导  读

土壤学在农业可持续发展和生态环境建设中发挥了极其重要作用。随着现代科学技术和社会经济的快速发展，土壤学正在经历从传统向现代土壤学的转变。本文简单回顾了国际和中国土壤学的发展历程，分析了土壤学研究现状，指出了中国土壤学的研究特色和主要研究成果。同时，分析了当前土壤学研究领域所面临的问题和挑战，对其未来的发展趋势做出了展望，为土壤学的发展指明了研究方向。

文/沈仁芳（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)

来源：农学学报（2018年第1期），转发：土壤观察

0 引言

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，既承载着地球各圈层之间物质和能量循环过程，又是各圈层长期相互作用的产物。土壤支撑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诸方面发挥着不可替代的重要作用。

土壤学是农业科学和资源环境科学的基础学科之一，研究内容包括土壤组成；土壤理化性质及生物学特性；土壤发生和分类；土壤生态环境功能；土壤开发、保护、利用等方面。研究目的为合理利用土壤资源、防止土壤退化、消除低产因素、提高土壤生产力以及构建良好的生产环境和生态环境等提供理论依据和科学方法。

土壤学的研究成果在解决全球面临的粮食安全和社会可持续发展中发挥了极其重要作用。由于现代科学技术的不断进步，一些新的研究思路、研究方法和研究手段不断被引进土壤学研究领域，并且其他相关学科与土壤学的联系更加紧密，由此形成了众多交叉学科。目前，土壤学正在经历从传统向现代土壤学的转变，土壤资源保护和肥力提升是现代土壤学的主要研究内容，土壤生态环境安全与农业可持续发展是现代土壤学的根本任务。现代土壤学研究更加具有综合性和学科交叉性的特点，更加注重土壤与环境、土壤质量与肥力、土壤生态与人体健康之间的关系，我们在研究土壤本身的同时还要研究土壤与人口、资源、生态、环境、社会、经济协调发展的关系。在不断丰富和发展土壤学内涵的同时，使土壤学的研究参与并服务于国家重大战略决策，保障人口—资源—环境—经济—社会这个大系统的协调与可持续发展。

1 土壤学发展历程

1.1 国际土壤学发展历程

在中世纪欧洲文艺复兴后，全球科学文化获得很快孕育和传播。从17 世纪中叶开始，农业科学探索与试验得到初步发展。以李比希的矿质营养学说(1840)、盖德罗依茨的土壤吸附学说(1848)、法鲁的农业地质学说(1865)、道库恰耶夫的土壤发生学说(1874)和Hilgard 的土壤形成理论(1893)为代表的经典理论奠定了近代土壤科学的发展基础。

20 世纪初，国际土壤科学的研究处于起步阶段，在此期间，国际土壤学会成立。20 世纪30 年代，通过胶体化学、微生物学的发展，开始建立了土壤化学、土壤物理化学及土壤微生物学。期间，俄罗斯土壤学家威廉斯提出了土壤生物—有机体及土壤肥沃性的概念，并创立土壤生物学，这被认为是近代土壤学发展的一个里程碑。随后的1938 年美国土壤学家Matson 根据物质循环的观点，提出土壤是岩石圈、水圈、生物圈和大气圈相互作用的产物。1942 年，美国土壤学家Jenny 在发表的《土壤形成因素》一文中系统的讨论了土壤形成与气候、生物、地形、母质和和成土时间等的相互关系，并提出了土壤状态与形成因素间发生演化的相关性，其状态因子理论及成土因素方程，对发生土壤学研究起到重要影响。

在随后的几十年，土壤学的研究进入快速推进阶段。首先，广泛而深入的研究了土壤性质、功能与转化关系。运用系统科学的理论与方法、借助现代物质成分、结构分析测试等技术，采取定位观测、建立监测网络等手段，通过多门学科，如地球化学、生态学、生物学、环境学等的交叉渗透和融合，使得相关领域研究都取得了较大的进展。此外，以土壤肥力为研究重点的农业土壤学也有了新突破，英国洛桑试验站的《土壤条件与植物生长》巨著的多次出版，是20 世纪农业土壤学发展的明显体现。此外，土壤学面向资源、环境、生态系统的研究在20 世纪末期方兴未艾，使土壤学研究范畴日趋广泛，学科交叉渗透日趋活跃，土壤学发展得到不断推进。

