原名：Critical zone agrohydrology: An integrative paradigm for agricultural water sustainability
译名：关键带农业水文学：农业用水可持续性的综合范式
期刊：PNAS Nexus
在线发表时间：2026.06.18
第一作者：赵英教授yzhaosoils@gmail.com
第一单位：鲁东大学现代农业高质量发展产教融合东营基地
近日，鲁东大学赵英教授联合加拿大萨斯喀彻温大学全球水安全研究所（GIWS）、美国威斯康星大学麦迪逊分校、阿根廷圣路易斯国立大学、中国科学院新疆生态与地理研究所、中国科学院地球环境研究所、四川大学、山东省农业科学院等国内外科研机构学者，在国际学术期刊《PNAS Nexus》发表题为“Critical Zone Agrohydrology: An Integrative Paradigm for Agricultural Water Sustainability”的研究论文。
该成果标志着鲁东大学赵英教授团队在农业水资源可持续发展领域取得重要原创性突破。研究团队首次系统提出“关键带农业水文学（Critical Zone Agrohydrology, CZA）”理论框架，构建了连接土壤、地下水、生态系统与人类管理活动的综合研究范式，为农业水资源可持续利用提供了新的理论支撑和实践路径。该研究不仅拓展了关键带科学在人类管理生态系统中的应用边界，也为保障粮食安全、地下水安全和农业绿色发展提供了新的科学视角与理论框架，对于推进农业强国建设、提升农业水资源利用效率以及服务国家生态文明建设具有重要意义。
这篇 Perspective 能发在 PNAS Nexus，关键在于它提出了一个面向农业水可持续的整合范式：critical zone agrohydrology（CZA）。文章不是单纯综述技术，而是把农业水文学、关键区科学、水文地质、土壤学、生态水文学、数字农业和治理连接起来，提出“四深”和“5M循环”。它回应粮食需求增加、气候变率增强、土壤退化和地下水下降的交叉问题，具有概念创新、跨学科整合和政策实践价值。
全球粮食和水安全压力增加。农业集约化提升了淡水消耗，气候变率、土壤退化和地下水下降又压缩了水资源安全空间。传统农业水文学提高了田块水分效率，但常偏重根区、表层和单季过程，难以处理深层储水、盐分、地下水和流域反馈。
• 把农田重新定义为人类管理的关键区，而不只是作物生产单元。• 将农业水管理从田块效率扩展到流域充分性。• 把深层土壤、基岩、含水层、盐分、碳、养分和人类决策纳入同一框架。• 提供“四深”和“5M循环”，便于把概念转化为监测、建模和管理工具。• 为干旱韧性、盐碱地修复、养分流失控制、地下水补给和跨尺度治理提供统一思路。
• 问题一：传统农业水文学为什么不足？作者通过比较田块尺度、根区尺度和单季水分管理的优势与盲点回答。
• 问题二：关键区科学如何补足农业水文学？作者引入冠层到基岩、季节到十年、自然过程到人类决策的整体视角回答。
• 问题三：CZA如何落地？作者提出“四深”框架和“5M循环”作为操作路径。
• 问题四：CZA能解决哪些农业水问题？作者用土壤多功能、养分流失、盐化修复、干旱韧性、MAR和流域治理等应用场景说明。
本文质疑了“提高田块水分利用效率就等于农业水可持续”的简单逻辑。它填补的 knowledge gap 是：传统农业水文学常忽略深层土壤和地下水、长期土壤演变、流域尺度回流和人类决策反馈；而关键区科学虽有深度和系统性，但在农业实践中的可操作性不足。CZA试图把二者结合。
• 农田水问题不能只用根区水分平衡解释，还受深层储水、地下水、基岩、盐分和历史遗留效应控制。• 田块效率提升不一定带来流域节水，必须评估回流、补给和再分配。• 农业景观可以被视为人类管理的关键区，具有水文、生物地球化学和社会经济耦合特征。• “四深”和“5M循环”可把复杂系统理解转化为可执行的农业水管理路径。
• 提出CZA概念：把农业景观看作从冠层到基岩、从季节到十年的管理关键区。• 文章提出“四深”：deep time、deep depth、deep coupling和deep practice。• 建立“5M循环”：measuring、mapping、monitoring、modeling和managing，用于持续诊断和适应性管理。• 图3清楚比较了传统农业水文学和CZA：前者偏重根区和单季效率，后者连接土壤、地下水、地表水、气候、植被和人类决策。• 表1把“四深”转化为诊断重点、机制解释和管理含义，增强了框架的可操作性。• 图6把5M循环视觉化，强调测量、制图、监测、建模和管理不是线性流程，而是反馈循环。• 应用部分覆盖土壤多功能、养分流失、盐碱地修复、干旱韧性、地下水补给和跨尺度治理。• 文章强调农业不只是用水压力源，也可成为含水层稳定、水质改善、碳储存和生物多样性的贡献者。
• 第一，文章先指出现实压力：粮食需求上升、淡水紧缺、气候变率增强、土壤退化和地下水下降共同压缩农业水安全空间。• 第二，作者评价传统农业水文学的贡献和不足。它擅长田块灌溉和短期效率，但难以处理深层过程、时间滞后和流域后果。• 第三，文章引入关键区科学，强调农田应被理解为土壤、水、岩石、生物、气候和人类管理耦合的系统。• 第四，作者提出CZA的核心结构：用“四深”扩展诊断深度，用“5M循环”实现操作化。• 第五，讨论转向应用，说明CZA如何支持盐碱地修复、干旱韧性、养分截留、地下水补给和流域治理。• 第六，文章最后强调CZA不是万能方案，需要因地制宜、试点验证、数据共享和农民共同参与。
CZA把农业水管理从短期田块效率扩展到长期、深层、耦合和流域导向的韧性治理，是农业水可持续的整合范式。
第一，文章不是堆砌技术，而是提出可迁移的概念框架。第二，它准确识别旧框架的盲点，再给出替代框架。第三，“四深”和“5M循环”使抽象概念具备操作性。第四，图3、图5和图6直接支撑全文逻辑。第五，文章把科学、管理、政策和农民采用放在同一体系中，值得年轻学者学习。
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原文链接：
https://academic.oup.com/pnasnexus/article/5/6/pgag203/8702786
内容来源：农作未来
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