生物地球化学

生物地球化学是一门以追踪化学元素的迁移转化为线索研究生命与环境相互关系的科学。地球上形形色色的生命活动受控于基本的动力学和热力学机制。本书基于量、群、流、场这四个概念重点讨论元素在地球系统中的丰度、形态、运动及各种驱动力场，探究自然环境如何影响生命的起源、进化和生存状况，分析生命改变自然环境的过程。书中还介绍了基于化学动力学和化学热力学机制所建立的一个生物地球化学模型DNDC，及其详细的科学原理和应用。读者只要具备中学化学知识就可很好地理解书中的内容。本书可作为本科生和研究生的教材，也可为专业科研工作者提供参考。

李长生，美国新罕尔大学生物地球化学教授，兼任中国清华大学和上海交通大学讲席教授。1964年毕业于中国科学技术大学地球化学系，并由此开始为期50余年的生物地球化学研究与教学。曾组织并参与中国靠前项地方病生物地球化学病因研究（山病水土病因，1968-1972）与中国靠前项城市污染研究（北京西郊环境质量评价，1972-1978）。在过去的25年中，李长生潜心研究将生物地球化学基本理论转化为生物地球化学模型的问题，以应对气候变化等优选生态环境问题。在他发展的DNDC模型中，以化学热力学和元素运动为基础，气候、土壤、植物、微生物和人类管理活动在原子水平的联系被建立起来，从而使该模型可在优选不同生态系统中应用。DNDC模型现为世界许多国家的研究者接受、检验和应用。李长生在生物地球化学模型中所建立的原理和方法，被世界同行科学家们认可是对当代生物地球化学研究的重要贡献。

第一部分生物地球化学基础
第1章生物地球化学发展简史
1.1原始数据的积累
1.2地球化学思想向生物圈的延伸
1.3生物地球化学的早期应用
1.4环境科学的大潮
1.5新的地平线
第2章中国克山病的故事
2.1一种奇怪的疾病
2.2乌裕尔河流域的发现
2.3黑龙江省环境质量模型的建立
2.4病因元素的追寻
2.5硒的生物地球化学
2.6克山病研究的启示
第3章自然选择与生物地球化学丰度
3.1化学元素的起源
3.1.1“大爆炸”理论
3.1.2物质出现
3.1.3质子和中子出现
3.1.4氢原子出现
3.1.5更多元素的形成
3.1.6铁、超新星与重元素
3.1.7宇宙的元素丰度
3.2地球的形成
3.2.1地壳的形成
3.2.2岩石圈的形成
3.2.3水圈的形成
3.2.4大气圈的形成
3.3生命的起源
3.3.1有机物的形成
3.3.2原始生命的出现
3.4生命元素丰度
3.4.1碳基生命
3.4.2微生物的元素组成
3.4.3植物的元素组成
3.4.4人体的元素组成
3.4.5生物元素丰度的比较
3.4.6质量作用定律
3.5自然选择的压力
3.5.1热泉中的生命
3.5.2谁在血液中传送氧
3.5.3关于砷细菌的争论
第4章生命能源与生物地球化学耦合
4.1控制万物运动的无形之手
4.2原子结构的缺陷
4.3化学键
4.4元素耦合和解耦
4.4.1溶解脱溶反应
4.4.2化合分解反应
4.4.3络合反络合反应
4.4.4吸附解吸反应
4.4.5氧化还原反应
4.5星球地质过程中的元素耦合
4.5.1岩浆矿物结晶作用
4.5.2岩石矿物风化作用
4.5.3元素运动中的群组效应
4.6生命能量的获取
4.7生命获能效率的提高
4.7.1光合作用
4.7.2呼吸作用
4.7.3酶和反应动力学
4.8元素耦合和全球变化
4.8.1用铁为地球降温
4.8.2大氧化事件中的元素耦合
4.8.3生态系统生产力与元素耦合
4.8.4元素耦合与生态化学计量学
第5章新陈代谢与生物地球化学循环
第6章环境冲击与生物地球化学场
第一部分小结
……
第二部分生物地球化学模型
第7章生物地球化学模型的特征
第8章DNDC模块之一：输入界面
第9章DNDC模块之二：生物地球化学场
第10章DNDC模块之三：核心过程
第11章DNDC模型的验证
第12章DNDC模型的应用
第二部分小结
结束语
附录1化学元素周期表
附录2标准条件下物质的吉布斯生成自由能（25℃，1个大气压）
附录3地球地质历史年代表
附录4DNDC模拟所需的农作物生理参数
附录5养殖业饲料营养组分含量
附录6DNDC模型验证和应用相关文献（1992-2014）
附录7单位与单位换算
参考文献