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第一章 全球碳（C）的生物地球化学循环和温室效应的发展1

一、引言1

二、地质碳（C）循环1

三、生物碳（C）循环2

四、有机质13

五、土壤和沉积物中的碳汇、分布及周转17

六、气候变化对全球碳循环的影响20

七、碳（C）循环中的甲烷22

八、120年间（1860—1980年），全球C源和C汇平衡账26

九、土壤和土地利用变化对全球甲烷（CH4）平衡账的影响29

十、产甲烷菌的研究进展31

十一、展望34

第二章 植物光合作用和呼吸作用在全球CO2平衡账中的战略意义36

一、引言36

二、光合作用对CO2的固定效率36

三、光合作用和光合作用器（photosynthetic apparatus）的特性37

四、光合作用对CO2的需求38

五、C4-植物光合作用和水分利用率51

六、土壤氮营养对光合作用的影响63

七、呼吸作用在碳（C）平衡账中的意义66

八、小结69

第三章 全球有机质碳（C）循环及其平衡账70

一、有机质的形成和分布70

二、土壤中有机质的转化71

三、土壤中不同有机质的元素组成80

四、影响土壤有机质分解的因子87

五、有机质的动力学和生物质的管理100

六、作物残体对土壤有机质动力学的影响109

七、小结113

第四章 发展低碳农业 阻遏全球气候变暖114

一、引言114

二、温室气体对全球变暖潜势的影响115

三、温室效应对农业和环境的影响116

四、低碳农业指数及其应用120

五、农业固碳（C）的战略意义121

六、植物克生素及其在农业中的应用121

第五章 土壤和生物质碳（C）生产127

一、引言——土壤是万物之母127

二、全球碳循环和生物质生产128

三、生物质的结构化合物130

四、微生物的细胞壁137

五、植物可溶性物质、根系及其分泌物138

六、土壤有机质的形成139

七、土壤有机质的组分142

八、土壤有机质的数量和分布145

九、生态系统生物质生产的全球过程147

第六章 土壤代谢与温室效应151

一、引言151

二、温室效应和全球变暖151

三、温室气体（CO2、CH4、N2O和NH3）的大气化学特性和臭氧层的破坏153

四、温室气体对全球变暖潜势的影响160

五、温室效应对农业和环境的影响161

六、温室气体的发射量163

七、温室气体在陆地和大气之间的交换作用164

八、CO2的起源和全球平衡账165

九、不同湿地的碳平衡账167

十、全球甲烷（CH4）的平衡账169

十一、控制水稻田发射CH4的过程170

十二、全球氧化亚氮（N2O）的平衡账173

十三、氨（NH3）的全球平衡账177

十四、硫化合物的全球平衡账179

第七章 土壤生态系统与大气之间温室气体的交换通量180

一、引言180

二、二氧化碳（CO2）181

三、甲烷（CH4）189

四、一氧化碳（CO）195

五、氧化亚氮（N2O）197

六、温室气体（CO2、CH4和N2O）的测量方法203

第八章 土壤发射的二氧化碳（CO2）及其调控206

一、引言206

二、光合作用是CO2转移的第一过程208

三、土壤发射的CO2209

四、二氧化碳可视为一种天然气体210

五、土壤发射CO2的机制211

六、影响土壤发射CO2的因子及其调控211

七、土壤和大气之间CO2的转移过程212

八、全球碳库（汇）212

第九章 土壤发射的甲烷（CH4）及其全球平衡账213

一、引言213

二、甲烷是天然气体214

三、大气中甲烷的源与汇215

四、土壤是大气甲烷（CH4）汇217

五、水田和湿地是甲烷的主源218

六、甲烷生成过程218

七、甲烷的发射量及其消耗220

八、调节甲烷发射量的因子222

九、水稻田的全球分布222

十、水稻田的CH4通量223

十一、食草动物产生的CH4224

十二、生物质燃烧和填埋场的CH4发射量224

十三、气候变暖促进了CH4的发射224

第十章 土壤发射的氧化亚氮（N2O）及其全球平衡账226

一、引言226

二、全球氧化亚氮（N2O）的源和汇227

三、氧化亚氮（N2O）可视为一种天然气体228

四、土壤中N2O的形成机制228

五、影响N2O发射的因子229

六、土壤向大气转移N2O的调节过程230

七、土壤发射N2O的数量231

八、降低土壤发射N2O的战略232

九、防止气态氮（N）损失的重要意义234

十、防止氧化亚氮（N2O）释放的重要意义234

第十一章 全球变暖和微生物活性236

一、引言236

二、微生物在温室气体产生和消耗过程中的作用236

三、全球变暖对微生物活性的影响237

四、大气CO2正效应和生物技术的应用238

五、土壤酶在碳（C）循环过程中的生态意义244

六、全球氧化亚氮（N2O）平衡账中的生物源245

七、全球甲烷平衡账中的土壤源248

第十二章 土壤微生物群落和碳（C）通量251

一、引言251

二、细胞水平上的碳流（通量）252

三、碳代谢速率对土壤过程的影响253

四、碳流：种群和群落253

五、土壤水平的碳流（通量）256

六、农业生态系统与其他生态系统的比较261

七、土壤碳-微生物相互作用对农业生态系统的影响262

八、结论264

第十三章 土壤生态系统对二氧化碳（CO2）的吸收和缓冲作用265

一、引言265

二、CO2的起源与发生265

三、光合作用对CO2的固定效率267

四、增加大气中CO2浓度对光合作用的影响268

五、光合作用对CO2浓度的适应性269

六、Rubisco酶与光合作用效率269

