目錄
第1篇 過程與反應(yīng)
第1章 簡介 3
1.1 什么是生物地球化學(xué)？ 3
1.2 地球是一個化學(xué)系統(tǒng) 4
1.2.1 穩(wěn)態(tài)的干擾 7
1.2.2 大尺度試驗 9
1.3 研究尺度 10
1.3.1 熱力學(xué) 10
1.3.2 計量學(xué) 11
1.4 地球是一個生物體 13
第2章 起源 14
2.1 引言 14
2.2 元素起源 15
2.3 太陽系和固體地球起源 18
2.4 大氣和海洋起源 22
2.5 生命起源 24
2.6 代謝途徑進化 27
2.6.1 光合作用：地球氧氣起源 29
2.6.2 化學(xué)自養(yǎng)過程 32
2.6.3 有氧世界的厭氧呼吸過程 32
2.7 行星歷史比較：地球、火星和金星 36
2.7.1 火星 37
2.7.2 金星 39
2.7.3 月亮和太陽系外行星 40
2.8 小結(jié) 41
第3章 大氣層 42
3.1 引言 42
3.2 大氣層結(jié)構(gòu)與大氣環(huán)流 43
3.3 大氣層組成 47
3.3.1 氣體 47
3.3.2 氣溶膠 51
3.4 對流層生物地球化學(xué)反應(yīng) 55
3.4.1 主要組成—— N2 55
3.4.2 O2 55
3.4.3 CO2 56
3.4.4 痕量生物源氣體 56
3.4.5 大氣層氧化反應(yīng) 57
3.5 大氣沉降 64
3.5.1 過程 64
3.5.2 區(qū)域特征與變化趨勢 66
3.6 平流層生物地球化學(xué)反應(yīng) 70
3.6.1 O3 70
3.6.2 平流層硫化物 75
3.7 大氣層和全球氣候模型 77
3.8 小結(jié) 79
第4章 巖石圈 80
4.1 引言 80
4.2 巖石風(fēng)化 81
4.2.1 化學(xué)風(fēng)化 82
4.2.2 次生礦物 87
4.3 土壤化學(xué)反應(yīng) 89
4.3.1 陽離子交換量 89
4.3.2 土壤緩沖能力 90
4.3.3 陰離子吸附量 91
4.3.4 含磷礦物 93
4.4 土壤發(fā)育 96
4.4.1 森林 96
4.4.2 草原 100
4.4.3 沙漠 101
4.4.4 土壤發(fā)育模型 102
4.5 風(fēng)化速率 103
4.5.1 化學(xué)風(fēng)化速率 103
4.5.2 機械風(fēng)化 110
4.5.3 總剝蝕率 112
4.6 小結(jié) 114
第5章 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán) 115
5.1 引言 115
5.2 光合作用 116
5.2.1 水分利用率 117
5.2.2 養(yǎng)分利用率 119
5.3 呼吸作用 120
5.4 凈初級生產(chǎn)量 121
5.4.1 NPP的測量和分配 121
5.5 凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)量和渦動協(xié)方差研究 125
5.6 初級生產(chǎn)量和生物量遙感監(jiān)測 128
5.7 全球NPP和生物量估算 130
5.8 NPP去向 133
5.9 NPP和全球變化 134
5.10 凋落物（碎屑） 137
5.10.1 分解作用過程 137
5.10.2 腐殖質(zhì)形成和土壤有機質(zhì) 139
5.10.3 周轉(zhuǎn)過程和呼吸作用 142
5.11 土壤有機質(zhì)和全球變化 144
5.12 小結(jié) 147
第6章 陸地生物地球化學(xué)循環(huán) 149
6.1 引言 149
6.2 陸地植物的生物地球化學(xué)循環(huán) 151
6.2.1 養(yǎng)分吸收 151
6.2.2 菌根真菌 154
6.2.3 氮同化作用 157
6.2.4 固氮作用 158
6.2.5 養(yǎng)分平衡 162
6.3 陸地植被的養(yǎng)分歸趨與循環(huán) 162
6.3.1 年度養(yǎng)分系統(tǒng)內(nèi)循環(huán) 162
6.3.2 凋落物 164
6.3.3 系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的養(yǎng)分質(zhì)量平衡 167
6.3.4 養(yǎng)分利用率 168
6.4 土壤生物地球化學(xué)循環(huán) 170
6.4.1 土壤微生物生物量和降解過程 170
6.4.2 氮循環(huán) 174
6.4.3 土壤含氮氣體排放 177
6.4.4 土壤磷循環(huán) 183
6.4.5 硫循環(huán) 185
6.4.6 林火轉(zhuǎn)化作用 186
6.4.7 動物的作用 188
6.5 景觀尺度的物質(zhì)平衡計算 190
6.6 生態(tài)系統(tǒng)模型和遙感分析 195
6.7 陸地生物地球化學(xué)過程的人類活動影響 198
6.7.1 酸雨 198
6.7.2 氮飽和 200
6.7.3 CO2 濃度升高與全球變暖 201
6.8 小結(jié) 202
第7章 濕地生態(tài)系統(tǒng) 204
7.1 引言 204
7.2 濕地類型 207
7.2.1 濕地水文 207
7.2.2 濕地土壤 208
7.2.3 濕地植物 209
7.3 濕地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力 210
7.4 濕地有機質(zhì)儲存 213
7.5 水飽和沉積物微生物代謝 217
