第一篇总论
土壤是集生物、物理、化学及地质过程于一体的地球表层，是支持生命系统的基础。现代土壤科学整合了跨越大范围的空间和时间尺度相互作用的物理、化学和生物过程，是门多学科交叉的学科。土壤科学不仅要寻找研究前沿，还要把研究与重要的社会和全球性问题相关联，如粮食安全、可持续发展、气候变化和水资源等。目前所面临的粮食安全和环境污染等方面的问题，以及节能减排和生态保护等方面的要求,促使土壤学各分支学科的研究都在不断向前推进，并且与其他学科交叉融合。作为土壤科学和生命科学的交叉发展领域，土壤生物学是现代土壤科学的研究热点和前沿，随着分子生物学和现代分析测试技术的广泛引入，土壤生物学的研究进入了一个新的发展阶段，成为各学科交叉融合的活跃场所，并将极大地促进传统土壤学向现代土壤学理论的转变。
在当前能源紧缺的形势下，土壤科学面临的一个挑战是：如何在兼顾粮食安全与生态和环境可持续发展的前提下建立和维持高的土壤肥力？土壤生物种类丰富、数量巨大，参与土壤有机质的分解与合成、养分的释放与固定等过程，与土壤团聚体的形成及污染物的降解等密切相关，因而在可持续农业、环境保护和资源开发等方面发挥着重要作用。重建土壤生物过程是获得持续食品供应和环境○
安全的关键所在，只有土壤的生物多样性得到修复才能确保生物系统的复苏。但是，土壤生物的研究落后于植物的研究，主要因为土壤是一个"黑箱"，其研究方法缺乏准确性和标准化，并缺乏严格设计的野外控制试验。因此本篇分2章分别综述了土壤学和生物学基础的研究现状，探究其发展态势及研究前沿，以期加深广大土壤科学工作者对土壤和土壤生物学的系统了解，促进土壤科学的进步。本篇中，第一章指出了当前土壤科学首要的挑战是土壤资源的价值评估及不同空间和时间尺度研究的整合；当前土壤科学需要重视对土壤的生态系统服务功能、土壤在保持人类健康中的作用、土壤中物质迁移过程及植物土壤微生物界面的基础研究，并加强现有数据库的组织和标准化、新技术与新方法的应用及加强跨学科合作。第二章着重阐述了土壤微生物研究的现状和前沿，以及土壤生物关联机制和土壤生物与生物过程计量等两个土壤生物学的热点问题的研究现状、发展态势和前沿，指出：生物新技术的发展促进了土壤生物学研究的快速发展，土壤生物系统组成与结构、土壤关键功能群、土壤生物系统稳定机制与区域分布规律及土壤生物系统结构与生态功能模型的研究是土壤生物学研究前沿；土壤生物系统的研究需要关注土壤生物互作体系和土壤生物信号网络的构建，关注典型土壤生物信号分子的合成、信号转导、代谢调控过程的研究，关注土壤生物互作及信号交换对生态环境变化的响应和影响；注重土壤生物系统计量学基本理论、土壤生物种群及其相互关系的定量、土壤生物系统关键过程的定量、土壤病原生物暴发与主控条件的定量，以及土壤生物系统与关键过程计量学模型构建。
第一章土壤学学科发展态势和前沿
土壤是地球的皮肤，是地球表层系统最活跃和最重要的组成部分，既是地球各圈层间物质循环与能量交换的枢纽，又是各圈层相互作用的产物（Baveye et al，2012）。土壤支持着地球主要生命过程，保持着生态系统的平衡，提供着人类必需的食物，它在当今粮食安全保障和生态环境建设等方面发挥着不可替代的重要作用（Zhu，2009；Robinson et al，2012）。
土壤也是地球上最复杂的生物质（Young and Crawford，2004；Pepper et al，2009）。发生在地球表面的生物地球化学过程影响着全球的气候变化、粮食供给和安全性、地球的承载容量及湿地功能，其与土壤退化及修复、营养物质和污染物的迁移及转化、水土保持、土壤和水资源的质量等许多有关土壤和水资源的管理及保护问题直接关联（Sugden et al，2004；Powlson et al，2011b）。人口压力及与之相关的土地利用变化导致全球土壤资源的负担越来越重，在一些地区，有些土壤退化已经濒临不可挽回的状况，危及子孙后代的生存（Kaiser，2004；Zhao et al，2011）。
在我国，长期以来土壤被看做农业资源的一部分，由于近年来作物的产量维持着平稳态势，其受到关注相比其他资源（如水和大气）要少得多。纵观国内外，土壤都是一种被低估了的资源，而土壤学则是一门被低估了的科学。当前，国际社会均面临资源紧张、能源短缺、环境污染和气候变化等重大挑战，土壤科学将在地力改善和作物生产力提高、国土规划整治、区域环境治理和污染环境修复、生态系统退化防治及应对气候变化等方面发挥越来越重要的作用。可以说，没有土壤科学的进步，就不可能保证我国农业可持续发展和粮食安全，实现国土生态安全和环境安全，也就不可能保障人类生活与健康。土壤科学家有必要让公众知晓土壤在维持作物产量以外的，尤其是在维持水的质量和可利用性方面的功能。必须了解与生态系统服务相关的土壤功能，以及这些功能怎么被退化条件、管理技术和固有的土壤特性等因素所影响。为了更好地评估与生态系统服务有关的土壤功能，需要新的检测方法和反映真实土壤状况的动态仿真模型。
