第1篇 过程与反应 3
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 Nino）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 331
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