彭新華，王云強(qiáng)，賈小旭，高偉達(dá)，張中彬，姚榮江，趙 英，沈重陽，陳丁江，朱 青，高 磊

新時(shí)代中國(guó)土壤物理學(xué)主要領(lǐng)域進(jìn)展與展望*

彭新華1，王云強(qiáng)2，賈小旭3，高偉達(dá)4，張中彬1，姚榮江1，趙 英5，沈重陽4，陳丁江6，朱 青7，高 磊1

（1. 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008；2. 中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所，西安 710061；3. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；4. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 北京，100083；5. 魯東大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，煙臺(tái) 264025；6. 浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，杭州 310058；7. 中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，南京 210008）

在近20年的發(fā)展中，我國(guó)土壤物理學(xué)得到迅速發(fā)展，在國(guó)際土壤物理學(xué)期刊發(fā)文量占比從5%上升到30%，主要研究聚焦在土壤水文過程與尺度轉(zhuǎn)換、土壤物理質(zhì)量與可持續(xù)農(nóng)業(yè)、水熱鹽遷移與生態(tài)調(diào)控、以及污染物遷移與模型模擬等領(lǐng)域。本文綜合分析這些領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展，指出這些進(jìn)展既有國(guó)家需求的驅(qū)動(dòng)，也有新技術(shù)新方法的應(yīng)用，以及與相鄰學(xué)科交叉融合，最后展望了這些領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。論文還指出我國(guó)土壤物理學(xué)面臨科研原創(chuàng)性不足、儀器設(shè)備研制滯后等挑戰(zhàn)，同時(shí)也面臨糧食安全和生態(tài)環(huán)境安全等國(guó)家需求迫切解決的機(jī)遇。

土壤物理質(zhì)量；土壤水文過程；污染物遷移；土壤鹽漬化；模型模擬

1 我國(guó)土壤物理學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀

土壤物理學(xué)是土壤學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科分支之一，主要研究土壤物理性質(zhì)和物理過程的科學(xué)。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)土壤物理學(xué)發(fā)展迅速，尤其是近5年來中國(guó)土壤學(xué)會(huì)土壤物理學(xué)專業(yè)委員會(huì)會(huì)議的參會(huì)人數(shù)從2014年230人發(fā)展到2019年440人，參會(huì)單位百余家。土壤物理會(huì)議專題主要涉及：土壤水文過程與尺度轉(zhuǎn)換，土壤物理質(zhì)量與可持續(xù)農(nóng)業(yè)，土壤水熱鹽耦合過程與調(diào)控，污染物遷移與數(shù)值模擬等內(nèi)容。近期，世界土壤科學(xué)聯(lián)合會(huì)議（WCSS）涉及土壤物理學(xué)科主要在土壤結(jié)構(gòu)和土壤水兩大領(lǐng)域，比如2018年在巴西里約召開WCSS會(huì)議，有關(guān)土壤物理領(lǐng)域的主題包括：土壤結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化與模擬，人為排水系統(tǒng)-保持土壤功能與保護(hù)水資源，養(yǎng)分與污染物遷移，土壤物理在水土保持和食品安全中的作用?？梢?，國(guó)內(nèi)土壤物理學(xué)專題既涵蓋了國(guó)際土壤物理學(xué)內(nèi)容，又突出國(guó)內(nèi)特色，注重國(guó)家需求相結(jié)合，研究?jī)?nèi)容更為豐富，涉及面更加寬廣。

幾年來，國(guó)內(nèi)外也有關(guān)于土壤物理學(xué)進(jìn)展的綜述。在慶祝2015年國(guó)際土壤年時(shí)，李保國(guó)等[1]發(fā)表了《土壤物理學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與展望》一文，回顧了土壤結(jié)構(gòu)、土壤水分監(jiān)測(cè)與運(yùn)動(dòng)模擬、農(nóng)田水文過程與水分生產(chǎn)力、土壤中污染物和膠體的遷移、土壤生物物理、生物質(zhì)炭對(duì)土壤物理性質(zhì)作用機(jī)制與效應(yīng)等六個(gè)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，這些領(lǐng)域體現(xiàn)了當(dāng)時(shí)的研究熱點(diǎn)。在紀(jì)念美國(guó)土壤學(xué)會(huì)成立75周年，美國(guó)科學(xué)院院士Jury 領(lǐng)銜，與國(guó)際土壤物理學(xué)家合作提出土壤物理學(xué)8個(gè)研究挑戰(zhàn)[2]：包括尺度轉(zhuǎn)換、確定有效性質(zhì)、土壤結(jié)構(gòu)與功能、非穩(wěn)態(tài)流、土壤斥水性、土壤-植物系統(tǒng)水分與溶質(zhì)運(yùn)移、土壤微生物多樣性的物理與生態(tài)起源、土壤生態(tài)服務(wù)功能等，這些反映了當(dāng)前土壤物理學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)問題，有的甚至是土壤物理學(xué)難啃的“骨頭”。在迎接國(guó)家基金委（NSFC）成立30周年之際，宋長(zhǎng)青等[3]組織一些學(xué)者撰寫了《土壤科學(xué)三十年：從經(jīng)典到前沿》，其中一章是《土壤物理學(xué)》，基于文獻(xiàn)計(jì)量方法分析了國(guó)際與國(guó)內(nèi)土壤物理學(xué)的發(fā)展特征、演進(jìn)過程、發(fā)展動(dòng)力剖析、NSFC對(duì)中國(guó)土壤物理學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)、以及面臨的挑戰(zhàn)等。

根據(jù)Web of Science核心合集數(shù)據(jù)，選擇了以土壤物理為主的刊物，包括、、和等四種期刊，檢索時(shí)間為2001—2018年，一共發(fā)表9 109篇論文，其中中國(guó)學(xué)者發(fā)表了1 389篇。我國(guó)土壤物理學(xué)SCI論文在21世紀(jì)呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，而美國(guó)則在2008年以后表現(xiàn)平穩(wěn)甚至略有下降，至2014年以來我國(guó)與美國(guó)在這四種期刊中發(fā)文量基本持平（圖1）。從單篇引用次數(shù)來看，我國(guó)由于在2001—2010年發(fā)文較少（279篇），而美國(guó)為1 696篇，我國(guó)單篇平均引用次數(shù)為41次，反而高于美國(guó)的31次。在2011—2018年階段，我國(guó)發(fā)文1 110篇，平均引用次數(shù)為14次，美國(guó)在同一時(shí)間發(fā)文量為1 453篇，平均引用次數(shù)11次。但是，在2001—2018年所有論文中，引用次數(shù)前50篇論文中來自中國(guó)學(xué)者的僅3篇?？梢?，我國(guó)土壤物理論文數(shù)量與質(zhì)量同步提升很快，但是有影響力的文章還是偏少。這些數(shù)據(jù)分析基于上述四種刊物，存在以偏概全，但是可反映總體趨勢(shì)。在國(guó)際上，傳統(tǒng)上歐美國(guó)家的土壤學(xué)存在明顯的萎縮狀態(tài)，特別是2008年美國(guó)金融危機(jī)削弱了經(jīng)費(fèi)資助，而中國(guó)的土壤學(xué)（包括土壤物理學(xué)）在經(jīng)費(fèi)大力支持下反而快速發(fā)展，在國(guó)際上屬于異軍突起的學(xué)科隊(duì)伍。

圖1 2001—2018年中國(guó)和美國(guó)在四種期刊中的發(fā)文量與比例

2 主要研究領(lǐng)域進(jìn)展

近幾年，我國(guó)土壤物理專業(yè)委員會(huì)會(huì)議專題主要涉及：土壤水文過程與尺度轉(zhuǎn)換，土壤物理質(zhì)量與可持續(xù)農(nóng)業(yè)，土壤水熱鹽耦合過程與調(diào)控，污染物遷移與數(shù)值模擬等，這些專題反映了我國(guó)土壤物理學(xué)主要研究領(lǐng)域。

2.1 多尺度土壤水文過程與尺度轉(zhuǎn)換

土壤水是土壤物理的核心內(nèi)容之一，土壤水分運(yùn)動(dòng)是土壤物理過程的主要驅(qū)動(dòng)力。土壤水文過程的時(shí)間和空間異質(zhì)性受到自然環(huán)境和人為因素的共同影響，同時(shí)土壤水文過程存在尺度效應(yīng)[4]（圖2）。關(guān)于不同尺度下土壤水文過程的時(shí)空特征與影響因子研究取得顯著進(jìn)展。樣地尺度是土壤水文過程的基本單元，開展樣地尺度土壤水文過程研究，在試驗(yàn)控制、樣品采集和原位監(jiān)測(cè)等方面具有一定優(yōu)勢(shì)[5]，可為深入認(rèn)識(shí)長(zhǎng)時(shí)間序列和更大尺度下土壤水文過程提供基礎(chǔ)[6]。研究表明，土壤水分存在一定的小尺度空間結(jié)構(gòu)，這種空間結(jié)構(gòu)可影響生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換。小流域作為一個(gè)完整的水文響應(yīng)單元，坡面產(chǎn)流匯入各級(jí)支流或干流，包括蒸發(fā)、入滲、側(cè)滲等過程，其景觀格局與土壤水文過程相互作用的機(jī)理復(fù)雜，是土壤水文過程時(shí)空異質(zhì)性研究的重要尺度，也是進(jìn)行水土資源調(diào)控和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的基本尺度[7]。區(qū)域尺度包含多個(gè)小流域，甚至多個(gè)大、中型流域，其景觀格局和生態(tài)水文過程更加復(fù)雜多變，植被、土壤、地形、氣候和人類活動(dòng)等因素間相互作用也更加劇烈[8-9]。與小流域相比，區(qū)域尺度的土壤水文過程研究著重從宏觀角度分析其對(duì)區(qū)域氣候、土壤和土地利用等地理分布因子的響應(yīng)與反饋。隨著尺度的進(jìn)一步上升，比如，在國(guó)家或全球尺度，土壤水文過程與降水時(shí)空格局、水資源儲(chǔ)量與通量、植被生長(zhǎng)與物候特征等的研究也備受關(guān)注，研究手段由觀測(cè)逐漸過渡到模型與模式[10-11]。

土壤水文過程時(shí)空分異的主控因子隨空間尺度的變化而變化。在樣地尺度，土壤水文過程主要受微地形和植被的影響。植被是土壤水分消耗的途徑之一，植被耗水及根系分布影響土壤水分的數(shù)量和空間異質(zhì)性[5]。Tahir等[12]研究發(fā)現(xiàn)，南方紅壤關(guān)鍵帶坡耕地土壤水分時(shí)空分異特征主要受植被類型和坡位的影響。受植物蒸騰和降水的影響，喀斯特峰叢洼地土壤水分具有明顯的季節(jié)變化特征，一年中可分為相對(duì)穩(wěn)定期、消耗期和補(bǔ)給期3個(gè)階段[13]。此外，礫石的存在也可對(duì)樣地尺度土壤水文過程產(chǎn)生顯著影響[14]。在小流域尺度，土地利用類型和土壤理化性質(zhì)的分布以及地形因素對(duì)土壤水文過程的時(shí)空異質(zhì)性起著主導(dǎo)作用[15]。王云強(qiáng)等[16]發(fā)現(xiàn)黃土關(guān)鍵帶小流域0～5 m土壤水分在水平和垂直方向均表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性，是土地利用方式、植被類型、土壤質(zhì)地等多因素綜合作用的結(jié)果。在區(qū)域尺度，氣候、土壤、土地利用管理等對(duì)土壤水文過程具有重要影響?；?983—2012年農(nóng)田土壤水分長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)研究表明，我國(guó)北方農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)4—10月生長(zhǎng)季0～50 cm土壤水分在過去30年呈顯著下降趨勢(shì)[17]，其主要原因是施肥管理、高耗水作物種植和氣候暖干化的共同影響。Zhu等[18]基于土芯鉆探和數(shù)值計(jì)算，發(fā)現(xiàn)面積37萬km2，平均厚度55 m的深厚黃土包氣帶存儲(chǔ)了3.1萬億m3土壤水，80%的水分布在400～600 mm降水量帶，主要與包氣帶厚度和土壤持水性能有關(guān)。區(qū)域尺度土壤水文過程觀測(cè)研究往往需要較高的物力和人力投入，隨著技術(shù)和方法的不斷進(jìn)步，基于衛(wèi)星、遙感和模式的集成技術(shù)手段逐漸被應(yīng)用到區(qū)域尺度土壤水文過程及其空間異質(zhì)性的研究[8，19-20]。此外，在紅壤丘陵區(qū)[21]、黃土高原地區(qū)[22]、西南喀斯特地區(qū)[23]、高寒草甸區(qū)[24]、西北荒漠區(qū)[25]等開展的土壤水分研究也表明，隨著土層深度的增加，土壤水分時(shí)間變異性減弱，而空間變異性增大，即土壤水分的時(shí)空變異性具有對(duì)土壤深度的依賴性。由此可見，土壤水文過程的時(shí)空異質(zhì)性及其影響因素均具有尺度依賴性和深度依賴性。

①Wet and dry processes caused by plant water consumption；②Spatial redistribution of soil moisture caused by runoff，topography and evapotranspiration；③Interaction between precipitation and soil hydrological process，and regional pattern of soil water holding capacity；④Depth dependent soil moisture.

