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原名：SoilscienceresearchprioritiesintheUnitedStates
譯名：美國土壤科學(xué)研究重點
原文DOI：
https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2022.e00526
發(fā)表期刊：GeodermaRegional
發(fā)表年份：2022年
通訊作者：CraigRasmussen
通訊作者單位：DepartmentofEnvironmentalScience,TheUniversityofArizona,UnitedStatesofAmerica
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亮點
①了解促進土壤保持和可持續(xù)性的土壤物理和生物地球化學(xué)過程之間的相互作用。
②量化土壤特性和生物地球化學(xué)循環(huán)的時空模式。
③開發(fā)有彈性和可持續(xù)的管理系統(tǒng)以應(yīng)對氣候變化。
④測量和建模以更好地了解土壤特性和功能。
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文章簡介
美國農(nóng)業(yè)部國家糧食和農(nóng)業(yè)研究所(NIFA)和自然資源保護局、國家科學(xué)基金會(NSF)、能源部、環(huán)境保護署、國家環(huán)境健康科學(xué)研究所，以及食品和農(nóng)業(yè)研究基金會、土壤健康研究所和美國土壤科學(xué)學(xué)會等非營利組織。研究重點分為i)土壤健康和可持續(xù)性等大類,ii)土壤特性和過程的時空模式，iii)氣候變化，以及iv)土壤監(jiān)測、測量和建模。這些研究重點交叉和重疊，并在這里組織，以最好地反映美國當(dāng)前的研究資助結(jié)構(gòu)。應(yīng)該指出的是，目前，沒有一項聯(lián)邦計劃將土壤研究作為其主要重點領(lǐng)域。主要聯(lián)邦機構(gòu)內(nèi)缺乏重點項目領(lǐng)域可能降低了土壤研究的重要性。此外，與地球系統(tǒng)科學(xué)的其他領(lǐng)域一樣，美國土壤科學(xué)界正在考慮到學(xué)術(shù)界持續(xù)缺乏多樣性和包容性，正在積極尋求解決方案，以解決歷史上在獲取資源方面的不平等問題。
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土壤健康和可持續(xù)性
盡管人們擔(dān)心土壤健康一詞的隱喻性質(zhì)以及在不同系統(tǒng)之間缺乏明確和一致的數(shù)字衡量標準，但土壤健康的概念在聯(lián)邦、州和私人資助機構(gòu)中幾乎無處不在。雖然普遍應(yīng)用于生產(chǎn)性農(nóng)業(yè)，但土壤健康概念也已應(yīng)用于污染土壤的管理和土壤修復(fù)。常見的土壤健康研究重點包括：
①發(fā)展對表征土壤功能的土壤物理和生物地球化學(xué)相互作用和過程的基本和應(yīng)用理解;
②優(yōu)化管理實踐，以維持和加強養(yǎng)分、水和生物資源的供應(yīng)和保留，同時限制風(fēng)蝕和水蝕以及污染物徑流等負面影響;
③了解土壤管理、土壤微生物組、人類健康和人與土壤相互作用之間的聯(lián)系;
④開發(fā)用于測試和修復(fù)受污染土壤和沉積物的創(chuàng)新工具，并最大限度地減少污染物暴露途徑，例如干擾和粉塵產(chǎn)生;
⑤了解養(yǎng)分、病原體和新出現(xiàn)的污染物或關(guān)注的化學(xué)品的通量、歸宿和運輸;
⑥將與土壤健康相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)和實踐與社會、人類、經(jīng)濟和環(huán)境維度聯(lián)系起來。
在所有這些研究重點中，研究人員必須定義區(qū)域、社會和土壤景觀環(huán)境，并明確定義土壤健康對這種情況的意義。
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土壤性質(zhì)和過程的時空格局
主要研究重點包括土壤調(diào)查驅(qū)動的活動以及土壤發(fā)生和地表過程的基礎(chǔ)研究。這些優(yōu)先事項包括：
①完成美國所有土地區(qū)域的初步土壤調(diào)查和土壤調(diào)查地理數(shù)據(jù)庫，包括開發(fā)和實施數(shù)字土壤測繪工具;
②量化“動態(tài)土壤特性”的時空模式，或響應(yīng)人類管理和自然干擾而迅速變化的土壤特性，并開發(fā)“動態(tài)土壤調(diào)查”以提供此信息;
③破譯地球表面過程的土壤學(xué)記錄，以了解生物地球化學(xué)循環(huán)、土壤景觀演變和氣候變化的陸地代理;
④了解人類作為土壤形成因素的影響以及我們對基本土壤過程的影響，例如礦物風(fēng)化、生物地球化學(xué)循環(huán)和微生物動力學(xué)。
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土壤監(jiān)控、測量和建模
美國聯(lián)邦機構(gòu)正在投資數(shù)百萬美元用于傳感技術(shù)的開發(fā)和模型開發(fā)。例如，NSF和NIFA合作贊助了一項名為“土壤中的信號”的研究計劃(https://www.nsf.gov/pubs/2022/nsf22550/nsf22550.htm)。這些計劃的優(yōu)先事項包括：
①開發(fā)能夠應(yīng)對多變土壤條件的新型、持久且廉價的傳感器;
②傳感器創(chuàng)新，能夠監(jiān)測土壤基質(zhì)中的生物和物理化學(xué)信號和相互作用;
③調(diào)整現(xiàn)有模型或開發(fā)新模型，利用現(xiàn)有和新的傳感數(shù)據(jù)流對土壤功能進行建模;
④在傳感器網(wǎng)絡(luò)之間開發(fā)先進的無線通信并將人工智能納入實時數(shù)據(jù)流分析;
⑤開發(fā)支持共享和安全收集土壤數(shù)據(jù)流所需的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施;
⑥通過將土壤數(shù)據(jù)與人類決策和福祉相結(jié)合，研究土壤與人類的相互作用;
⑦增強對土壤微生物動態(tài)的感知和理解，而不僅僅是遺傳多樣性的表征;
⑧開發(fā)能夠更好地表示和整合土壤系統(tǒng)過程的先進計算地球系統(tǒng)模型，特別是能夠更好地將當(dāng)前土壤有機質(zhì)動力學(xué)理論與可用測量值和先進數(shù)據(jù)流結(jié)合起來的土壤碳模型;
⑨開發(fā)穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)，促進開放數(shù)據(jù)、本體和更好的交流，以促進土壤研究的可重復(fù)性和再現(xiàn)性。
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結(jié)論
美國土壤科學(xué)的主要挑戰(zhàn)包括了解土壤生物地球化學(xué)循環(huán)、開發(fā)有彈性和可持續(xù)的管理系統(tǒng)以應(yīng)對氣候變化，以及測量和建模以了解土壤系統(tǒng)功能。美國的土壤研究重點圍繞土壤健康和可持續(xù)性、土壤過程和特性的時空模式、氣候變化、開發(fā)新的土壤監(jiān)測和測量技術(shù)以及建模策略。
