生物地球化学——全球变化分析（原书第三版）

定　　价：198 元

丛书名：普通高等教育“十三五”规划教材普通高等院校工程实践系列规划教材

• 作者：(美)W.H. 施莱辛格，(美)E.S. 伯恩哈特编著
• 出版时间：2016/9/1
• ISBN：9787030499189
• 出 版 社：科学出版社

适用读者:本书适用于生物学、环境科学、生态学等领域的学生和相关研究人员

• 中图法分类：P593 
• 页码：405
• 纸张：胶版纸
• 版次：1
• 开本：16K
• 字数：(单位：千字)

内容简介

该书内容丰富，包含了国际最新进展，是本领域的经典权威著作，是目前国际上生物地球化学领域最完整的专著。生物地球化学过程与当前全球性的环境问题密切相关，如温室气体的排放等。从地学、化学和生物学交叉的角度开展环境科学的研究是当前地球系统科学发展的前沿。过去许多研究侧重地学或地学与化学的耦合，但是越来越多的研究发现生物过程对推动地球化学过程至关重要，需要加强综合研究。该书全面深入地总结了该领域的进展和方向，对我们组织相关科研项目和研究生培养均有重要的指导意义。该书作者为国际上生物地球化学研究领域的开拓者和领军人物。他是美国科学院为数不多的专门从事生物地球化学研究的院士，公认的国际权威。他也是中国科学院"爱因斯坦"讲席教授，积极推动中国在该领域的发展。

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序 言

　　这是一本关于地球表面化学的教科书。众多生命所依赖的地球表面现正面临着不断增加的人类活动影响。现有的众多环境问题——从全球变化到海洋酸化，都源于人类活动引起的地球表面化学的变化。我们希望学生们使用这本教科书后能把地球作为一个化学系统来认知其自然功能，并明确引起地球表面化学变化的历史事件，以及明白当前我们星球快速变化的原因。本书融合了从空间物理学到分子生物的多学科和从地球起源到未来数十年的大时间尺度。
　　和前两版一样，本书架构是源于早期Schlesinger教授和近期Bernhardt教授，以及两人在（美国）杜克大学多年教授的生物地球化学课程。根据课程教学大纲，我们将本书分为两部分：第～部分包括了在大气、陆地、淡水水体和海洋中的微生物和化学反应；第二部分包括了一系列的短章节，用于解释笫一部分章节中相关机理及大尺度生物地球化学循环。
　　本书的各个章节都曾在1997年的上一版本中被修订，主要针对淡水和水生生态系统的拓展，包括了基于卫星和模型的地球化学特性全球地图，并提供了针对主要元素和汞生物地球化学循环的全球计量新成果。
　　综观全书，我们注重于那些对生命具有重要作用的元素的化学反应。全球尺度的元素耦合循环源于生物化学。在一些区域，我们表述了计算机模型是如何被用于了解和预测元素循环及生态系统功能的。多数这样的数学模型是源于生物化学及生物化学元素的内部相互作用。数学模型是将小尺度的观测扩展到全球尺度的有效方法。这些数学模型已被基于卫星的观测所证实，尤其是NASA（美国国家航空航天局）的地球观测系统的应用。我们希望这本教科书可以将从微生物学到全球变化生态学的孤立生物地球化学领域联系起来。
　　本书提供了生物地球化学的授课框架。附加的近期阅读文献使一些特别感兴趣的领域或最近研究进展得以进一步的深入。虽然不可能包罗万象，但本书包括了超过4500篇文献，有助于学生和其他希望了解相关领域的人得到较全面的了解。本书具有多学科交叉的特性，因此我们努力提供丰富的章节间相互引用和图表。
　　与本书的第一、第一版一样，我们希望本版能激发新一代学生学习全球变化相关科学的兴趣。放弃不是选择，我们的星球需要大家的共同呵护！

