新時(shí)期中國(guó)土壤科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與戰(zhàn)略思考*

沈仁芳，顏曉元，張甘霖，滕 應(yīng)

新時(shí)期中國(guó)土壤科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與戰(zhàn)略思考*

沈仁芳1，顏曉元1，張甘霖1，滕 應(yīng)2

（1. 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008；2. 中國(guó)科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008）

土壤科學(xué)在保障國(guó)家農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)中具有重要的學(xué)科戰(zhàn)略地位。本文全面扼要分析了國(guó)內(nèi)外土壤科學(xué)研究現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢(shì)，結(jié)合未來(lái)土壤科學(xué)發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略需求與關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，梳理了未來(lái)5～10年我國(guó)土壤科學(xué)擬重點(diǎn)發(fā)展地球關(guān)鍵帶過(guò)程與土壤功能演變、農(nóng)田土壤健康與質(zhì)量提升理論與技術(shù)、區(qū)域土壤復(fù)合污染過(guò)程與綠色修復(fù)、土壤生物過(guò)程與功能等優(yōu)先領(lǐng)域和重要方向，以期進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)土壤科學(xué)跨越式發(fā)展。

新時(shí)期；土壤科學(xué)；研究發(fā)展；戰(zhàn)略思考

土壤是聯(lián)接大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈的樞紐，是陸地生態(tài)系統(tǒng)存在、演變和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)、地球表層元素生物地球化學(xué)循環(huán)發(fā)生的主要場(chǎng)所、保護(hù)人類生存的自然歷史體，支撐著陸地生態(tài)系統(tǒng)中的生命過(guò)程。當(dāng)前，全球面臨著土壤資源短缺、環(huán)境污染加劇、生態(tài)系統(tǒng)退化、自然災(zāi)害頻發(fā)和氣候變化等重大挑戰(zhàn)，嚴(yán)重威脅著經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境安全和人體健康，如何協(xié)調(diào)發(fā)揮土壤的生產(chǎn)功能、環(huán)境保護(hù)功能、生態(tài)工程建設(shè)支撐功能和全球變化緩解功能，成為現(xiàn)代土壤學(xué)為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展作貢獻(xiàn)的重要任務(wù)[1-2]。

土壤學(xué)是研究自然條件和人為利用下土壤組成、性質(zhì)、過(guò)程及功能，揭示土壤自身發(fā)生、演替、空間分布和動(dòng)態(tài)變化及其與地表圈層系統(tǒng)的相互作用規(guī)律，并為土壤資源利用、保護(hù)和可持續(xù)管理提供科學(xué)依據(jù)的學(xué)科。當(dāng)前，隨著人類對(duì)土壤資源保護(hù)利用的持續(xù)認(rèn)知，土壤學(xué)的研究范疇延伸到地球表層系統(tǒng)科學(xué)、生態(tài)和環(huán)境科學(xué)、全球變化和可持續(xù)發(fā)展科學(xué)，拓展了對(duì)土壤環(huán)境功能和生態(tài)功能的認(rèn)識(shí)，土壤學(xué)的研究?jī)?nèi)涵也在發(fā)生深刻演變。經(jīng)過(guò)170多年的發(fā)展，土壤科學(xué)吸納了物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科的理論、方法及技術(shù)，研究?jī)?nèi)容不斷豐富，由早期定性描述性研究發(fā)展為系統(tǒng)觀測(cè)與定量實(shí)驗(yàn)研究，以多組分、多形態(tài)和多尺度物質(zhì)遷移和轉(zhuǎn)化為核心，以土壤多過(guò)程和多功能為重點(diǎn)的土壤學(xué)學(xué)科理論、研究方法和技術(shù)體系的系統(tǒng)性科學(xué)[3]。土壤學(xué)在當(dāng)今世界土壤資源管理、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境治理等領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。本文擬扼要分析國(guó)內(nèi)外土壤科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與態(tài)勢(shì)，結(jié)合我國(guó)土壤學(xué)科發(fā)展需求和關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，梳理了未來(lái)5～10年土壤科學(xué)戰(zhàn)略發(fā)展的優(yōu)先研究領(lǐng)域與重要方向，可供土壤科學(xué)工作者參考，以期進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)土壤科學(xué)跨越式發(fā)展。

1 國(guó)際土壤科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與態(tài)勢(shì)

隨著國(guó)際土壤科學(xué)的發(fā)展，其學(xué)科地位不斷提升。國(guó)際土壤學(xué)會(huì)（ISSS）升格為國(guó)際土壤學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUSS），并成為國(guó)際科聯(lián)的獨(dú)立成員，充分反映了國(guó)際土壤學(xué)的學(xué)科地位和發(fā)展形勢(shì)。目前，國(guó)際土壤學(xué)聯(lián)合會(huì)設(shè)有土壤時(shí)空演變、土壤性質(zhì)與過(guò)程、土壤利用與管理、土壤在社會(huì)及環(huán)境中應(yīng)用等4個(gè)部門(mén)（Division），總共分設(shè)了22個(gè)下屬專業(yè)委員會(huì)（Commission）。同時(shí)，還設(shè)立了若干工作組（WorkingGroup），來(lái)吸納和推進(jìn)交叉學(xué)科的土壤學(xué)研究。2013年12月第68屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)正式通過(guò)決議，將2015年定為“國(guó)際土壤年”，主題為“健康土壤帶來(lái)健康生活”。目前，國(guó)際上十分關(guān)注土壤安全議題，解決與土壤相關(guān)的國(guó)際共同關(guān)注的重大問(wèn)題，以提高對(duì)土壤資源的可持續(xù)管理能力，滿足人類對(duì)糧食、燃料和纖維生產(chǎn)的需求，促使土壤生態(tài)系統(tǒng)功能更好地適應(yīng)當(dāng)前和未來(lái)的氣候變化[1-4]，因此在聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDG）中土壤得到前所未有的重視[2]。說(shuō)明土壤學(xué)科作為一門(mén)自然科學(xué)在科學(xué)界已達(dá)成共識(shí)，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大的同時(shí)重要性也得到了進(jìn)一步提升。近20多年，國(guó)際土壤學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)有如下特征：

