作者：李芳柏, 徐仁扣, 谭文峰, 周顺桂, 刘同旭, 石振清, 方利平, 刘承帅, 刘芳华, 李晓敏, 冯雄汉, 吴云当
作者单位：广东省科学院广东省生态环境技术研究所广东省农业环境综合治理重点实验室;华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心;土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所）;华中农业大学资源与环境学院;福建农林大学资源与环境学院;华南理工大学环境与能源学院;华南师范大学环境研究院
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。
亮点论述：
4 学科展望
进入新时期以来，人类活动影响下各圈层环境系统相互作用的过程、机理、效应和风险复杂程度是始料未及的。土壤化学作为地球表层系统的核心过程之一，面临着如何加强与地球宜居性这一人类所面临的重大命题的交叉融合。迫切需要综合运用地球表层系统科学理论[154]，发展先进的土壤化学结构与过程表征的新方法，获取土壤化学过程的新科学证据和新科学认知，实现“0到1”的原创性成果的突破。未来的研究需要进一步加强与微生物学、地球化学、环境化学等学科的交叉融合，从水-土、根-土、土-气等多界面，矿物、微生物、有机质以及氧气、质子、电子等多要素，离子交换、氧化-还原、络合-配位、沉淀-溶解、吸附-解吸等多过程，这“三多”交互耦合的维度，系统揭示地球表层系统中物质循环与能力交换的土壤化学机制，寻求学科新的增长点，并形成国际领衔的方向；并为地球宜居性、区域环境生态可持续性、全球变化、土壤污染防治等国家重大需求提供理论支撑。具体需重点关注以下几个方面：
（1）土壤化学的多学科交叉发展与新的增长点。首先，土壤化学与微生物学的交叉融合，土壤生物化学、土壤生物电化学可能发展为新的分支学科。需重点关注：土壤中电活性微生物的物种多样性、模式菌株及其功能挖掘；土壤生物电化学模式体系及其胞外电子转移研究新方法的创建；微生物-矿物-腐殖质间胞外电子传递新机制及生态环境效应；土壤化学与微生物相互作用驱动碳循环、氮循环及重金属转化的过程及效应；基于土壤生物电化学原理的新型土壤及地下水原位修复技术及设备研发。其次，土壤化学与环境科学、生态学等多学科交叉，运用现代分析技术，侧重于土壤中有机质和矿物这两大关键组分在土壤微生物驱动下的交互作用，注重定量化研究和原位监测，综合观测与研究地球关键带中所发生的土壤化学界面反应与生物地球化学循环过程，并依托野外台站开展与土壤化学有关的综合性重大科学问题研究，以期引领在国际上引领该主题的发展。
（2）复杂环境条件下的土壤化学过程定量研究。首先，土壤化学反应动力学研究的发展受益于地球化学和环境化学方面先进仪器分析手段的发展，在预测土壤元素循环和污染物动态环境行为的研究中起着核心作用，将来的发展要兼顾国际科研的前沿领域和国家对土壤污染控制的重大需求，从微观到场地开展多尺度研究，具体考虑与土壤物理和环境地理学的学科交叉。应深入阐明土壤矿物-有机质-微生物动态相互作用的动力学过程；探索全球变化影响下土壤物质循环与能量转换的化学动力学过程
及预测模型；发展和完善土壤体系多组分多过程动力学反应理论；阐明土壤多尺度、多过程耦合反应动力学机制，定量阐明物理扩散-化学反应-微生物过程的动态耦合，发展适用于污染场地和田间环境条件下的土壤多尺度多过程动力学行为预测模型。其次，要充分考虑土壤剖面与景观尺度的结构异质性，以及实际环境中土壤-植物系统中发生的土壤化学过程，建立反应动力学模型，计算在实际环境中的反应速率，定量解析各要素、各过程的作用机制。
（3）土壤化学服务国家需求。土壤作为地球的皮肤，是地球表层系统的重要组成，而土壤化学是地球表层系统的基本过程。土壤化学作为环境地球科学的基础性分支学科，在服务国家需求方面可发挥重要的作用。当今，我国社会经济高度发展，同时高强度的人类活动导致环境面临着巨大的压力，大气、水体、土壤与农产品的环境质量堪忧，全球变化加剧，地球宜居性与区域环境生态可持续性面临重大挑战。土壤化学需要从三个方面发挥服务国家需求的功能：第一，提升土壤的化学固碳能力，降低甲烷、氧化亚氮等问题气体的排放，特别是提升土壤对水分的固持能力，发挥其应对全球变化的功能；第二，改善土壤的化学与物理结构，提升土壤对氮、磷等营养盐的固持能力，提高土壤-植物体系的氮磷利用率，减少其向水体的排放，为地表水污染防治发挥作用；第三，提高土壤的重金属容量，抑制土壤酸化，降低土壤中重金属的活性，提升农产品的安全达标率，服务于土壤污染防治行动计划。