由于土壤和水文過程的非線性，尺度轉(zhuǎn)換是土壤水文過程研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)之一，包括尺度上推和尺度下推，其轉(zhuǎn)換途徑包括分形理論、小波分析、分布式水文模型等[26]。以自相似性為基礎(chǔ)的分形理論，通過分維數(shù)反映特征空間分布的變化狀態(tài)、趨勢(shì)和復(fù)雜程度，能較好地描述土壤水文過程的線狀特征，但這種自相似性只存在于一定的尺度閾值內(nèi)，適用范圍有限；小波分析適于多尺度時(shí)空數(shù)據(jù)的尺度轉(zhuǎn)換與優(yōu)化；分布式水文模型方法需定量分析找出水文信息在不同尺度之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的模型結(jié)構(gòu)與主要參數(shù)。此外，時(shí)間穩(wěn)定性理論也被用于土壤水分尺度轉(zhuǎn)換研究，通過定量分析某一研究區(qū)土壤水分空間變異格局在時(shí)間上的相似性，確定能夠代表研究區(qū)平均土壤水分狀況的樣點(diǎn)，明確代表性樣點(diǎn)的特征及影響因子，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)尺度上推或下推[22，27]。隨著新理論和新技術(shù)的發(fā)展，水文過程尺度轉(zhuǎn)換途徑更加豐富，轉(zhuǎn)換的精度也不斷提高，其核心是尺度轉(zhuǎn)換函數(shù)的確定。未來土壤水文過程尺度轉(zhuǎn)換的研究應(yīng)加強(qiáng)不同尺度數(shù)據(jù)的觀測(cè)、集成與融合，并結(jié)合多種數(shù)學(xué)手段，建立普適性強(qiáng)的尺度轉(zhuǎn)換函數(shù)。需要注意的是，隨著全球氣候變化和人類活動(dòng)影響的加強(qiáng)，植被-土壤作用深度延伸至深部土壤，深部土壤水循環(huán)過程及動(dòng)力學(xué)機(jī)制已成為土壤水分運(yùn)動(dòng)研究中的核心科學(xué)問題之一，是土壤水循環(huán)研究的最薄弱環(huán)節(jié)，而如何考慮空間和深度的不均勻性是未來土壤水文過程尺度轉(zhuǎn)換的重要方向之一。

2.2 土壤物理質(zhì)量與可持續(xù)農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)是人類生存的基礎(chǔ)，是人類社會(huì)發(fā)展的壓艙石。然而，面對(duì)資源不斷匱乏，生態(tài)環(huán)境惡化，全球氣候等問題，發(fā)展可持續(xù)性農(nóng)業(yè)是未來現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的必經(jīng)之路。國(guó)際可持續(xù)農(nóng)業(yè)機(jī)構(gòu)指出可持續(xù)農(nóng)業(yè)的主要目的是不損害后代需求的情況下滿足當(dāng)代人對(duì)糧食和紡織品的需求。可持續(xù)農(nóng)業(yè)要求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中水資源浪費(fèi)和生態(tài)環(huán)境污染最小化、肥料利用率最大化。土壤是地球表面能夠生長(zhǎng)綠色植物的疏松表層。因此，保持良好的土壤質(zhì)量是可持續(xù)農(nóng)業(yè)中關(guān)鍵的一環(huán)。土壤質(zhì)量指土壤所具有的保持植物生長(zhǎng)、凈化水源和為植物和動(dòng)物提供棲息的能力[28]。土壤質(zhì)量可以分為土壤物理質(zhì)量、土壤化學(xué)質(zhì)量和土壤生物質(zhì)量。土壤作為有生命的自然資源，近年來土壤質(zhì)量概念發(fā)展到土壤健康。土壤健康定義為土壤作為由生命的生態(tài)系統(tǒng)，為支撐植物和動(dòng)物生產(chǎn)力，維持和提高水和大氣質(zhì)量，促進(jìn)植物、動(dòng)物和人類健康等的能力[29]。美國(guó)農(nóng)業(yè)部對(duì)土壤健康的定義為土壤作為至關(guān)重要的有生命的生態(tài)系統(tǒng)，為植物、動(dòng)物和人類提供可持續(xù)支撐的能力，也指土壤質(zhì)量[30]。無論是從土壤質(zhì)量還是土壤健康的角度，土壤物理質(zhì)量或者土壤物理健康的內(nèi)涵未發(fā)生本質(zhì)變化，對(duì)植物生長(zhǎng)具有直接作用。土壤物理質(zhì)量評(píng)價(jià)主要利用與土壤-植物-大氣中的物質(zhì)能量交換有關(guān)的土壤物理性質(zhì)或指標(biāo)體系來進(jìn)行[31]。同時(shí)利用土壤物理模型預(yù)測(cè)其變化對(duì)于未來糧食生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的影響，以制定和評(píng)估農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的策略。土壤結(jié)構(gòu)與物質(zhì)和能量在土壤中運(yùn)輸、傳導(dǎo)和根系生長(zhǎng)有密切的關(guān)系。因此，土壤的可持續(xù)性通常建立在良好的土壤結(jié)構(gòu)上[32]。土壤容重是表征土壤物理質(zhì)量最常用的指標(biāo)之一。土壤容重過高將抑制作物根系的生長(zhǎng)，導(dǎo)致作物大幅度減產(chǎn)；土壤容重過低不利于土壤保持水分和根系與土壤緊密接觸，容易造成種子萌發(fā)受阻和作物倒伏[33-34]。土壤緊實(shí)度，反映土壤強(qiáng)度的重要指標(biāo)，是土壤容重和土壤含水量的函數(shù)，也顯著影響作物生長(zhǎng)。Whalley等[35]發(fā)現(xiàn)小麥干物質(zhì)重量隨著土壤穿透阻力的增加而線性下降，并指出無論干旱或壓實(shí)導(dǎo)致，土壤緊實(shí)度均是作物生產(chǎn)力的重要限制因子。土壤團(tuán)聚體是土壤中重要的結(jié)構(gòu)體，其粒徑分布和穩(wěn)定性對(duì)土壤可持續(xù)利用有顯著影響。一方面，良好土壤團(tuán)聚性能促進(jìn)土壤碳的固定和有機(jī)質(zhì)積累，從而降低溫室氣體排放，改善土壤化學(xué)及生物質(zhì)量，進(jìn)而促進(jìn)作物生長(zhǎng)[36]。另一方面，團(tuán)聚體粒徑分布影響土壤中孔隙直徑分布，對(duì)土壤的持水性能和透水通氣性具有顯著的影響。對(duì)于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，土壤水分主要來自于降雨。土壤水力特性在一定程度上決定了未來極端降雨條件下雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性。土壤水分特征曲線是說明其水力性狀的重要指標(biāo)?；谕寥浪痔卣髑€，Dexter[31]提出曲線的拐點(diǎn)的斜率作為評(píng)價(jià)土壤物理質(zhì)量的S指數(shù)，并指出該指數(shù)較容重更好地反映作物生長(zhǎng)。Sinha等[37]報(bào)道S值與土壤容重、飽和導(dǎo)水率、團(tuán)聚體穩(wěn)定性等物理指標(biāo)以及玉米和小麥產(chǎn)量均呈顯著的相關(guān)性，可有效定量不同環(huán)境下土壤物理質(zhì)量。不同的土壤物理指標(biāo)分別從不同的方面表征土壤物理質(zhì)量，但不同指標(biāo)間往往存在內(nèi)在的聯(lián)系。比如，土壤強(qiáng)度不但受土壤容重的影響，也受土壤含水量的影響，因此有學(xué)者嘗試提出綜合多個(gè)參數(shù)的指標(biāo)。da Silva等[38]綜合土壤容重、土壤強(qiáng)度，土壤通氣性、土壤水分有效性等參數(shù)，提出了作物生長(zhǎng)最小限制水分范圍（Least limiting water range，LLWR），如圖3所示。LLWR越大，說明作物在該土壤中所抵御水分脅迫、缺氧脅迫和機(jī)械阻力的能力越強(qiáng)。隨后，LLWR被廣泛地應(yīng)用于評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)對(duì)作物生長(zhǎng)的影響。Benjamin等[39]報(bào)道美國(guó)中部大平原實(shí)驗(yàn)站小麥產(chǎn)量與LLWR呈極顯著關(guān)系。土壤壓實(shí)往往降低了LLWR，而種植覆蓋作物可以提高LLWR，并且這一變化在黏壤土中較砂土中更加明顯[40]。以上指標(biāo)多表征田塊至土塊以及團(tuán)聚體尺度的土壤物理質(zhì)量，對(duì)毫米以下尺度土壤孔隙特征的表征未涉及。Rabot等[41]比較了不同土壤物理指標(biāo)，認(rèn)為土壤孔隙特征比如大孔隙度和孔隙連通性等與土壤的功能最相關(guān)，越來越多的文獻(xiàn)也表明土壤的三維孔隙特征可以顯著改變作物根系構(gòu)型，同時(shí)也可以很好地預(yù)測(cè)土壤導(dǎo)水導(dǎo)氣等參數(shù)[42-43]。

①Air-filled porosity of 0.1 cm3·cm–3；②Field capacity，③Wilting point and ④Soil penetration resistance of 2 MPa

土壤物理質(zhì)量受耕作方式影響深刻。20世紀(jì)30年代美國(guó)受到“黑風(fēng)暴”的影響開啟了保護(hù)性耕作方面的研究。隨后美國(guó)、加拿大和巴西等國(guó)家采用保護(hù)性耕作技術(shù)以保護(hù)土地的可持續(xù)生產(chǎn)力，是一次對(duì)傳統(tǒng)耕作方式的變革。保護(hù)性耕作，或者說保護(hù)性農(nóng)業(yè)，遵循三個(gè)原則：一是盡量減少土壤擾動(dòng)，二是至少30%的地表被作物或者秸稈覆蓋，三是作物輪作或間作。保護(hù)性耕作對(duì)土壤物理質(zhì)量的作用存在兩種觀點(diǎn)[44]。有研究表明，保護(hù)性耕作能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和蚯蚓數(shù)量，減少土壤侵蝕，有利于保持完整的土壤孔隙，提高土壤水分入滲和持水能力[45]。但也有一些研究這發(fā)現(xiàn)保護(hù)性耕作使土壤容重增加，土壤飽和導(dǎo)水率下降，根系受到的穿透阻力提高[46]。兩種相反的觀點(diǎn)的出現(xiàn)可能與耕作實(shí)驗(yàn)實(shí)施年限和土壤質(zhì)地等有關(guān)[47]。Pittelkow等[48]分析了全球610個(gè)研究案例，5 463個(gè)對(duì)比數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)僅采用少免耕往往使作物減產(chǎn)，只有與作物覆蓋和輪作等措施相結(jié)合，在干旱區(qū)域提高作物產(chǎn)量較為明顯。因此，采用保護(hù)性耕作措施要因地而宜。另一方面，深耕（包括深松、深翻等）是提高土壤物理質(zhì)量的耕作措施，通過深耕，提高土壤耕層厚度，降低土壤容重，提高土壤固碳能力，增加土壤透水通氣性，利于作物根系生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)增效[49]。無論是保護(hù)性耕作還是深耕，耕作措施改變土壤物理質(zhì)量效果顯著，但是采取何種適宜的耕作措施需要綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鳌⑼寥罓顩r和種植制度等。