目 录

目录
中文版序一
中文版序二
译者的话
前言
致谢
第 1 篇 过程与反应
第 1 章 简介 3
1.1 什么是生物地球化学？ 3
1.2 地球是一个化学系统 4
1.3 研究尺度 8
1.3.1 热动力学 8
1.3.2 计量学 9
1.3.3 大尺度试验 11
1.3.4 模型 11
1.4 Lovelock 的盖亚假设（即地球是一个生物体） 11
第 2 章 起源 13
2.1 引言 13
2.2 元素起源 14
2.3 太阳系和固体地球起源 16
2.4 大气和海洋起源 19
2.5 生命起源 22
2.6 代谢途径进化 25
2.6.1 光合作用：地球氧气起源 27
2.6.2 化学自养作用 30
2.6.3 厌氧呼吸作用 30
2.7 行星历史比较：地球、火星和金星 34
2.8 小结 38
第 3 章 大气 40
3.1 引言 40
3.2 大气层结构与大气环流 41
3.3 大气组成 45
3.3.1 气体 45
3.3.2 气溶胶 48
3.4 对流层生物地球化学反应 52
3.4.1 主要组成——氮气和氧气 52
3.4.2 二氧化碳 53
3.4.3 痕量生物源气体 53
3.5 大气沉降 60
3.5.1 过程 60
3.5.2 区域特征与变化趋势 62
3.6 平流层生物地球化学反应 66
3.6.1 臭氧 66
3.6.2 平流层含硫化合物 70
3.7 大气和全球气候模型 71
3.8 小结 73
第 4 章 岩石圈 75
4.1 引言 75
4.2 岩石风化 76
4.2.1 化学风化 77
4.2.2 次生矿物 82
4.3 土壤化学反应 83
4.3.1 阳离子交换量 83
4.3.2 土壤缓冲能力 84
4.3.3 阴离子吸附量 86
4.3.4 含磷矿物 88
4.4 土壤发育 90
4.4.1 森林 90
4.4.2 草地 94
4.4.3 沙漠 95
4.4.4 土壤发育模型 96
4.5 风化速率 97
4.5.1 化学风化速率 97
4.5.2 机械风化 104
4.5.3 总剥蚀率 106
4.6 小结 107
第 5 章 生物圈：陆地生态系统碳循环 110
5.1 引言 110
5.2 光合作用 111
5.2.1 水分利用率 112
5.2.2 养分利用率 114
5.3 呼吸作用 115
5.4 净初级生产量 116
5.4.1 NPP 的测量和分配 116
5.5 净生态系统生产量和涡度相关研究 119
5.6 净初级生产量去向 121
5.7 初级生产量和生物量遥感监测 122
5.8 全球净初级生产量和生物量估算 124
5.9 净初级生产量和全球变化 127
5.10 凋落物（碎屑） 130
5.10.1 矿化作用过程 130
5.10.2 腐殖质形成和土壤有机质 132
5.10.3 周转过程 135
5.11 土壤有机质和全球变化 137
5.12 小结 139
第 6 章 生物圈：陆地系统的生物地球化学循环 141
6.1 引言 141
6.2 陆地植物的生物地球化学循环 143
6.2.1 养分吸收 143
6.2.2 养分平衡 145
6.2.3 氮同化 146
6.2.4 固氮作用 147
6.2.5 菌根真菌 150
6.3 陆地植被中养分归趋与循环 152
6.3.1 系统内养分年循环 152
6.3.2 凋落物 154
6.3.3 系统内循环的养分质量平衡 156
6.3.4 养分利用率 158
6.4 土壤生物地球化学循环 159
6.4.1 土壤微生物生物量和降解过程 159
6.4.2 氮循环 164
6.4.3 土壤含氮气体释放 166
6.4.4 土壤磷循环 173
6.4.5 硫循环 174
6.4.6 林火转化作用 176
6.4.7 动物的作用 177
6.5 景观尺度物质平衡计算 179
6.6 陆地生物地球化学过程的人类活动影响 183
6.6.1 酸雨 183
6.6.2 氮饱和 184
6.6.3 CO2浓度升高与全球变暖 185
6.7 小结 185
第 7 章 湿地生态系统 192
7.1 引言 192
7.2 湿地类型 194
7.2.1 湿地水文学 195
