生物地球化學(xué)過(guò)程與地表物質(zhì)循環(huán)

前言

地球近地表環(huán)境，也稱(chēng)為地球臨界帶或關(guān)鍵帶（The Earth’s Critical Zone）維持了幾乎所有陸地生物的生存。人類(lèi)生存和社會(huì)發(fā)展的快速需求促進(jìn)了人們對(duì)這一地表和近地表環(huán)境中各種過(guò)程的研究和理解。地球臨界帶是一個(gè)固體地球和流體之間的動(dòng)力界面，受復(fù)雜而廣泛的物理、化學(xué)和生物過(guò)程的共同控制。由地球內(nèi)部能量驅(qū)動(dòng)的各種地質(zhì)與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改變地表環(huán)境，由大氣和水圈驅(qū)動(dòng)的風(fēng)化作用控制土壤形成和侵蝕以及地表巖石的化學(xué)風(fēng)化，由重力驅(qū)動(dòng)的流體運(yùn)動(dòng)確定了地表地形地貌和地表物質(zhì)的重新分配，由對(duì)養(yǎng)分的需求驅(qū)動(dòng)的生物活動(dòng)控制了土壤、巖石、大氣和水之間的化學(xué)循環(huán)。因此，對(duì)地球臨界帶的綜合研究被地質(zhì)學(xué)家、生物學(xué)家、土壤學(xué)家和水文學(xué)家們認(rèn)為是最為核心的研究領(lǐng)域之一。研究的核心內(nèi)容有：在不同時(shí)間尺度上控制碳及其他物質(zhì)循環(huán)和通量的各種過(guò)程；營(yíng)養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)程在人類(lèi)和地質(zhì)時(shí)間尺度上的變化規(guī)律；生物地球化學(xué)過(guò)程控制土壤和水的長(zhǎng)期持續(xù)性的機(jī)理；化學(xué)和物理風(fēng)化的變化影響地球臨界帶的形式和特征。土壤圈是地球臨界帶的主體，因此地球臨界帶研究的核心科學(xué)問(wèn)題也就構(gòu)成了現(xiàn)代土壤科學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容，并成為目前世界土壤科學(xué)界的優(yōu)先研究領(lǐng)域。歷史上，土壤科學(xué)發(fā)展經(jīng)歷了從具有地質(zhì)學(xué)根基的學(xué)科到應(yīng)用農(nóng)業(yè)和環(huán)境學(xué)科，并經(jīng)過(guò)地球臨界帶的研究又發(fā)展到生物和地質(zhì)科學(xué)的交叉學(xué)科的螺旋曲折道路?，F(xiàn)代土壤科學(xué)的研究?jī)?nèi)容具有更豐富、廣泛、集成、分析和定量特點(diǎn)。當(dāng)前土壤科學(xué)面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)是多學(xué)科的交叉研究。學(xué)科的交叉包括經(jīng)典土壤科學(xué)的分支學(xué)科之間的交叉，如土壤化學(xué)、土壤物理學(xué)、土壤生物學(xué)、土壤礦物學(xué)、土壤學(xué)之間的相互合作。更重要的是通過(guò)引進(jìn)其他學(xué)科，如微生物學(xué)、水文學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地球化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、大氣科學(xué)的知識(shí)和研究手段及理論，提高土壤科學(xué)解決問(wèn)題的能力。