7.5.1 產(chǎn)自由能計算 219
7.5.2 濕地氧化還原電位 223
7.6 厭氧代謝途徑 226
7.6.1 酵解途徑 226
7.6.2 硝酸根異化還原途徑 227
7.6.3 鐵和錳還原途徑 229
7.6.4 硫酸鹽還原途徑 229
7.6.5 產(chǎn)甲烷途徑 231
7.7 氧化還原梯度 235
7.8 濕地和水質(zhì) 235
7.9 濕地與全球變化 236
7.9.1 海平面上升與海水入侵 236
7.9.2 氣候變化 236
7.9.3 CO2濃度上升 237
7.10 小結(jié) 238
第8章 內(nèi)陸水體 239
8.1 引言 239
8.2 水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 240
8.3 水的特殊性質(zhì) 241
8.4 內(nèi)陸水體及其流域 242
8.4.1 水和溶質(zhì)供應(yīng) 242
8.4.2 淡水水生生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán) 247
8.5 湖泊 251
8.5.1 湖泊水收支與混合 251
8.5.2 湖泊營養(yǎng)狀態(tài) 253
8.5.3 湖泊碳循環(huán) 253
8.5.4 湖泊養(yǎng)分循環(huán) 263
8.6 溪流和河流 267
8.6.1 河流水收支與混合 268
8.6.2 河流碳循環(huán) 269
8.6.3 河流養(yǎng)分螺旋機制 275
8.7 河口海灣：陸海交錯 278
8.7.1 河口海灣水收支與混合 279
8.7.2 河口海灣碳循環(huán) 280
8.7.3 河口海灣養(yǎng)分循環(huán) 283
8.8 陸地水體的人類活動影響 285
8.8.1 水利設(shè)施 286
8.8.2 富營養(yǎng)化 289
8.8.3 全球氣候變化 290
8.9 小結(jié) 292
第9章 海洋 295
9.1 引言 295
9.2 海洋環(huán)流 296
9.2.1 表層海洋環(huán)流 296
9.2.2 深海/大洋 298
9.2.3 海水平均滯留時間 300
9.2.4 海洋環(huán)流格局下的氣候波動 301
9.3 海水的組成 302
9.3.1 主要離子 302
9.3.2 熱液口和海底火山輸入 306
9.3.3 養(yǎng)分 307
9.3.4 水溶態(tài)氣體 308
9.3.5 生物源碳酸鹽（生源碳酸鹽） 311
9.4 海洋表層生物地球化學(xué) 312
9.4.1 凈初級生產(chǎn)量 313
9.4.2 全球海洋生產(chǎn)力估算 314
9.4.3 海洋NPP養(yǎng)分限制 315
9.4.4 海洋NPP歸趨 322
9.4.5 生物源碳酸鹽生成和溶解 323
9.5 深海生物地球化學(xué) 324
9.5.1 沉降有機物、軟組織泵和海洋雪 324
9.5.2 深海碳酸鹽溶解 325
9.6 海洋沉積物生物地球化學(xué) 327
9.6.1 海底有機物歸趨 328
9.6.2 沉積物成巖過程 331
9.6.3 熱液口生物群落 334
9.6.4 生物地球化學(xué)的沉積記錄 335
9.7 海洋元素循環(huán) 336
9.7.1 海洋碳循環(huán) 336
9.7.2 海洋氮循環(huán) 337
9.7.3 海洋磷循環(huán) 340
9.7.4 海洋硫循環(huán) 342
9.7.5 海洋微量元素循環(huán) 344
9.8 海洋與全球變化 349
9.9 小結(jié) 350
第2篇 全球循環(huán)
第10章 全球水循環(huán) 355
10.1 引言 355
10.2 全球水循環(huán) 356
10.3 水循環(huán)模型 361
10.4 水循環(huán)歷史 362
10.5 水循環(huán)與氣候變化 364
10.5.1 海平面上升 365
10.5.2 海冰 366
10.5.3 陸地水平衡 368
10.6 小結(jié) 369
第11章 全球碳和氧循環(huán) 371
11.1 引言 371
11.1.1 現(xiàn)代碳循環(huán) 371
11.2 什么能促進凈初級生產(chǎn)量？ 376
11.3 碳循環(huán)的時間視角 379
11.4 大氣層甲烷 383
11.5 一氧化碳 389
11.6 碳循環(huán)和氧循環(huán)的耦合 390
11.7 小結(jié) 393
第12章 全球氮、磷和鉀循環(huán) 395
12.1 引言 395
12.2 全球氮循環(huán) 397
12.2.1 陸地 397
12.2.2 海洋 404
12.3 全球氮循環(huán)的時間波動 404
12.4 氧化亞氮 407
12.5 全球磷循環(huán) 410
12.6 鉀：被忽視的限制性養(yǎng)分元素？ 412
12.7 全球生物地球化學(xué)循環(huán)關(guān)聯(lián) 414
12.8 小結(jié) 415
第13章 全球硫和汞循環(huán) 416
13.1 引言 416
13.2 全球硫循環(huán) 417
13.2.1 陸地 418
13.2.2 海洋環(huán)境 420
13.3 硫、氧循環(huán)交互作用 421
13.4 全球硫循環(huán)的時間演變 422
13.5 全球汞循環(huán) 426
13.6 小結(jié) 429
第14章 結(jié)語 431
附錄1 元素周期表 434
附錄2 地質(zhì)年代表 435