新时期中国土壤科学发展现状与战略思考

土壤科学在保障国家农业可持续发展和生态文明建设中具有重要的学科战略地位。本文全面扼要分析了国内外土壤科学研究现状和发展态势,结合未来土壤科学发展的国家战略需求与关键科学问题,梳理了未来5～10年我国土壤科学拟重点发展地球关键带过程与土壤功能演变、农田土壤健康与质量提升理论与技术、区域土壤复合污染过程与绿色修复、土壤生物过程与功能等优先领域和重要方向,以期进一步推动我国土壤科学跨越式发展。     

“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。     

根-土界面的微生态过程与有机污染物的环境行为研究

土壤-植物系统是地球生态系统中与人类生存与健康关系最为密切的亚系统。该系统中有机污染物的运移必须历经根-土界面多层次的微生态过程的控制。这些微生态过程涉及到系统中许多生物、生物化学和物理化学反应机理,与土壤中污染物迁移转化及其归宿等环境行为具有密切的关系。理解这些微生态过程及其对有机污染物环境行为的影响,对提高作物生长、改善土壤环境质量和提高农产品品质安全具有直接的理论和实践指导意义。     

基于文献计量的土壤健康评价研究进展可视化分析

土壤健康是食品安全和人类生命健康的基础保障，开展土壤健康评价、掌握土壤健康状况对土壤保护和农业可持续发展具有重要意义。本文以Web of Science核心数据库中收录的土壤健康评价相关文献为基础数据，采用CiteSpace工具文献数量、题目、关键词、作者等信息进行可视化计量分析。结果表明：（1）土壤健康评价是一项环境科学、土壤科学、农学等多学科交叉的研究领域，目前正处于快速发展时期；美国在这一领域的研究实力和国际影响力最大，我国虽然起步较晚但发展迅速，发展潜力巨大。（2）土壤健康概念从狭义到广义，评价指标从理化属性到物理、化学、生物综合指标，评价体系从单一粮食生产到多种生态系统服务功能，方法模型从专家经验到系统建模，技术手段从常规检测到微生物组学、地信遥感等正在逐步改进和完善。（3）生物学指标、土壤多功能定量评价、客观准确的评价模型等是目前土壤健康评价研究的前沿和热点。我国土壤健康评价研究尚处于发展阶段，本文对国际土壤健康评价进展情况的总结梳理对我国相关研究工作的开展提供了一定的参考与借鉴。     

中国土壤科学教育的现状及发展趋势

1978年后,特别是进入20世纪90年代以来,中国土壤科学的高等教育发展迅速。目前在全国高校和研究机构已经形成了一个从本科生教育到硕士、博士研究生培养,包括学术型和应用型人才培养在内、学科方向齐全的完整的土壤科学高等教育体系,基本上满足了我国国民经济和社会发展对土壤科学专门人才数量上的需求。面对粮食安全、人类健康以及日益突出的资源与环境压力,土壤科学教育应不断为满足农业、农村和社会可持续发展的需要,提供高质量的优秀人才。     

提升对土壤认识, 创新现代土壤学

土壤是农业生产的基础,是人类赖以生存的基石,也是人类食物与生态环境安全的保障。随着现代科技和国家社会经济的快速发展,土壤的地位与功能正在发生变化。本文基于土壤与土壤学科及国民经济发展需求的关系为出发点,指出了当前对我国土壤的重要性认识正在从农业生产向环境安全、资源利用、生态健康及全球变化等方向转变与提升。同时,明确了现代土壤学的内涵和创新现代土壤学的战略思想,全面、系统、前瞻性地提出了现代土壤学的研究前沿与特点,以及现代土壤学研究领域所面临的挑战与展望,为我国现代土壤学的发展指明了方向。     