1）土壤服務(wù)功能研究進(jìn)一步拓展，已經(jīng)從相對(duì)單一的生產(chǎn)功能研究進(jìn)入到生產(chǎn)、環(huán)境、生態(tài)多目標(biāo)多功能系統(tǒng)研究階段

當(dāng)前，全球土壤正面臨著嚴(yán)重的退化問(wèn)題，威脅著世界糧食安全、生態(tài)安全、環(huán)境安全。因而土壤服務(wù)功能也隨之?dāng)U展，從傳統(tǒng)單一的生產(chǎn)功能發(fā)展到生產(chǎn)、環(huán)境、生態(tài)多目標(biāo)多功能階段。2018年8月在巴西召開(kāi)的第21屆世界土壤學(xué)大會(huì)的主題：“Soil Science：Beyond food and fuel-土壤科學(xué)：超越食物和燃料”，討論如何養(yǎng)活一個(gè)饑餓的星球，如何為一個(gè)能源匱乏的星球生產(chǎn)燃料，如何解決地球上水資源短缺，如何消除地球的污染，如何平衡生物多樣性保護(hù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)土地管理。以Web of science核心數(shù)據(jù)庫(kù)中34份土壤科學(xué)期刊為檢索范圍，從這些主流期刊發(fā)文的主題來(lái)看，在過(guò)去二十多年里世界主要國(guó)家的土壤科學(xué)服務(wù)于作物生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)土壤學(xué)的基礎(chǔ)研究仍然是一個(gè)永恒的主題（圖1），以土壤肥力為中心的土壤養(yǎng)分與元素的轉(zhuǎn)化還是國(guó)際土壤科學(xué)的研究重點(diǎn)。由于土壤微生物學(xué)研究成為國(guó)際土壤科學(xué)的研究前沿，其關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向養(yǎng)分元素的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程研究[5]。隨著環(huán)境污染治理與緩解全球氣候變化的新需求牽引，土壤污染修復(fù)和全球變化下土壤碳氮循環(huán)研究成為國(guó)際土壤科學(xué)的研究熱點(diǎn)。植物修復(fù)作為有效凈化污染土壤的綠色環(huán)保方法越來(lái)越受到重視，且微生物介導(dǎo)的植物根際修復(fù)理論與技術(shù)的研究成為目前土壤污染治理研究中的生長(zhǎng)點(diǎn)。土壤是地球表層系統(tǒng)中最大的碳儲(chǔ)庫(kù)，土壤碳循環(huán)研究不斷得到重視。一些新的研究主題，比如生物質(zhì)炭（biochar）和生物多樣性，由于其在土壤生態(tài)功能中的多方面作用，不時(shí)涌現(xiàn)并呈爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。可見(jiàn)，近20多年來(lái)土壤科學(xué)研究不僅關(guān)注肥力、產(chǎn)量、水分等傳統(tǒng)土壤學(xué)的內(nèi)容，還關(guān)注人為活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)等方面，目的是充分發(fā)揮土壤的生產(chǎn)功能、環(huán)境功能、生態(tài)功能，從而實(shí)現(xiàn)人類活動(dòng)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖1 以水稻、小麥、玉米、土豆四大糧食作物為主題的土壤學(xué)論文及其占全部土壤學(xué)論文的比例（數(shù)據(jù)來(lái)源，Web of Science 34份土壤學(xué)期刊）

2）土壤形成、過(guò)程與演化研究向關(guān)鍵帶擴(kuò)展，成為地球系統(tǒng)科學(xué)的組成部分

地球關(guān)鍵帶（Earth’s Critical Zone）是物質(zhì)和能量循環(huán)最活躍的地球表層系統(tǒng)，土壤圈是關(guān)鍵帶最核心的部分，是元素生物地球化學(xué)過(guò)程最活躍的區(qū)域，土壤科學(xué)研究關(guān)鍵帶土壤的物質(zhì)形成，與大氣、水、生物的交換和循環(huán)過(guò)程，為理解地球表層系統(tǒng)演變和功能提供依據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容包括：土壤時(shí)空演化與關(guān)鍵帶多界面、多尺度、多要素過(guò)程耦合關(guān)系，關(guān)鍵帶重要的生物地球化學(xué)過(guò)程和驅(qū)動(dòng)機(jī)制，關(guān)鍵帶結(jié)構(gòu)與水文過(guò)程、巖石風(fēng)化、土壤形成之間的關(guān)系，關(guān)鍵帶過(guò)程對(duì)土壤生產(chǎn)力、生態(tài)環(huán)境安全等功能的影響[6]。在美國(guó)自然科學(xué)基金（NSF）資助下，美國(guó)境內(nèi)的關(guān)鍵帶研究點(diǎn)由最初的3個(gè)流域發(fā)展到由10個(gè)流域組成的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。在歐盟第七框架資助下，開(kāi)展了以歐洲各國(guó)流域?yàn)橹黧w的土壤過(guò)程及其功能的聯(lián)合監(jiān)測(cè)研究。在德國(guó)DFG資助下，在德國(guó)境內(nèi)建立了類似于關(guān)鍵帶的陸地環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。這些監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋了氣候變化和人類活動(dòng)強(qiáng)度的梯度，集成了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制實(shí)驗(yàn)、過(guò)程模擬等環(huán)節(jié)，提供了不同學(xué)科相互合作的研究平臺(tái)。我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）近來(lái)也在積極向關(guān)鍵帶觀測(cè)推進(jìn)。以地球關(guān)鍵帶為平臺(tái)，土壤作為重要的組成部分，近期可深入開(kāi)展以下幾個(gè)方面的系統(tǒng)研究：（1）土壤形成發(fā)育過(guò)程及其元素生物地球化學(xué)過(guò)程的耦合，（2）多尺度（剖面、坡面、流域和區(qū)域）的生態(tài)水文過(guò)程及其物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化，（3）多界面（土-水、土-氣、土-生、土-巖等）的物理、化學(xué)和生物過(guò)程相互作用與反饋機(jī)制。

