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导言 当代生物地球化学1

一、生物地球化学的概念与研究内容1

二、生物地球化学学科的创建1

三、相关学科与当代生物地球化学的发展2

四、土壤圈与生物地球化学过程6

五、人类活动对生物地球化学过程的扰动7

第一章 元素与地球圈层结构14

第一节 元素与同位素14

一、元素的起源14

二、元素的丰度15

三、营养元素16

四、同位素及其在生物地球化学上的应用17

第二节 岩石圈、大气圈与水圈18

一、岩石圈19

二、大气圈21

三、水圈21

第三节 生命起源与生物圈的形成22

一、生命的起源22

二、生命进化24

三、生物与地球化学环境的改变26

第二章 物质传输30

第一节 生物地球化学储库与物质传输机制30

一、元素的生物地球化学储库30

二、元素的生物地球化学传输机制30

三、物质循环的时空性31

第二节 水循环与物质的水体传输32

一、地球上的水循环32

二、元素的水体传输34

第三节 元素的大气传输39

一、大气层的结构与化学组成39

二、大气环流41

三、大气中物质的来源与去向42

第四节 物质的生物传输43

一、植物-土壤系统的养分传输43

二、元素的生物传输44

第三章 物质循环中的化学过程46

第一节 水溶液化学46

一、气体在水中的溶解46

二、水的酸碱平衡47

三、水中的可溶性有机物及其化学反应48

第二节 固-液相界面的化学过程51

一、矿物风化51

二、吸附与解吸附54

三、化学沉淀与溶解58

第三节 氧化与还原61

一氧化还原反应在生物地球化学中的作用61

二、环境中的氧化还原过程63

三、环境中的氧化还原状况67

第四章 元素循环的生物驱动作用71

第一节 生物与元素循环71

一、元素循环的生物学过程71

二、生物的营养类型74

三、生态系统中元素的循环与耦合76

第二节 微生物与物质循环85

一、微生物的多样性与分布85

二、微生物的生态适应性90

三、微生物之间的相互作用96

第三节 植物-土壤互作与物质循环99

一、植物对土壤化学环境的影响与物质循环99

二、植物与土壤生物的相互作用101

三、土壤食物网与物质循环107

四、生物在土壤中的空间分布109

五、土壤酶111

第五章 碳循环115

第一节 全球碳循环115

一、碳的地球化学特征与循环115

二、生态系统中的碳循环117

三、现代全球碳循环119

四、内陆水体与湿地的碳循环123

五、海洋对碳的吸收124

六、碳循环与其他循环的关系125

第二节 农业生态系统的碳循环与土壤碳库126

一、农业生态系统的碳循环126

二、生物质的能源利用130

三、农用土地的碳损失与农田土壤碳汇功能133

第三节 植物-土壤系统的碳转化139

一、土壤有机碳组分140

二、植物-土壤系统中的碳投入146

三、新鲜有机残体的分解150

四、气候变化对植物-土壤碳循环的影响161

第四节 土壤有机质存在形态与稳定性164

一、木质素165

二、土壤腐殖质167

三、关于土壤有机质分子结构的新认识172

四、土壤有机质中的微生物组分173

五、土壤有机质与矿物质的结合174

六、土壤腐殖质的内涵与有机质稳定机理174

第六章 氮循环181

第一节 全球与自然生态系统氮循环181

一、氮的地球化学特征与形态转化181

二、全球氮循环182

三、自然生态系统氮循环189

第二节 农业生态系统的氮素循环201

一、农业生态系统的氮流向201

二、作物-土壤系统与环境间氮交换202

三、养殖业系统的氮循环211

第三节 植物-土壤氮循环215

一、植物-土壤系统氮循环215

二、土壤有机和无机态氮之间的转化216

三、土壤中铵态氮的去向224

第四节 氮的氧化与还原过程229

一、环境中氮的氧化与还原229

二、氮的生物固定230

三、硝化过程237

四、生物反硝化过程243

五、氧化态氮其他还原过程246

六、土壤中氮的氧化还原与N2O释放248

第七章 磷循环254

第一节 磷的地球化学与全球磷循环254

一、磷的地球化学254

二、全球磷库与磷循环255

三、陆地磷循环256

四、海洋磷循环258

第二节 农业生态系统磷循环259

一、磷的矿产资源259

二、农田土壤的磷肥投入262

三、农业生态系统磷循环263

四、有机废弃物中磷的循环266

第三节 植物-土壤系统的磷循环267

一、植物-土壤系统磷循环267

二、土壤磷的吸附和解吸275

三、土壤磷的化学沉淀和溶解277

四、土壤磷的生物转化280

五、影响土壤磷转化的土壤因素282

六、土壤磷的流失285

第八章 硫循环288

第一节 全球硫循环288

一、硫的地球化学特征288

二、硫的生物地球化学储库与循环289

三、自然界硫的转化291

第二节 陆地生态系统中的硫292

一、土壤中硫的含量与形态292

二、陆地生态系统的硫平衡295

第三节 硫的转化297

一、有机硫的转化297

二、无机硫的还原300

三、无机硫的氧化301

四、硫的吸附304

第九章 钾、钠、钙和镁的循环306

第一节 概述306

一、钾、钠、钙、镁的基本化学性状306

二、钾、钠、钙、镁的地球化学行为307

第二节 钾循环309

一、含钾矿物309

二、土壤中钾的形态、转化与植物吸收316

三、植物-土壤系统的钾循环322

第三节 钙、镁循环324

一、钙、镁矿物的风化324

二、土壤中钙、镁的循环326

三、植物-土壤系统的钙、镁循环335

四、水体中的钙、镁循环336

第十章 金属微量元素的循环337

第一节 金属微量元素的地球化学特征337

一、金属微量元素的基本化学性状337

二、金属微量元素的地球化学行为338

三、金属微量元素的传输342

第二节 金属微量元素循环的一般过程343

一、金属微量元素的形态343

二、土壤中金属微量元素的来源346

三、植物-土壤系统中金属微量元素的循环346

四、水体中金属微量元素的循环348

第三节 植物-土壤系统铁、锰循环349

一、铁、锰的化学转化349

二、铁、锰的土壤生物化学转化354

第四节 植物-土壤系统铜、锌、镍循环359

一、土壤中铜、锌、镍的来源359

二、铜、锌、镍的化合物与植物有效性360

三、铜、锌、镍的吸附和解吸附361

四、铜的氧化还原366

第五节 土壤金属微量元素有效化与移动性的影响因素367

一、铁367

二、锰368

三、铜369

四、锌369

五、镍370

第十一章 硼、钼、硅和硒的循环372

第一节 硼和钼的循环372

一、硼和钼的地球化学与循环372

二、植物-土壤系统的硼、钼循环374

三、植物-土壤系统硼和钼的来源与去向378

第二节 硅循环379

一、硅的地球化学性质与生物地球化学379

二、硅在植物-土壤系统的循环381

第三节 硒循环385

一、硒的地球化学特征与循环385

二、植物-土壤系统的硒循环387

第十二章 污染物质的生物地球化学循环393

第一节 重金属元素的生物地球化学循环393

一、重金属元素与化学性状393

二、环境中重金属元素的来源和去向395

二、重金属元素在环境中的转化过程399

四、重金属元素的生物地球化学循环403

第二节 有机污染物的生物地球化学循环405

一、有机污染物405

二、环境中持久性有机污染物的化学行为与迁移407

三、污染物的降解407

四、有机污染物循环的一般模型410

参考文献411