內(nèi)容概要

本書(shū)是我國(guó)第一本系統(tǒng)研究西南喀斯特流域土壤-植被系統(tǒng)養(yǎng)分生物地球化學(xué)循環(huán)的成果專(zhuān)著，介紹了作者作為學(xué)術(shù)帶頭人領(lǐng)導(dǎo)的課題組近年來(lái)系統(tǒng)利用同位素與元素地球化學(xué)研究手段，并結(jié)合土壤學(xué)和生態(tài)學(xué)的研究理論及思路，對(duì)我國(guó)西南喀斯特地區(qū)主要類(lèi)型土壤的成土過(guò)程，不同類(lèi)型植被覆蓋土壤中碳、氮、硫、磷及其他金屬礦質(zhì)養(yǎng)分的分布與循環(huán)特征的研究成果。全書(shū)共十二章，內(nèi)容涉及土壤-植被系統(tǒng)中的生物地球化學(xué)過(guò)程和微生物地球化學(xué)的研究；喀斯特地區(qū)風(fēng)化成土作用的地球化學(xué)特征；大氣氮沉降的苔蘚地球化學(xué)記錄；土壤-植被系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)，重點(diǎn)介紹了碳、氮、磷、硫和其他金屬礦質(zhì)養(yǎng)分在土壤和優(yōu)勢(shì)植物中的分布變化特征；土壤氮循環(huán)與植物適應(yīng)性；土壤-大氣界面溫室氣體吸收與釋放；小流域巖石-土壤-植被相互作用與地表水地球化學(xué)。    本書(shū)是一本成果專(zhuān)著，也是一本系統(tǒng)介紹地表圈層物質(zhì)生物地球化學(xué)循環(huán)的元素和同位素示蹤的研究理論、方法和思路以及有關(guān)研究動(dòng)態(tài)的著作，可供地表地球化學(xué)、喀斯特地理、生態(tài)學(xué)、植物學(xué)和土壤學(xué)等學(xué)科的研究人員以及高等院校有關(guān)專(zhuān)業(yè)的師生參考。

作者簡(jiǎn)介

劉叢強(qiáng)，1955年生，博士，研究員。1982年南京大學(xué)學(xué)士學(xué)位；1984年獲中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所碩士學(xué)位；1991年獲日本東京大學(xué)博士學(xué)位，日本理化學(xué)研究所基礎(chǔ)科學(xué)特別研究員；1994年日本國(guó)立電氣通信大學(xué)化學(xué)系副教授；1997年至今任中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所所長(zhǎng)。1994年入選中國(guó)科學(xué)院首批“百人計(jì)劃”，1996年獲國(guó)家杰出青年科學(xué)基金。主要社會(huì)兼職有：中國(guó)礦物巖石、礦物地球化學(xué)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)；貴州省科協(xié)副主席。早期主要從事中國(guó)東部新生代火山巖研究，成果獲貴州省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)(排名第一)；1996年起從事地質(zhì)流體作用和地表地球化學(xué)過(guò)程及其環(huán)境效應(yīng)方面的研究，有關(guān)喀斯特流域物質(zhì)循環(huán)及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的研究成果于2004年獲貴州省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)(排名第一)。1997年國(guó)家攀登計(jì)劃項(xiàng)目(A類(lèi))“地質(zhì)液體作用及其成礦效應(yīng)”首席科學(xué)家，2006年國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目“西南喀斯特山地石漠化與適應(yīng)性生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控”首席科學(xué)家。

