《半干旱区农田生态系统水循环与有机碳对干旱的响应》书评
(中国科学院大学, 北京 101499)
摘要: 《半干旱区农田生态系统水循环与有机碳对干旱的响应》是一部探究半干旱区农田生态系统在干旱条件下水循环与有机碳动态响应的专著。该书通过上、中、下三篇系统探讨了干旱的形成机理、水分循环特征及有机碳的时空变化与贮存潜力, 揭示了气候变化背景下干旱对农田生态系统的复杂影响。作者结合提出了创新性抗旱策略, 有效提升了作物水分利用效率与产量稳定性, 还强调了土壤有机碳管理在增强土壤水分保持能力和作物抗逆性中的重要作用, 为半干旱区农业的可持续发展提供了科学依据与实践指导。尽管研究结论在区域适用性上存在一定局限, 但其多学科交叉的研究方法与创新性成果为半干旱区生态系统的可持续管理提供了重要参考, 具有显著的理论与实践意义。
关键词: 半干旱区, 农田生态系统, 水循环, 有机碳, 书评
DOI: 10.48014/cgsr.20250106003
引用格式: 季楚涵. 《半干旱区农田生态系统水循环与有机碳对干旱的响应》书评[J]. 中国地理科学评论, 2024, 2(4): 16-19.
文章类型: 书评
收稿日期: 2024-10-06
接收日期: 2024-11-19
出版日期: 2024-12-28
0 引言
《半干旱区农田生态系统水循环与有机碳对干旱的响应》[1]是由肖国举、李永平等人编写的一本研究关于半干旱区生态环境与农业可持续发展及其对气候变化背景下干旱的响应的书籍，该书由阳光出版社出版，旨在研究半干旱地区农田生态系统在干旱条件下对水循环及有机碳动态的响应，以期为该区域农业的可持续发展及水资源的有效管理提供理论依据和实践指导。我国是全球遭受干旱灾害影响最为严重的国家之一，干旱所引发的损失占气象灾害总损失的5%，位居各类气象灾害之首。西北半干旱区的地形复杂，降水时空分布差异显著，生态环境脆弱，季节性干旱发生频率高，干旱对农业生产损失严重。因此，持续深入开展农田生态系统干旱成因、致灾机理及旱灾解除技术研究具有重要现实意义。
1 内容解读
《半干旱区农田生态系统水循环与有机碳对干旱的响应》一书共13章，主要分为上篇、中篇和下篇三个部分，上篇(1~4章)主要讲述农田土壤-植物-大气生态系统干旱致灾机理与解除路径，中篇(5~9章)主要讲述农田土壤-植物生态系统水分循环特征及其旱灾解除技术，下篇(10~13章)主要讲述农田土壤-植物生态系统有机碳迁移规律与贮存潜力。
上篇主要探索全球变暖背景下宁夏半干旱区农田生态系统干旱特征、干旱致灾机制、干旱形成机理、干旱持续历程、干旱致灾过程、干旱解除策略以及在农田生态系统干旱致灾机制等方面，旨在说明气候变化对半干旱区农田生态系统干旱的形成和发展重要背景的地理意义至关重要。作者主要探讨了高原屏障对西北地区气候的调节作用，并分析了气候暖干化如何加速气象干旱与农业干旱的进程。最后探究了农田生态系统干旱解除策略与展望。
中篇在典型半干旱区宁夏南部固原围绕土壤-植物-大气生态系统土壤水分时空变化、植株含水量变化、土壤水分贮存潜力，开展在自然降雨与间歇性降雨入渗对土壤-植物-大气水分迁移规律、农田生态系统能量平衡与传输、农田集雨抗旱种植系统对作物产量及水分生产效率以及农田集雨系统模拟补充降水解除旱灾的关键技术研究，该技术显著提升了作物的水分利用效率，降低了灌溉水的需求，同时能够维持或提升作物的产量与品质[2]。在干旱季节，通过人工模拟降雨或利用集雨系统收集的雨水进行补充灌溉，可以有效缓解干旱对农田生态系统的影响。
下篇深入探讨了农田土壤-植物生态系统有机碳的时空变化特征、贮存潜力及其对干旱的响应机制，为理解半干旱区农田生态系统在干旱条件下的碳循环与响应提供了重要见解。作者通过比较不同土地利用类型对土壤有机碳贮存的影响，提出了优化土地利用的方式及农业管理策略，这将显著增强土壤有机碳的贮存能力[3]。在干旱胁迫下，农田生态系统中的碳库会产生相应的适应性变化，以缓解干旱对生态系统的影响。在干旱条件下，高有机碳含量的土壤能够更有效地保持水分和养分，减少作物的水分胁迫和养分限制，从而提高作物的产量和品质。
2 研究发现和主要贡献
本书聚焦半干旱区，具有区域特殊性与生态脆弱性，该区域对气候变化与人类活动敏感。研究者通过长期观测与模型模拟，揭示干旱胁迫下农田生态系统响应机制，填补研究空白。研究者采用多尺度研究，运用遥感(RS)、地理信息系统(GIS)等地理信息技术，实现水循环与有机碳动态空间异质性分析，揭示半干旱区农田生态系统动态变化规律。作者提出了生态补偿机制、保护性耕作等政策建议，为生态恢复与管理提供政策支持，构建了半干旱区农田生态系统响应机制框架，方法创新，具重要实践意义。