7.2.2 湿地土壤 196
7.2.3 湿地植物 197
7.3 湿地生态系统的生产力 198
7.4 湿地有机质储存 201
7.5 水饱和沉积物微生物代谢作用 204
7.5.1 自由能计算 206
7.5.2 环境氧化还原电位测定 209
7.6 厌氧代谢途径 213
7.6.1 酵解作用 213
7.6.2 硝酸根异化还原作用 213
7.6.3 铁和锰还原作用 215
7.6.4 硫的还原 216
7.6.5 产甲烷作用 217
7.6.6 甲烷好氧氧化作用 219
7.6.7 甲烷厌氧氧化作用 219
7.6.8 微生物群落 221
7.7 湿地和水质 222
7.8 湿地与全球变化 222
7.8.1 全球湿地损失 222
7.8.2 海平面上升与海水入侵 222
7.8.3 升温 223
7.8.4 CO2浓度上升 223
7.9 小结 224
第 8 章 陆地水体 226
8.1 引言 226
8.1.1 水的特性 227
8.1.2 水陆关系 228
8.1.3 水生食物网的特性 236
8.2 湖泊 237
8.2.1 湖泊水收支和混合作用 237
8.2.2 湖泊碳循环 240
8.2.3 湖泊养分循环 249
8.3 河流 253
8.3.1 河流水收支和混合作用 254
8.3.2 河流碳循环 257
8.3.3 河流养分涡旋 262
8.4 河口 267
8.4.1 河口水收支与混合 268
8.4.2 河口碳循环 269
8.4.3 河口养分循环 272
8.5 陆地水体的人类影响 274
8.5.1 水利设施 274
8.5.2 富营养化 277
8.5.3 全球气候变化 278
8.6 小结 280
第 9 章 海洋 283
9.1 引言 283
9.2 海洋环流 283
9.2.1 全球格局 284
9.2.2 厄尔尼诺（El Ni？o）现象 288
9.3 海水的组成 289
9.3.1 主要离子 289
9.4 净初级生产量（NPP） 291
9.4.1 测量 291
9.4.2 全球格局和估算 293
9.4.3 水溶性有机质 293
9.4.4 海洋净初级生产量的归趋 294
9.5 沉积成岩作用 296
9.5.1 有机成岩作用 296
9.5.2 生源碳酸盐 301
9.6 生物泵：海洋碳循环模型 303
9.7 海洋养分循环 306
9.7.1 内循环 307
9.7.2 大气-海洋氮交换 310
9.7.3 全球海洋氮收支 312
9.7.4 磷 313
9.7.5 海洋养分循环的人类干扰 316
9.7.6 硅、铁和微量金属 317
9.8 深海热液口生物群落的生物地球化学 322
9.9 海洋硫循环 324
9.10 生物地球化学的沉积记录 325
9.11 小结 327
第 2 篇 全球循环
第 10 章 全球水循环 331
10.1 引言 331
10.2 全球水循环 332
10.3 水循环模型 337
10.4 水循环历史 339
10.5 水循环与气候变化 340
10.5.1 海平面上升 340
10.5.2 海冰 342
10.5.3 陆地水平衡 343
10.6 小结 345
第 11 章 全球碳循环 347
11.1 引言 347
11.2 现代碳循环 348
11.3 碳循环时间演变 354
11.4 大气甲烷 358
11.5 一氧化碳 363
11.6 碳循环和氧循环的耦合 364
11.7 小结 367
第 12 章 全球氮和磷循环 368
12.1 引言 368
12.2 全球氮循环 370
12.2.1 陆地 370
12.2.2 海洋 376
12.3 全球氮循环的时间变化 377
12.4 氧化亚氮 379
12.5 全球磷循环 382
12.6 全球生物地球化学循环的耦合关系 384
12.7 小结 385
第 13 章 全球硫和汞循环 387
13.1 引言 387
13.2 全球硫循环 388
13.2.1 全球硫循环的时间演变 392
13.2.2 大气羰基硫化物收支 396
13.3 全球汞循环 398
13.4 小结 400
第 14 章 展望 402