2.3 水熱鹽運(yùn)移耦合過程與生態(tài)調(diào)控

鹽漬地是我國(guó)重要的后備耕地資源，達(dá)3千多萬公頃，其改良利用與水熱鹽運(yùn)移過程密切相關(guān)[50]。土壤水鹽遷移過程是指在自然、人為等多種因素影響下水分和鹽分在土壤中的再分配過程。溫度與土壤水鹽運(yùn)移耦合研究是剖析不同氣候帶土壤鹽漬化發(fā)生演變的重要基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過大量試驗(yàn)研究和理論分析，從水熱鹽耦合運(yùn)移的角度闡述了土壤鹽漬化形成機(jī)理、演變規(guī)律與驅(qū)動(dòng)機(jī)制。Nassar等[51]綜合考慮水分梯度、溫度梯度、溶質(zhì)梯度作用下的水汽輸送、熱量傳遞和溶質(zhì)運(yùn)移過程，對(duì)一維水、鹽、熱運(yùn)移進(jìn)行了模擬，并在封閉土柱中進(jìn)行了驗(yàn)證和分析；萬良興等[52]闡述了近20年來土壤水、熱、鹽運(yùn)移基本理論的發(fā)展過程和國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究成果，評(píng)價(jià)了目前的土壤水熱鹽運(yùn)移模型。總體而言，溫度通過間接影響土壤水汽運(yùn)動(dòng)、凍融過程進(jìn)而影響鹽分的遷移與分布。近年來的咸水結(jié)冰灌溉，其利用低溫時(shí)咸水結(jié)冰，融化時(shí)含鹽分高的冰先融化入滲，含低濃度的微咸水后融化起到洗鹽的作用，使土壤表層脫鹽[53]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在凍融、覆膜、秸稈覆蓋等管理?xiàng)l件下的土壤水鹽運(yùn)移開展大量的工作，但在不同種植方式、水文氣候條件下溫度對(duì)水鹽運(yùn)移影響的程度、范圍、效應(yīng)等方面仍需要進(jìn)一步研究。比如，以往研究覆蓋對(duì)減少灌溉用水的影響，但是很少關(guān)注地膜通過減少蒸發(fā)以及增加降水的深層滲濾將雨水存儲(chǔ)在土壤中的積極作用。不同氣候帶土壤鹽漬化演變的復(fù)合驅(qū)動(dòng)機(jī)制是鹽漬土改良利用的核心科學(xué)問題。

土壤水鹽運(yùn)移受區(qū)域性氣候蒸發(fā)力、地形高差、地下水埋深、土壤自身屬性和鹽源分布的影響，因而田間管理措施對(duì)水鹽遷移有著重要的影響，也成為優(yōu)化調(diào)控的首選。目前，土壤水鹽運(yùn)移生態(tài)調(diào)控措施多種多樣，包括各種具有節(jié)水減肥、綠色增效特色的水利工程、物理、化學(xué)、農(nóng)藝等多種措施，但其核心主要通過降低土壤溫度或減少蒸發(fā)進(jìn)而抑制鹽分上行、改善土壤結(jié)構(gòu)促進(jìn)鹽分淋洗、隔層創(chuàng)建阻滯鹽分上行，或增加土壤排水加快土壤排鹽等途徑實(shí)現(xiàn)土壤水鹽運(yùn)移過程的調(diào)控（圖4）。不同形成原因、驅(qū)動(dòng)機(jī)制下的水鹽運(yùn)動(dòng)調(diào)控措施需要針對(duì)不同生物氣候帶和不同鹽漬化發(fā)生區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行確定。水利工程措施如暗管排水通過增加凈入滲方式加速土壤鹽分從下邊界的淋洗與排出，有效降低土壤含鹽量[54]，但大量研究表明暗管排水需要通過后期控制排水，減少土壤水分和養(yǎng)分的淋失[55]。物理調(diào)控措施主要通過耕作、客土、秸稈隔層、生物質(zhì)炭、鋪沙壓堿等方法創(chuàng)建疏松隔層抑制鹽分上行，或加速土壤鹽分向深層次淋洗等方式實(shí)現(xiàn)水鹽調(diào)控。化學(xué)調(diào)控措施主要通過環(huán)境友好型的鈣基材料的應(yīng)用，利用Ca2+與土壤膠體Na+交換并淋洗，降低土壤膠體中的交換性鈉Na+，調(diào)節(jié)改善土壤理化性狀和生物學(xué)性狀[56]。此外，生物調(diào)控措施主要利用保護(hù)性耕作方式、或者通過微生物促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成與保存，提升鹽堿地有機(jī)質(zhì)含量，同時(shí)阻控土壤返鹽[57]。在當(dāng)今生態(tài)優(yōu)先的背景下，生物改良措施已成為研究的熱點(diǎn)。受水資源因素制約，目前國(guó)際上對(duì)鹽堿地治理沒有更好的辦法，單一的調(diào)控措施在不同區(qū)域適用條件有別，由此一些側(cè)重于因地制宜的綜合調(diào)控措施改進(jìn)工作備受關(guān)注。例如，雷宏軍等[58]提出的曝氣滴灌水肥一體化技術(shù)，通過將大量微氣泡與水肥同步輸送到根區(qū)而改善作物微環(huán)境，明顯提升了作物生產(chǎn)潛力。張博[59]提出的一種地下排水系統(tǒng)與田間入滲工程相結(jié)合的基礎(chǔ)措施，并輔施有機(jī)肥料和改良劑的綜合改良方法，改良后表土積鹽情況得到有效緩解，土壤養(yǎng)分有效提升。從已有研究看，隨著近年來氣候變化、水資源短缺以及極端氣候頻繁，不同氣候區(qū)土壤水鹽運(yùn)動(dòng)異質(zhì)性與氣候、地形、灌排管理等因素長(zhǎng)期并存，局部鹽漬化減緩與持久性的反復(fù)和加劇并存，這對(duì)傳統(tǒng)的飽和帶水鹽運(yùn)動(dòng)理論和水鹽調(diào)控思路提出了新的挑戰(zhàn)，未來研究應(yīng)重點(diǎn)突破非飽和帶水鹽遷移過程、驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其尺度效應(yīng)，微咸水/咸水、農(nóng)田排水等非傳統(tǒng)水資源在鹽漬土安全利用及其生態(tài)效應(yīng)等。

①Surface cover inhibits evaporation；②Tillage and water-saving to control salinization；③Create a interlayer to inhibit salt accumulation on the surface soil；④Deep drainage promotes salt-leaching；⑤Salt infiltration and accumulation；⑥Water and salt go up by capillary rising；⑦Simplified characteristics of water and salt movement；⑧Water movement module；⑨Salt transport module；⑩Heat transfer（freeze-thaw）；Root water absorption module；Groundwater flow module；Modify upper boundary conditions to simulate surface cover inhibiting evaporation；Modify hydraulic characteristic parameters to simulate tillage and interlayer blocking capillary；Modify boundary condition parameters to simulate water saving and salt control by drip irrigation under film；Modify lower boundary conditions to simulate deep drainage and salt-leaching.

土壤中溶質(zhì)的運(yùn)動(dòng)包括對(duì)流、分子擴(kuò)散、機(jī)械彌散、溶解沉淀、離子吸附、植物吸收等一系列物理、化學(xué)和生物過程。土壤溶質(zhì)運(yùn)移模型是近似描述鹽漬土水熱鹽運(yùn)移規(guī)律的有效、快捷方法，可歸納為：機(jī)理性模型，物理模擬模型及數(shù)學(xué)模擬模型[60]。Nassar等[51]于1992年提出了描述非恒定條件下水、熱、鹽運(yùn)動(dòng)的控制方程，其中包括水分、熱運(yùn)動(dòng)和溶質(zhì)運(yùn)移3個(gè)子方程，這也是目前土壤水熱鹽耦合運(yùn)移數(shù)學(xué)模擬的基礎(chǔ)。HYDRUS模型[60]被廣泛用于模擬飽和-非飽和滲流區(qū)水、熱及多種溶質(zhì)的遷移與轉(zhuǎn)化過程，能夠較好地模擬田間點(diǎn)源交匯條件下的水-鹽-熱分布。尤其是，HYDRUS模型引入了能模擬優(yōu)勢(shì)流的雙孔隙模型，可進(jìn)行物理非平衡和化學(xué)非平衡溶質(zhì)運(yùn)移的模擬（例如兩區(qū)模型、兩點(diǎn)模型等），這為土壤結(jié)構(gòu)和層次復(fù)雜條件下溶質(zhì)遷移模擬提供了方便[61-62]。Qi等[63]利用HYDRUS模型準(zhǔn)確模擬了秸稈覆蓋和滴灌條件下的土壤水鹽運(yùn)移過程。此外，SHAW模型亦廣泛用于研究土壤水熱鹽耦合運(yùn)移，尤其是在凍融條件下。Lu等[64]利用SHAW模型模擬不同覆蓋條件下全年土壤水熱鹽耦合運(yùn)移過程，并對(duì)當(dāng)?shù)厍餄蔡岢隽死碚撝笇?dǎo)。近年來，一種基于有限元理論的數(shù)值仿真模型COMSOL被用于模擬地下水流動(dòng)、土壤鹽分運(yùn)移和氣流形成規(guī)律等問題，Wang等[65]利用COMSOL研究了鹽土路基膨脹中的土壤鹽分遷移、結(jié)晶等過程。焦會(huì)青等[66]結(jié)合COMSOL構(gòu)建的模型較好地模擬了綠洲鹽漬化土壤中多離子耦合運(yùn)移過程。與現(xiàn)有其他模型相比，盡管COMSOL目前主要局限于地下水和土壤水入滲的研究，但是其數(shù)值分析能力強(qiáng)、計(jì)算適用性廣，且具備復(fù)雜工程設(shè)置方式和二次開發(fā)潛力，因此在一些特定的土壤溶質(zhì)運(yùn)移過程模擬研究中具有廣泛應(yīng)用前景?？傮w來看，目前在地下水-土壤-植物-大氣連續(xù)體（GSPAC）水分傳輸模型研究中，對(duì)提高作物水分利用率極為關(guān)鍵的根區(qū)水分傳輸機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍不夠深入。尤其是，由于鹽分的影響，明確GSPAC系統(tǒng)水分轉(zhuǎn)化機(jī)制相當(dāng)困難。近年來，環(huán)境或人為加入穩(wěn)定同位素技術(shù)已經(jīng)成為研究植物水資源利用的新方法[67]，這為進(jìn)一步揭示GSPAC系統(tǒng)土壤水與溶質(zhì)運(yùn)移過程提供了有效手段。總體上，水、熱、鹽耦合運(yùn)移模型有了很大發(fā)展，然而現(xiàn)有模型存在如參數(shù)多、田間可操作性差、難以驗(yàn)證等很多不足。未來的主要研究熱點(diǎn)是將數(shù)學(xué)模型和機(jī)理性模型相結(jié)合。

2.4 污染物遷移與模型模擬

針對(duì)我國(guó)土壤和水體污染形勢(shì)嚴(yán)峻問題，土壤物理學(xué)依托學(xué)科優(yōu)勢(shì)，圍繞土壤污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其模擬模型開展了廣泛研究，關(guān)注的污染物包括氮磷、重金屬、有機(jī)大分子等溶質(zhì)態(tài)污染物，以及病毒、細(xì)菌、納米材料等尺寸在1 nm到10 μm之間的膠體污染物。土壤溶質(zhì)運(yùn)移研究始于19世紀(jì)末，關(guān)于氮磷、重金屬、有機(jī)物等污染物運(yùn)移研究則起始于20世紀(jì)六七十年代。土壤污染物的運(yùn)移途徑包括對(duì)流、擴(kuò)散、彌散以及膠體攜帶等，并受吸附-解吸、酸-堿反應(yīng)、沉淀、溶解、絡(luò)合、氧化-還原反應(yīng)等化學(xué)、物理化學(xué)、生物轉(zhuǎn)化過程影響。在20世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)放射性核素钚可通過膠體攜帶方式在地下環(huán)境中進(jìn)行超長(zhǎng)距離遷移后[68]，膠體攜帶污染物遷移的研究受到重視。21世紀(jì)以來，納米材料在土壤中的遷移成為了新的研究熱點(diǎn)[69]。研究納米材料的遷移不僅對(duì)有毒納米材料的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估十分重要，而且對(duì)采用納米零價(jià)鐵等納米材料原位修復(fù)受污染的土壤具有十分重要的意義[70]。2013 年以來，土壤中抗生素抗性基因的遷移轉(zhuǎn)化過程逐步受到關(guān)注[71]。

