• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

新时代中国土壤物理学主要领域进展与展望

2022-06-22

作者:

作者单位


在近20年的发展中,我国土壤物理学得到迅速发展,在国际土壤物理学期刊发文量占比从5%上升到30%,主要研究聚焦在土壤水文过程与尺度转换、土壤物理质量与可持续农业、水热盐迁移与生态调控、以及污染物迁移与模型模拟等领域。本文综合分析这些领域的研究现状与进展,指出这些进展既有国家需求的驱动,也有新技术新方法的应用,以及与相邻学科交叉融合,最后展望了这些领域的研究重点。论文还指出我国土壤物理学面临科研原创性不足、仪器设备研制滞后等挑战,同时也面临粮食安全和生态环境安全等国家需求迫切解决的机遇。


亮点论述:


  4 我国土壤物理学主要领域的展望

  

  我国土壤物理学虽然发展迅速,队伍不断壮大,在国际上影响力不断提升,但是科研主要集中在少数单位,发展非常不平衡,原创性研究较少,在国际上领先的研究则更加凤毛麟角。这有多方面的原因:其一,我国土壤物理学研究基础薄弱,树立我国土壤物理学在国际上的地位还需要一个较长的时间;其二,国内实验室和野外观测科研仪器设备基本上通过购买于欧美国家来实现,仪器研制与开发能力差,这方面的意识也较弱,大大限制了我国学者率先使用新技术新设备开展原创性研究;其三,从事土壤物理学研究的学者大部分本科毕业于农业资源与利用专业,具有较强的农学知识,但是数理基础不强,在土壤物理过程数值模拟上有突破存在一定的难度。

  

  另一方面,我国幅员广大,地形起伏差异大,气候类型多样,土壤类型和植被类型最为丰富,为我国土壤物理学发展提供了得天独厚的资源。东北黑土退化、黄土高原侵蚀与水分承载力、华北和西北水资源匮乏与盐渍化、青藏高原寒区水土过程、黄淮平原中低产田改良、南方红壤侵蚀与季节性干旱、西南喀斯特石漠化和干旱、滨海带盐碱滩涂综合治理等,这些区域特征为我国土壤物理学提供了独特的科学问题和天然的野外研究平台。根据前面所阐述的4个领域,认为今后需要关注的研究重点如下:

  

  4.1 地球关键带水土过程与服务功能

  

  关键带是我们人类活动的区域,关系到人类生存与福祉,是元素生物地球化学过程最活跃的区域。土壤水作为连接各圈层的纽带,是理解诸如入渗、蒸发蒸腾、径流、溶质运移等一系列水文过程的重要状态变量。因此,水土过程作为关键带中物质循环的主要载体,今后需要重点研究关键带“水”与“土”过程的相互作用,关键带结构影响水文过程的幅度与通量,水文过程驱动关键带岩石风化、土壤发育和物质迁移转化。运用新技术与新方法,解析关键带水土过程与土壤生产力、生态环境安全等功能的互馈关系,优化和提升关键带服务功能。

  

  4.2 土壤物理健康与现代农业可持续发展

  

  过去长期农业高强度利用,重种轻养,化肥农药大量使用,重金属抗生素等有害物质累积等,导致土壤健康恶化。现代农业强调种养结合,休耕轮作养地。今后需要重点研究保护性耕作、粮食作物与覆盖/固氮作物轮作、绿色有机肥等管理方式土壤物理健康提升的原理与机制,中低产田改良与高产田地力维持的机理,团粒结构形成、演变与功能,土壤物理健康与作物生长的耦合关系,研发与集成土壤物理健康提升的关键技术体系,开展培育健康土壤,实现现代农业可持续发展。

  

  4.3 污染物迁移转化与阻控修复

  

  我国水体污染、土壤污染等问题非常突出。污染物既包括传统的氮磷面源污染物、重金属和有机污染物、以及病原体、纳米材料、抗生素等新型污染物。从土柱尺度控制模拟到关键带,小流域等尺度田间监测模拟,今后重点研究自然因素和人为活动下土壤物理性状对污染物空间异质性和尺度效应的作用机制,土壤孔隙结构对污染物迁移的影响机制,研究区域尺度污染物迁移路径、通量和溯源,建立污染物迁移转化模型,为水体污染、土壤污染的控制与修复提供理论基础和技术支撑。

  

  4.4 水热盐耦合过程与生态调控

  

  盐渍土是我国主要的后备耕地资源。当前,不同气候带土壤盐渍化演变驱动机制与生态调控机理是盐渍土改良利用的核心科学问题。随着近年来气候变化、水资源短缺以及极端气候频繁,对传统的饱和带水盐运动理论和水盐调控思路提出了新的挑战,今后重点研究非饱和带水盐迁移过程、驱动机制及其尺度效应,微咸水/咸水、农田排水等非传统水资源在盐渍土安全利用及其生态效应,土壤水盐运移物理模型与尺度转换,盐渍化进程对土壤功能的影响机制,耕作与工程排水控盐技术集成等。未来盐渍土的改良更加突出节水减肥生态低能耗。

  

  总而言之,基于我国人口众多,资源匮乏的基本国情,未来粮食安全与生态环境安全仍然十分严峻。土壤物理学充分发挥自身学科优势,积极参与我国“藏粮于地、藏粮于技”战略和“绿水青山就是金山银山”生态文明建设,服务国家需求,聚焦学科前沿,为国民经济和人类福祉贡献力量。


论文链接
  责任编辑:宫在芹
今日专家

现任西安科技大学机械工程学院院长、机械工程一级学科带头人,陕西...

亮点论文

海洋在经济社会发展全局中的战略地位日益凸显,但也面临资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势,因而建立海洋资源环境承载能力监测预警机制刻不容缓。...

今日企业

主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

©版权所有2015 煤炭科学研究总院有限公司 地址:北京市朝阳区和平里青年沟东路煤炭大厦 邮编:100013
京ICP备05086979号-16  技术支持:云智互联