其次，在此期间，全球变化研究开始活跃，土壤学的研究也不再是单纯研究土壤本身，而是逐步发展成为一个门类众多、学科齐全、基础性与应用性兼备的土壤科学体系。除了传统农业土壤学外，以土壤中养分循环和生境变化为重点的土壤生态学，以环境容量和环境过程为中心的土壤环境学，以土壤景观和土壤质量为中心的土壤资源学，以土壤力学为基础的工程土壤学，以及以全球变化的土壤问题为核心的全球变化土壤学等新兴土壤学学科或领域得以快速发展。

时至新世纪，土壤学已经在土壤发生分类、土壤资源环境保护、土壤退化防治、土壤圈物质循环、土壤胶体表面性质、土壤肥力的培育与提高、化肥及营养元素长效肥的研制、固氮根瘤菌的移植技术及土壤信息化系统与现代分析技术研发和应用等方面有新的推进。目前，土壤科学进入了以地球系统科学指导、现代分析技术与信息技术支撑的、交叉学科研究和精确表征为特点的数字化时代。

1.2 中国土壤学发展历程

20 世纪30 年代，在国外先进土壤科学的传播和指引下，1930 年7 月2 日，中华教育文化基金董事会第六次年会（南京）决议拨款10 万元委托农矿部地质调查所聘请国内外专家成立土壤研究室，举办全国土壤调查。这标志着中国近代土壤科学研究正式创立。自1930 年7 月成立土壤研究室，至1953 年5 月改建为中国科学院土壤研究所的23 年时间里，中国土壤学家在土壤概测调查、土壤制图、土壤分类等方面进行了大量卓有成效的工作，为中国土壤科学研究积累了大量的第一手资料。中国科学院土壤研究所的成立，标志着中国土壤科学研究迈入奠基推进时期。

从20世纪50年代起，中国土壤学家在中国土壤学会的倡导下制定了“研究中国各种土壤中的化学、物理、生物学性质及其肥力情况，为生产部门的土地利用和提高作物产量提供基本资料”，并开展了大量的土壤资源调查、土壤改良、肥力培育和合理施肥方面的工作。在土壤学基础理论研究方面，该时期的研究主要集中在土壤发生、分类、分布规律和基本性质等方面。并在土壤发生学原理、土壤物理特征、土壤粘土矿物特性、土壤肥力特性、土壤有机质性质、土壤微生物特性和土壤水分运移等方面取得了巨大的研究进展。

在与生产实践相结合方面，开始了试验基地建设，主要包括章古台治沙试验站、甘家山红壤试验站、武功黄土试验站、白茆综合观测试验点、运村白土试验点、盛水源试验点、里下河沤改旱试验点等，取得了丰富的第一手资料。

改革开放之后，土壤研究工作以承担国家科技攻关任务为中心，主要有：黄淮海平原综合治理和合理开发、南方红壤丘陵综合治理及持续发展、太湖平原综合开发、长江三峡工程队生态环境影响及其对策等多项国家科技攻关任务。

迈入新千年，中国土壤科学研究通过多学科间的交汇融合，将“人口—资源—环境”作为整体研究系统，以土壤肥力提升与农业可持续发展为研究重点，以土壤资源保护与生态环境建设为研究目标做出了一系列卓有成效的工作，为中国经济社会的持续发展做出巨大贡献。

2 土壤学研究现状

2.1 国际土壤学研究现状

20 世纪末以来，随着人们对土壤对于人类社会生存和发展重要性的认知不断加深，以及土壤学研究成果的广泛应用，土壤学学科发展和科学地位也在不断提升。2002 年，国际土壤学会(ISSS)升格为国际土壤学联合会(IUSS)，成为国际科联的独立成员，体现了土壤学作为一门独立自然科学的学科地位。纵观近年来国际土壤学的发展，主要呈现如下发展态势：

（1）土壤过程与演变扩展到地球临界带研究，成为地球系统科学的组成部分。通过对临界带土壤的物质形成、与大气、水、生物间循环和交换的研究，采用交换通量监测、计量和模拟等方法，深入了解了土壤发生的长时间尺度研究和气候变化-水文与土壤的交互作用等，推动土壤发生和形成演变的系统研究。