因此，目前土壤学面临的一个重要的挑战是与其他学科的交叉研究，包括传统土壤学的各分支学科，即土壤化学、土壤物理学、土壤生物学、土壤矿物学和土壤发生学。基础研究可了解基本的土壤过程，而日益增加的土地转化问题、环境和政策问题则需要土壤学家相互协作并与相关学科科学家合作解决。
第一节土壤科学研究现状
近代土壤科学是在19世纪中后期植物营养学说和土壤发生与地理学说兴起的基础上发展起来的。土壤学的发展很大程度上依赖其他学科的理论和技术推进。经过160多年的发展，并随着地球科学、生命科学和技术科学的进步，土壤学形成了以物质形态和性质为中心，以土壤过程和功能为重点的学科理论和研究方法，成为20世纪以来资源、环境和生态科学的支撑性基础学科。同时，现代土壤学在发挥耕地生产功能、保育生态系统、防治环境污染与支撑人类建设工程等多个方面，为人类健康生活和社会可持续发展做出了重要贡献。
总的来看，近一二十年来，土壤学的发展呈现如下态势。
（一）土壤过程与演变的研究向土壤圈与其他圈层相互关系的研究拓展
土壤圈是生物圈、水圈、大气、冰雪圈、岩石圈等各种圈层之间的界面，它代表一个天然的覆盖层，与热量、水分、气体和化学成分的吸收、存储、传输和释放紧密联系，决定了全球水、碳等元素的地球化学循环；它还充当生物和微生物多样性的贮存库，并对所有生物体具有深刻的影响。土壤中发生的过程不仅与生态系统服务（如水的数量和质量）有着千丝万缕的联系，与大气中的气体交换也有重要的关系，并在维持生命的营养和碳的生物地球化学循环中具有重要意义（Lal et al，1997；Klasinc and McGlynn，2012）图1-1。土壤支撑着地球上最丰富的生物多样性，并可作为无机和有机污染物、病原微生物及病毒的过滤器和缓冲器。
图1-1连接土壤圈和大气、生物圈、水圈、岩石圈的互作过程
资料来源：Lal et al，1997
当前，土壤科学研究从传统的关注土壤本身向土壤圈层拓展，即土壤圈与其他圈层的关系，尤其是"关键带"（the critical zone）的研究。"关键带"是指靠近地球表面，介于天空和岩石之间，从冠层顶到地下水下边界具有渗透性的区带（National Research Council，2001）。在这一区带中发生着岩石、土壤、水、空气及生物之间复杂的相互作用。这些相互作用调控着自然的生态环境，决定着生命可持续利用的资源。"关键带"的基础是土圈，是陆地生态系统中土壤圈及其与大气圈、生物圈、水圈和岩石圈物质迁移和能量交换的交汇区域，也是维系地球生态系统功能和人类生存的关键区域（Lin，2010）（图1-2）。由于土壤圈的中心作用，了解"关键带"的关键过程是土壤科学研究取得重大突破的保证。对"关键带"环境过程的理解、预测和管理，对于人类和经济的可持续发展、缓和与适应气候变化等至关重要。
图1-2地球关键区中土壤的作用（土壤的"7+1"作用：①土壤是天然的地球历史记录仪，记录在气候、生物、母质、地形、时间和人类影响下的土壤形成和变化；②在地球的关键区中，土壤是一个淡水储存和传输的覆盖层；③土壤是陆地大气圈界面的气体和能量的调节器；④土壤是多样性生态系统的基础；⑤土壤是一种有生命的多孔基质，是保障植物生长、动物生产和食品供应的必不可少的物质；⑥土壤是各种工程和建筑中普遍应用的材料；⑦土壤是环境中巨大的天然修复和缓冲介质；⑧土壤是外星生命的可能栖息地探测的前沿--假如可以找到液体水和生命的信号）
资料来源：Lin，2010
土壤圈与其他圈层相互关系的研究重点是土壤中影响大气、植被、水圈和岩石圈的物理、化学和生物学过程。包括：①"关键带"界面控制的碳通量、微粒物质组成；②控制土壤和水资源的长期可持续的"关键带"界面及其重要的生物地球化学过程和机制；③界面上的营养生态系统在地质和人类时间尺度上的变化过程等；④土壤中养分和污染物的迁移和转化；⑤土壤结构和土壤团粒结构的形成及其在稳定土壤过程中的核心作用；⑥土壤圈物质和能量循环与地球生命、人类生存条件、自然环境、全球变化之间的关系；⑦多尺度方法及数学模型评估土壤生命周期内的土壤过程及其生态系统服务功能。
（二）新技术、新方法的应用及长期定位试验研究成为土壤学发展的重要手段土壤科学研究中最棘手的问题之一，是该门学科研究对象所涉及的时间和空间尺度的广泛性。空间尺度涵盖从分子水平到区域规模，时间尺度从瞬间持续到土壤形成的上百万年。信息技术在时空尺度中的持续应用对土壤科学的未来产生巨大的影响，从各种分子生物科学技术--基因、蛋白质和新陈代谢，到地理空间科学--遥感、地理信息系统和地球系统科学，需求日益增长，利用的机会也越来越多。土壤科学的未来发展必定是汇合各种研究手段从而提供一种定量化的框架。在解读土壤生物物理过程信息之前，要首先搞清土壤的物理、化学和生物驱动力。
購物車/收銀台(0) | 在線留言板
| 付款方式
| 聯絡我們
| 運費計算
| 幫助中心 |
加入書簽
HOME
新書上架