對(duì)土壤及地下水中污染物遷移轉(zhuǎn)化過程的研究主要依賴于室內(nèi)模擬試驗(yàn)、田間觀察、模型模擬等三種手段。應(yīng)用土柱模擬、田間觀察等手段，我國(guó)在土壤水分、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)等物理性質(zhì)對(duì)重金屬、氮磷、抗生素、膠體態(tài)污染物等遷移轉(zhuǎn)化過程的影響研究方面取得了積極進(jìn)展。已有的研究表明，干濕交替條件下六價(jià)鉻濃度隨著氧化還原電位的波動(dòng)而上下波動(dòng)，土壤中有效態(tài)鉻濃度和重金屬鉻的遷移/淋溶能力顯著高于淹水條件[72]。在淹水環(huán)境下，土壤中的氮磷因向上覆水中遷移而損失，且隨著淹水歷時(shí)的延長(zhǎng)，氮磷損失率呈增加趨勢(shì)。因此，農(nóng)作物受淹后可根據(jù)實(shí)際情況采取控制排水措施，減少地表水的排放，以減少氮磷流失[73]。相比于大水漫灌，控制灌溉、干濕交替灌溉等技術(shù)可以有效削減農(nóng)田氮磷的流失[74]。土壤水分過程一方面決定了土壤好氧厭氧環(huán)境和氧化還原電位，從而影響氮磷的形態(tài)轉(zhuǎn)化過程等過程，另一方面驅(qū)動(dòng)了土壤溶解態(tài)氮磷的垂向和橫向運(yùn)移[75]。由于壤中流的存在，坡地土壤氮磷等污染物垂直遷移形態(tài)呈現(xiàn)地表徑流、壤中流和地下徑流不同的分層特征[76]。對(duì)土壤中抗生素抗性基因遷移轉(zhuǎn)化過程的一些研究表明，不同質(zhì)地土壤對(duì)抗生素抗性基因的吸附和持留能力存在較大差異，抗生素抗性基因可以在水分飽和的土壤中運(yùn)輸相當(dāng)長(zhǎng)的距離[77]。對(duì)土壤膠體態(tài)污染物的運(yùn)移過程研究結(jié)果表明，與土壤溶質(zhì)的吸附和解吸機(jī)制不同，土壤膠體吸附和解吸受重力沉降、攔截、布朗擴(kuò)散、水動(dòng)力和DLVO（Derjaguin-Landau- Verwey-Overbeek）力的控制，土壤表面非均質(zhì)性被發(fā)現(xiàn)是影響DLVO力從而影響膠體吸附和解吸的關(guān)鍵因素[78]。納米尺度粗糙凸起不僅有利于膠體吸附，同時(shí)在環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)還有利于膠體解吸，表面電荷異質(zhì)性則有利于膠體的不可逆吸附。

對(duì)集水區(qū)/流域尺度的研究，主要關(guān)注土壤氮磷流失過程，并取得了積極進(jìn)展，特別是對(duì)紫色土、紅壤地區(qū)等的研究。由于紫色土土層薄、耕作頻繁、土壤相對(duì)疏松，紫色土小流域氮素主要以可溶態(tài)形式流失，磷素遷移則以顆粒態(tài)為主，壤中流是氮流失的主要水文過程，強(qiáng)降雨對(duì)于氮磷流失的影響顯著[78-79]。對(duì)紅壤為主的浙江椒江流域氫氧和氮氧穩(wěn)定同位素的分析結(jié)果表明，慢速壤中流和地下水對(duì)河流流量的貢獻(xiàn)達(dá)到75%以上，地下水（約50%）和土壤氮（> 30%）是河流中硝氮的主要來源[80]。對(duì)紅壤丘陵區(qū)的長(zhǎng)沙金井流域研究結(jié)果也表明，由于大面積種植水稻會(huì)導(dǎo)致淺層地下水氨氮污染，提高地下水硝態(tài)氮和總氮濃度，基流的硝態(tài)氮和總氮流失貢獻(xiàn)分別高達(dá)大于27%和大于21%，尤其在水稻種植面積比例高的流域和水稻休耕期[81]。對(duì)華北平原地下水硝酸鹽氮氧同位素的研究表明，地下水硝酸鹽主要來源于有機(jī)肥和污水，而不是化肥[82]。土壤氮磷流失的尺度效應(yīng)得到關(guān)注，已有的一些研究表明由于溝渠、堰塘的截留作用以及農(nóng)田排水重復(fù)利用，使得氮磷流失強(qiáng)度隨著集水區(qū)/流域面積的增加總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，但也有一些研究得到了相反的結(jié)論。目前，對(duì)尺度效應(yīng)形成機(jī)制缺少系統(tǒng)研究，對(duì)不同空間尺度下土壤氮磷流失主導(dǎo)因素以及響應(yīng)關(guān)系的變化規(guī)律尚不清楚。

數(shù)學(xué)模型是當(dāng)前定量認(rèn)識(shí)土壤污染物遷移轉(zhuǎn)化過程的主要手段。前述用于鹽分運(yùn)移的確定性模型、隨機(jī)模型和傳遞函數(shù)模型也被廣泛用于土壤污染物遷移的模擬?？傮w而言，當(dāng)前應(yīng)用于氮磷、農(nóng)藥等遷移轉(zhuǎn)化過程的模型主要包括：田間/坡面尺度模型SOILN、EPIC、DNDC等和流域尺度模型SWAT、HSPF、ANSWERS、GBNP、HBV-N、TVGM、HYPE等[83-84]。盡管以上田間模型被廣泛應(yīng)用于土壤氮、PFCs等的遷移轉(zhuǎn)化過程模擬，但是更多的研究通過耦合土壤水文模型與生物地球化學(xué)反應(yīng)模型，模擬分析土壤污染物的遷移轉(zhuǎn)化特征。例如，賴曉明等[85]耦合HYDRUS-1D和DNDC模型模擬太湖流域農(nóng)田系統(tǒng)水分滲漏和氮磷淋失特征。李龍飛等[86]耦合水動(dòng)力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型描述土壤硝態(tài)氮的遷移和轉(zhuǎn)化過程?；诩畢^(qū)/流域尺度的模擬模型研究發(fā)展迅速，其中SWAT模型逐步成為運(yùn)用最為廣泛。從研究?jī)?nèi)容上看，主要聚焦在污染物流失負(fù)荷、模型優(yōu)化以及徑流變化和土壤屬性對(duì)流失負(fù)荷的影響，并開始關(guān)注氣候變化的影響，以及不同類型污染物在不同尺度下的精細(xì)化模擬與管理[83]。

總體而言，我國(guó)土壤污染物遷移轉(zhuǎn)化過程及其模擬模型方面取得了重要進(jìn)展。從研究尺度上看，逐步從常規(guī)的土柱和田間尺度向更微觀的分子和納米尺度和更宏觀的集水區(qū)和流域尺度雙向發(fā)展（圖5）。隨著X-射線CT、同步輻射技術(shù)、透射電鏡等技術(shù)的應(yīng)用，深化了對(duì)土壤結(jié)構(gòu)及其過程的微觀認(rèn)知，促進(jìn)了對(duì)土壤物理性狀與污染物遷移轉(zhuǎn)化響應(yīng)關(guān)系的微觀機(jī)制認(rèn)識(shí)。但是，土壤水分、結(jié)構(gòu)、質(zhì)地等物理性狀對(duì)污染物的固、液、氣、生物多界面行為過程機(jī)制尚缺乏系統(tǒng)研究，有關(guān)土壤結(jié)構(gòu)對(duì)污染物多過程耦合的微觀調(diào)控機(jī)制及其定量預(yù)測(cè)模型將是未來重要研究的重點(diǎn)。微流控技術(shù)應(yīng)用于模擬多孔介質(zhì)物理環(huán)境，并結(jié)合先進(jìn)成像與數(shù)值模擬技術(shù)，為傳統(tǒng)上被視為“黑箱”的土壤過程提供了新的研究工具與思路[87]?，F(xiàn)有的流域/集水區(qū)尺度模型主要是依據(jù)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)踐發(fā)展起來的，許多過程描述和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)難以適用我國(guó)國(guó)情，且存在所需數(shù)據(jù)和參數(shù)多、時(shí)間和空間平均化處理、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)/關(guān)系替代機(jī)理過程、驗(yàn)證困難等諸多不足[83]。通過多技術(shù)、多方法、多尺度協(xié)同研究，特別是應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能、星地傳感、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)[88]，深入理解和系統(tǒng)描述區(qū)域/流域尺度土壤物理過程（特別是水文過程）及其驅(qū)動(dòng)的污染物遷移轉(zhuǎn)化過程，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有模型參數(shù)的本國(guó)化，構(gòu)建適合我國(guó)實(shí)際的新模型，突破污染物遷移轉(zhuǎn)化過程的尺度效應(yīng)、滯后效應(yīng)以及關(guān)鍵源區(qū)識(shí)別的關(guān)鍵問題，將是未來研究重點(diǎn)。

圖5 不同空間尺度土壤水文與污染物遷移轉(zhuǎn)化耦合過程

3 土壤物理學(xué)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)土壤物理學(xué)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。從土壤物理學(xué)的研究對(duì)象來看，從過去土壤靜態(tài)物理性質(zhì)，包括土壤結(jié)構(gòu)、水分、機(jī)械物理性質(zhì)等，演變到重視機(jī)理探討、過程分析、模型構(gòu)建等綜合研究。從土壤物理學(xué)的服務(wù)對(duì)象來看，從單純的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)拓展到更為綜合、復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境問題?？v觀這些進(jìn)展，可以發(fā)現(xiàn)，土壤物理學(xué)發(fā)展動(dòng)力來自于國(guó)家需求的驅(qū)動(dòng)，也有來自于學(xué)科交叉的延伸；有來源于研究尺度的拓展，也有來源于新技術(shù)和新方法的采用。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 國(guó)家需求的驅(qū)動(dòng)

3.1.1 糧食安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展 我國(guó)耕地面積1.22億公頃，占世界耕地7%，養(yǎng)活了世界上20%的人口。同時(shí)，我國(guó)耕地質(zhì)量總體偏低，2/3耕地屬于中低產(chǎn)田，酸化、鹽漬化、結(jié)構(gòu)板結(jié)、有機(jī)質(zhì)低和養(yǎng)分不均衡等制約了我國(guó)糧食產(chǎn)能。基于我國(guó)人口眾多，耕地面積小的國(guó)情，糧食安全是我國(guó)安國(guó)之本。國(guó)家一直非常重視我國(guó)糧食安全，中央一號(hào)文件毫不放松抓好糧食生產(chǎn)，相繼提出實(shí)施“藏糧于地、藏糧于技”計(jì)劃。土壤物理學(xué)家積極推動(dòng)了我國(guó)中低產(chǎn)田改良與地力提升等研究。在長(zhǎng)期集約化和重種輕養(yǎng)的模式下，我國(guó)農(nóng)田土壤質(zhì)量與健康水平已經(jīng)嚴(yán)重制約了國(guó)家的糧食安全、生態(tài)環(huán)境安全和國(guó)民健康，土壤健康保護(hù)和耕地質(zhì)量建設(shè)工作也將繼續(xù)推進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。