3）新技術(shù)、新方法的應(yīng)用以及長(zhǎng)期定位試驗(yàn)成為土壤科學(xué)發(fā)展的重要手段

近年來(lái)，新技術(shù)與新方法在土壤研究中的廣泛應(yīng)用，極大促進(jìn)了土壤科學(xué)的發(fā)展[7-9]。在土壤物質(zhì)形態(tài)和性質(zhì)方面，傳統(tǒng)元素穩(wěn)定性同位素如13C、14C、15N、32P和重金屬同位素等用于標(biāo)記和示蹤土壤-生物系統(tǒng)中生命元素循環(huán)和污染物轉(zhuǎn)化的生物地球化學(xué)過(guò)程，尤其在土壤功能微生物識(shí)別及其物質(zhì)代謝過(guò)程方面了發(fā)揮了重要作用；同步輻射技術(shù)成功應(yīng)用于揭示土壤膠體組分與重金屬之間的物理、化學(xué)、生物界面分子作用機(jī)制，而且同步輻射光譜顯微鏡技術(shù)能夠詳細(xì)描述微米和亞微米空間的化學(xué)特征，為研究土壤微環(huán)境中復(fù)雜的生物地球化學(xué)過(guò)程提供了可能；宇宙射線土壤水分監(jiān)測(cè)（COSMOS）是一種精度較高的大尺度土壤水分含量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；CT技術(shù)使土壤結(jié)構(gòu)研究從定性描述走向定量化，推動(dòng)了土壤結(jié)構(gòu)與水分運(yùn)動(dòng)和根系生長(zhǎng)等相互耦合研究；模型模擬成為重要的研究工具，可以實(shí)現(xiàn)土壤多過(guò)程的精細(xì)刻畫(huà)、情景分析、尺度擴(kuò)展等分析，如在污染物環(huán)境行為、水力學(xué)過(guò)程、水土流失、空間變異預(yù)測(cè)與制圖、碳氮循環(huán)與全球變化等方面發(fā)揮了重要作用。信息技術(shù)結(jié)合新的遙感遙測(cè)、近地傳感與制圖技術(shù)應(yīng)用于土壤性質(zhì)動(dòng)態(tài)變化的監(jiān)測(cè)與制圖，不斷提高土壤監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性，尤其是5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、高精度遙感遙測(cè)技術(shù)的發(fā)展，將對(duì)土壤學(xué)科發(fā)展產(chǎn)生變革性影響，促進(jìn)土壤監(jiān)測(cè)朝向智慧化、智能化方向發(fā)展。

長(zhǎng)期試驗(yàn)研究方法的重要性日益凸顯，被賦予了新的生命力，從農(nóng)田肥料試驗(yàn)走向生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)，從單一試驗(yàn)研究走向整合和網(wǎng)絡(luò)研究，從土壤過(guò)程走向生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程，從土壤圈走向地球關(guān)鍵帶系統(tǒng)，并被用于分析全球尺度的土壤變化規(guī)律。目前的發(fā)展趨勢(shì)是土壤過(guò)程-生物過(guò)程-生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程的系統(tǒng)而連續(xù)的觀察和監(jiān)測(cè)。通過(guò)長(zhǎng)期定位觀測(cè)試驗(yàn)可以揭示土壤微生物區(qū)系與生物多樣性、長(zhǎng)期施肥與土壤肥力的變化、長(zhǎng)期耕作措施的土壤保育效果、土壤環(huán)境質(zhì)量的演變規(guī)律，以及模型預(yù)測(cè)結(jié)果的驗(yàn)證（圖2）。長(zhǎng)期土壤生態(tài)系統(tǒng)研究已經(jīng)納入美國(guó)科學(xué)基金會(huì)的關(guān)鍵帶探測(cè)網(wǎng)絡(luò)（Critical Zone Exploration Network），我國(guó)也初步形成了中國(guó)地球關(guān)鍵帶網(wǎng)絡(luò)的雛形，有望融合到相關(guān)國(guó)際網(wǎng)絡(luò)中。

圖2 應(yīng)用長(zhǎng)期試驗(yàn)平臺(tái)的土壤學(xué)研究主題詞共現(xiàn)關(guān)系圖

4）多學(xué)科交叉融合研究成為土壤科學(xué)發(fā)展的重要推動(dòng)力

隨著化學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)理論、方法、技術(shù)的進(jìn)步在土壤科學(xué)中的進(jìn)一步應(yīng)用，多學(xué)科交叉融合成為推動(dòng)國(guó)際土壤科學(xué)快速發(fā)展的重要?jiǎng)恿Γ寥缹W(xué)與其他基礎(chǔ)科學(xué)的滲透融合促進(jìn)了土壤學(xué)研究新方向和分支學(xué)科的誕生。化學(xué)各分支學(xué)科發(fā)展為定性和定量研究土壤中養(yǎng)分離子及污染物形態(tài)及其轉(zhuǎn)化提供技術(shù)和理論支撐，尤其是近年來(lái)原子及分子分析方法的快速發(fā)展，為從分子水平研究養(yǎng)分與污染物的界面過(guò)程提供了先進(jìn)手段；化學(xué)結(jié)構(gòu)、化學(xué)計(jì)量與土壤顆粒基本物質(zhì)分子組成研究?jī)?nèi)容的交叉和綜合形成了土壤分子模擬方向；生物學(xué)尤其是分子生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，深化了對(duì)土壤微生物所驅(qū)動(dòng)的土壤過(guò)程的認(rèn)識(shí)，尤其是基于高通量測(cè)序的組學(xué)技術(shù)（基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等）打開(kāi)了土壤微生物的“黑箱”，極大地推動(dòng)了對(duì)土壤中“未知微生物類群及功能的認(rèn)識(shí)[9]。生物學(xué)參與的土壤物質(zhì)和過(guò)程的研究，衍生出土壤生物物理研究分支學(xué)科；微生物學(xué)與土壤微形態(tài)學(xué)的交叉研究派生出土壤微生境和微生態(tài)研究方向；數(shù)學(xué)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)和土壤學(xué)的交叉形成了土壤計(jì)量學(xué)；數(shù)字技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展使得土壤信息系統(tǒng)研究和數(shù)字土壤研究成為現(xiàn)實(shí)，改變了傳統(tǒng)土壤學(xué)分析的模糊和定性的形象。在關(guān)鍵帶土壤環(huán)境過(guò)程研究方面，土壤學(xué)整合了生物學(xué)、水文學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地球化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、大氣科學(xué)等知識(shí)和技術(shù)，大大提升了解釋地球各圈層之間交互作用的能力以及對(duì)區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合管理的能力。

