【研究】国内外土壤科学近30年发展过程深度解析

  2.1主要以农田土壤为对象，以农业生产为目标的应用基础研究时期(1986—1995年)

  1986—1995年国际文献计量网络图谱中聚成了6个相对独立的研究聚类圈(图1)，聚类圈之间相对离散。根据圈中的高频关键词可归纳为土壤肥力、营养元素、土壤矿物、土壤氮素、生物固氮5个方面;其中有三个聚类圈均与土壤氮素研究有关，但它们所关注的内容不同。

  在聚类圈内出现了玉米、小麦、大麦、大豆等作物高频关键词，说明该时期的土壤科学主要是围绕大田作物开展的氮、磷、钾等大量营养元素的研究，其中又以土壤氮循环为核心。

  此外，土壤根际也是研究热点，研究涉及营养元素有效性与土壤根际微域环境间的关系。可见，该时期是以土壤肥力主导的农田土壤学研究。

  土壤氮循环研究大多分布在在生物固氮和氮的形态转化。文献计量网络图谱显示生物固氮领域主要以豆科植物与根瘤菌共生固氮为主，从基因和分子水平上开展固氮酶的结构、催化机制的研究。

  农田土壤氮素循环主要以小麦、大麦和大豆为研究载体，利用同位素15N标记技术，集中开展氮的形态转化研。在明确土壤氮素循环方式及其影响因素的基础上，建立反硝化作用的随机模型和与氨挥发的逻辑经验模型，预测氮素的动态循环过程，探讨农田土壤ECO中氮素在大气-作物-土壤循环中的关键过程。

  土壤矿物聚类圈中主要围绕高岭石、蒙脱石和伊利石等矿物，利用X射线衍射(XRD)和电子显微镜(EM)等技术，建立了一套完善的次生黏土矿物鉴定与半定量分析方法，研究了土壤形成过程中矿物的演化特点，探讨了土壤组分对重金属、表面活性剂等的吸附解吸过程。

  2.2以农田和自然土壤为对象，土壤关键过程与土壤肥力并重的研究时期(1996—2005年)

  1996—2005年国际文献计量图谱呈网状，可将年轮圈大致分成4个聚类圈，分别为土壤养分、土壤有机碳与全球变化、土壤物理与侵蚀、土壤重金属的化学行为(图2)。

  与前10年相比，此阶段国际土壤科学研究前20的高频词中与氮、磷有关的土壤肥力关键词频次进一步增加，在这20年间养分循环与高效利用始终是研究重点。

  同时在前20的高频词中出现了erosion、tillage、heavymetal、nitrousoxide、adsorption、arbuscularmycorrhiza、leaching、soilquality等关键词(表1)，意味着国际土壤科学开始关注水土流失、土壤污染、温室气体排放等生态环境问题，研究重点由土壤肥力主导的农田土壤学研究转向以生态环境为核心的问题导向研究。

  在土壤有机碳与全球变化的聚类圈中，以土壤生物驱动的土壤有机碳转化与固定成为主要研究内容，建立了农田、草地、湿地、林地等陆地ECO碳氮动态过程的系列模型;农业土壤有机碳库的变化及其对陆地生态系统和大气CO2、CH4、N2O的源汇效应受到重视，西方国家已将固碳农业作为环境管理的导向，如美国的“Carbonbank”计划。

  文献计量图谱显示土壤侵蚀研究中，土壤结构、团聚体稳定性、土壤容重、土壤耕作等直接或间接反映土壤物理性状的指标与土壤侵蚀关系的研究明显加强，土壤养分与土壤物理的交叉增多。

  土壤侵蚀模型研究得到加快速度进行发展，构建和完善了诸如USLE、RUSLE等经验模型、以及EUROSEM、WEPP、GUEST等过程模型。

  这一时期重点开展了镉、铜、锌等重金属在土壤组分上的静态吸附行为研究，结合表面光谱技术分析了重金属元素的表面配位、化学形态，开发了系列机理量化模型，加深了对金属离子在环境中行为的理解。

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