3.1.2 污染土壤治理與修復(fù) 隨著我國(guó)工業(yè)化、城市化、農(nóng)業(yè)高度集約化的快速發(fā)展，土壤污染日益加劇。2014年環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，全國(guó)土壤總體污染物點(diǎn)位超標(biāo)率16.1%，耕地點(diǎn)位超標(biāo)率高達(dá)19.4%，重度污染耕地面積高達(dá)300多萬公頃。為此，國(guó)家非常重視土壤污染阻控與修復(fù)，相繼出臺(tái)一系列重要政策與法規(guī)，2016年國(guó)家頒布實(shí)施的《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱“土十條”）和2018年出臺(tái)的《中華人民共和國(guó)土壤污染防治法》。國(guó)家重視與社會(huì)需求大力推動(dòng)了我國(guó)污染物在土壤遷移轉(zhuǎn)化、溯源和阻控修復(fù)的研究快速發(fā)展，土壤物理學(xué)在該領(lǐng)域，特別是污染物遷移、模型模擬與預(yù)測(cè)方面發(fā)揮自身學(xué)科的特長(zhǎng)。

3.1.3 水土流失與生態(tài)保護(hù) 我國(guó)受季風(fēng)氣候影響，雨季旱季分明，雨季水土流失嚴(yán)重，旱季農(nóng)業(yè)用水匱乏，加之我國(guó)不同區(qū)域地形、成土母質(zhì)等具有很大差異性，形成具有區(qū)域特色的水土流失和生態(tài)保護(hù)研究。水土流失依然是我國(guó)生態(tài)保護(hù)與治理重點(diǎn)關(guān)注的問題，我國(guó)仍有超過國(guó)土面積1/4的水土流失面積，黃土高原地區(qū)、東北黑土區(qū)、南方紅壤區(qū)、西南喀斯特地區(qū)等區(qū)域水土流失問題依然突出。隨著全球氣候變化和人類活動(dòng)影響的加劇，青藏高寒地區(qū)也面臨著十分嚴(yán)峻的土壤退化與水土流失問題。土壤物理學(xué)隊(duì)伍積極參與土壤水分運(yùn)動(dòng)、旱地農(nóng)業(yè)用水、土壤侵蝕等相關(guān)研究。

3.2 新技術(shù)新方法的應(yīng)用

3.2.1 計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù) 土壤CT技術(shù)能夠快速、無損地獲取土壤孔隙三維結(jié)構(gòu)。CT技術(shù)由Petrovic等[89]引入到土壤科學(xué)中來，近10年隨著CT設(shè)備和圖像分析快速升級(jí)，該技術(shù)日益成為土壤物理研究的重要手段。目前，醫(yī)用CT、工業(yè)CT和同步輻射CT等多種設(shè)施可以從團(tuán)聚體到土體等多個(gè)尺度進(jìn)行土壤孔隙結(jié)構(gòu)定量化[90]，這為揭示土壤中物理過程及其與生物、化學(xué)過程的耦合提供了契機(jī)。應(yīng)用CT技術(shù)，研究?jī)?nèi)容主要集中耕作和施肥等措施對(duì)土壤孔隙結(jié)構(gòu)的影響[91]，土壤結(jié)構(gòu)對(duì)作物根系生長(zhǎng)[92]、土壤動(dòng)物活動(dòng)[93]、以及土壤水分運(yùn)動(dòng)[43]等的影響。盡管CT技術(shù)在定量土壤三維結(jié)構(gòu)方面得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是土壤是一個(gè)極其復(fù)雜的多孔介質(zhì)，目前還有很多問題有待深入研究，其中有兩個(gè)比較突出的問題：一是如何更準(zhǔn)確、客觀和便捷地表征土壤的孔隙結(jié)構(gòu)；二是如何在多尺度下將土壤孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的影響進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)表達(dá)。隨著CT設(shè)備普及和圖像分析軟件快速升級(jí)，這一技術(shù)將是揭開“土壤黑箱”物理過程的有力工具。

3.2.2 地球物理探測(cè)技術(shù) 近年來，地球物理探測(cè)技術(shù)在坡面、集水域和小流域等尺度的土壤物理性質(zhì)探測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。常用地球物理探測(cè)工具包括大地電導(dǎo)率儀（EMI），電阻率層析成像儀（ERT）和探地雷達(dá)（GPR）等。這些地球物理探測(cè)工具都是基于監(jiān)測(cè)特定土壤的物理參數(shù)（如電導(dǎo)率、介電常數(shù)、溫度等）并構(gòu)建物理或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，反演土壤結(jié)構(gòu)和水分狀況等物理性質(zhì)。EMI通過發(fā)射線圈產(chǎn)生隨時(shí)間和深度變化的初級(jí)磁場(chǎng)并誘導(dǎo)出次級(jí)磁場(chǎng)，從而測(cè)定土壤表觀電導(dǎo)率并構(gòu)建其與土壤水分、鹽分、質(zhì)地等性質(zhì)定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)土壤物理性質(zhì)的反演[94]。ERT探測(cè)方法通過在土壤中插入電極（溫納或施倫貝格模式）并測(cè)定電極間電阻率的變化，構(gòu)建土壤不同維度的電阻率空間分布，并通過電阻率的地下空間分布信息可視化反演土壤物理性質(zhì)的分布[95]。GPR的原理是不同介電常數(shù)的物質(zhì)對(duì)電磁波的散射作用，通過地面記錄電磁波的散射信號(hào)，可視化判別土壤中不同物質(zhì)（如水分、巖石、根系等）的分布[96]。

3.2.3 示蹤技術(shù) 示蹤技術(shù)是追蹤物質(zhì)在“土壤-植物-大氣連續(xù)體”系統(tǒng)中遷移路徑的有效方法，在土壤物理研究中的應(yīng)用領(lǐng)域得到很大拓展。環(huán)境同位素是最為常用的示蹤劑[97]，地球化學(xué)離子[98]、稀土元素[99]、甚至溫度等環(huán)境變量[100]在一定條件下均可用于土壤物理過程示蹤。基于氫氧同位素的水分來源解析是目前最為活躍的領(lǐng)域之一，可有效解決植物耗水策略、流域徑流組分解析、壤中產(chǎn)流機(jī)制和地下水補(bǔ)給路徑等[101-102]等。稀土元素示蹤方法在闡明土壤團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)過程方面也得到發(fā)展，Peng等[103]通過利用13C同位素和稀土元素雙向標(biāo)記的方法，大幅提高回收率并成功示蹤了土壤團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)路徑及周期。室內(nèi)人為添加示蹤劑便于控制但難以模擬野外真實(shí)環(huán)境，如何將室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與野外監(jiān)測(cè)有機(jī)結(jié)合是當(dāng)前面臨的難題。此外，天然示蹤劑存在狀態(tài)受眾多因素影響，如何去除噪音準(zhǔn)確評(píng)價(jià)示蹤結(jié)果的不確定性也需要考慮。

3.3 土壤物理學(xué)與相鄰學(xué)科交叉

3.3.1 土壤物理學(xué)與生物地球化學(xué)交叉 土壤物理對(duì)生物地球化學(xué)循環(huán)具有決定性的影響。首先，土壤水是物質(zhì)輸移的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)媒介和驅(qū)動(dòng)力。物質(zhì)通過溶解于土壤水，隨著土壤水分發(fā)生側(cè)向和垂向運(yùn)移，并通過根系水分吸收而遷移到植被中；土壤含水量調(diào)控著土壤下滲率，從而決定地表產(chǎn)流和物質(zhì)遷移[104]。第二，土壤水分運(yùn)動(dòng)分布通過調(diào)控土壤氧氣含量，作用于氧化還原環(huán)境和微生物活動(dòng)，從而影響生物地球化學(xué)循環(huán)。研究表明，硝化和反硝化以及土壤異養(yǎng)呼吸等碳氮循環(huán)過程，均受到土壤含水量的調(diào)控[75]。第三，土壤溫度、質(zhì)地和容重等物理性質(zhì)，通過影響土壤生物活動(dòng)而調(diào)控生物地球化學(xué)循環(huán)。眾所周知，土壤微生物活動(dòng)對(duì)土壤物理等因子響應(yīng)敏感[105]。通過對(duì)植物根系發(fā)育產(chǎn)生影響，土壤物理性質(zhì)也會(huì)作用于元素遷移和循環(huán)。然而之前研究中，土壤物理對(duì)土壤生物地球化學(xué)循環(huán)的影響常被黑箱化處理，土壤水文模型和碳氮生物地球化學(xué)模型也存在各自的缺陷[106]。因此，土壤物理與生物地球化學(xué)交叉方向的發(fā)展，對(duì)于描述土壤物質(zhì)輸移循環(huán)機(jī)制并模擬其通量，具有重要意義。

3.3.2 土壤物理學(xué)與生態(tài)水文交叉 傳統(tǒng)土壤物理主要關(guān)注土壤特性對(duì)水分和物質(zhì)遷移等非生物過程的影響，而生態(tài)水文則以水分對(duì)生物過程的影響為出發(fā)點(diǎn)。包氣帶中水分作為連接土壤生物過程和非生物過程的介質(zhì)[107]，也因此成為了土壤物理和生態(tài)水文交叉的橋梁。植被與水分的互作關(guān)系是土壤物理與生態(tài)水文學(xué)科融合的一個(gè)成功案例，水分的時(shí)空格局影響植被的分布與群落的生態(tài)功能（生態(tài)水文），而植被又通過不同的耗水策略影響水分在土壤中的傳輸（土壤物理）。目前土壤物理的研究正由土柱和田塊尺度向流域區(qū)域尺度發(fā)展，由基礎(chǔ)研究為主向基礎(chǔ)研究和生態(tài)服務(wù)并舉發(fā)展，這為土壤物理與生態(tài)水文的融合提供了巨大動(dòng)力[108]。

3.3.3 土壤物理學(xué)與地球關(guān)鍵帶科學(xué)交叉 作為地球關(guān)鍵帶核心過程，土壤物理不僅決定著物質(zhì)和能量在土壤中的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化與遷移，也決定著地-氣界面、水-陸界面和“土壤-植被-大氣”連續(xù)體的物質(zhì)輸移循環(huán)[109]土壤物理過程具有極強(qiáng)的水文水循環(huán)效應(yīng)和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，通過調(diào)控地表關(guān)鍵要素（如蒸散發(fā)、植被水分利用、植被凈生產(chǎn)力、溫室氣體濃度、地表徑流、土壤氮素滲漏）的時(shí)空格局和演變過程，驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵帶物質(zhì)遷移與能量轉(zhuǎn)換，決定水量調(diào)節(jié)、碳氮平衡、水土保持、糧食安全、水資源利用以及全球變化應(yīng)對(duì)等生態(tài)服務(wù)功能[110-111]。然而，土壤物理過程主要側(cè)重非飽和區(qū)（滲透區(qū)），而土壤水與地下水的交換，地下水運(yùn)動(dòng)與溶質(zhì)遷移等相關(guān)研究較少。地球關(guān)鍵帶研究拓展了土壤物理學(xué)的研究范疇，強(qiáng)化了土壤物理過程在陸地表層系統(tǒng)剖面、坡面和流域等多尺度物質(zhì)運(yùn)移、循環(huán)中的重要作用。

4 我國(guó)土壤物理學(xué)主要領(lǐng)域的展望

我國(guó)土壤物理學(xué)雖然發(fā)展迅速，隊(duì)伍不斷壯大，在國(guó)際上影響力不斷提升，但是科研主要集中在少數(shù)單位，發(fā)展非常不平衡，原創(chuàng)性研究較少，在國(guó)際上領(lǐng)先的研究則更加鳳毛麟角。這有多方面的原因：其一，我國(guó)土壤物理學(xué)研究基礎(chǔ)薄弱，樹立我國(guó)土壤物理學(xué)在國(guó)際上的地位還需要一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間；其二，國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室和野外觀測(cè)科研儀器設(shè)備基本上通過購買于歐美國(guó)家來實(shí)現(xiàn)，儀器研制與開發(fā)能力差，這方面的意識(shí)也較弱，大大限制了我國(guó)學(xué)者率先使用新技術(shù)新設(shè)備開展原創(chuàng)性研究；其三，從事土壤物理學(xué)研究的學(xué)者大部分本科畢業(yè)于農(nóng)業(yè)資源與利用專業(yè)，具有較強(qiáng)的農(nóng)學(xué)知識(shí)，但是數(shù)理基礎(chǔ)不強(qiáng)，在土壤物理過程數(shù)值模擬上有突破存在一定的難度。