5）社會(huì)與公眾需求成為土壤科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在牽引力

全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和資源生態(tài)環(huán)境安全面臨的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，對(duì)土壤學(xué)的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，極大地牽引了國(guó)際土壤科學(xué)的發(fā)展，也促進(jìn)了土壤學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（Sustainable Development Goals，SDGs）中就有多個(gè)目標(biāo)對(duì)土壤科學(xué)的需求提出了明確要求，其中促進(jìn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)、保障健康生活、確保可持續(xù)消費(fèi)與生產(chǎn)模式、恢復(fù)退化陸地生態(tài)系統(tǒng)等，分別涉及土壤質(zhì)量、土壤污染、土壤健康、土壤退化等方面。在全球資源環(huán)境矛盾日益突出的情況下，土壤的生產(chǎn)力及其可持續(xù)提高的機(jī)理和途徑仍然是農(nóng)業(yè)土壤學(xué)的一大中心任務(wù)[10]。應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)催生了土壤碳循環(huán)研究在全球的興起，至今一直是國(guó)際土壤學(xué)的前沿領(lǐng)域；環(huán)境污染的全球化背景下，旨在控制持久性有機(jī)污染物（POPs）國(guó)際公約的簽訂，使得土壤環(huán)境與污染修復(fù)成為全球環(huán)境科學(xué)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。科學(xué)研究的全球化和重大國(guó)際科學(xué)研究計(jì)劃，推動(dòng)了土壤學(xué)的全球?qū)Ρ扰c網(wǎng)絡(luò)化，如全球土壤信息化對(duì)比研究，推進(jìn)了國(guó)際土壤分類系統(tǒng)和數(shù)字土壤制圖的全球合作研究。

2 我國(guó)土壤科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與態(tài)勢(shì)

我國(guó)土壤科學(xué)雖然起步較晚，但近幾十年來(lái)發(fā)展迅速，土壤學(xué)研究在面對(duì)國(guó)家需求、解決生產(chǎn)實(shí)際的同時(shí)，學(xué)科建設(shè)得到了極大發(fā)展，相繼建立了土壤地理學(xué)、土壤物理學(xué)、土壤化學(xué)、土壤生物學(xué)、土壤侵蝕與水土保持、土壤肥力與土壤養(yǎng)分循環(huán)、土壤污染與修復(fù)、土壤質(zhì)量與食物安全等各分支學(xué)科，提出了土壤圈物質(zhì)循環(huán)的重要研究?jī)?nèi)涵，建立了較為完整的土壤學(xué)科體系，在國(guó)際上已具有一定特色和國(guó)際地位。以Web of Science收錄的34份土壤學(xué)期刊發(fā)表的文章為例，我國(guó)在2014年超過(guò)美國(guó)，成為在土壤學(xué)期刊上發(fā)文最多的國(guó)家（圖3），目前已超過(guò)全球總量的30%。由于我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)土壤學(xué)的強(qiáng)烈需求，我國(guó)土壤學(xué)各分支學(xué)科均取得了很好的研究進(jìn)展，如系統(tǒng)清查了我國(guó)土系資源，建立了近5 000個(gè)土系并出版了《中國(guó)土系志》，全面更新了我國(guó)土壤資源清單和土壤信息，將土壤分類工作推向了新的前沿[11]；發(fā)展了土壤物理新技術(shù)和新方法，以及地球關(guān)鍵帶水文過(guò)程與物質(zhì)遷移、土壤水熱鹽耦合過(guò)程與調(diào)控、污染物遷移與數(shù)值模擬、土壤結(jié)構(gòu)等新理論與新模型[12]；基于同步輻射技術(shù)、機(jī)理性動(dòng)力學(xué)模型及量子化學(xué)計(jì)算等，揭示了土壤微界面化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)分子機(jī)制[13]；首次在較大的空間尺度下定量揭示了土壤微生物的地理分布特征，揭示了土壤生源要素的微生物地球化學(xué)過(guò)程與驅(qū)動(dòng)機(jī)制[14]；闡明了土壤侵蝕動(dòng)力機(jī)制，建立了土壤抗沖性與土壤物理性質(zhì)參數(shù)的最優(yōu)模型[15]；采用氮穩(wěn)定同位素成功標(biāo)記測(cè)定了土壤氮素初級(jí)轉(zhuǎn)化速率，在認(rèn)識(shí)亞熱帶土壤氮?jiǎng)討B(tài)和機(jī)制方面取得了一系列新的認(rèn)識(shí)[16]，在協(xié)調(diào)作物生產(chǎn)和環(huán)境雙贏的氮肥管理方面從理論到實(shí)踐均取得了較大進(jìn)展[17]；在農(nóng)田和場(chǎng)地土壤污染過(guò)程、污染機(jī)制、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)管控修復(fù)材料、裝備和技術(shù)及工程示范等方面開(kāi)展了大量工作[18]；土壤質(zhì)量和食物安全領(lǐng)域主要聚焦在施肥、作物類型、水肥管理以及施肥引起土壤酸化對(duì)食物安全的影響等[19]。詳細(xì)參見(jiàn)各個(gè)分支學(xué)科發(fā)展報(bào)告[11-19]。

從研究領(lǐng)域看，我國(guó)土壤科學(xué)研究領(lǐng)域既緊跟國(guó)際熱點(diǎn)，如在應(yīng)對(duì)全球氣候變化、根際微生物多樣性、硝化過(guò)程與氨氧化菌等國(guó)際熱點(diǎn)領(lǐng)域；又帶有明顯的區(qū)域特色，如在黃土高原水土流失、污染土壤生物修復(fù)等特色領(lǐng)域（圖4）。在過(guò)去的十多年里，這些熱點(diǎn)研究領(lǐng)域研究成果累累，產(chǎn)生了多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)和科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

