本书以地球生命起源到现代的时间跨度和从分子到全球的空间尺度为视角，系统阐述了地球地质历程的生物学过程与物质循环。全书前半部分为大气、陆地、淡水水体、海洋等系统的生物和化学过程，后半部分综合诠释了相关的机制以及大尺度的生物地球化学循环过程。全书引用文献5000多篇，展示了丰富的图、表，较全面地呈现了生物地球化学领域的历史进程和研究前沿，并为读者勾勒出一幅地球运行的全景图。
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中科院“百人计划”，发表SCI论文近百篇，
目录
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
1.2.1 稳态的干扰 7
1.2.2 大尺度试验 9
1.3 研究尺度 10
1.3.1 热力学 10
1.3.2 计量学 11
1.4 地球是一个生物体 13
第2章 起源 14
2.1 引言 14
2.2 元素起源 15
2.3 太阳系和固体地球起源 18
2.4 大气和海洋起源 22
2.5 生命起源 24
2.6 代谢途径进化 27
2.6.1 光合作用：地球氧气起源 29
2.6.2 化学自养过程 32
2.6.3 有氧世界的厌氧呼吸过程 32
2.7 行星历史比较：地球、火星和金星 36
2.7.1 火星 37
2.7.2 金星 39
2.7.3 月亮和太阳系外行星 40
2.8 小结 41
第3章 大气层 42
3.1 引言 42
3.2 大气层结构与大气环流 43
3.3 大气层组成 47
3.3.1 气体 47
3.3.2 气溶胶 51
3.4 对流层生物地球化学反应 55
3.4.1 主要组成—— N2 55
3.4.2 O2 55
3.4.3 CO2 56
3.4.4 痕量生物源气体 56
3.4.5 大气层氧化反应 57
3.5 大气沉降 64
3.5.1 过程 64
3.5.2 区域特征与变化趋势 66
3.6 平流层生物地球化学反应 70
3.6.1 O3 70
3.6.2 平流层硫化物 75
3.7 大气层和全球气候模型 77
3.8 小结 79
第4章 岩石圈 80
4.1 引言 80
4.2 岩石风化 81
4.2.1 化学风化 82
4.2.2 次生矿物 87
4.3 土壤化学反应 89
4.3.1 阳离子交换量 89
4.3.2 土壤缓冲能力 90
4.3.3 阴离子吸附量 91
4.3.4 含磷矿物 93
4.4 土壤发育 96
4.4.1 森林 96
4.4.2 草原 100
4.4.3 沙漠 101
4.4.4 土壤发育模型 102
4.5 风化速率 103
4.5.1 化学风化速率 103
4.5.2 机械风化 110
4.5.3 总剥蚀率 112
4.6 小结 114
第5章 陆地生态系统碳循环 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 养分利用率 119
5.3 呼吸作用 120
5.4 净初级生产量 121
5.4.1 NPP的测量和分配 121
5.5 净生态系统生产量和涡动协方差研究 125
5.6 初级生产量和生物量遥感监测 128
5.7 全球NPP和生物量估算 130
5.8 NPP去向 133
5.9 NPP和全球变化 134
5.10 凋落物（碎屑） 137
5.10.1 分解作用过程 137
5.10.2 腐殖质形成和土壤有机质 139
5.10.3 周转过程和呼吸作用 142
5.11 土壤有机质和全球变化 144
5.12 小结 147
第6章 陆地生物地球化学循环 149
6.1 引言 149
6.2 陆地植物的生物地球化学循环 151
6.2.1 养分吸收 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 养分平衡 162
6.3 陆地植被的养分归趋与循环 162
6.3.1 年度养分系统内循环 162
6.3.2 凋落物 164
6.3.3 系统内循环的养分质量平衡 167
6.3.4 养分利用率 168
6.4 土壤生物地球化学循环 170
6.4.1 土壤微生物生物量和降解过程 170
6.4.2 氮循环 174
6.4.3 土壤含氮气体排放 177
6.4.4 土壤磷循环 183
6.4.5 硫循环 185
6.4.6 林火转化作用 186
6.4.7 动物的作用 188
6.5 景观尺度的物质平衡计算 190
6.6 生态系统模型和遥感分析 195
6.7 陆地生物地球化学过程的人类活动影响 198
6.7.1 酸雨 198
6.7.2 氮饱和 200
6.7.3 CO2 浓度升高与全球变暖 201
6.8 小结 202
第7章 湿地生态系统 204
7.1 引言 204
7.2 湿地类型 207
7.2.1 湿地水文 207