另一方面，我國(guó)幅員廣大，地形起伏差異大，氣候類型多樣，土壤類型和植被類型最為豐富，為我國(guó)土壤物理學(xué)發(fā)展提供了得天獨(dú)厚的資源。東北黑土退化、黃土高原侵蝕與水分承載力、華北和西北水資源匱乏與鹽漬化、青藏高原寒區(qū)水土過程、黃淮平原中低產(chǎn)田改良、南方紅壤侵蝕與季節(jié)性干旱、西南喀斯特石漠化和干旱、濱海帶鹽堿灘涂綜合治理等，這些區(qū)域特征為我國(guó)土壤物理學(xué)提供了獨(dú)特的科學(xué)問題和天然的野外研究平臺(tái)。根據(jù)前面所闡述的4個(gè)領(lǐng)域，認(rèn)為今后需要關(guān)注的研究重點(diǎn)如下：

4.1 地球關(guān)鍵帶水土過程與服務(wù)功能

關(guān)鍵帶是我們?nèi)祟惢顒?dòng)的區(qū)域，關(guān)系到人類生存與福祉，是元素生物地球化學(xué)過程最活躍的區(qū)域。土壤水作為連接各圈層的紐帶，是理解諸如入滲、蒸發(fā)蒸騰、徑流、溶質(zhì)運(yùn)移等一系列水文過程的重要狀態(tài)變量。因此，水土過程作為關(guān)鍵帶中物質(zhì)循環(huán)的主要載體，今后需要重點(diǎn)研究關(guān)鍵帶“水”與“土”過程的相互作用，關(guān)鍵帶結(jié)構(gòu)影響水文過程的幅度與通量，水文過程驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵帶巖石風(fēng)化、土壤發(fā)育和物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化。運(yùn)用新技術(shù)與新方法，解析關(guān)鍵帶水土過程與土壤生產(chǎn)力、生態(tài)環(huán)境安全等功能的互饋關(guān)系，優(yōu)化和提升關(guān)鍵帶服務(wù)功能。

4.2 土壤物理健康與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

過去長(zhǎng)期農(nóng)業(yè)高強(qiáng)度利用，重種輕養(yǎng)，化肥農(nóng)藥大量使用，重金屬抗生素等有害物質(zhì)累積等，導(dǎo)致土壤健康惡化?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)強(qiáng)調(diào)種養(yǎng)結(jié)合，休耕輪作養(yǎng)地。今后需要重點(diǎn)研究保護(hù)性耕作、糧食作物與覆蓋/固氮作物輪作、綠色有機(jī)肥等管理方式土壤物理健康提升的原理與機(jī)制，中低產(chǎn)田改良與高產(chǎn)田地力維持的機(jī)理，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成、演變與功能，土壤物理健康與作物生長(zhǎng)的耦合關(guān)系，研發(fā)與集成土壤物理健康提升的關(guān)鍵技術(shù)體系，開展培育健康土壤，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4.3 污染物遷移轉(zhuǎn)化與阻控修復(fù)

我國(guó)水體污染、土壤污染等問題非常突出。污染物既包括傳統(tǒng)的氮磷面源污染物、重金屬和有機(jī)污染物、以及病原體、納米材料、抗生素等新型污染物。從土柱尺度控制模擬到關(guān)鍵帶，小流域等尺度田間監(jiān)測(cè)模擬，今后重點(diǎn)研究自然因素和人為活動(dòng)下土壤物理性狀對(duì)污染物空間異質(zhì)性和尺度效應(yīng)的作用機(jī)制，土壤孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)污染物遷移的影響機(jī)制，研究區(qū)域尺度污染物遷移路徑、通量和溯源，建立污染物遷移轉(zhuǎn)化模型，為水體污染、土壤污染的控制與修復(fù)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

4.4 水熱鹽耦合過程與生態(tài)調(diào)控

鹽漬土是我國(guó)主要的后備耕地資源。當(dāng)前，不同氣候帶土壤鹽漬化演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制與生態(tài)調(diào)控機(jī)理是鹽漬土改良利用的核心科學(xué)問題。隨著近年來氣候變化、水資源短缺以及極端氣候頻繁，對(duì)傳統(tǒng)的飽和帶水鹽運(yùn)動(dòng)理論和水鹽調(diào)控思路提出了新的挑戰(zhàn)，今后重點(diǎn)研究非飽和帶水鹽遷移過程、驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其尺度效應(yīng)，微咸水/咸水、農(nóng)田排水等非傳統(tǒng)水資源在鹽漬土安全利用及其生態(tài)效應(yīng)，土壤水鹽運(yùn)移物理模型與尺度轉(zhuǎn)換，鹽漬化進(jìn)程對(duì)土壤功能的影響機(jī)制，耕作與工程排水控鹽技術(shù)集成等。未來鹽漬土的改良更加突出節(jié)水減肥生態(tài)低能耗。

總而言之，基于我國(guó)人口眾多，資源匱乏的基本國(guó)情，未來糧食安全與生態(tài)環(huán)境安全仍然十分嚴(yán)峻。土壤物理學(xué)充分發(fā)揮自身學(xué)科優(yōu)勢(shì)，積極參與我國(guó)“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略和“綠水青山就是金山銀山”生態(tài)文明建設(shè)，服務(wù)國(guó)家需求，聚焦學(xué)科前沿，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人類福祉貢獻(xiàn)力量。

［ 1 ］ Li B G，Ren T S，Liu G，et al. Soil physics：Present and future[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences，2015，30（Z1）：78—90. [李保國(guó)，任圖生，劉剛，等. 土壤物理學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 中國(guó)科學(xué)院院刊，2015，30（Z1）：78—90.]

［ 2 ］ Jury W A，Or D，Pachepsky Y，et al. Kirkham’s legacy and contemporary challenges in soil physics research[J]. Soil Science Society of America Journal，2011，75（5）：1589—1601.

［ 3 ］ Song C Q. Advances in the frontiers of soil sciences[M]. Beijing：The Commercial Press，2016. [宋長(zhǎng)青. 土壤學(xué)若干前沿領(lǐng)域研究進(jìn)展[M]. 北京：商務(wù)印書館，2016.]

［ 4 ］ Vanderlinden K，Vereecken H，Hardelauf H，et al. Temporal stability of soil water contents：A review of data and analyses[J]. Vadose Zone Journal，2012，11（4）：vzj2011.0178.

［ 5 ］ Bachmair S，Weiler M，Troch P A. Intercomparing hillslope hydrological dynamics：Spatio-temporal variability and vegetation cover effects[J]. Water Resources Research，2012，48（5）：w05537，https：//doi.org/10.1029/2011wr011196.

［ 6 ］ Jiang N，Shao M A，Hu W，et al. Characteristics of water circulation and balance of typical vegetations at plot scale on the Loess plateau of China[J]. Environmental Earth Sciences，2013，70（1）：157—166.

［ 7 ］ Li X Y. Mechanism of coupling，response and adaptation between soil，vegetation and hydrology in arid and semiarid regions [J]. Scientia Sinica（Terrae），2011，41（12）：1721—1730. [李小雁. 干旱地區(qū)土壤-植被-水文耦合、響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制[J]. 中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，2011，41（12）：1721—1730.]

［ 8 ］ Joshi C，Mohanty B P. Physical controls of near-surface soil moisture across varying spatial scales in an agricultural landscape during SMEX02[J]. Water Resources Research，2010，46（12）：. https：//doi.org/10.1029/2010wr009152.

［ 9 ］ Wang Y Q，Shao M A，Liu Z P. Large-scale spatial variability of dried soil layers and related factors across the entire Loess Plateau of China[J]. Geoderma，2010，159（1/2）：99—108.

［ 10 ］ Guillod B P，Orlowsky B，Miralles D G，et al. Reconciling spatial and temporal soil moisture effects on afternoon rainfall[J]. Nature Communications，2015，6：6443.

［ 11 ］ Scanlon B R，Zhang Z Z，Save H，et al. Global models underestimate large decadal declining and rising water storage trends relative to GRACE satellite data[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2018，115（6）：E1080-E1089. https：//doi.org/10.1073/pnas.1704665115.

［ 12 ］ Tahir M，Lü Y，Gao L，et al. Soil water dynamics and availability forand peanut along a hillslope at the Sunjia Red Soil Critical Zone Observatory（CZO）[J]. Soil and Tillage Research，2016，163：110—118.

［ 13 ］ Zhang C，Chen H S，Nie Y P，et al. Dynamics of soil profile water content in peak-cluster depression areas in Karst region[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture，2013，21（10）：1225—1232. [張川，陳洪松，聶云鵬，等. 喀斯特地區(qū)洼地剖面土壤含水率的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，21（10）：1225—1232.]

［ 14 ］ Zhang Y H，Zhang M X，Niu J Z，et al. Rock fragments and soil hydrological processes：Significance and progress[J]. Catena，2016，147：153—166.

［ 15 ］ Green T R，Erskine R H. Measurement and inference of profile soil-water dynamics at different hillslope positions in a semiarid agricultural watershed[J]. Water Resources Research，2011，47（12）：1—16. https：//doi. org/10.1029/2010wr010074.

［ 16 ］ Wang Y Q，Shao M A，Hu W，et al. Spatial variations of soil water content in the critical zone of the Chinese loess plateau[J]. Earth and Environment，2016，44（4）：391—397. [王云強(qiáng)，邵明安，胡偉，等. 黃土高原關(guān)鍵帶土壤水分空間分異特征[J]. 地球與環(huán)境，2016，44（4）：391—397.]

［ 17 ］ Liu Y L，Pan Z H，Zhuang Q L，et al. Agriculture intensifies soil moisture decline in Northern China[J]. Scientific Reports，2015，5：11261.

［ 18 ］ Zhu Y J，Jia X X，Qiao J B，et al. Capacity and distribution of water stored in the vadose zone of the Chinese loess plateau[J]. Vadose Zone Journal，2019，18（1）：180203.

［ 19 ］ McColl K A，Alemohammad S H，Akbar R，et al. The global distribution and dynamics of surface soil moisture[J]. Nature Geoscience，2017，10（2）：100—104.

［ 20 ］ Mohanty B P，Cosh M，Lakshmi V，et al. Remote sensing for vadose zone hydrology-A synthesis from the vantage point[J]. Vadose Zone Journal，2013，12（3）：vzj2013.07.0128.

［ 21 ］ Gao L，Peng X H，Biswas A. Temporal instability of soil moisture at a hillslope scale under subtropical hydroclimatic conditions[J]. Catena，2020，187：104362.

［ 22 ］ Jia X X，Shao M G，Wei X R，et al. Hillslope scale temporal stability of soil water storage in diverse soil layers[J]. Journal of Hydrology，2013，498：254—264.

［ 23 ］ Li X Z，Xu X L，Liu W，et al. Similarity of the temporal pattern of soil moisture across soil profile in Karst catchments of southwestern China[J]. Journal of Hydrology，2017，555：659—669.

［ 24 ］ Zhu X C，Shao M A，Jia X X，et al. Application of temporal stability analysis in depth-scaling estimated soil water content by cosmic-ray neutron probe on the northern Tibetan Plateau[J]. Journal of Hydrology，2017，546：299—308.

［ 25 ］ Li X D，Shao M G，Zhao C L，et al. Spatial variability of soil water content and related factors across the Hexi Corridor of China[J]. Journal of Arid Land，2019，11（1）：123—134.

［ 26 ］ Peng L，Su C J，Xu Y，et al. Research progress on the problems of scale in hydrology and hydrologic scaling[J]. Journal of Northwest Forestry University，2007，22（3）：179—184. [彭立，蘇春江，徐云，等. 水文尺度問題及尺度轉(zhuǎn)換研究進(jìn)展[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，22（3）：179—184.]

［ 27 ］ Jia X X，Shao M G，Zhang C C，et al. Regional temporal persistence of dried soil layer along south–north transect of the Loess Plateau，China[J]. Journal of Hydrology，2015，528：152—160.

