Growth in human population and demand for wealth creates ever-increasing pressure on global soils, leading to soil losses and degradation worldwide. Critical Zone science studies the impact linkages between these pressures, the resulting environmental state of soils, and potential interventions to protect soil and reverse degradation. New research on soil processes is being driven by the scientific hypothesis that soil processes can be described along a life cycle of soil development. This begins with formation of new soil from parent material, development of the soil profile, and potential loss of the developed soil functions and the soil itself under overly intensive anthropogenic land use, thus closing the cycle. Four Critical Zone Observatories in Europe have been selected focusing research at sites that represent key stages along the hypothetical soil life cycle; incipient soil formation, productive use of soil for farming and forestry, and decline of soil due to longstanding intensive agriculture. Initial results from the research show that soil develops important biogeochemical properties on the time scale of decades and that soil carbon and the development of favourable soil structure takes place over similar time scales. A new mathematical model of soil aggregate formation and degradation predicts that set-aside land at the most degraded site studied can develop substantially improved soil structure with the accumulation of soil carbon over a period of several years. Further results demonstrate the rapid dynamics of soil carbon; how quickly it can be lost, and also demonstrate how data from the CZOs can be used to determine parameter values for models at catchment scale. A structure for a new integrated Critical Zone model is proposed that combines process descriptions of carbon and nutrient flows, a simplified description of the soil food web, and reactive transport; all coupled with a dynamic model for soil structure and soil aggregation. This approach is proposed as a methodology to analyse data along the soil life cycle and test how soil processes and rates vary within, and between, the CZOs representing different life cycle stages. In addition, frameworks are discussed that will help to communicate the results of this science into a more policy relevant format using ecosystem service approaches.

L’augmentation de la population humaine et sa quête de richesses créent une pression toujours croissante sur les sols du globe, créant pertes et dégradation de sols à l’échelle mondiale. La science de la Zone Critique étudie les relations d’impact entre ces pressions et, l’état environnemental des sols qui en résulte et les interventions potentielles pour la protection des sols et le renversement de la tendance à la dégradation. Une nouvelle recherche sur les processus pédologiques est pilotée par l’hypothèse scientifique selon laquelle les processus pédologiques peuvent être décrits au long d’un cycle de vie de développement du sol. Ceci commence avec la formation d’un sol neuf à partir du matériau parental, puis il y a développement d’un profil de sol et perte potentielle des fonctions d’un sol développé et du sol lui-même, en raison de son utilisation beaucoup trop intensive par l’homme, ceci clôturant le cycle. Quatre observatoires européens de la zone critique ont été sélectionnés, focalisant la recherche sur des sites représentant des étapes clé au long du cycle hypothétique de vie du sol : formation naissante d’un sol; utilisation productive du sol pour l’agriculture et les forêts ; et déclin du sol dû à une agriculture intensive de longue durée. Les résultats préliminaires de la recherche montrent que le sol développe des propriétés bio-géochimiques importantes à l’échelle de la décennie et que le carbone du sol et la structure favorable du sol se mettent en place sur une échelle similaire de temps. Un nouveau modèle mathématique sur la formation et la dégradation des agrégats du sol prédit qu’une terre laissée à l’abandon près du site étudié le plus dégradé, peut développer une structure substantiellement améliorée, avec accumulation de carbone dans le sol sur une période de quelques années. Des résultats ultérieurs démontrent la dynamique rapide du carbone du sol- comment il peut être perdu rapidement - et démontrent aussi comment les données de CZOs peuvent être prises en compte pour déterminer les paramètres à utiliser pour les modèles à l’échelle du bassin. Une structure pour un nouveau modèle intégré de Zone Critique est proposée, combinant les descriptions de traitement des flux de carbone et de nutriments, une description simplifiée ce qui constitue la nourriture du sol et le transport réactif, tout ceci couplé à un modèle dynamique pour la structure du sol et l’agrégation du sol. Cette approche est proposée comme méthodologie pour analyser les données acquises au long du cycle de vie du sol et pour tester comment les processus pédologiques et leurs vitesses varient au sein d’un site et d’un site à l’autre, CZOs représentant différents stades du cycle de vie. En outre, des réseaux sont en discussion, qui aideraient à communiquer les résultats scientifiques acquis dans un format relevant plus de la politique, utilisant les approches de services écosystémiques.