從研究深度上看，我國(guó)土壤學(xué)整體上處于跟蹤國(guó)際前沿水平，引導(dǎo)國(guó)際土壤科學(xué)研究方向的原創(chuàng)性研究成果較少。少數(shù)領(lǐng)域如人為土壤（特別是水耕人為土）的研究、古土壤、土壤電化學(xué)、植物修復(fù)、稻田溫室氣體排放研究等處于國(guó)際領(lǐng)先水平。部分學(xué)科和研究領(lǐng)域與國(guó)際前沿差距較大，需要多學(xué)科多領(lǐng)域交叉綜合研究，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)土壤科學(xué)的全面發(fā)展。

圖3 世界主要國(guó)家在Web of Science土壤學(xué)期刊發(fā)文數(shù)量變化

圖4 2011—2019年我國(guó)土壤學(xué)SCI論文主題詞關(guān)系共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

3 學(xué)科發(fā)展需求與關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題

3.1 土壤科學(xué)與國(guó)家需求

當(dāng)前，我國(guó)乃至全球社會(huì)面臨著“糧食安全、環(huán)境污染、資源匱乏、生態(tài)退化、全球變化、災(zāi)害頻發(fā)”等重大挑戰(zhàn)，這些問(wèn)題均與土壤的開(kāi)發(fā)與利用、保護(hù)與管理息息相關(guān)。首先，耕地是保障國(guó)家糧食安全、實(shí)施鄉(xiāng)村振興的根本。目前，全國(guó)耕地面積為20.24億畝（1公頃為15畝），人均耕地不足1.5畝，中低產(chǎn)田占72.7%，耕地地力總體偏低。我國(guó)耕地基礎(chǔ)地力對(duì)糧食生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率僅為52%左右，較40年前降低了10～15個(gè)百分點(diǎn)，耕地質(zhì)量退化嚴(yán)重威脅到國(guó)家糧食安全。目前，國(guó)家正大力推進(jìn)實(shí)施耕地質(zhì)量保護(hù)和提升行動(dòng)計(jì)劃，目標(biāo)到2022年耕地質(zhì)量平均提升0.5個(gè)等級(jí)以上。滿足國(guó)家需求，加強(qiáng)土壤質(zhì)量基礎(chǔ)與提升技術(shù)研究，應(yīng)當(dāng)是我國(guó)土壤科學(xué)發(fā)展的根本任務(wù)。

其次，土壤健康是保障生態(tài)安全和支撐美麗中國(guó)的基礎(chǔ)。我國(guó)土壤環(huán)境污染嚴(yán)重，區(qū)域擴(kuò)展日益突出，已經(jīng)影響到全面建設(shè)小康社會(huì)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。“凈土攻堅(jiān)戰(zhàn)”是國(guó)家三大污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)之一。黨的十九大報(bào)告明確指出：著力解決突出環(huán)境問(wèn)題，強(qiáng)化土壤污染管控和修復(fù)，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染防治，構(gòu)建全社會(huì)共同參與的環(huán)境治理體系；加大生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)力度，實(shí)施生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程，尤其是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶土壤污染修復(fù)與安全利用等。因此，加強(qiáng)土壤環(huán)境與污染修復(fù)研究成為土壤科學(xué)發(fā)展的重要任務(wù)。

第三，全球變化與土壤的關(guān)系密切。一方面，土壤碳氮循環(huán)等生物地球化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生或消耗溫室氣體以及其他氣體，直接或者間接地影響氣候變化；另一方面，全球變化通過(guò)降雨、溫度和養(yǎng)分沉降等變化，影響土壤過(guò)程，也對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力及其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此，土壤管理成為應(yīng)對(duì)氣候變化的研究熱點(diǎn)。從土壤與土壤學(xué)科及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的關(guān)系來(lái)看，當(dāng)前對(duì)土壤重要性的認(rèn)識(shí)，已從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向生態(tài)環(huán)境保護(hù)提升，從食物安全向人體健康提升，從土壤資源向生態(tài)要素的認(rèn)識(shí)提升，從土壤質(zhì)量的培育向提高土壤綜合服務(wù)功能提升，從全球土壤質(zhì)量變化向人類生存提升，從城鄉(xiāng)發(fā)展向人居環(huán)境建設(shè)提升。這些認(rèn)識(shí)的提升對(duì)未來(lái)我國(guó)土壤科學(xué)的研究與發(fā)展，均有重要的指導(dǎo)意義。

3.2 關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題

從國(guó)際和國(guó)內(nèi)土壤科學(xué)發(fā)展態(tài)勢(shì)來(lái)看，土壤形成與演化研究正朝定量化、信息化、數(shù)字化方向發(fā)展；土壤過(guò)程與模型模擬研究成為土壤物理學(xué)研究的主要趨勢(shì)；土壤物理化學(xué)與生物化學(xué)過(guò)程的耦合研究成為土壤化學(xué)的發(fā)展新趨勢(shì)；土壤生物學(xué)已經(jīng)成為土壤科學(xué)、地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、微生物學(xué)和生態(tài)學(xué)等學(xué)科交叉前沿；土壤侵蝕與水土保持研究是土壤科學(xué)服務(wù)于生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要內(nèi)容；土壤肥力與養(yǎng)分循環(huán)研究是實(shí)現(xiàn)土壤生產(chǎn)力持續(xù)提升與保護(hù)生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要途徑；土壤污染與修復(fù)研究成為土壤科學(xué)發(fā)展的重要研究方向；土壤質(zhì)量與食物安全研究是土壤科學(xué)服務(wù)于食物安全的重要內(nèi)容；發(fā)展基于“大數(shù)據(jù)+互聯(lián)網(wǎng)+人工智能”土壤資源大數(shù)據(jù)信息決策理論與方法成為未來(lái)土壤學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。圍繞這些研究?jī)?nèi)容，土壤學(xué)需解決如下關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：

1）闡明土壤圈物質(zhì)循環(huán)與土壤功能演變機(jī)制。土壤圈多時(shí)空尺度土壤形成和演化過(guò)程與機(jī)制，土壤圈物質(zhì)（養(yǎng)分、水分、污染物等）生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程及其對(duì)土壤功能（生產(chǎn)功能、環(huán)境功能、生態(tài)功能）的影響，這些過(guò)程發(fā)生的微生物學(xué)機(jī)制，以及調(diào)控原理與途徑。