(1)揭示干旱形成机理与致灾过程
该书系统分析了半干旱区农田生态系统的干旱形成机理，包括大气-水循环不稳定下的环流异常、高原屏障对西北地区气候的调节作用以及气候暖干化加速气象干旱与农业干旱的进程等。有助于探究干旱发生的根本原因，为制定抗旱策略提供了科学依据。此外，该书还详细阐述了干旱致灾过程，包括干旱胁迫机制及抗旱特征指标变化、干旱对农田生态系统的影响等。这些研究揭示了干旱对农田生态系统的具体影响，为评估干旱灾害的严重程度和制定应对措施提供了重要参考。
(2)探讨农田生态系统水分循环与贮存潜力
该书深入探讨了农田生态系统水分时空变化与贮存潜力、土壤-植物水分迁移规律以及水分生理生态循环等。详细分析农田生态系统中的水循环过程，为优化水资源管理提供了理论基础。作者还关注了农田垄沟集雨抗旱节水高效种植对作物耗水特征、光合效率及其水分生产效率的影响。该研究揭示了作物在干旱条件下的生理生态响应，为提高作物抗旱能力和水分利用效率提供了实践指导。
(3)研究农田土壤-植物生态系统有机碳动态与贮存潜力
作者分析了农田土壤-植物生态系统有机碳时空变化特征与贮存潜力，以及有机碳库对干旱的积极响应。有助于明确有机碳在农田生态系统中的动态变化过程，为评估干旱对有机碳库的影响和制定有机碳管理策略提供了科学依据。同时，作者还研究了农田生态系统有机碳对作物产量的影响以及土壤和作物有机碳与作物品质的相关性。该研究表明有机碳在作物生长和品质形成中的重要作用，还为提高作物产量和品质提供了实践指导。
(4)提出干旱应对策略与技术
作者提出了一系列针对性的干旱应对策略与技术，包括通过精准灌溉、雨水收集与循环利用等措施优化水资源配置，以提高水资源利用效率。研究表明可以通过耐旱品种的选育、合理的种植密度与灌溉制度的调整等手段，增强作物在干旱条件下的生长与产量稳定性。此外，作者还强调了土壤有机碳管理的重要性，建议通过施用有机肥料和实施科学的耕作方法等农业管理措施，来提升土壤有机碳的含量并改善土壤结构，进而增强土壤的水分保持能力及作物的抗逆境能力。这些方法和技术有助于减轻干旱对农业生态系统的不利影响，为提高农田生态系统的整体稳定性提供了实用的指导，对促进半干旱地区农业的可持续发展具有重要的意义。
《半干旱区农田生态系统水循环与有机碳对干旱的响应》虽具有重要价值，但也存在一些不足之处。在研究范围上，仅聚焦于半干旱区域，其结论的普适性受限，难以完全推广到其他气候特征的地区。生态系统对干旱的响应是一个长期动态过程，本书对于干旱事件的长期影响分析不够深入。作者提出的应对干旱策略多基于特定研究区域，缺乏在不同地理、气候条件下的适应性考量。不同半干旱区在土壤质地、种植作物种类等方面差异大，普适性策略的缺失限制了本书成果在更大范围的推广应用。
3 结束语
《半干旱区农田生态系统水循环与有机碳对干旱的响应》是一部具有重要理论和实践意义的研究专著。该书通过多学科交叉和现代技术手段，系统揭示了半干旱区农田生态系统水循环与有机碳对干旱的响应机制，填补了该领域的研究空白。尽管存在一定的数据局限性和区域适用性问题，但其理论贡献和方法论创新为半干旱区生态系统的可持续管理提供了科学依据。未来可以进一步加强数据采集和模型验证，开展跨区域比较研究，以提高研究的准确性和普适性。本书不仅可作为地理学、生态学、农学、水文学及大气科学等相关学科研究者的阅读资料，同时也为自然资源管理与国土空间规划等领域的技术专家和管理者提供参考与借鉴。
利益冲突: 作者声明无利益冲突。
[①] 通讯作者 Corresponding author:季楚涵，jichuhan2003@163.com
收稿日期:2024-10-06; 录用日期:2024-11-19; 发表日期:2024-12-28
参考文献(References)
[1] 肖国举, 李永平. 半干旱区农田生态系统水循环与有机碳对干旱的响应[M]. 银川: 阳光出版社, 2020.
[2] 高彦婷, 张芮, 董博, 等. 垄沟覆盖集雨模式对玉米根际土壤微生物多样性的影响[J]. 干旱区地理, 2024, 47(03): 413-423.
https://doi.org/10.12118/j.issn.1000-6060.2023.431