旱区土壤微生物组与土壤健康评价

土壤健康在维持粮食生产、动植物和人类健康方面具有重要作用，是实现农业可持续发展的根本。土壤微生物作为土壤中最具丰富性和多样性的有机生物体，包含细菌、真菌、原生生物和病毒。它们驱动着碳、氮、磷、硫等元素循环过程，并与植物初级生产力和土壤健康息息相关。旱区约占全球陆地表面积的41%，维系了全球约38%以上的人口。西北干旱半干旱区是我国的重要粮食生产后备区，由于其土壤生态系统的复杂性、脆弱性和敏感性导致该地区土壤健康状况相关研究仍缺乏。本文围绕微生物在土壤健康相关生态系统服务如调控作物生长、消减连作障碍、改善水体质量、维持人类健康、缓解气候变化影响和促进碳固存中的贡献，揭示了土壤微生物在维持土壤健康中的关键作用，归纳了土壤微生物作为土壤健康评价指标的发展历程和研究进展。同时介绍了旱区土壤微生物自身特征并总结其对于水分胁迫的响应，归纳了旱区土壤健康研究进展。最后对土壤微生物组与旱区土壤健康研究进行了展望，以期为利用土壤微生物资源维持和改善旱区土壤健康状况提供科学指导。     

土壤中钨的环境行为与潜在风险：研究进展与展望

钨（W）已被美国环境保护署（EPA）列为一种新兴污染物。钨可通过多种途径在土壤中累积,进一步对土壤环境和生物生态系统造成潜在危害,而目前人类对土壤中钨的赋存、生物地球化学循环和生态风险等方面的认识严重不足。结合国内外研究进展和本课题组的试验数据,系统梳理了典型区域土壤钨含量水平、钨在土壤中的环境界面行为以及钨在生物中的富集特征和潜在健康风险。指出目前该研究领域存在的科学问题与研究方向,旨在呼吁更多学者关注土壤系统中钨的生态环境风险、生物地球化学过程及风险管控与治理修复。     

土壤中钨的环境行为与潜在风险：研究进展与展望

钨（W）已被美国环境保护署（EPA）列为一种新兴污染物。钨可通过多种途径在土壤中累积,进一步对土壤环境和生物生态系统造成潜在危害,而目前人类对土壤中钨的赋存、生物地球化学循环和生态风险等方面的认识严重不足。结合国内外研究进展和本课题组的试验数据,系统梳理了典型区域土壤钨含量水平、钨在土壤中的环境界面行为以及钨在生物中的富集特征和潜在健康风险。指出目前该研究领域存在的科学问题与研究方向,旨在呼吁更多学者关注土壤系统中钨的生态环境风险、生物地球化学过程及风险管控与治理修复。     

“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。     

浅议流域水系水资源数字管理应用模型建立方法

对流域水系水资源的科学利用和可持续利用,不仅是人类经济社会发展的要求,也是地球生命的总要求.如何实现流域水系的科学管理,合理使用,实现水系物流的良性循环、人类经济社会的可持续发展,是新世纪人类文明发展的重要标志和必然要求.随着现代科技的进步,流域水系水资源管理也进入了一个现代数字化的科学管理阶段.流域水系数字化管理就是为了建立地球的良性生态水环境的必然要求和重要举措.     

耕地和草地土壤健康研究进展与展望

土壤是地球关键带的重要组成部分，为维持和保障农业生产、植物生长、动物栖息、生物多样性和环境质量提供了基本服务，是链接整个自然生态系统的核心要素之一。增强土壤健康对实现可持续发展目标至关重要，近年来在全世界范围内皆受到越来越多的重视和更广泛的研究。耕地和草地是当前地球上最大的土地利用类型，分别约占地球上无冰土地12%和26%。同时,“田”和“草”是“山水林田湖草生命共同体”中的重要组成部分，维护耕地和草地两种农牧地类型土壤健康对于维持整个自然生态系统健康和实现可持续发展具有重要意义。近二十年来，围绕这两种土地利用类型土壤健康的相关研究呈现兴起态势。中国在此研究领域虽比较活跃，但研究成果的影响力还有待加强，且还未从国家层面建立一个统一的土壤健康评估体系。本文首先厘清了土壤健康内涵的演变，并聚焦于以上两个典型的农牧地类型，归纳了当前国内外相关研究的热点内容；其次，梳理了当前国内外土壤健康评估研究工作现状,同时总结了中国在土壤健康维护方面已有的工作基础；最后，对我国未来土壤健康评估研究提出了建议和展望，以期为改善耕地和草地土壤功能、维护我国土壤健康提供依据和方法。     

