1樓：中地數媒
關鍵帶中發生的複雜的物理、化學和生物過程相互耦合使其成為不可分割、有機聯絡、不斷變化的動態系統。按照其性質與作用，這些過程大致可分為三類：生態過程、生物地球化學過程和水文過程[9]。
在太陽輻射能的驅動下，生態過程通過植物、微生物等生產者的作用將土壤中的物質合成為植物量，沿著食物鏈依次提供給消費者，經消費後又被微生物分解返回土壤。人類活動可被看作是生態迴圈的一部分。由於人類活動對生態過程的影響越來越大，有人又將人類活動單分出來作為一類過程加以研究[10]。
生物地球化學過程將生物過程與非生物過程聯絡在一起，通過流體、沉積和氣體作用，使碳、氮等化學元素和物質在空間上的分佈發生變化。在重力和水力梯度作用下，水文過程通過大氣水、土壤水、地下水不斷轉化，使物質和能量在空間上重新分佈。生物地球化學過程和水文過程相互耦合，推動了生態過程的持續進行，又共同決定了關鍵帶的整體形態和功能。
但是，受傳統學科研究視角和方法的限制，研究人員很少將關鍵帶作為一個整體框架，而是人為地將生態過程、生物地球化學過程和水文過程割裂開來進行研究。例如，土壤學往往將研究物件侷限在植物根區分佈的土壤範圍，而很少考慮植物根區之下的包氣帶和飽水帶；水文地質學以含水層為研究重點，往往將覆在其上的包氣帶作為「黑箱」進行處理；生態學以地表面之上的植物為研究重點，對地質環境則重視不夠。當今經濟社會所面臨的水資源管理、自然災害防治、全球變化應對、生態環境保護等重大戰略問題，迫切需要不同的學科相互交叉融合，形成一個新的整體框架，對近地表圈層進行系統研究。
這正是國際地學界提出「地球關鍵帶」的意義所在。
關鍵帶在空間展布上呈現出高度的非均質性。大量的調查和觀測資料表明，構成關鍵帶的地質介質和發生在其中的生態過程、生物地球化學過程和水文過程隨空間的變化表現出明顯的變異。這種變異特性隨空間尺度的變化，小至原子水平，大至全球水平，呈現出不同的特點[11]。
造成關鍵帶高度變異性的原因很複雜，有學者將其歸納為三個方面：與地質、水文等有關的內在因素，與氣候、自然火災等有關的外在因素，與土地利用、城市化等有關的人類活動[12]。按照研究空間範圍的大小，通常可劃分為微觀尺度（如含水介質）、中觀尺度（如坡面過程）和巨集觀尺度（如全球變化）。
目前，人們觀測關鍵帶的途徑包括兩大類：一類是利用感測器技術和測量技術進行點上監測，對應於微觀尺度；一類是利用遙感技術進行大面積面上監測，對應於巨集觀尺度。針對介於二者之間的中觀尺度的觀測技術還很不成熟，亟待發展。
關鍵帶過程的發生尺度與人們的觀測尺度存在的不一致，對關鍵帶過程研究與建立模型造成了很大的挑戰，尺度轉換成為關鍵帶科學研究的重要問題[13]。
關鍵帶在垂向上呈現出明顯的分層特徵。如圖2–1所示，關鍵帶通常由地面之上的植物冠層、植物根系生長的土壤層、土壤層之下的包氣帶、含水層等組成，並且每一層可能還可細分為多個亞層。例如，土壤層可分為腐殖質亞層（o層）、淋溶亞層（a層）、澱積亞層（b）等[14]，包氣帶和飽水帶之間存在一個過渡的、近飽和的毛細上升區[15]。
層與層之間形成了關鍵帶的介面，主要介面有土壤–大氣介面、土壤–植被介面、包氣帶–飽水帶介面、地表水–地下水介面、含水層–基岩介面等，在沿海地區還有陸地–海洋介面。這些介面對關鍵帶發生的各種過程具有重要的控制作用，也為人為調控關鍵帶過程提供了重要的切入點。例如，作為包氣帶-飽水帶介面的潛水面對土壤剖面的含水量和水勢分佈有很大影響，是土壤發生鹽漬化的重要原因[16,
17]，也是地表生態格局變化的影響因子之一[18]，土壤中化學物質變化與地下水鹽動態密切相關[19]。因此，介面過程是開展關鍵帶長期觀測的重要內容，也是定量研究關鍵帶過程的關鍵環節。
關鍵帶在外在過程的作用下不斷髮生著短期的變化和長期的演化。nrc將外在過程歸納為四類：由地球內部能量驅動的構造運動，總的趨勢是增大地表的起伏不平；由地球外部能量驅動的風化過程，總的趨勢是削平填窪，使地表趨平；由壓力梯度驅動的流體運動，使關鍵帶物質發生空間遷移；由生存需求驅動的生物活動，對土壤、岩石、水等關鍵帶要素施加了越來越大的影響[4]。
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