（2）新方法、新技术的应用以及长期定位试验成为土壤学得以发展的重要手段和基础。土壤学研究是在广泛借助地球系统科学新思维、物质科学新技术和地球过程监测新装备等现代科学技术进步而获得空前发展的，技术进步将在相当一段时期内推动土壤学的认知水平和分析能力，从而提升土壤学研究的整体水平。

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3）基础理论创新、技术进步与产业开发相结合成为现代土壤科学发展的战略途径。通过土壤景观的物质通量，剖析了土壤空间变异性以及建立全球土壤数据库；应用数字高程模型技术，促使土壤地形进行定量化和可视化；在土壤性质及过程研究中，提出了土壤结构质量的定量指标，以此定量了土壤退化过程。

（4）多学科交叉综合与集成研究成为发展和提升土壤学的趋势。通过土壤学内部分支学科之间的融合和土壤学与其它基础科学的交叉渗透，产生了众多土壤学研究新兴方向和新的分支学科。例如，生物学涉及的土壤物质和过程研究，衍生出土壤生物物理研究方向；微形态学、微生物学以及土壤结构与土壤颗粒的交叉研究衍生出了土壤微生境和微生态研究方向；数学、统计学和土壤学的交叉形成了土壤计量学等。

2.2 中国土壤学学科发展

中国土壤科学的发展与国际土壤学发展越来越同步，同时也呈现出中国特色：（1）土壤学科应用范围更广。土壤学不仅仅应用于农业生产，在国土规划整治、区域环境治理和污染环境修复、生态系统退化防治和应对气候变化等方面的应用进展卓有成效。（2）土壤学受重视程度更强。受中国人均耕地资源少，土地资源利用强度大等因素的影响，土壤学在中国受到前所未有的重视。特别是2016 年5 月国务院出台了《土壤污染防治行动计划》，中国土壤科学研究进入一个新阶段，并向其他学科延伸发展。

中国土壤科学起步虽晚，但发展迅速，为解决国民经济实际问题做出了重要贡献。通过两次全国土壤普查，初步明确了中国土壤资源的数量和分布规律，促进了土壤分类工作的发展。为橡胶生产而进行的土壤调查与研究，对中国的橡胶产业发挥了关键性的作用。通过对中低产田的改造，以及地力提升项目的推广，提高了中国粮食生产能力，特别是成功地治理了黄淮海平原盐碱土，提高了该地区土壤生产力，改善了生态环境，为中国粮食供应和提高当地农民生活水平做出了重要贡献。通过土壤养分供应和植物营养研究、测土配方施肥技术的推广以及面源污染控制技术的应用，为中国化肥的普遍施用提供了科学依据，同时，为缓解环境压力、维持生态平衡及可持续发展方面提供了技术保障。此外，土壤学研究在面对国家需求、解决生产实际的同时，学科建设也得到了极大发展，在传统的土壤地理学、土壤物理学、土壤化学、土壤生物学等基础上相继建立了环境土壤学、土壤工程学等各分支学科，出版了《中国土壤》、《中国水稻土》、《中国农业土壤志》、《土壤发生与系统分类》、《中国土壤质量》，《中国红壤》，《红壤物质循环与调控》等一系列专（编）著，提出了土壤圈物质循环的重要研究内涵，建立了具有中国特色的土壤学理论，中国土壤学已经形成了阵容较大的研究队伍，较为完整的学科体系，在国际上已具有一定特色和国际地位。

中国土壤科学研究的主要成果可以概括为以下几个方面：

（1）土壤基本性质的研究取得了新的进展。水稻土的物理化学、土壤胶体和粘土矿物研究、主要土壤的供钾潜力、需钾前景和钾肥的推广施用、磷矿农业利用的研究、稻田土壤的供氮能力和氮肥施用量的推荐、土壤电化学研究、土壤中硼钼锰锌的含量和分布规律等项目的研究都取得了新的成果。尤其是在水稻土、红壤研究方面，土壤表面化学、植物营养、微量元素等方面，以及在土壤修复及改良利用等方面，不仅在国内有重大影响，而且在国际上享有很高的声誉。

（2）土壤科学理论研究创新点不断涌现。建立了土壤环境保护学科和土壤生态学科，推动了中国在土壤生态学和土壤环境保护方面的研究。根据“土壤圈层”理论，将土壤学以重点研究土壤本身转向发展研究土壤圈及其与地球其他圈层的关系。土壤系统分类研究也由定性逐步向定量研究推进。此外，通过研究土壤中的带电质点之间的相互作用及其化学表现，来揭示土壤的各种特性，使土壤电化学不仅在理论上的研究得到提升，而且在方法理论上也有所突破。

