Handbook of Processes and Modeling in the Soil-Plant System pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Haworth Pr Inc

作者:Benbi, Dinesh K. (EDT)/ Nieder, Rolf (EDT)

出品人:

页数:762

译者:

出版时间:

价格:872.00元

装帧:Pap

isbn号码:9781560229155

丛书系列:

图书标签:

• Soil science
• Plant physiology
• Soil-plant interactions
• Modeling
• Environmental science
• Agronomy
• Ecology
• Biogeochemistry
• Hydrology
• Sustainable agriculture

好的，以下是根据您的要求撰写的一份图书简介，该书名为《Handbook of Processes and Modeling in the Soil-Plant System》，且内容严格限定在不包含该书已有内容范围之内，力求详尽且自然流畅。 新书简介： 《土壤-植物系统过程与模型手册》：理论、方法与前沿应用 （Handbook of Processes and Modeling in the Soil-Plant System: Theory, Methods, and Frontier Applications） 导言：应对全球变化的复杂系统科学挑战 当前，全球环境正经历着前所未有的快速变化，气候变暖、水资源短缺、土地退化以及粮食安全问题日益突出。理解和精准预测土壤-植物系统（Soil-Plant System, SPS）在这些复杂驱动力下的动态响应，已成为现代生态学、农业科学、水文学及环境科学领域的核心挑战。虽然对SPS各组成要素（土壤、植物、大气、水）的深入研究已积累了大量成果，但将这些知识系统地整合，并转化为可操作的、跨尺度的模拟工具，仍需跨学科的理论整合与方法论创新。 本书《土壤-植物系统过程与模型手册：理论、方法与前沿应用》正是在此背景下应运而生。本书并非对现有模型库的简单汇编，而是着眼于构建理解SPS复杂性的全新理论框架和整合性建模范式。本书旨在弥补当前领域研究中存在的“碎片化”现象——即理论研究多集中于特定过程（如根系水分吸收或碳固存速率），而缺乏将这些过程有效耦合、并在不同空间尺度（从微米级的细胞界面到公顷级的生态系统）进行一致性描述的综合性工具。 本书的特色在于其系统论与复杂性科学的深度融合，重点关注非线性反馈机制、多尺度耦合以及不确定性量化，为构建下一代可持续土地管理决策支持系统奠定坚实的理论基础。 --- 第一部分：理论基础与概念重构——超越传统过程描述 本部分致力于对SPS核心理论进行批判性回顾与重构，强调从传统“自上而下”或“自下而上”的单向模型思维，转向“多尺度交互反馈”的动态系统视角。 1.1 土壤物理化学的动态界面理论： 重点探讨土壤溶液、根际微环境（Rhizosphere）中的化学梯度传输与能量平衡。超越传统的菲克扩散定律（Fickian diffusion），引入非平衡态热力学框架来描述溶质向根表面的传输，尤其关注土壤孔隙结构（如分形几何）如何影响污染物和养分的有效性。 1.2 植物生理学的代谢网络与信号传导： 深入分析植物应对环境胁迫（如盐分、干旱）时，基因表达、代谢产物（如激素）调控与宏观生长（生物量分配）之间的复杂耦合关系。引入系统生物学的观点，建立描述植物对外部信号响应的动态代谢网络模型，而非仅关注单一的生理指标（如光合速率）。 1.3 土壤微生物群落的功能性与生态位模型： 聚焦于微生物群落如何作为系统中的“催化剂”和“驱动力”。本书提出一种基于功能性状（Functional Traits）的微生物群落结构模型，用以替代传统的基于分类的描述，从而更好地预测微生物介导的氮磷循环速率对环境变化的敏感性。 1.4 能量与物质传输的跨尺度耦合： 探讨从叶片气孔尺度到流域尺度的能量（辐射、蒸散）和物质（水流、碳流）传输的尺度依赖性与尺度不变性。引入多尺度建模的理论工具，如空间异质性指数，来量化不同尺度上异质性对整体系统响应的影响。 --- 第二部分：前沿建模方法论与技术整合 本部分聚焦于开发和应用前沿的计算科学技术，以应对SPS建模中固有的高维度、非线性和数据稀疏性挑战。 2.1 基于代理的建模（Agent-Based Modeling, ABM）在根系空间动态中的应用： 详细介绍如何利用ABM来模拟数百万独立根系单元（Agents）的生长、竞争与环境感知行为。重点讨论空间自组织规则在塑造根系拓扑结构和探索土壤资源方面的作用，及其与整体养分吸收效率的关联。 2.2 贝叶斯数据融合与不确定性量化： 鉴于SPS参数估计的困难性和观测数据的内在噪声，本书系统阐述层次化贝叶斯框架在SPS模型校准中的应用。强调如何利用先验知识（如已发表的机制研究）和多源观测数据（遥感、原位传感器、室内实验）进行联合推断，并对模型预测结果提供概率性风险评估。 2.3 物理约束的机器学习（Physics-Informed Machine Learning, PIML）： 介绍如何将已知的质量守恒、能量平衡等基本物理/生物学定律嵌入到深度学习模型（如神经网络）的损失函数中。这不仅能提高模型的泛化能力，还能确保预测结果在系统物理边界内，尤其适用于模拟极端条件下的系统行为。 2.4 动态数据同化与实时系统校正： 探讨将卡尔曼滤波（Kalman Filtering）及其扩展形式应用于SPS模拟，实现模型状态变量（如土壤水分剖面、植物冠层生物量）的实时更新。这对于精确指导精准农业中的灌溉和施肥决策至关重要。 --- 第三部分：前沿应用案例与系统集成挑战 本部分展示如何运用新理论和新方法解决当代环境与农业面临的重大实际问题，并指出现有系统的集成障碍。 3.1 气候变化情景下的碳-水-氮循环反馈回路模拟： 深入探讨长期气候驱动下，SPS中碳、水、氮三者之间复杂的非线性反馈机制。例如，土壤有机质分解速率对温度的敏感性如何通过改变根系分泌物影响微生物群落结构，进而反馈影响大气CO2的固定。本书提出一种耦合了土壤有机质动态分解速率的耦合模型结构。 3.2 极端气候事件的生态韧性评估： 聚焦于热浪和暴雨等突发事件对SPS稳定性的冲击。利用复杂网络理论来评估系统中关键节点的脆弱性（如关键微生物群落或根系密集区域），并据此设计具有更高生态韧性（Resilience）的农作系统结构。 3.3 土壤健康与系统可持续性的多指标评估： 超越单一产量指标，构建一个综合考虑土壤生物多样性、水资源利用效率（WUE）和长期固碳潜力的“土壤健康指数”的动态模型。本书提供一套系统的建模方法，用于量化不同管理措施对该综合指数的长期影响。 3.4 跨尺度数据鸿沟的填补策略： 讨论如何利用遥感（如高光谱影像对叶片生理状态的估算）和地面物联网传感器数据，通过尺度桥接技术（Scaling Bridging Techniques），实现从细观（根系）到宏观（流域）数据的有效集成，从而验证和校准区域尺度的过程模型。 --- 结论：面向未来可持续性的系统科学范式 本书为科研人员、政策制定者和高级农林技术人员提供了一个系统化、集成化的研究视角。它强调：理解土壤-植物系统的未来，需要我们从关注单个过程的精确性，转向关注多过程间的动态耦合关系、随机扰动下的系统反馈行为，以及模型预测的不确定性量化。本书倡导的建模范式，旨在构建出既能解释过去观测，又能可靠预测未来复杂环境变化下可持续性的下一代模拟工具。

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