functions and quality of land resources. These changing conditions have placed new demands on both the society and the soil science community. The latter has resulted in new areas of soil sub-disciplines such as land and soil quality, land degradation and desertification, cycling of bio-geochemicals, soil pollution assessment and monitoring etc. Advances in information technology have also enabled the science to meet the new demands of the enviro-centric world. In the last decade, noticeable changes are evident in methods and research priorities in the discipline. Soil resource assessment and monitoring is entering a new era, in terms of quality of information produced by new information technologies through the innovative use of Geographic Information Systems and remote sensing and significantly improving the acceptance and use of soil survey information. Electronic technology has dramatically increased the demand for and ability to process more data. Other innovations have resulted in quantitative approaches in soil genetic studies and demonstrated the integral role of soils in ecosystems. For global and regional resource assessment, concepts and procedures were refined. The World Reference Base for soil classification and the Global Soil and Terrain Database are the first steps towards standardisation and a more detailed assessment of global soils. The global assessment of human-induced land degradation and vulnerability to desertification are benchmark products of the databases. Environmental pollution and its effects on human and ecosystem health have become public concerns and soil science has contributed to localising, quantifying, and developing mitigation technologies to address the problems. The challenges of climate change and the charge to maintain ecological integrity have been met with technologies such as conservation tillage, agroforestry, precision agriculture etc. New concepts such as multi-functionality of land, soil quality, sustainability of agriculture and carbon sequestration, have emerged leading to new management strategies and an enhanced quality of life.     

高风险重金属污染土壤识别研究方法综述

高风险的重金属污染土壤的识别和探测是土壤健康风险评价及管理的基础,也是有效控制土壤污染、保障环境安全和农业可持续发展的重要前提。本文综述了高风险重金属污染土壤识别的方法及各自优缺点,主要包括元素剖面分布对比、与环境标准和背景值对比、同位素示踪、探索性统计分析、GIS制图和空间分析、多元统计分析、地统计学、空间统计分析和高精度曲面建模方法。将高精度曲面建模(HASM)与GIS空间分析、多元统计分析以及空间统计分析相结合,不仅可为土壤和土地资源普查和污染调查提供方法和理论上的借鉴,而且还可直接为土壤污染现状评价和风险管理、区域环境质量改善和土地利用规划等提供科学依据,是未来高风险重金属污染土壤识别研究的重要方向之一。     

密云水库上游流域土壤有机碳特征及其影响因素

以密云水库上游流域7种典型土地利用类型为研究对象,分析了不同土地利用类型及不同土层土壤有机碳含量的分布特征及其与气候、地形和土壤特征等因素的关系。结果表明:①研究区域内天然次生林和草地的土壤有机碳含量最为丰富,其次分别为灌丛和人工林,农田最低;0~40 cm土层中,土壤有机碳平均含量由高到低排序为:杨桦林>草地>辽东栎林>灌丛>落叶松林>油松林>农田;②除草地外,其他6种土地利用类型土壤有机碳含量均以0~10 cm土层最大,随着土层深度的增加呈现降低的趋势,且降幅较大;而草地土壤有机碳含量在0~20 cm范围内随剖面的延伸略有增加,20 cm以后表现为下降的趋势,各土层之间的变化幅度均较小;③各土层土壤有机碳含量均与海拔、土壤含水量、土壤全氮含量呈极显著正相关(p<0.01),而与年平均温度、年降水量、土壤体积质量和土壤pH值呈极显著负相关(p<0.01),与坡度之间存在很弱的正相关且未达到显著水平(p>0.05);偏相关分析表明,影响土壤有机碳含量的关键因素随土壤深度不同而不同,其中0~10 cm土层土壤有机碳含量最主要的影响因素为土壤全氮含量、土壤体积质量和土壤pH值,而10~20 cm土层为土壤全氮含量、土壤体积质量和坡度,20~40 cm土层则为土壤全氮含量和年降水量;④影响不同土地利用类型土壤有机碳含量的主要因素,草地和农田均为土壤全氮含量和年平均温度,落叶松林为土壤全氮含量和土壤含水量,油松林为土壤体积质量、土壤全氮含量和土壤pH值,杨桦林和辽东栎林均为土壤全氮含量和土壤体积质量,灌丛则为土壤pH值。     