書(shū)籍目錄

序前言第一章  西南喀斯特地質(zhì)地理與生態(tài)背景  引言  第一節(jié)  西南地區(qū)地質(zhì)地理特征  第二節(jié)  西南喀斯特地區(qū)土壤類(lèi)型分布  第三節(jié)  西南喀斯特地區(qū)植被覆蓋與巖石和土壤  第四節(jié)  西南喀斯特生態(tài)系統(tǒng)石漠化現(xiàn)狀和發(fā)生機(jī)制  參考文獻(xiàn)第二章  土壤-植被系統(tǒng)中的生物地球化學(xué)過(guò)程  引言  第一節(jié)  土壤無(wú)機(jī)組分  第二節(jié)  土壤有機(jī)組分  第三節(jié)  土壤無(wú)機(jī)地球化學(xué)過(guò)程  第四節(jié)  土壤生物地球化學(xué)過(guò)程與養(yǎng)分循環(huán)  參考文獻(xiàn)第三章  喀斯特地區(qū)風(fēng)化成土作用的地球化學(xué)特征  引言  第一節(jié)  西南喀斯特地區(qū)土壤形成條件與特點(diǎn)  第二節(jié)  風(fēng)化成土作用研究概述  第三節(jié)  土壤中礦質(zhì)元素形態(tài)研究方法概述  第四節(jié)  土壤剖面礦質(zhì)養(yǎng)分的分布特點(diǎn)  第五節(jié)  土壤物質(zhì)來(lái)源的地球化學(xué)示蹤  第六節(jié)  喀斯特山地成土方式探討  參考文獻(xiàn)第四章  大氣氮沉降的苔蘚地球化學(xué)記錄  引言  第一節(jié)  大氣氮沉降及其植物葉片伊。N指示  第二節(jié)  苔蘚的生物學(xué)性質(zhì)及其穩(wěn)定同位素研究意義  第三節(jié)  苔蘚碳、氮同位素對(duì)環(huán)境條件和大氣氮沉降變化的響應(yīng)  第四節(jié)  石生苔蘚碳、氮含量和碳、氮同位素與貴陽(yáng)地區(qū)大氣氮沉降  參考文獻(xiàn)第五章  土壤-植被系統(tǒng)碳循環(huán)  引言  第一節(jié)  土壤碳的生物地球化學(xué)循環(huán)  第二節(jié)  西南喀斯特地區(qū)土壤有機(jī)碳(SOC)含量變化  第三節(jié)  西南喀斯特地區(qū)土壤微生物生物量碳  第四節(jié)  西南喀斯特土壤-植被碳循環(huán)過(guò)程的σ13C研究  第五節(jié)  土地利用和植被覆蓋變化對(duì)喀斯特地區(qū)SOC及其σ13C分布的影響  參考文獻(xiàn)第六章  土壤-植被系統(tǒng)氮循環(huán)  引言  第一節(jié)  土壤中的氮循環(huán)與植物氮吸收  第二節(jié)  喀斯特地區(qū)土壤氮分布及其控制因素  第三節(jié)  喀斯特環(huán)境優(yōu)勢(shì)植物氮含量及其同位素組成變化  參考文獻(xiàn)第七章  土壤-植被系統(tǒng)硫循環(huán)  引言  第一節(jié)  土壤中硫循環(huán)與植物吸收  第二節(jié)  喀斯特流域土壤硫的生物地球化學(xué)  參考文獻(xiàn)第八章  土壤-植被系統(tǒng)磷循環(huán)  引言  第一節(jié)  土壤中的磷循環(huán)與植物吸收  第二節(jié)  巖石風(fēng)化與成土過(guò)程中磷的地球化學(xué)  第三節(jié)  石灰?guī)r和砂巖地區(qū)土壤磷與植被養(yǎng)分組成  參考文獻(xiàn)第九章  土壤-植被系統(tǒng)金屬礦質(zhì)養(yǎng)分循環(huán)  引言  第一節(jié)  金屬礦質(zhì)養(yǎng)分的植物營(yíng)養(yǎng)作用與生物地球化學(xué)循環(huán)  第二節(jié)  喀斯特地區(qū)土壤金屬礦質(zhì)養(yǎng)分分布特點(diǎn)  第三節(jié)  喀斯特植物金屬礦質(zhì)養(yǎng)分的組成特征  第四節(jié)  喀斯特土壤-植物界面鍶循環(huán)的同位素研究  參考文獻(xiàn)第十章  土壤氮循環(huán)與植物適應(yīng)性：花椒與杉木的對(duì)比研究  引言  第一節(jié)  植物利用氮的策略和氮的生物地球化學(xué)循環(huán)  第二節(jié)  氮同位素組成與氮的生物地球化學(xué)循環(huán)  第三節(jié)  杉木和花椒選擇吸收NH+4和NO-3的證據(jù)  第四節(jié)  植物氮利用策略的環(huán)境效應(yīng)  第五節(jié)  共生菌對(duì)氮循環(huán)和σ15N值的影響  參考文獻(xiàn)第十一章  土壤-大氣界面溫室氣體吸收與釋放  引言  第一節(jié)  土壤溫室氣體產(chǎn)生、釋放與生物地球化學(xué)作用  第二節(jié)  黔中地區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)土壤溫室氣體釋放通量  第三節(jié)  黔中地區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)土壤溫室氣體濃度剖面變化  參考文獻(xiàn)第十二章  小流域巖石-土壤-植被相互作用與地表水地球化學(xué)  引言  第一節(jié)  黔南和黔東南地區(qū)地質(zhì)地理與生態(tài)背景  第二節(jié)  水化學(xué)組成對(duì)流域巖石-土壤-植被界面作用的響應(yīng)  第三節(jié)  養(yǎng)分同位素組成變化對(duì)流域巖石-土壤-植被相互作用的響應(yīng)  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