7.2.2 湿地土壤 208
7.2.3 湿地植物 209
7.3 湿地生态系统的生产力 210
7.4 湿地有机质储存 213
7.5 水饱和沉积物微生物代谢 217
7.5.1 产自由能计算 219
7.5.2 湿地氧化还原电位 223
7.6 厌氧代谢途径 226
7.6.1 酵解途径 226
7.6.2 硝酸根异化还原途径 227
7.6.3 铁和锰还原途径 229
7.6.4 硫酸盐还原途径 229
7.6.5 产甲烷途径 231
7.7 氧化还原梯度 235
7.8 湿地和水质 235
7.9 湿地与全球变化 236
7.9.1 海平面上升与海水入侵 236
7.9.2 气候变化 236
7.9.3 CO2浓度上升 237
7.10 小结 238
第8章 内陆水体 239
8.1 引言 239
8.2 水生生态系统结构 240
8.3 水的特殊性质 241
8.4 内陆水体及其流域 242
8.4.1 水和溶质供应 242
8.4.2 淡水水生生态系统碳循环 247
8.5 湖泊 251
8.5.1 湖泊水收支与混合 251
8.5.2 湖泊营养状态 253
8.5.3 湖泊碳循环 253
8.5.4 湖泊养分循环 263
8.6 溪流和河流 267
8.6.1 河流水收支与混合 268
8.6.2 河流碳循环 269
8.6.3 河流养分螺旋机制 275
8.7 河口海湾：陆海交错 278
8.7.1 河口海湾水收支与混合 279
8.7.2 河口海湾碳循环 280
8.7.3 河口海湾养分循环 283
8.8 陆地水体的人类活动影响 285
8.8.1 水利设施 286
8.8.2 富营养化 289
8.8.3 全球气候变化 290
8.9 小结 292
第9章 海洋 295
9.1 引言 295
9.2 海洋环流 296
9.2.1 表层海洋环流 296
9.2.2 深海/大洋 298
9.2.3 海水平均滞留时间 300
9.2.4 海洋环流格局下的气候波动 301
9.3 海水的组成 302
9.3.1 主要离子 302
9.3.2 热液口和海底火山输入 306
9.3.3 养分 307
9.3.4 水溶态气体 308
9.3.5 生物源碳酸盐（生源碳酸盐） 311
9.4 海洋表层生物地球化学 312
9.4.1 净初级生产量 313
9.4.2 全球海洋生产力估算 314
9.4.3 海洋NPP养分限制 315
9.4.4 海洋NPP归趋 322
9.4.5 生物源碳酸盐生成和溶解 323
9.5 深海生物地球化学 324
9.5.1 沉降有机物、软组织泵和海洋雪 324
9.5.2 深海碳酸盐溶解 325
9.6 海洋沉积物生物地球化学 327
9.6.1 海底有机物归趋 328
9.6.2 沉积物成岩过程 331
9.6.3 热液口生物群落 334
9.6.4 生物地球化学的沉积记录 335
9.7 海洋元素循环 336
9.7.1 海洋碳循环 336
9.7.2 海洋氮循环 337
9.7.3 海洋磷循环 340
9.7.4 海洋硫循环 342
9.7.5 海洋微量元素循环 344
9.8 海洋与全球变化 349
9.9 小结 350
第2篇 全球循环
第10章 全球水循环 355
10.1 引言 355
10.2 全球水循环 356
10.3 水循环模型 361
10.4 水循环历史 362
10.5 水循环与气候变化 364
10.5.1 海平面上升 365
10.5.2 海冰 366
10.5.3 陆地水平衡 368
10.6 小结 369
第11章 全球碳和氧循环 371
11.1 引言 371
11.1.1 现代碳循环 371
11.2 什么能促进净初级生产量？ 376
11.3 碳循环的时间视角 379
11.4 大气层甲烷 383
11.5 一氧化碳 389
11.6 碳循环和氧循环的耦合 390
11.7 小结 393
第12章 全球氮、磷和钾循环 395
12.1 引言 395
12.2 全球氮循环 397
12.2.1 陆地 397
12.2.2 海洋 404
12.3 全球氮循环的时间波动 404
12.4 氧化亚氮 407
12.5 全球磷循环 410
12.6 钾：被忽视的限制性养分元素？ 412
12.7 全球生物地球化学循环关联 414
12.8 小结 415
第13章 全球硫和汞循环 416
13.1 引言 416
13.2 全球硫循环 417
13.2.1 陆地 418
13.2.2 海洋环境 420
13.3 硫、氧循环交互作用 421
13.4 全球硫循环的时间演变 422
13.5 全球汞循环 426
13.6 小结 429
第14章 结语 431
附录1 元素周期表 434
附录2 地质年代表 435
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