Se和Cd在土壤-植物系统中的迁移与食品安全

本文就Se和Cd在土壤-植物系统中的迁移及其与食品安全及人体健康之间的潜在关系进行了综合评述。Cd和Se在植物中积累并迁移到植物的可食或收获部分,取决于土壤条件、气候因子、农艺管理措施等。Cd是对食物链造成污染的重要元素,其在土壤中的富集通常是由工农业生产或城市人为污染造成的,减少Cd对土壤的污染及Cd污染土壤的生物修复已成为土壤学、环境科学及生态学研究的热点。Se是一种对动植物有益的元素,在土壤中含量过低会引发人体疾病,但Se含量过高也会导致污染并引发人体疾病;土壤中的高浓度Se通常来自于含Se量高的母岩以及燃煤的灰尘污染;基于食品安全的需要,中国在重视Se素营养补给的同时,要防止富Se地区及人为因素造成的Se污染。     

土壤碳素固定及其稳定性对土壤生产力和气候变化的影响研究

土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,在全球碳循环中起着非常重要的作用。本文论述了土壤有机碳对土壤生产力和气候变化的影响。阐述了影响土壤碳含量的各种自然因素和人为因素。对土壤碳素固定以及影响土壤碳素平衡的物理、化学及生物稳定性的各种机理进行了详细评述,阐明了土壤有机碳调控的方法和途径。为控制和调节土壤有机碳储量提供了理论依据。这对今后提高土壤生产力、利用土壤的固碳潜力来降低大气中二氧化碳的浓度和缓解气候变化有着非常重要的意义。     

Elucidating the fundamental chemistry of soils: past and recent achievements and future frontiers

Contributions in the field of soil chemistry have immensely benefited humankind, including enhanced agricultural production and the quality of our environment. This review focuses on research breakthroughs since the mid-1970s and delineates frontiers in soil chemistry for the upcoming decade. However, early contributions in ion exchange, sorption phenomena, and soil acidity are highlighted. Beginning in the 1970s, soil chemistry paradigms shifted from the chemistry of plant nutrient reactions/processes in soils to studies on environmental soil chemistry. The latter included research on: acid rain effects on soils and waters; trace metal/metalloid, environmentally important plant nutrient, radionuclide, and organic chemical reaction mechanisms and retention; speciation of soil contaminants using chemical extraction and molecular scale analytical techniques; facilitated colloid transport of metals and organic chemicals; humic substance structure; kinetics of soil chemical processes; redox transformations of contaminants in soils; modeling of soil chemical reactions; and soil remediation. Frontiers in soil chemistry over the next decade will undoubtedly involve the use of advanced in situ technologies in combination with interdisciplinary research efforts to unlock important information on: speciation of contaminants in soils; cycling of trace elements and nutrients and impacts on global climate change; development of models to accurately predict the rate, fate, and transport of contaminants in the subsurface environment; elucidation of mechanisms for microbial transformations of contaminants; unraveling the precise structure of soil organic matter; and enhanced understanding of rhizosphere chemistry. In summary, the future of soil chemistry is bright for the 21st century.     

农田土壤健康评价体系构建的若干思考

健康土壤是保障粮食安全、耕地产能提升和农业高质量发展的基础。目前土壤健康评价已成为全球土壤学领域研究的焦点和热点,国内外学者对于土壤健康评价方法及指标的选择进行了系统总结,然而缺乏具体评价过程中的实操性建议。本文重点剖析了土壤健康的特点与多功能性、评价的通用原则、指标选择的n+X模式及评价方法的选择与落地实现,提出了土壤健康差与基准值、基础指标和约束性指标的选择及指标选择的制宜性,明确了土壤健康指标体系建立需要考虑土壤质地、作物类型、土地利用方式、气候条件等因素,建议土壤健康技术和模式落地实现需要与相关政策结合。未来需要继续开展土壤健康驱动机制和健康土壤培育机理研究;基于长期定位试验和耕地质量长期监测网点,构建基于土壤质地、作物类型、土地利用、管理目标和评价尺度的指标体系和阈值、数据库和决策支持系统;结合相关政策和区域环境的约束性,形成跨区域、跨国家的共识、公约和行动,推动全球土壤健康行动落地和农业可持续发展。     

土地利用/土地覆被变化环境效应研究

土地利用/土地覆被变化（LUCC）是全球变化研究的重要方向之一。土地利用/土地覆被变化的环境效应问题一向都是研究的重点。结合近年来土地利用/土地覆被变化在环境方面的一些研究进展,综述了土地利用/土地覆被变化对全球气候、大气质量以及区域土壤、水文和生物多样性的影响,并提出了黄土高原地区土地利用/土地覆被变化研究亟需解决的一些问题。