理解和表征土壤的時(shí)空變化是土壤學(xué)的基本任務(wù),也是評(píng)估和合理發(fā)揮土壤功能的重要前提。土壤的時(shí)空變化與氣候環(huán)境變遷、巖石圈風(fēng)化、地表物質(zhì)遷移、生物地球化學(xué)循環(huán)等圈層變化過(guò)程相耦合。圍繞土壤時(shí)空變化研究的新近進(jìn)展,本文綜述并展望了土壤形成和演變過(guò)程、土壤形態(tài)學(xué)、土壤調(diào)查、土壤分類、數(shù)字土壤制圖與土壤退化的發(fā)展態(tài)勢(shì)。未來(lái)土壤時(shí)空變化研究的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題主要包括:地球表層系統(tǒng)中土壤與環(huán)境要素之間的多過(guò)程耦合機(jī)理與模擬、多尺度土壤-環(huán)境關(guān)系與模擬、多元土壤信息的融合機(jī)理與數(shù)據(jù)同化。未來(lái)重點(diǎn)研究領(lǐng)域?qū)⑸婕暗疥P(guān)鍵帶科學(xué)引領(lǐng)的土壤形成和演變研究、多尺度數(shù)字土壤制圖與時(shí)空變化預(yù)測(cè)、基于多傳感器的土壤綜合觀測(cè)原理與技術(shù)、完整和詳盡的國(guó)家和全球土壤資源清單及共享平臺(tái)建設(shè)、區(qū)域土壤資源退化機(jī)理及其功能恢復(fù)。 

【文章來(lái)源】：土壤學(xué)報(bào). 2020,57(05)北大核心CSCD

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土壤形成演化過(guò)程耦合地表系統(tǒng)要素之間的物質(zhì)遷移與轉(zhuǎn)化

1064土壤學(xué)報(bào)57卷http://pedologica.issas.ac.cn圖2現(xiàn)代土壤調(diào)查數(shù)據(jù)獲取平臺(tái)特征Fig.2Thecharacteristicsofdataacquisitionformodernsoilsurvey等方法直接進(jìn)行光譜曲線的轉(zhuǎn)換[29-31]；二是從預(yù)測(cè)樣本中挑選有代表性的子集，從而提高模型對(duì)預(yù)測(cè)樣本的預(yù)測(cè)精度[32-33]；三是通過(guò)導(dǎo)數(shù)等預(yù)處理來(lái)提高野外光譜預(yù)測(cè)精度[34]。土壤近地傳感是利用田間傳感器獲取土壤近地面或土體內(nèi)信息的一種科學(xué)技術(shù)[35]。自20世紀(jì)20年代以來(lái)，傳感技術(shù)不斷進(jìn)步，自20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了最早的土壤光譜輻射能研究，以及X射線熒光光譜技術(shù)的應(yīng)用（X-rayfluorescencespectroscopy，XRF），20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了鹽堿土電磁感應(yīng)技術(shù)（Electromagneticinduction，EMI）[36-37]。近年來(lái)可見(jiàn)-近紅外光譜（Vis-NIR）發(fā)展迅速，2006年，Brown等開(kāi)始建立全球土壤光譜庫(kù)，此后各國(guó)也陸續(xù)開(kāi)展了國(guó)家尺度的土壤光譜庫(kù)建設(shè)工作[38-39]。此外，探地雷達(dá)和地震儀在土壤調(diào)查中能夠更有效地獲取到表下層土壤的特征信息，已逐步成為現(xiàn)代土壤調(diào)查的重要手段之一[40]。總之，以技術(shù)進(jìn)步為標(biāo)志的現(xiàn)代土壤信息獲取為土壤時(shí)空變化研究提供了極其有力的工具，無(wú)疑為業(yè)已發(fā)端的土壤信息學(xué)奠定了技術(shù)基矗2.4土壤分類：不斷精細(xì)并與數(shù)值融合土壤分類是科學(xué)認(rèn)識(shí)和區(qū)分土壤類型的實(shí)踐，也是建立土壤屬性與功能之間聯(lián)系的橋梁。隨著科學(xué)的進(jìn)步，土壤分類也在迅速發(fā)展。目前國(guó)際上土壤分類仍然是以土壤形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的診斷分類，如美國(guó)土壤系統(tǒng)分類（ST）和國(guó)際土壤分類參比基礎(chǔ)（WRB）[4]。我國(guó)近代土壤分類始于20世紀(jì)30年代，先后經(jīng)歷了馬伯特分類、土壤地理發(fā)生分類和土壤系統(tǒng)分類三個(gè)時(shí)期。土壤發(fā)生分類在我國(guó)土壤科學(xué)發(fā)展和生產(chǎn)應(yīng)用方面發(fā)揮了?

5期張甘霖等：土壤時(shí)空變化研究的進(jìn)展與未來(lái)1065http://pedologica.issas.ac.cn空間中的土壤漸變特征提供了新的技術(shù)支持。2.5數(shù)字土壤制圖：土壤制圖新范式數(shù)字土壤制圖是利用環(huán)境協(xié)同變量預(yù)測(cè)目標(biāo)土壤信息的預(yù)測(cè)性制圖范式（圖3），它避免了傳統(tǒng)制圖的不足，能為土地利用和管理提供準(zhǔn)確的土壤信息產(chǎn)品。預(yù)測(cè)性土壤制圖近20年來(lái)發(fā)展異常迅速，相關(guān)研究主要集中在采樣設(shè)計(jì)、環(huán)境協(xié)同變量獲取和預(yù)測(cè)模型開(kāi)發(fā)三個(gè)方面[49-50]。采樣方法研究的主要目的是揭示不同背景下采樣的效率和對(duì)制圖精度的貢獻(xiàn)，無(wú)論是基于概率理論的采樣方法，或是基于樣點(diǎn)空間自相關(guān)的采樣方法，還是基于環(huán)境因子輔助的采樣方法，都有不同程度的適用條件[51]�；诟怕世碚摰牟蓸釉O(shè)計(jì)在空間相關(guān)性較強(qiáng)的地區(qū)會(huì)生成一定數(shù)量的冗余點(diǎn)，在其他地區(qū)卻有可能生成極少數(shù)的樣點(diǎn)；環(huán)境因子輔助的采樣方法旨在選擇可以代表環(huán)境因子參數(shù)空間的樣點(diǎn)來(lái)捕捉土壤的空間變異特征，以提高采樣效率[52-54]。圖3數(shù)字土壤制圖基本范式Fig.3Paradigmofdigitalsoilmapping能表征土壤環(huán)境空間變化的地理變量統(tǒng)稱為“環(huán)境協(xié)同變量”，通常包括影響土壤形成的母質(zhì)、氣候、地形地貌、植被等因子[55-56]。不同因子作用的空間尺度特征是不同的，因而對(duì)制圖精度的影響各異。開(kāi)發(fā)新的非傳統(tǒng)成土因素變量近期有新的進(jìn)展，如使用地表動(dòng)態(tài)反饋來(lái)表達(dá)土壤的時(shí)空變異特征，在平原地區(qū)取得了很好的效果[57-61]。數(shù)字土壤制圖方法（模型）的發(fā)展具有決定性的意義。不同的空間預(yù)測(cè)模型包括數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、地統(tǒng)計(jì)方法、模糊邏輯方法、專家知識(shí)方法，還包括遺傳算法、多元自適應(yīng)回歸樣條法等，在不同的樣區(qū)都能實(shí)現(xiàn)一定程度上的預(yù)測(cè)精度[51，62]。作為地表上

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3232100