（二）西南喀斯特石漠化現(xiàn)狀石漠化已經(jīng)成為西南喀斯特地區(qū)最大的生態(tài)問(wèn)題。為掌握西南喀斯特石漠化分布狀況與形勢(shì)，自2003年以來(lái)，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了兩次大規(guī)模的調(diào)查活動(dòng)，基本摸清了西南喀斯特石漠化的分布現(xiàn)狀和特征。一是中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所2003～2005年在承擔(dān)國(guó)土資源大調(diào)查項(xiàng)目“西南巖溶地區(qū)地下水與環(huán)境地質(zhì)調(diào)查”時(shí)，利用遙感技術(shù)查明了西南巖溶區(qū)石漠化分布現(xiàn)狀和特征，劃分了石漠化的程度等級(jí)，研究了石漠化的成因、影響因素和發(fā)展演化趨勢(shì)。項(xiàng)目區(qū)域?yàn)?00萬(wàn)km2的西南喀斯特區(qū)，喀斯特面積60萬(wàn)km2；二是國(guó)家林業(yè)局2004～2005年采用地面調(diào)查與遙感技術(shù)相結(jié)合、以地面調(diào)查為主的技術(shù)方法開(kāi)展的大規(guī)模西南喀斯特石漠化監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)區(qū)總面積107.14萬(wàn)km2，監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)喀斯特面積為45.10萬(wàn)km2。兩次大調(diào)查范圍大致相同，但也有一些差異（如后者包括了紅河以西地區(qū)），加之調(diào)查方法和調(diào)查時(shí)段的差異，得出的相關(guān)數(shù)據(jù)也有一些不同。但兩次大調(diào)查的結(jié)果都顯示了西南喀斯特石漠化形勢(shì)的嚴(yán)峻性。中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院調(diào)查結(jié)果表明，工作區(qū)內(nèi)石漠化面積達(dá)105 063.2km。，占出露碳酸鹽巖區(qū)面積的25.06％。其中，輕度石漠化面積為39 974.47km。，中度石漠化面積為39 155.97km2，重度石漠化面積為25 932.79km2。石漠化主要發(fā)生在云南、貴州和廣西三省區(qū)，總面積約為88 091.70km2，占總石漠化面積的83.85％。其中，貴州省石漠化面積為約3.3萬(wàn)km2，云南省石漠化面積為2.8萬(wàn)km2，廣西壯族自治區(qū)石漠化面積約為2.7萬(wàn)km2。該研究還開(kāi)展了20世紀(jì)80年代末至90年代末石漠化演變調(diào)查，結(jié)果表明，十年來(lái)，區(qū)內(nèi)石漠化面積從82 942.65km2增加到105 063.2kin2，平均每年增加1 650.26km2，年平均增長(zhǎng)率為2％。石漠化演變呈局部好轉(zhuǎn)、總體惡化的趨勢(shì)。

編輯推薦

《生物地球化學(xué)過(guò)程與地表物質(zhì)循環(huán):西南喀斯特土壤-植被系統(tǒng)生源要循環(huán)》由科學(xué)出版社出版。

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