［ 28 ］ Reitsma K D，Schumacher T E，Clay D E. Soil quality[M].//Alternative Practices for Agronomic Nutrient and Pest Management in South Dakota. South Dakota State：Darrell Deneke，2011：1—8.

［ 29 ］ Doran J W，Zeiss M R. Soil health and sustainability：Managing the biotic component of soil quality[J]. Applied Soil Ecology，2000，15（1）：3—11.

［ 30 ］ https：//www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/main/soils/ health/

［ 31 ］ Dexter A R. Soil physical quality：Part I. Theory，effects of soil texture，density，and organic matter，and effects on root growth. Geoderma，2004，120（3/4）：201—214.

［ 32 ］ Peng X H，Horn R，Hallett P. Soil structure and its functions in ecosystems：Phase matter & scale matter[J]. Soil and Tillage Research，2015，146：1—3.

［ 33 ］ Chen G H，Weil R R. Root growth and yield of maize as affected by soil compaction and cover crops[J]. Soil and Tillage Research，2011，117：17—27.

［ 34 ］ Hamza M A，Anderson W K. Soil compaction in cropping systems[J]. Soil and Tillage Research，2005，82（2）：121—145.

［ 35 ］ Whalley W R，Watts C W，Gregory A S，et al. The effect of soil strength on the yield of wheat[J]. Plant and Soil，2008，306（1/2）：237—247.

［ 36 ］ Six J，Bossuyt H，Degryze S，et al. A history of research on the link between（micro）aggregates，soil biota，and soil organic matter dynamics[J]. Soil and Tillage Research，2004，79（1）：7—31.

［ 37 ］ Sinha N K，Chopra U K，Singh A K，et al. Soil physical quality as affected by management practices under maize–wheat system[J]. National Academy Science Letters，2014，37（1）：13—18.

［ 38 ］ da Silva A P，Kay B D，Perfect E. Characterization of the least limiting water range of soils[J]. Soil Science Society of America Journal，1994，58（6）：1775—1781.

［ 39 ］ Benjamin J G，Nielsen D C，Vigil M F. Quantifying effects of soil conditions on plant growth and crop production[J]. Geoderma，2003，116（1/2）：137—148.

［ 40 ］ Safadoust A，F(xiàn)eizee P，Mahboubi A A，et al. Least limiting water range as affected by soil texture and cropping system[J]. Agricultural Water Management，2014，136：34—41.

［ 41 ］ Rabot E，Wiesmeier M，Schlüter S，et al. Soil structure as an indicator of soil functions：A review[J]. Geoderma，2018，314：122—137.

［ 42 ］ Luo L F，Lin H，Schmidt J. Quantitative relationships between soil macropore characteristics and preferential flow and transport[J]. Soil Science Society of America Journal，2010，74（6）：1929—1937.

［ 43 ］ Zhang Z B，Liu K L，Zhou H，et al. Linking saturated hydraulic conductivity and air permeability to the characteristics of biopores derived from X-ray computed tomography[J]. Journal of Hydrology，2019，571：1—10.

［ 44 ］ Alvarez R，Steinbach H S. A review of the effects of tillage systems on some soil physical properties，water content，nitrate availability and crops yield in the Argentine Pampas[J]. Soil and Tillage Research，2009，104（1）：1—15.

［ 45 ］ West T O，Post W M. Soil organic carbon sequestration rates by tillage and crop rotation[J]. Soil Science Society of America Journal，2002，66（6）：1930—1946.

［ 46 ］ Gao W D，Whalley W R，Tian Z C，et al. A simple model to predict soil penetrometer resistance as a function of density，drying and depth in the field[J]. Soil and Tillage Research，2016，155：190—198.

［ 47 ］ Blanco-Canqui H，Ruis S J. No-tillage and soil physical environment[J]. Geoderma，2018，326：164—200.

［ 48 ］ Pittelkow C M，Liang X Q，Linquist B A，et al. Productivity limits and potentials of the principles of conservation agriculture[J]. Nature，2015，517（7534）：365—368.

［ 49 ］ Schneider F，Don A，Hennings I，et al. The effect of deep tillage on crop yield – What do we really know?[J]. Soil and Tillage Research，2017，174：193—204.

［ 50 ］ Yang J S，Yao R J，Management and efficient agricultural utilization of salt-affected soil in China[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences，2015，30（Z1）：162—170. [楊勁松，姚榮江. 我國(guó)鹽堿地的治理與農(nóng)業(yè)高效利用[J]. 中國(guó)科學(xué)院院刊，2015，30（Z1）：162—170.]

［ 51 ］ Nassar I N，Horton R，Globus A M. Simultaneous transfer of heat，water，and solute in porous media：II. experiment and analysis[J]. Soil Science Society of America Journal，1992，56（5）：1357—1365.

［ 52 ］ Wan L X，Tian J C，Zheng Y Y，et al. Advance of research on theory and model of coupling transportation of water，heat and salt in soil[J]. Water Saving Irrigation，2007（3）：22—25. [萬良興，田軍倉，鄭艷艷，等. 土壤中水、熱、鹽耦合運(yùn)移機(jī)理與模型的研究進(jìn)展[J]. 節(jié)水灌溉，2007（3）：22—25.]

［ 53 ］ Guo K，Liu X J. Effect of initial soil water content and bulk density on the infiltration and desalination of melting saline ice water in coastal saline soil[J]. European Journal of Soil Science，2019，70（6）：1249—1266.

［ 54 ］ Jafari-Talukolaee M，Ritzema H，Darzi-Naftchali A，et al. Subsurface drainage to enable the cultivation of winter crops in consolidated paddy fields in northern Iran[J]. Sustainability，2016，8（3）：249.

［ 55 ］ Darzi-Naftchali A，Shahnazari A. Influence of subsurface drainage on the productivity of poorly drained paddy fields[J]. European Journal of Agronomy，2014，56：1—8.

［ 56 ］ Sastre-Conde I，Lobo M C，Beltrán-Hernández R I，et al. Remediation of saline soils by a two-step process：Washing and amendment with sludge[J]. Geoderma，2015，247/248：140—150.

［ 57 ］ Devkota M，Martius C，Gupta R K，et al. Managing soil salinity with permanent bed planting in irrigated production systems in Central Asia[J]. Agriculture，Ecosystems & Environment，2015，202：90—97.

［ 58 ］ Lei H J，Zang M，Zhang Z H，et al. Impact of working pressure and surfactant concentration on air-water transmission in drip irrigation tape under cycle aeration[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2014，30（22）：63—69. [雷宏軍，臧明，張振華，等. 循環(huán)曝氣壓力與活性劑濃度對(duì)滴灌帶水氣傳輸?shù)挠绊慬J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30（22）：63—69.]

［ 59 ］ Zhang B. Study on the technology in efficiently improving the northern coastal saline soil[D]. Beijing：Beijing Forestry University，2013. [張博. 北方濱海鹽土高效改良技術(shù)研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué)，2013.]

［ 60 ］ ?imunek J，van Genuchten M T. Contaminant transport in the unsaturated zone[M]//The Handbook of Groundwater Engineering，2nded. Boca Raton，State of Florida：CRC Press，2006：22-1-22-46.

［ 61 ］ Beven K J. Preferential flows and travel time distributions：Defining adequate hypothesis tests for hydrological process models[J]. Hydrological Processes，2010，24（12）：1537—1547.

［ 62 ］ Yao R J，Yang J S，Zheng F L，et al. Estimation of soil salinity by assimilating apparent electrical conductivity data into HYDRUS model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2019，35（13）：91—101. [姚榮江，楊勁松，鄭復(fù)樂，等. 基于表觀電導(dǎo)率和Hydrus模型同化的土壤鹽分估算[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35（13）：91—101.]

［ 63 ］ Qi Z J，F(xiàn)eng H，Zhao Y，et al. Spatial distribution and simulation of soil moisture and salinity under mulched drip irrigation combined with tillage in an arid saline irrigation district，northwest China[J]. Agricultural Water Management，2018，201：219—231.

［ 64 ］ Lu X H，Li R P，Shi H B，et al. Successive simulations of soil water-heat-salt transport in one whole year of agriculture after different mulching treatments and autumn irrigation[J]. Geoderma，2019，344：99—107.

［ 65 ］ Wang D Y，Liu J K，Li X. Numerical simulation of coupled water and salt transfer in soil and a case study of the expansion of subgrade composed by saline soil[J]. Procedia Engineering，2016，143：315—322.

［ 66 ］ Jiao H Q，Sheng Y，Zhao C Y，et al. Modeling of multiple ions coupling transport for salinized soil in oasis based on COMSOL[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2018，34（15）：100—107. [焦會(huì)青，盛鈺，趙成義，等. 基于COMSOL軟件的綠洲鹽漬化土壤中多離子耦合運(yùn)移模型構(gòu)建[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34（15）：100—107.]

［ 67 ］ Beyer M，Koeniger P，Gaj M，et al. A deuterium-based labeling technique for the investigation of rooting depths，water uptake dynamics and unsaturated zone water transport in semiarid environments[J]. Journal of Hydrology，2016，533：627—643.

［ 68 ］ Kersting A B，Efurd D W，F(xiàn)innegan D L，et al. Migration of Plutonium in ground water at the Nevada Test Site[J]. Nature，1999，397（6714）：56—59.

［ 69 ］ Dai C M，Shen H，Duan Y P，et al. Review on the transportation of nanomaterials in soil and groundwater environment[J]. Journal of Water Resources and Water Engineering，2018，29（3）：236—242，248. [代朝猛，沈暉，段艷平，等. 土壤和地下水環(huán)境中納米材料遷移的研究進(jìn)展[J]. 水資源與水工程學(xué)報(bào)，2018，29（3）：236—242，248.]

［ 70 ］ Yue Z K，Zhou Q X. Application of nanomaterials to remediation of soil contaminated by organic pollutants：A review[J]. Journal of Agro-Environment Science，2017，36（10）：1929—1937. [岳宗愷，周啟星. 納米材料在有機(jī)污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用與展望[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2017，36（10）：1929—1937.]

［ 71 ］ Zhang N，Li M，Liu X. Distribution and transformation of antibiotic resistance genes in Soil[J]. China Environmental Science，2018，38（7）：2609—2617. [張寧，李淼，劉翔. 土壤中抗生素抗性基因的分布及遷移轉(zhuǎn)化[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2018，38（7）：2609—2617.]

［ 72 ］ Rong Q，Luo D Y，Bian P Y，et al. The research progress on migration and transformation of chromium in soil[J]. Sichuan Environment，2018，37（2）：156—160. [容群，羅棟源，邊鵬洋，等. 土壤中鉻的遷移轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展[J]. 四川環(huán)境，2018，37（2）：156—160.]

［ 73 ］ Yang J W，Tang G M，Li R Z，et al. Loss of nitrogen and phosphorus from soil and surface water in flooded cropland[J]. Journal of Irrigation and Drainage，2018，37（12）：71—77. [楊繼偉，湯廣民，李如忠，等. 受淹農(nóng)田土壤-上覆水氮磷遷移特征模擬研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2018，37（12）：71—77.]

［ 74 ］ Gao X，Zhang T Y. Research progress of nitrogen leaching and control methods in farmland soil[J]. Agricultural Engineering，2019，9（3）：99—103. [高薪，張婷瑜. 農(nóng)田土壤氮素淋失阻控方法研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程，2019，9（3）：99—103.]

［ 75 ］ Zhu Q，Castellano M J，Yang G S. Coupling soil water processes and the nitrogen cycle across spatial scales：Potentials，bottlenecks and solutions[J]. Earth-Science Reviews，2018，187：248—258.

［ 76 ］ Mo M H，Tu A G，Song Y J. A review of nitrogen transportation response to soil hydrological processes in slope land[J]. Environmental Science Survey，2017，36（6）：1—4. [莫明浩，涂安國(guó)，宋月君. 坡地氮素輸移特征及其對(duì)土壤水文過程響應(yīng)研究述評(píng)[J]. 環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2017，36（6）：1—4.]

［ 77 ］ Shen C Y，Jin Y，Zhuang J，et al. Role and importance of surface heterogeneities in transport of particles in saturated porous media[J]. Critical Reviews in Environmental Science and Technology，2020，50（3）：244—329.