[3] 赵明月, 赵文武, 钟莉娜. 土地利用和环境因子对表层土壤有机碳影响的尺度效应———以陕北黄土丘陵沟壑区为例[J]. 生态学报, 2014, 34(05): 1105-1113.
https://doi.org/10.5846/stxb201306101597
Book Review of the Response of Water Cycle and Organic Carbon to Drought in Semi-Arid Agricultural Ecosystems
(University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101499, China)
Abstract: the Response of Water Cycle and Organic Carbon Response to Drought in Semi-Arid Agricultural Ecosystems is a monograph that explores the dynamic responses of water cycling and organic carbon in the agricultural ecosystems of semi-arid regions under drought conditions. The book systematically addresses the formation mechanisms of drought, the characteristics of water cycles, and the spatiotemporal changes and storage potential of organic carbon through three sections: upper, middle, and lower. It reveals the complex impacts of drought on agricultural ecosystems in the context of climate change. The author proposes innovative drought resistance strategies, effectively improving crop water use efficiency and yield stability, while also emphasizing the critical role of soil organic carbon management in enhancing soil water retention capacity and crop resilience. This provides scientific evidence and practical guidance for the sustainable development of agriculture in semi-arid regions. While the research conclusions have certain limitations regarding regional applicability, the interdisciplinary research approach and innovative findings offer valuable references for the sustainable management of semi-arid ecosystems, with significant theoretical and practical implications.
Keywords: Semi-arid Regions, agroecosystem, water cycle, organic carbon, book review
DOI: 10.48014/cgsr.20250106003
Citation: JI Chuhan. Book review of the Response of Water Cycle and Organic Carbon to Drought in Semi- Arid Agricultural Ecosystems[J]. Chinese Geography Sciences Review, 2024, 2(4): 16-19.