（3）土壤科学研究专著呈现百花齐放的态势。熊毅和李庆逵主编的《中国土壤》（中、英文版）是第一部由中国科学家编写的关于中国土壤的巨著，不仅获得了中国科学院自然科学一等奖和国家自然科学二等奖，而且在国际上产生了重要影响。随后出版的《中国水稻土》、《中国土壤资源》、《中国盐渍土》、《中国土壤氮素》等专著，对中国土壤科学研究都具有重要的指导作用。中国第一部《土壤学大辞典》的出版对规范土壤学术语、科普和学科发展均有重要意义。

进入21 世纪，环境污染、全球性气候变化以及国际履约等问题日益凸显，对土壤环境污染与修复以及应对全球环境变化的土壤学研究更加受到重视。2002 年以来，环保部、科技部、国土资源部、农业部等先后启动了多项以土壤为主要对象的全国土壤污染现状调查、耕地土壤质量调查、国土生态地球化学调查等重大项目，完成了《中国土壤保护战略》研究，提出了中国土壤保护在未来50 年的战略规划等一系列文件，中国土壤学会也组织编写了《土壤学学科发展报告》，设立了土壤修复专业委员会、土壤质量标准工作委员会、土壤工程工作委员会等分支机构。尤其在过去的十多年中，中国土壤学领域在科研成果的产出以及人才队伍的培养等方面都取得了大幅度的进展，不仅解决了许多生产实际问题，也有力推动了学科本身向纵深方向的不断发展。

3 土壤学未来展望

3.1 土壤学发展存在的问题和面临的挑战

中国土壤学基础人才教育单位主要分布于农业大学，而研究和高层次人才培养单位则更多地分布于中国科学院、中国农业科学院等单位。教育和研究有些脱节，某种程度上影响中国土壤学者的创新能力。

其次，对于土壤学观测、监测和实验分析的仪器设备研制的支持不够，也是制约土壤学研究水平的因素。分析仪器和信息采集手段的进步极大地促进土壤学的发展。中国由于长期研究经费不足，仪器设备自制能力弱，需要顶尖仪器和设备的研究工作始终滞后于国际先进水平。无论是实验室分析测试，还是田间观测研究，目前土壤学研究需要的先迸仪器设备主要依赖于从发达国家进口。并且由于管理、技术和维护等原因，很多购置的设备未能得到充分利用，这方面到目前为止还没有根本性的改善。

另外，部门分割也使土壤学研究资源分散，利用效率低，共享程度差。高水平研究平台、国家信息数据、土壤调查和长期试验资料分别掌握在不同的部门和研究单位。由于管理体制问题，这些资源很难做到完全和共享，制约着整体土壤学研究水平的提高。

总之，在经济和社会处于快速发展的21 世纪，土壤学面临着前所未有的发展机遇，而来自农业生产和环境保护等方面多重压力的挑战也将十分严峻。因此，现代土壤学必须从战略性的高度系统研究土壤的演变规律，不仅研究过去与现在，更要关注未来的演变规律，由此预测今后，展望并把握将来。现代土壤学研究还需要与社会需求和社会变革相适应，以应对全球气候变化和环境污染等对经济社会与人类健康带来的负面影响。

3.2 未来土壤学发展趋势

未来的土壤学科分支将不断拓展，研究也将更具学科交叉性与综合性，并表现出定量化、信息化、国际化的发展趋势。

（1）综合化与交叉趋势。随着科学技术的不断发展更新，学科本身的纵向发展已经不能完全满足社会发展的需要，单一技术的进步也很难解决自然、环境、社会等出现的复杂问题，这就迫使土壤学科与其他学科的联系越来越紧密，学科间的交叉和相互渗透将是未来学科发展的主要趋势。

（2）定量化与标准化趋势。土壤系统分类是土壤资源合理利用、土壤保护以及全球土壤变化研究的基础。在土壤分类定量化、标准化和国际化方面已有了一个良好的开端, 只有进一步强化定量化和标准化，我们的研究才更具准确性和科学性。