2）揭示土壤內(nèi)部界面反應(yīng)過(guò)程與作用機(jī)制。揭示土壤膠體及其組分與生物活性分子、微生物等相互作用復(fù)雜性、土壤界面反應(yīng)作用機(jī)制及影響；闡明土壤生態(tài)系統(tǒng)生源要素和污染物轉(zhuǎn)化過(guò)程、食物鏈和食物網(wǎng)能量轉(zhuǎn)換、生物信息傳遞過(guò)程及其對(duì)環(huán)境污染和全球變化的反饋機(jī)制等。

3）明確土壤健康的維持機(jī)制與新技術(shù)原理。土壤污染、土壤侵蝕、土壤鹽漬化以及土壤酸化是我國(guó)土壤退化的重要因素，闡明土壤污染、侵蝕、鹽漬化和酸化形成過(guò)程、機(jī)理及其響應(yīng)機(jī)制，揭示土壤健康演變的規(guī)律與機(jī)制，發(fā)展基于“大數(shù)據(jù)+互聯(lián)網(wǎng)+人工智能”的土壤信息大數(shù)據(jù)決策理論與方法，建立土壤健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系以及退化土壤的防控、修復(fù)與保育的理論和技術(shù)體系。

4 未來(lái)優(yōu)先研究領(lǐng)域與重要方向

圍繞國(guó)際土壤科學(xué)研究前沿和國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，充分發(fā)揮多學(xué)科交叉融合的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，預(yù)期未來(lái)5～10年我國(guó)土壤學(xué)將重點(diǎn)發(fā)展地球關(guān)鍵帶過(guò)程與土壤功能演變、農(nóng)田土壤健康與質(zhì)量提升理論與技術(shù)、區(qū)域土壤復(fù)合污染過(guò)程與綠色修復(fù)、土壤生物的分布、過(guò)程與功能等優(yōu)先領(lǐng)域和重要方向。

4.1 地球關(guān)鍵帶過(guò)程與土壤功能演變

地球關(guān)鍵帶研究作為地球科學(xué)、土壤學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、大氣科學(xué)、生態(tài)科學(xué)等的綜合交叉學(xué)科，以調(diào)查、監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)、模擬、預(yù)測(cè)為手段，研究不同時(shí)間和空間尺度上土壤、水文、植被和大氣相互作用過(guò)程及其景觀、物質(zhì)能量傳輸?shù)年P(guān)系，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵帶結(jié)構(gòu)-過(guò)程-功能-服務(wù)的耦合與集成。重點(diǎn)研究地球關(guān)鍵帶類型劃分方法與理論框架，繪制區(qū)域、國(guó)家及全球尺度地球關(guān)鍵帶類型分區(qū)圖；研究地球關(guān)鍵帶的厚度、地層結(jié)構(gòu)、風(fēng)化強(qiáng)度、孔隙結(jié)構(gòu)等的空間變異及其氣候、生物、水文、地質(zhì)和人為活動(dòng)驅(qū)動(dòng)力；表征地球關(guān)鍵帶中水、碳、氮、磷、鉀、微生物等的時(shí)空動(dòng)態(tài)。研究地球關(guān)鍵帶區(qū)域、流域、坡面、剖面等多尺度的生態(tài)水文過(guò)程及其驅(qū)動(dòng)的物質(zhì)遷移過(guò)程，創(chuàng)新多尺度觀測(cè)與模擬研究方法和理論；探究土-氣、土-水、土-巖和土-根界面熱區(qū)物質(zhì)遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程，創(chuàng)建多界面物質(zhì)循環(huán)通量觀測(cè)和模擬研究理論；剖析碳、氮、磷、硫、鐵、錳等元素微觀至宏觀的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程及其耦合關(guān)系；研究典型生態(tài)脆弱地區(qū)關(guān)鍵帶過(guò)程對(duì)土壤資源演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，以及關(guān)鍵帶過(guò)程對(duì)土壤功能與安全的影響，開(kāi)展青藏高原、黃土高原等熱點(diǎn)地區(qū)的橫縱向界面研究及國(guó)際對(duì)比。研究氣候變化情景下礦物風(fēng)化、土壤形成、植被演變、土地利用等影響下地球關(guān)鍵帶碳、氮、磷、硫等生源要素循環(huán)過(guò)程與機(jī)制；探索地球關(guān)鍵帶過(guò)程調(diào)控與應(yīng)對(duì)氣候變化的綜合途徑；構(gòu)建我國(guó)地球關(guān)鍵帶調(diào)查觀測(cè)研究平臺(tái)。

4.2 農(nóng)田土壤健康與質(zhì)量提升理論與技術(shù)

農(nóng)田土壤健康保護(hù)和耕地質(zhì)量提升，是實(shí)施藏糧于地（技）戰(zhàn)略和確保國(guó)家糧食安全的重大現(xiàn)實(shí)需求，亦是土壤學(xué)內(nèi)部學(xué)科交叉的綜合性研究?jī)?nèi)容。重點(diǎn)研究農(nóng)田土壤主要生源要素的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程及其驅(qū)動(dòng)因子，闡明典型生源要素循環(huán)耦合關(guān)系的關(guān)鍵過(guò)程及其制約機(jī)制、協(xié)同轉(zhuǎn)化理論；研究維系土壤健康的典型微生物過(guò)程、影響因素，闡明土壤微生物過(guò)程與關(guān)鍵物質(zhì)循環(huán)的耦合關(guān)系；研究土壤調(diào)控對(duì)植物疾病防控的原理與機(jī)制及技術(shù)模式；研究土壤生物網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、多樣性及其演變規(guī)律，明確土壤生物網(wǎng)絡(luò)功能對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)和養(yǎng)分循環(huán)的影響。研究主要生態(tài)區(qū)中低產(chǎn)田障礙類型及驅(qū)動(dòng)因素，解析土壤酸化、（次生）鹽漬化、潛育化、瘠瘦化等典型障礙類型發(fā)生與形成機(jī)制，闡明其消減與調(diào)控機(jī)理；研究土壤肥沃耕層結(jié)構(gòu)形成機(jī)制，提出協(xié)調(diào)土壤水、肥、氣、熱條件的肥沃土壤耕層的構(gòu)建方向；研究農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)形成演變規(guī)律、平衡機(jī)理及驅(qū)動(dòng)因素，闡明主要生態(tài)區(qū)中低產(chǎn)田土壤有機(jī)質(zhì)提升的潛力與途徑。