七、土壤中二氧化碳（CO2）的缓冲作用（Sequestration）271

八、土地变换和恢复274

第十四章 提高氮肥利用率，增加C汇，减少N2O发射量275

一、引言275

二、土壤脲酶活性和尿素的转化速率276

三、不同来源脲酶的性质277

四、土壤脲酶的稳定性及其提取287

五、土壤脲酶活性的抑制作用289

六、硝化抑制剂——氮肥增效的重要因子297

七、结语300

第十五章 发展无碳（C）能源生物氢（H2），减少CO2发射量301

一、生物氢（H2）——永不枯竭的无碳（C）能源301

二、产H2微生物302

三、生物氢（H2）的生产304

四、光合生物氢（H2）的生产306

五、生物氢生产的相关因子310

六、有关建议311

七、微生物氢的生产和应用312

八、不同微生物的产氢能力313

九、结论323

第十六章 生物氢（H2）生产技术的进步和展望324

一、引言324

二、生物氢（H2）的生产324

三、有光条件下的产氢过程325

四、黑暗条件下的产氢过程326

五、生物氢技术未来展望327

六、生物氢发生的动力学328

第十七章 有光微生物的产H2容量和能力336

一、固氮蓝细菌（Anabaena sp.）的产H2能力336

二、柠檬酸细菌（Citrobacter intermedius）和巴氏芽孢梭菌（Clostridium pasteurianum）的产氢容量339

三、葡萄糖脱氢酶和氢化酶的产氢能力343

四、生物反应器（发酵罐）中固定细胞的产H2容量347

第十八章 农业生态系统中的生物多样性及其环境效应351

一、引言351

二、生物多样性的定义352

三、生物多样性的现状和数量355

四、生物多样性的本质355

五、生物多样性在农业中的生态效应356

六、农业生态系统中的生物多样性356

七、生物多样性展望357

八、困难或限制因子358

第十九章 渍水土壤及其生态效应360

一、引言360

二、水稻田的微生物区系360

三、渍水土壤的生态环境361

四、渍水土壤的好气呼吸作用363

五、渍水土壤的厌气呼吸作用363

六、渍水土壤的发酵作用364

七、渍水土壤中杀虫剂的降解作用366

八、渍水土壤中的水稻根际367

九、水稻田中的蓝细菌及其重要作用370

第二十章 活性氧对植物固定CO2（光合作用）的影响382

一、引言382

二、光的吸收和分配382

三、光合作用系统Ⅱ产生的单体O2385

四、电子转移和O2的光还原作用385

五、光合作用和外叶绿体氧化代谢之间的相关性389

六、植物对大气臭氧的反应389

七、O3对植物影响的激素调控394

第二十一章Rubisco与生物固碳效率398

一、引言398

二、Rubisco无效的原因399

三、优化Rubisco的新技术400

四、增加CO2浓度对植物固碳效益（经济）（carbon economy）的影响403

五、Rubisco的光活化作用及其动力学参数（Km）405

六、大气中CO2浓度增高对植物生长的影响405

第二十二章 生物冰核在防治大气污染中的重要作用408

一、引言408

二、植物的耐冻性409

三、植物的抗冻性409

四、植物的冻害409

五、植物和真菌的冰核作用活性411

六、冻害的防治411

七、生物冰核（biological ice nucleators）的生产工艺和应用技术411

八、小结414

第二十三章 土壤酶的农业和生态意义——土壤碳的吸收和缓冲作用（carbon sequestration）416

一、引言416

二、土壤酶在有机质分解和营养循环过程中的作用416

三、有机碳和营养有效性对微生物酶活性的影响418

四、土壤酶活性与土壤有机质的数量和质量的关系418

五、土壤酶在土壤碳吸收缓冲作用中的农业意义和生态意义420

六、土壤中降解木质素纤维酶423

七、土壤微生物的木质素纤维素分解酶系统425

八、不同生态系统中的木质素纤维素酶425

九、影响土壤中木质素纤维素降解的因子426

十、森林土壤中真菌氧化还原酶和腐殖化作用426

十一、土壤酚氧化酶催化腐殖酸的异质合成过程427

十二、可溶性前体合成的腐殖物质430

十三、结论435

第二十四章 土壤发射CO2（呼吸作用）的测量方法436

一、引言436

二、检测、仪器设备和一般原理438

三、田间方法440

四、实验室方法449

第二十五章 土壤空气的组成及其分析方法458

一、引言458

二、土壤气体的采样方法460

三、土壤空气主要成分的测定461

四、土壤空气次要成分的测定465

第二十六章 利用蓝绿藻（现称蓝细菌）生产生物纳米核（Bio-Nanoparticles）和大量吸收温室气体（CO2）471

一、引言471

二、生物纳米核原料生产的生态友好方法（Eco-friendly methods for theproduction of Nanomaterials）471

三、生物纳米工厂（Bio-Nanofoctories）——蓝细菌473

四、形成生物纳米核（Bio-Nanoparticles）是蓝细菌对重金属毒害的重要防卫机制474

五、生物纳米核对蓝细菌生物质生物化学变化的影响475

六、蓝绿藻[Blue green algae.现称蓝细菌（cyanobacteria）]可大量吸收工业排放的CO2以降低温室气体含量477

附录Ⅰ 美国科学院院士发表的气候问题公开信《气候变化与科学整合性》478

附录Ⅱ 名词解释480

附录Ⅲ 国际制单位换算482

附录Ⅳ 土壤酶在形成有机碳库（腐殖质）中的作用484

参考文献487