（3）信息化发展趋势。目前信息化趋势主要体现在国家级土壤地理信息系统的研究上。以中国土壤研究的最新成果为依托，已经建立了“1:100 万土壤—土地数字化数据库”。如能进一步以中国土壤系统分类和土壤普查的资料为基础，逐步建立中国土壤的理化属性数据库，必将在中国土壤资源的综合治理、集约经营、生态环境保护等领域发挥巨大作用。

（4）国际化发展趋势。未来土壤学的发展需要新技术、新方法的运用，在微观尺度，更加强调分子尺度上的土壤组分交互作用及界面过程，在宏观尺度需要关注全球尺度的土壤学问题以及在地球表层系统中多个过程的耦合研究。而国际上，欧美发达国家已经通过一些跨学科的项目群和国际合作科学计划在这方面开展了一些深入研究，如美国科学基金会自2006 年以来支持着一个临界带关键过程的跨学科多年期项目群，IGBP等国际合作科学计划将土壤-生态系统循环作为土壤学基础研究的中心内容。因此，应更加重视土壤科学研究的国际合作，积极参与交流与合作，了解和学习先进的方法与技术。通过参加并争取土壤学相关国际组织的任职，提高中国学者在国际上的学术地位，才能使中国的土壤科学不断走向国际。

3.3 学科发展展望

未来的土壤科学研究必须与经济、社会发展相适应，并符合国家发展的需求。当前，全球发展需应对“粮食安全、资源匮乏、生态安全及全球变化”等诸多挑战，这些也正是未来土壤学发展所面临的考验。因此，建议重点关注以下几个研究领域：

（1）开展第三次全国土壤普查。第二次土壤普查发生在20 世纪70—80 年代，已经过去了40 来年，土壤基础数据急需更新，再加上受当时条件所限，规范性也不够，已经不能满足目前国家宏观决策的需要。

（2）深入开展耕地保育，提升地力，保证粮食安全的研究。国家在新一轮的《全国土地利用总体规划纲要》中指出，务必守住18 亿亩耕地红线，严格控制耕地流失，加强基本农田建设和保护，强化耕地质量建设，努力提高土地综合生产能力和利用效益。

（3）加强生态高值农业建设的研究。生态高值农业，其宗旨是在保护生态环境的前提下通过农业的高值化，大幅度提高农业生产能力，提升产业化水平和产品竞争力，从而提高生产效益。它被认为是有效应对未来农业巨大挑战的重要手段和实现农业可持续发展的创新举措。

（4）深入开展土壤污染防治研究。由于城市化、工业化、农业集约化的快速发展，大量未经处理的废弃物被转移到土壤系统中。中国目前土壤污染趋势和污染范围在不断扩大，土壤污染物种类在继续增加，土壤出现复合型、混合型污染，土壤污染的态势从工矿型向农业（养殖业）和企业型转变，城郊向农村延伸，局部蔓延到区域。因此，退化土壤、污染土壤的生产力恢复和提高的原理与途径可能会成为农业土壤生产力研究的新前沿与热点领域。

4 结语

土壤学是一门应用基础学科，社会需求是学科发展的最大驱动力。因此，强调在解决中国面临重大土壤学问题的过程中，促进学科本身发展仍然是未来发展的主要方向。目前中国土壤学面临的主要问题是：如何进一步提高土壤生产力和可持续利用能力，以满足人口不断增加对粮食和其他农副产品的需求；进一步提高土地资源、水资源和农用化学品的利用效率，以提高生产效益的同时减轻环境压力；进一步开发土壤的环境保持功能，以缓解因环境污染、气候变化等问题带来的负面影响。这就要求未来土壤学研究应该更注重对土壤内部机理以及属性的研究，更加关注土壤与环境、土壤质量与农业生产力、土壤生态与人体健康之间的关系。

2013 年第68 届联合国大会决议通过了12 月5 日为世界土壤日，并宣布2015 年为国际土壤年，主题为“健康土壤服务于健康生命”，旨在进一步唤起国际社会对土壤问题的关注。当前，对土壤重要性的认识已从农业生产向生态环境保护提升，从土壤资源保护向生态环境建设提升，从土壤质量的培育向提高土壤综合生产能力提升，从食物安全向人体健康提升，从城乡发展向人居环境建设提升。应当说，只有对土壤重要性认识的不断全面提升，才能有效推行土壤污染与退化的预防和治理措施，才能在土壤研究的理论与实践上有所推进与创新，才能最终使土壤研究的成果为中国国民经济建设做出更大贡献。