土壤过程与演变研究向地球临界带扩展，成为地球系统科学的组成部分1985—1990年，我国出了土壤圈(pedosphere)的概念。土壤圈是指覆盖于地球表面和浅水域底部的土壤所构成的土、水、气、生、岩圈层的连续体。

   2001年美国提出了地球临界带(criticalzone)的概念(图)。地球临界带是地球表层系统中较为活跃、与人类关系较密切的部分之一，是指异质的近地表环境，岩石、水、空气和生物在其中发生着复杂的相互作用，调节着自然生境，决定着维持生命的资源供应。地球临界带界面包括陆地生态系统中土壤圈及其与大气圈、生物圈、水圈和岩石圈进行物质迁移和能量交换的交汇区域，水和土壤是地球临界带的核心组成部分，而且在不同时空尺度上相互作用。地球临界带研究的时空范围包括了从微观到、从秒到永世的广泛尺度，临界带中的物理、化学和生物过程调节着物质和能量的交换。地球临界带过程控制着土壤的发育、水的质量和流动、化学与生物循环。地球临界带研究包括临界带界面控制的碳通量、微粒物质，控制土壤和水资源长期可持续性及其重要的生物地球化学过程和机制，以及临界带界面上营养生态系统在地质和人类时间尺度上的变化过程等。从地球临界带到星球探测中土壤的“7+1”作用。地球临界带是土壤圈的重要组成部分，其中土壤和水是地球临界带的核心，为深入认识地球表层系统过程与演变提供科学指导。在地球系统中，地球临界带具有高度的异质性和复杂性区域，而土壤则被认为是较为复杂的生物材料。尽管地球临界带具有高度的复杂性和动态性，但是它具有以下一般属性：①临界带的演变性：通常情况下，地球临界带的变化是不可逆的和累积性的，是渐进的过程或受较端干扰而变化，越来越多的人为活动对临界带的影响已普遍而持久。②临界带是一个耦合的系统：在完全不同的空间和时间尺度的地质和生物过程的循环是认识地球临界带的一个关键，涉及到地球系统不同圈层的耦合。③临界带具有鲜明的垂直层：地下各层之间的界面控制着临界带对地上系统变化的响应和反馈，如气候和土地利用变化。④临界带具有高度水平异质性：在临界带的异质性表现出了层次组织(其中表现出概念尺度之间的差距)和景观网络性(提供有效的传输质量和能量的跨尺度)。总之，这些属性有利于形成一个全面和进化论的地球临界带观，而不是经典的还原论和机械论。

   至2009年10月为止，美国共建立了6个临界带观测站，分别是建于2007年的内华达山脉临界带观测站(SouthernSierraCZO)、博尔德溪临界带观测站(BoulderCreekCZO)、萨斯奎汉纳/西尔斯山地临界带观测站(Susquehanna/ShaleHillsCZO)和建于2009年的赫梅斯河流域－圣卡塔利娜山临界带观测站(JemezRiverBasin-SantaCatalinaMountainsCZO)、克里斯蒂娜河流域临界带观测站(ChristinaRiverBasinCZO)、卢基约临界带观测站(LequilloCZO)。科学家们利用土壤仪器对土壤、生态、生物、水文、地理、地貌和地质化学等综合方法，研究地球临界带，包括土壤功能如何响应农业集约化利用和其他人类干扰，以及土壤水文过程如何影响整个生态系统演变。