单位：河海大学水灾害防御全国重点实验室；河海大学水文水资源学院；中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室（贵阳）卷期：《土壤学报》2024年第61卷第2期
全球约有94%的陆地被土壤覆盖，但土壤的平均厚度仅有1 m左右。土壤构成了地球关键带脆弱且浅薄的表层，是连接大气圈、水圈、生物圈和岩石圈的重要纽带。土壤厚度（或活动风化层，Mobile Regolith），即地表到腐泥岩（Saprolite）的垂直距离，影响着植被覆盖度、生物多样性及水循环过程，土壤厚度的空间分布信息在地貌、生态及水文科学等领域的研究和实践中具有重要价值。由于其具有显著的空间异质性，基于现有土壤制图产品、地球物理勘测及经验统计模型难以获取流域尺度土壤厚度分布信息，亟待发展土壤厚度预测的过程机理模型。本文对描述土壤厚度演化的过程机理模型（简称土壤厚度演化模型）理论方法做了系统的回顾梳理，重点阐述了土壤生成及山坡土壤输移的过程机理及模型理论方法（表1），介绍了模型中有关土壤演化参数的获取及确定方法，讨论了现有研究存在的问题并给出未来可能的发展方向，这对多学科领域的研究工作具有非常重要的意义。
Table1 Summary of soil transport models ![]()
论文深入剖析了土壤厚度演化模型的理论方法研究进展，对模型理论的发展进行了系统综述。风化层中成土与输移作用的动态平衡塑造了地貌景观形态和土壤厚度空间分布（图1）。研究发现，早在19世纪，地貌学家就定性刻画了地貌演化和土壤的发育过程，并提出系列地貌假说以描述风化成土、侵蚀等动力过程和机制。然而，直至20世纪60年代，随着严格定义的数学物理方程被引入刻画地貌演化的物理过程，土壤厚度演化模拟才逐步从抽象定性转向精细定量的建模。文中还进一步指出土壤化学风化成土等机理仍不清晰是制约此类模型发展的理论瓶颈。 ![]()
Fig.1 Evolution process of weathering layer profile on hillslope
文章介绍了有关模型参数测定的方法。土壤的形成关乎全球土壤资源利用的可持续性，故而探寻土壤生成速率及其影响因素一直是国际土壤学界的研究热点。目前，本领域主要有四种土壤生成速率测定方法，包括地球化学元素质量平衡法、时间序列法、土壤残留时间法和稳态法。土壤输移的定量表述对于土壤厚度演化过程的模拟起着关键性作用。论文中详细介绍了土壤输移速率的测定方法，特别强调了利用放射性核素半衰期差异示踪不同时间尺度上的土壤输移速率方法。这一方法极大地推动了地貌演化理论及土壤厚度演化模型的应用。 （1）发展物理与随机结合的模拟方法，以解决机理模型应用时存在的诸多不确定性；（2）研究基于数学物理途径的参数确定方法，给出同位素测定方法的替代解决方案，推进模型理论的实际应用；（3）在土壤厚度演化模型基础上，融合土壤发生学模型发展流域协同演化模型，提升对地球生态系统物质循环预测的能力水平。
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刘金涛主要从事水文土壤学、山坡水文学、产汇流机制与模拟、水文预报、数字地形分析、地貌数学及土壤厚度演化模拟等方面的研究工作。担任上海水文协会专家委员会委员及流域生态地质过程重点实验室学术委员会委员等，同时担任《水电能源科学》青年编委等，在重要学术刊物发表论文100多篇，申报专利及软件著作权20多项，出版专著2部，成果获省部级一等奖1项。