4.3 土壤復(fù)合污染過(guò)程與協(xié)同修復(fù)

系統(tǒng)認(rèn)識(shí)我國(guó)土壤污染區(qū)域化特征，探究區(qū)域土壤污染成因，闡明區(qū)域土壤污染過(guò)程與治理修復(fù)原理，實(shí)現(xiàn)分區(qū)治理修復(fù)策略，已成為土壤學(xué)、環(huán)境科學(xué)、區(qū)域地理學(xué)，以及環(huán)境土壤學(xué)、修復(fù)土壤學(xué)必須解決的重大環(huán)境污染問(wèn)題。針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域土壤污染成因復(fù)雜性、過(guò)程耦合性、風(fēng)險(xiǎn)疊加性等基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題，研究重點(diǎn)區(qū)域土壤-地下水污染特征、空間格局和質(zhì)量演變規(guī)律；研究區(qū)域土壤-地下水系統(tǒng)污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、擴(kuò)散通量及主控機(jī)制；研究區(qū)域土壤-地下水污染物多介質(zhì)界面過(guò)程與調(diào)控機(jī)制，闡明區(qū)域土壤-地下水復(fù)合污染物的生物地球化學(xué)過(guò)程；研究區(qū)域土壤污染的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，研發(fā)基于大數(shù)據(jù)的場(chǎng)地污染智能識(shí)別模式；研究農(nóng)用地土壤污染靶向修復(fù)與安全利用技術(shù)原理，以及場(chǎng)地土壤-地下水污染智慧修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)智能預(yù)警系統(tǒng)；研究區(qū)域土壤污染全過(guò)程控制與協(xié)同修復(fù)技術(shù)原理。

4.4 土壤生物的分布、過(guò)程與功能

土壤生物學(xué)是土壤科學(xué)、微生物學(xué)和生態(tài)學(xué)等學(xué)科交叉前沿。重點(diǎn)研究不同土壤生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性的時(shí)空差異性，闡明不同時(shí)空尺度上土壤生物多樣性的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、演化特征及其影響機(jī)制，建立土壤生物基因及物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)；研究土壤生源要素的生物學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程，揭示土壤物質(zhì)循環(huán)的生物學(xué)機(jī)制；研究土壤健康食物網(wǎng)的生物和非生物影響及反饋機(jī)制，闡明土壤食物網(wǎng)中關(guān)鍵物種、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系及其對(duì)土壤生物多樣性維持的貢獻(xiàn)；解析土壤多營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物結(jié)構(gòu)、多樣性、互作關(guān)系等與土壤促生、免疫和解毒功能發(fā)揮之間的關(guān)系，探究核心土壤生物在促生、免疫和解毒功能發(fā)揮中的互作模式、演化規(guī)律和和進(jìn)化機(jī)制，建立動(dòng)態(tài)提升土壤生物功能的策略；研究引起人類疾病的土壤病原微生物、病毒在土壤中類群、存活以及傳播途徑；建立土壤病原微生物動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，建立土壤病原生物數(shù)據(jù)庫(kù)，提出預(yù)判和阻控土壤源疫情傳播的理論與技術(shù)手段。

4.5 土壤碳氮循環(huán)與全球氣候及環(huán)境變化

土壤碳氮循環(huán)與全球氣候及環(huán)境變化研究成為土壤學(xué)、大氣科學(xué)、地球科學(xué)等交叉學(xué)科的研究熱點(diǎn)。研究典型陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮生物地球化學(xué)循環(huán)特征、碳氮微量氣體排放強(qiáng)度及固碳減排潛力；解析土壤碳氮微量氣體對(duì)氣候變化因子的響應(yīng)規(guī)律及微生物學(xué)驅(qū)動(dòng)機(jī)制；土壤碳氮循環(huán)過(guò)程的生物驅(qū)動(dòng)機(jī)制與計(jì)量，碳氮溫室氣體產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的生物學(xué)機(jī)理及其對(duì)全球變化的響應(yīng)，土壤碳氮耦合的生物聯(lián)作機(jī)制，全球變化敏感區(qū)土壤生物群落和功能的演變與適應(yīng)，土壤碳氮生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程的生物學(xué)模型；探索不同農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳氮微量氣體減排與作物高產(chǎn)高效的耦合途徑及綜合對(duì)策；研究全球變化要素農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程的反饋機(jī)制；深入研究微生物同化無(wú)機(jī)氮的機(jī)制，增加土壤氮固持能力；探索新的固氮微生物，增加非豆科固氮，闡明土壤反硝化和硝酸鹽異化還原過(guò)程的主要控制因子，實(shí)現(xiàn)氮素去向的合理調(diào)控，發(fā)展全球環(huán)境變化下不同區(qū)域土地利用方式下的農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)技術(shù)體系。

4.6 土壤微界面化學(xué)過(guò)程與作用機(jī)制

土壤化學(xué)-物理-生物界面反應(yīng)研究是土壤化學(xué)、界面化學(xué)、膠體化學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科交叉的前沿。重點(diǎn)研究土壤組分微界面養(yǎng)分與污染物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，揭示微生物-礦物-微生物之間胞外電子傳遞機(jī)制；研究微生物驅(qū)動(dòng)的土壤養(yǎng)分與污染物化學(xué)過(guò)程，建立微生物驅(qū)動(dòng)化學(xué)體系機(jī)制模型；研究土壤礦物-微生物-有機(jī)質(zhì)界面過(guò)程，闡明多界面、多過(guò)程、多要素耦合機(jī)制；研究土壤組分間動(dòng)態(tài)相互作用機(jī)制及其影響因素；研究土壤膠體界面養(yǎng)分與污染物多過(guò)程耦合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)制，發(fā)展土壤微納多尺度多過(guò)程動(dòng)力學(xué)行為預(yù)測(cè)模型；研究全球變化影響下土壤組分微界面養(yǎng)分與污染物化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程、環(huán)境行為、反饋機(jī)制以及定量預(yù)測(cè)模型。

