全球約有94%的陸地被土壤覆蓋，但土壤的平均厚度僅有1 m左右。土壤構(gòu)成了地球關(guān)鍵帶脆弱且淺薄的表層，是連接大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈的重要紐帶。土壤厚度（或活動(dòng)風(fēng)化層，Mobile Regolith），即地表到腐泥巖（Saprolite）的垂直距離，影響著植被覆蓋度、生物多樣性及水循環(huán)過程，土壤厚度的空間分布信息在地貌、生態(tài)及水文科學(xué)等領(lǐng)域的研究和實(shí)踐中具有重要價(jià)值。由于其具有顯著的空間異質(zhì)性，基于現(xiàn)有土壤制圖產(chǎn)品、地球物理勘測及經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型難以獲取流域尺度土壤厚度分布信息，亟待發(fā)展土壤厚度預(yù)測的過程機(jī)理模型。本文對描述土壤厚度演化的過程機(jī)理模型（簡稱土壤厚度演化模型）理論方法做了系統(tǒng)的回顧梳理，重點(diǎn)闡述了土壤生成及山坡土壤輸移的過程機(jī)理及模型理論方法（表1），介紹了模型中有關(guān)土壤演化參數(shù)的獲取及確定方法，討論了現(xiàn)有研究存在的問題并給出未來可能的發(fā)展方向，這對多學(xué)科領(lǐng)域的研究工作具有非常重要的意義。
Table1 Summary of soil transport models
論文深入剖析了土壤厚度演化模型的理論方法研究進(jìn)展，對模型理論的發(fā)展進(jìn)行了系統(tǒng)綜述。風(fēng)化層中成土與輸移作用的動(dòng)態(tài)平衡塑造了地貌景觀形態(tài)和土壤厚度空間分布（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，早在19世紀(jì)，地貌學(xué)家就定性刻畫了地貌演化和土壤的發(fā)育過程，并提出系列地貌假說以描述風(fēng)化成土、侵蝕等動(dòng)力過程和機(jī)制。然而，直至20世紀(jì)60年代，隨著嚴(yán)格定義的數(shù)學(xué)物理方程被引入刻畫地貌演化的物理過程，土壤厚度演化模擬才逐步從抽象定性轉(zhuǎn)向精細(xì)定量的建模。文中還進(jìn)一步指出土壤化學(xué)風(fēng)化成土等機(jī)理仍不清晰是制約此類模型發(fā)展的理論瓶頸。
Fig.1 Evolution process of weathering layer profile on hillslope
文章介紹了有關(guān)模型參數(shù)測定的方法。土壤的形成關(guān)乎全球土壤資源利用的可持續(xù)性，故而探尋土壤生成速率及其影響因素一直是國際土壤學(xué)界的研究熱點(diǎn)。目前，本領(lǐng)域主要有四種土壤生成速率測定方法，包括地球化學(xué)元素質(zhì)量平衡法、時(shí)間序列法、土壤殘留時(shí)間法和穩(wěn)態(tài)法。土壤輸移的定量表述對于土壤厚度演化過程的模擬起著關(guān)鍵性作用。論文中詳細(xì)介紹了土壤輸移速率的測定方法，特別強(qiáng)調(diào)了利用放射性核素半衰期差異示蹤不同時(shí)間尺度上的土壤輸移速率方法。這一方法極大地推動(dòng)了地貌演化理論及土壤厚度演化模型的應(yīng)用。 最后，本文給出了有關(guān)模型發(fā)展的三點(diǎn)建議：（1）發(fā)展物理與隨機(jī)結(jié)合的模擬方法，以解決機(jī)理模型應(yīng)用時(shí)存在的諸多不確定性；（2）研究基于數(shù)學(xué)物理途徑的參數(shù)確定方法，給出同位素測定方法的替代解決方案，推進(jìn)模型理論的實(shí)際應(yīng)用；（3）在土壤厚度演化模型基礎(chǔ)上，融合土壤發(fā)生學(xué)模型發(fā)展流域協(xié)同演化模型，提升對地球生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)預(yù)測的能力水平。
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