土壤培肥技术对土壤健康的影响途径与作用机制

土壤健康与农产品优质安全、农业绿色可持续发展密切相关。不同培肥技术对土壤物理功能、化学功能与生物学功能产生较大影响,进而影响土壤健康水平。论文明确了土壤健康的内涵与发展历程,阐述了长期大量施用化肥和不同耕作措施对土壤健康的影响途径,从物理、化学和生物学3个方面总结了有机培肥技术对提高土壤健康的作用机制,并对我国未来土壤健康研究方向提出了展望,以期为培育健康土壤和实现我国农业高质量发展提供理论支撑与技术指导。     

香港土壤研究 Ⅰ.研究现状与展望

对近半个世纪以来香港地区的土壤分类、农业和园林绿地土壤的肥力以及土壤环境保护等研究工作进行了系统的回顾和介绍,为中国香港地区及其他社会经济快速发展地区的土壤资源合理利用、生态环境保护与社会可持续发展提供了科学信息。认为,高度城市化和国际化的香港地区可以结合香港高科技及新产业的发展目标,合理利用和开发土地资源,定向培育中草药产地土壤环境与教育基地;需要进一步系统研究香港地区土壤发生与系统分类、性状与特征、空间分布与变异规律,建立香港土壤基础数据库、土壤图和土壤信息与服务系统;进一步探明污染元素和有益元素的土壤地球化学背景以及持久性有机污染物的环境生物地球化学过程及其生态与健康风险,建立长期的土壤环境质量动态观测点与研究平台,以及区域尺度的土壤环境质量信息系统和定量可视化预测预警系统;研究与发展适合香港地区的有问题土壤的风险评估与修复技术体系     

土壤有机氯污染风险与调控：基于多过程耦合的视角

传统和新兴有机氯污染物（Organochlorine pollutants,OCPs）在环境中易形成持久性污染源,可对人类健康和生态环境造成巨大影响。已有大量研究证实,厌氧条件下由土壤微生物胞外呼吸电子传递介导的生源要素循环对OCPs的生物地球化学过程具有重要影响,将进一步调控土壤健康演变方向。从多过程耦合角度厘清残留OCPs的潜在土壤健康风险,在全球“一体化健康”的需求下显得尤为必要。有鉴于此,本文先简明扼要梳理近42年关于土壤中残留OCPs的研究进展与现况,明确热点领域与学术前沿;再从微生物介导的土壤氧化还原多过程耦合角度,梳理OCPs还原脱氯与土壤中关键元素生物化学循环过程之间的潜在关系,深入认识OCPs残留土壤的地下生态环境与健康风险;最后对我国土壤OCPs污染调控的未来研究方向提出建议和展望,为实现OCPs残留土壤的污染治理提供研究思路,以支撑完善土壤健康理论。     