4.7 土壤養(yǎng)分高效利用與精準(zhǔn)施肥

土壤養(yǎng)分高效利用與精準(zhǔn)施肥是土壤學(xué)、植物生理學(xué)、微生物學(xué)、分子生物學(xué)、育種學(xué)、肥料學(xué)等多學(xué)科交叉的研究熱點(diǎn)。重點(diǎn)研究土壤-根系-微生物互作過(guò)程對(duì)作物養(yǎng)分高效利用的影響機(jī)制，揭示土壤-作物-環(huán)境相互作用與養(yǎng)分有效性；解析作物高效利用土壤養(yǎng)分機(jī)制，挖掘作物高效利用養(yǎng)分的基因、作物種質(zhì)資源和微生物菌種資源；利用分子設(shè)計(jì)等育種技術(shù)培育氮磷養(yǎng)分高效利用的專用作物新品種；研究氮磷高效利用的地上-地下生物功能調(diào)控與技術(shù)原理，建立氮磷高效利用生物調(diào)控技術(shù)體系。開(kāi)發(fā)新型控釋肥料、有機(jī)肥料以及功能肥料，構(gòu)建肥料環(huán)境效應(yīng)評(píng)估方法和評(píng)估體系；開(kāi)發(fā)土壤肥力快速測(cè)定系統(tǒng)，構(gòu)建智能化、信息化、數(shù)字化、精準(zhǔn)化施肥技術(shù)體系，開(kāi)展互聯(lián)網(wǎng)＋高效施肥技術(shù)集成。發(fā)展不同區(qū)域生態(tài)高值農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)體系。

4.8 土壤侵蝕過(guò)程與水土保持

土壤侵蝕過(guò)程與水土保持原理研究是遏制我國(guó)土壤退化和保障區(qū)域生態(tài)安全的重要基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題。重點(diǎn)研究不同尺度下水文過(guò)程與侵蝕-搬運(yùn)-沉積的級(jí)聯(lián)效應(yīng)；水文連通性對(duì)流域侵蝕產(chǎn)沙影響機(jī)理及其過(guò)程模擬；研究自然作用和人為活動(dòng)影響下土壤侵蝕的形成過(guò)程、機(jī)理及其響應(yīng)機(jī)制，典型區(qū)侵蝕產(chǎn)沙原型觀測(cè)，跨尺度的土壤侵蝕評(píng)價(jià)系統(tǒng)理論與預(yù)測(cè)模型；土壤侵蝕徑流-泥沙（土）-面源污染物相互作用機(jī)制；研究土壤侵蝕模型中參數(shù)的區(qū)域演變規(guī)律，建立模型參數(shù)與氣候、土壤、植被、地形特征等宏觀區(qū)域參數(shù)間的關(guān)系，提升模型的區(qū)域適用性；研究土壤侵蝕防治原理與技術(shù)；建立土壤侵蝕研究新技術(shù)與新方法。

4.9 土壤學(xué)研究新方法、新技術(shù)

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)、生物技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)等發(fā)展迅猛，土壤學(xué)亟需應(yīng)用這些高技術(shù)來(lái)表征土壤物質(zhì)的多態(tài)性、土壤過(guò)程的多尺度性和土壤功能的多元性。重點(diǎn)研究土壤多組分、多界面和多尺度性質(zhì)和行為的觀測(cè)、分析和模擬分析方法；研發(fā)應(yīng)急和生物監(jiān)測(cè)技術(shù)，完善現(xiàn)代土壤質(zhì)量分析方法標(biāo)準(zhǔn)體系；開(kāi)發(fā)土壤原位采樣、地球物理探測(cè)與污染監(jiān)測(cè)一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)土壤與地下水污染物分布、地下水流場(chǎng)、地層特征及含水層介質(zhì)滲透性實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、高分辨表征；發(fā)展野外觀測(cè)的定量分析、動(dòng)態(tài)表征技術(shù)，結(jié)合空間表達(dá)技術(shù)，構(gòu)建不同尺度的計(jì)量土壤學(xué)理論和研究方法體系；開(kāi)發(fā)基于大數(shù)據(jù)的自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集信息技術(shù)以及基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)；研究基于星-空-地一體化的土壤智慧監(jiān)測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)；發(fā)展基于“大數(shù)據(jù)+互聯(lián)網(wǎng)+人工智能”的土壤大數(shù)據(jù)信息決策理論與支持系統(tǒng)。

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Status Quo of and Strategic Thinking for the Development of Soil Science in China in the New Era

SHEN Renfang1, YAN Xiaoyuan1, ZHANG Ganlin1, TENG Ying2

(1. State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of SoilScience, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2.CAS Key Laboratory of Soil Environment and Pollution Remediation, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

Soil science plays an important strategic role in ensuring sustainable development of the agriculture and the construction of ecological civilization in China. This paper briefly reviews the status quo and development trend of soil science research at home and abroad, analyzes national strategic needs and key scientific issues of the research on soil science in the future, and collates priority aspects and key strategic directions of the soil science of China over the next 5-10 years, such as earth’s critical zone process and evolution of soil functions, theories and technologies for improvement of farmland soil health and quality, regional soil mixed pollution processes and green remediation, soil biological process and function, in an attempt to further promote leaping development of the soil science in China.

New ara; Soil science; Research and Development; Strategic thinking

X53

A

10.11766/trxb202006240330

沈仁芳，顏曉元，張甘霖，滕應(yīng). 新時(shí)期中國(guó)土壤科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與戰(zhàn)略思考[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2020，57（5）：1051–1059.

SHEN Renfang，YAN Xiaoyuan，ZHANG Ganlin，TENG Ying. Status Quo of and Strategic Thinking for the Development of Soil Science in China in the New Era[J]. Acta Pedologica Sinica，2020，57（5）：1051–1059.

* 國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目（41025005）資助 Supported by the National Science Fund for Distinguished Young Scholars（No. 41025005）

沈仁芳（1965—），男，浙江蕭山人，研究員，主要從事土壤-植物營(yíng)養(yǎng)方面研究。E-mail：rfshen@issas.ac.cn

2020–06–24；

2020–07–13；

網(wǎng)絡(luò)首發(fā)日期（www.cnki.net）：2020–07–27

（責(zé)任編輯：盧 萍）