［ 78 ］ Zhang S L，Shi X J，Guo T. Dynamic change of phosphorus leaching of neutral purple soil at different Re-wetting rate[J]. Chinese Journal of Environmental Science，2014，35（3）：1111—1118. [張思蘭，石孝均，郭濤. 不同土壤濕潤(rùn)速率下中性紫色土磷素淋溶的動(dòng)態(tài)變化[J]. 環(huán)境科學(xué)，2014，35（3）：1111—1118.]

［ 79 ］ Cao R X，Liu J，Deng K K，et al. Characteristics of nitrogen and phosphorus losses and runoff in a typical purple soil watershed in the Three Gorges reservoir area[J]. Environmental Science，2019，40（12）：5330—5339. [曹瑞霞，劉京，鄧開開，等. 三峽庫區(qū)典型紫色土小流域徑流及氮磷流失特征[J]. 環(huán)境科學(xué)，2019，40（12）：5330—5339.]

［ 80 ］ Hu M P，Liu Y M，Zhang Y F，et al. Coupling stable isotopes and water chemistry to assess the role of hydrological and biogeochemical processes on riverine nitrogen sources[J]. Water Research，2019，150：418—430.

［ 81 ］ Wu J S，Li Y，Li Y Y，et al. Controlling mechanisms and technology demonstrations of agricultural non-point source pollution in subtropical catchments[J]. Research of Agricultural Modernization，2018，39（6）：1009—1019. [吳金水，李勇，李裕元，等. 劉濟(jì).亞熱帶區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染流域源頭防控機(jī)理與技術(shù)示范[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2018，39（6）：1009—1019.]

［ 82 ］ Wang S Q，Wei S C，Liang H Y，et al. Nitrogen stock and leaching rates in a thick vadose zone below areas of long-term nitrogen fertilizer application in the North China Plain：A future groundwater quality threat[J]. Journal of Hydrology，2019，576：28—40.

［ 83 ］ Chen D J，Shen H，Hu M P，et al. Legacy nutrient dynamics at the watershed scale：Principles，modeling，and implications[M]//Advances in Agronomy.America：Elsevier，2018：237—313.

［ 84 ］ Gao Y，Yu G R. Biogeochemical cycle and its hydrological coupling processes and associative controlling mechanism in a watershed[J]. Acta Geographica Sinica，2018，73（7）：1381—1393. [高揚(yáng)，于貴瑞. 流域生物地球化學(xué)循環(huán)與水文耦合過程及其調(diào)控機(jī)制[J]. 地理學(xué)報(bào)，2018，73（7）：1381—1393.]

［ 85 ］ Lai X M，Liao K H，Zhu Q，et al. Feature analysis of soil water leakage and leaching of nitrogen and phosphorus in the typical farmland of Taihu lake basin based on Hydrus-1D model[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin，2015，24（9）：1491—1498. [賴曉明，廖凱華，朱青，等. 基于Hydrus-1D模型的太湖流域農(nóng)田系統(tǒng)水分滲漏和氮磷淋失特征分析[J]. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2015，24（9）：1491—1498.]

［ 86 ］ Li L F，Zhang J Q，Li J M，et al. Study of real-time prediction of soil nitrate transport and transformation based on ensemble Kalman filter[J]. Engineering Journal of Wuhan University，2018，51（10）：868—875. [李龍飛，張嘉琪，李金敏，等. 基于集合卡爾曼濾波的土壤硝態(tài)氮遷移轉(zhuǎn)化實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法研究[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2018，51（10）：868—875.]

［ 87 ］ Bultreys T，de Boever W，Cnudde V. Imaging and image-based fluid transport modeling at the pore scale in geological materials：A practical introduction to the current state-of-the-art[J]. Earth-Science Reviews，2016，155：93—128.

［ 88 ］ Shen C P. A transdisciplinary review of deep learning research and its relevance for water resources scientists[J]. Water Resources Research，2018，54（11）：8558—8593.

［ 89 ］ Petrovic A M，Siebert J E，Rieke P E. Soil bulk density analysis in three dimensions by computed tomographic scanning[J]. Soil Science Society of America Journal，1982，46（3）：445—450.

［ 90 ］ Helliwell J R，Sturrock C J，Grayling K M，et al. Applications of X-ray computed tomography for examining biophysical interactions and structural development in soil systems：A review[J]. European Journal of Soil Science，2013，64（3）：279—297.

［ 91 ］ Zhou H，Peng X H，Perfect E，et al. Effects of organic and inorganic fertilization on soil aggregation in an Ultisol as characterized by synchrotron based X-ray micro-computed tomography[J]. Geoderma，2013，195/196：23—30.

［ 92 ］ Tracy S R，Black C R，Roberts J A，et al. Quantifying the effect of soil compaction on three varieties of wheat（L.）using X-ray Micro Computed Tomography（CT）[J]. Plant and Soil，2012，353（1/2）：195—208.

［ 93 ］ Bottinelli N，Zhou H，Capowiez Y，et al. Earthworm burrowing activity of two non-Lumbricidae earthworm species incubated in soils with contrasting organic carbon content（Vertisol vs. Ultisol）[J]. Biology and Fertility of Soils，2017，53（8）：951—955.

［ 94 ］ Zhu Q，Lin H，Doolittle J. Repeated electromagnetic induction surveys for determining subsurface hydrologic dynamics in an agricultural landscape[J]. Soil Science Society of America Journal，2010，74（5）：1750—1762.

［ 95 ］ Vereecken H，Huisman J A，Hendricks Franssen H J，et al. Soil hydrology：Recent methodological advances，challenges，and perspectives[J]. Water Resources Research，2015，51（4）：2616—2633.

［ 96 ］ Guo L，Chen J，Lin H. Subsurface lateral preferential flow network revealed by time-lapse ground-penetrating radar in a hillslope[J]. Water Resources Research，2014，50（12）：9127—9147.

［ 97 ］ Gu W Z. Isotope hydrology[M]. Beijing：Science Press，2011. [顧慰祖. 同位素水文學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2011.]

［ 98 ］ Lü Y，Gao L，Geris J，et al. Assessment of water sources and their contributions to streamflow by end-member mixing analysis in a subtropical mixed agricultural catchment[J]. Agricultural Water Management，2018，203：411—422.

［ 99 ］ Morris E K，Morris D J P，Vogt S，et al. Visualizing the dynamics of soil aggregation as affected by arbuscular mycorrhizal fungi[J]. The ISME Journal，2019，13（7）：1639—1646.

［ 100 ］Huo S Y，Jin M G，Zhu C K，et al. Estimating stable infiltration recharge rate by temperature tracer method[J]. Journal of Hydraulic Engineering，2019，50（6）：761—772. [霍思遠(yuǎn)，靳孟貴，朱常坤，等. 運(yùn)用溫度示蹤法確定穩(wěn)定入滲補(bǔ)給速率[J]. 水利學(xué)報(bào)，2019，50（6）：761—772.]

［ 101 ］Penna D，Geris J，Hopp L，et al. Water sources for root water uptake：Using stable isotopes of hydrogen and oxygen as a research tool in agricultural and agroforestry systems[J]. Agriculture，Ecosystems & Environment，2020，291：106790.

［ 102 ］Zhao P，Tang X Y，Zhao P，et al. Identifying the water source for subsurface flow with deuterium and oxygen-18 isotopes of soil water collected from tension lysimeters and cores[J]. Journal of Hydrology，2013，503：1—10.

［ 103 ］Peng X H，Zhu Q H，Zhang Z B，et al. Combined turnover of carbon and soil aggregates using rare earth oxides and isotopically labelled carbon as tracers[J]. Soil Biology and Biochemistry，2017，109：81—94.

［ 104 ］Li X Y，Contreras S，Solé-Benet A，et al. Controls of infiltration–runoff processes in Mediterranean Karst rangelands in SE Spain[J]. Catena，2011，86（2）：98—109.

［ 105 ］H?rtnagl L，Barthel M，Buchmann N，et al. Greenhouse gas fluxes over managed grasslands in Central Europe[J]. Global Change Biology，2018，24（5）：1843—1872.

［ 106 ］Zhu Q，Liao K H，Lai X M，et al. A review of soil water monitoring and modelling across spatial scales in the watershed[J]. Progress in Geography，2019，38（8）：1150—1158. [朱青，廖凱華，賴曉明，等. 流域多尺度土壤水分監(jiān)測(cè)與模擬研究進(jìn)展[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展，2019，38（8）：1150—1158.]

［ 107 ］Banwart S，Bernasconi S M，Bloem J，et al. Soil processes and functions in critical zone observatories：hypotheses and experimental design[J]. Vadose Zone Journal，2011，10（3）：974—987

［ 108 ］Vereecken H，Schnepf A，Hopmans J W，et al. Modeling soil processes：Review，key challenges，and new perspectives[J]. Vadose Zone Journal，2016，15（5）：vzj2015.09.0131.

［ 109 ］Guo L，Lin H. Critical zone research and observatories：Current status and future perspectives[J]. Vadose Zone Journal，2016，15（9）：vzj2016.06.0050.

［ 110 ］Hatfield J L，Sauer T J，Cruse R M. Soil[M]//Advances in Agronomy.America：Elsevier，2017：1—46.

［ 111 ］Shang J Y，Zhu Q，Zhang W. Advancing soil physics for securing food，water，soil and ecosystem services[J]. Vadose Zone Journal，2018，17（1）：180207.

Some Key Research Fields of Chinese Soil Physics in the New Era：Progresses and Perspectives

PENG Xinhua1, WANG Yunqiang2, JIA Xiaoxu3, GAO Weida4, ZHANG Zhongbin1, YAO Rongjiang1, ZHAO Ying5, SHEN Chongyang4, CHEN Dingjiang6, ZHU Qing7, GAO Lei1

(1. State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, CAS,Nanjing 210008, China;2. Institute of Earth Environment, CAS, Xi’an, 710061, China; 3. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101,China; 4. College of Land Science and Techology,China Agricultural University, Beijing 100083,China; 5. School of Resources and Environmental Engineering, Ludong University, Yantai, Shandong 264025, China; 6. College of Environmental and Resource Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058,China; 7. Institute of Geography and Limnology, CAS, Nanjing 210008,China)

In the recent 20 years, soil physics in China has developed fast, and contributed the papers published in high-reputed international journals from 5% up to 30%. These researches mainly focus on soil hydrological processes and scaling transform, soil physical quality and sustainable agriculture, water-heat-salt transport and ecological regulation, contaminants transport and numeric modeling. This paper reviewed the state of the art of these four fields, and pointed out knowledge gaps and future perspectives. These developments result not only from national demands, applications of new technology and methodology, but also from the integration and convergence of multi-disciplines. Although soil physics in China has made a great achievement, she faces the shortage of original researches and the weakness of instrument development. One the other hand, she has many opportunities to develop further as solving the requirements from food security and ecological environment security.

Soil physical quality; Soil hydrological process; Contaminant transport; Soil salinization; Model simulation

S152.4

A

10.11766/trxb202002280077

彭新華，王云強(qiáng)，賈小旭，高偉達(dá)，張中彬，姚榮江，趙英，沈重陽，陳丁江，朱青，高磊. 新時(shí)代中國(guó)土壤物理學(xué)主要領(lǐng)域進(jìn)展與展望[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2020，57（5）：1071–1087.

PENG Xinhua，WANG Yunqiang，JIA Xiaoxu，GAO Weida，ZHANG Zhongbin，YAO Rongjiang，ZHAO Ying，SHEN Chongyang，CHEN Dingjiang，ZHU Qing，GAO Lei. Some Key Research Fields of Chinese Soil Physics in the New Era：Progresses and Perspectives [J]. Acta Pedologica Sinica，2020，57（5）：1071–1087.

* 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41725004）Supported by the National Natural Science Foundation of China（No. 41725004）

彭新華（1972—），男，湖南茶陵人，博士，研究員，研究方向：土壤物理與水文過程。E-mail：xhpeng@issas.ac.cn

2020–02–28；

2020–04–29；

網(wǎng)絡(luò)首發(fā)日期（www.cnki.net）：2020–05–07

（責(zé)任編輯：檀滿枝）