农田土壤生态系统多功能性研究进展

健康土壤培育是耕地产能提升的先决条件,也是应对粮食安全和环境保护挑战,保障土壤可持续利用,实现农业绿色发展和构建生命共同体的基础。健康土壤培育的核心是实现土壤生态系统多功能性。在生态文明建设的新时代,土壤生态系统多功能性评价、培育过程及机制研究已成为全球土壤健康行动的焦点和前沿。本文系统梳理了土壤功能、土壤生态系统服务与土壤生态系统多功能性的概念,讨论了土壤生物多样性对多功能性的影响、土壤功能间的协同与权衡关系,总结了土壤功能评价及量化的方法,并提出了突破单一追求粮食高产目标,发展基于多功能性综合调控的农田健康土壤培育新思路。提出在不同层级上提高土壤多功能性的途径：在全国尺度调整土地利用方式及农业结构、区域尺度协调资源配置、景观尺度构建农业设施建设与景观格局、田块尺度优化田间土壤管理技术,全面提升土壤健康和多功能性。未来需要通过多学科交叉深入探索不同时空尺度的土壤多功能性形成与维持机理,与现代科技相结合,完善土壤功能管理相关政策与落地方案,强化土壤多功能性在可持续环境政策与管理中的多维作用,为山水林田湖草生命共同体协调发展和“碳达峰、碳中和”国家战略的实施提供重要支撑。     

中国土壤化学的研究与展望

回顾土壤化学中重要研究领域的研究进展,可为21世纪土壤科学的长远发展提供基础学科分支的理论依据。本文在简短回顾我国土壤化学发展历程的基础上,总结讨论了近年来我国土壤化学的研究特点、现状及部分进展,并据此对该领域的未来研究趋势及重点发展方向作了概括性展望。综合分析认为,对土壤进行宏观调控要以土壤微观性质的认识为前提。新近基于分子尺度微观光谱技术对土壤微观性质的原位观测及认识的飞跃是近年来我国土壤化学研究领域迅速发展的基础;近代土壤学、环境科学、生态学、生物地球化学、化学、生物学以及地质医学等多学科的交叉与渗透又进一步拓展了传统土壤化学研究的领域,促进了土壤化学多个分支学科的形成和发展;立足农业生产,同时着眼于人类生存环境转变,建立具有中国特色的可变电荷土壤化学理论与技术体系,完善现代土壤学理论,是今后中国土壤化学研究的重要发展方向。     

土壤健康评估指标、框架及程序研究进展

土壤健康已经成为土壤学中的研究热点。对土壤健康进行科学的评估是进行土壤健康管理和实现可持续发展目标的基础。然而,由于土壤具有多种属性和生态服务功能,科学地进行土壤健康评估面临着巨大的挑战。本文回顾了土壤健康概念的发展历程,总结了进行土壤健康评估的物理、化学和生物学指标及其表征意义;介绍了目前常用的土壤健康评估框架及其适用性,梳理了土壤健康评估的一般程序,并指出我国未来的土壤健康评估应该关注碳汇指标、生物学指标和环境指标。本文旨在为建立符合我国国情的土壤健康评估方法提供借鉴。     

《土壤：地球的皮肤》专家评述

<正>中国科学院南京土壤研究所龚子同、张甘霖、张楚和杨顺华创作的土壤科普读物《土壤：地球的皮肤——从邮文化讲述土壤学的故事》（科学出版社,2021）,将土壤学知识、邮票文化和珍贵信件有机结合,是一本图文并茂的科普读物,兼具阅读价值和收藏价值。该书共分三个部分：第一部分讲述土壤发生与演变,包括土壤：从地球皮肤到星际探索,土壤是生命之源,以及土壤的前世今生。     

从20届世界土壤学大会主题发言看土壤学某些重要问题

介绍了第20届世界土壤学大会主题发言有关土壤与和平、土壤安全两个专题,以此呼应土壤学关于土壤与环境、土壤与人类活动等重要问题。在土壤与和平专题中,介绍了美国两位教授关于土壤与和平关系的论述,韩国一位教授介绍了南北朝鲜通过土壤学研究合作逐渐走向朝鲜半岛统一的积极努力。在土壤安全专题中,介绍了澳大利亚、荷兰、印度尼西亚等国家学者就土壤安全的概念、5个层次的含义所做的报告内容。通过介绍,可望拓展读者对涉及到土壤学某些重要问题的创新性思考,为有关研究领域提供新的角度,进一步提高对土壤在生态环境建设和人类社会发展中作用的认识。