本书主要介绍碳循环和其它生物地球化学循环。生物地球化学循环是地球系统的重要组成部分，对于调控大气中CO2、CH4、N2O等温室气体的浓度，调控全球气候和环境变化起着重要的作用。本书围绕生物地球化学循环和气候变化，对生物地球化学循环的基本机理及其与气候变化相互作用的最新认知进行了系统的介绍。本书共分为六章，第一章介绍碳循环和其它生物化学地球循环的基本运行机理；第二章和第三章分别介绍陆地碳收支和海洋碳收支的现代时空分布特征和未来演变趋势，及其陆地和海洋碳循环与人类活动和气候变化的相互作用和反馈；第四章介绍甲烷收支的时空变化及其与气候变化的相互反馈；第五章介绍氮循环和N2O的时空变化及其与气候变化的相互反馈。第六章探讨基于碳循环运行机制，增加陆地和海洋碳汇的不同可能方法和增汇潜力，及其在实现碳中和目标中的作用。

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目录
第1章 生物地球化学循环与气候变化 1
1.1 温室气体与温室效应 1
1.2 工业革命以前的生物地球化学循环 4
1.3 工业革命以来生物地球化学循环变化 9
参考文献 11
第2章 碳循环概念与基本过程 12
2.1 碳循环概念及基本组成 12
2.2 陆地生态系统碳循环的基本过程 15
2.2.1 总初级生产力 16
2.2.2 自养呼吸 19
2.2.3 净初级生产力 20
2.2.4 异养呼吸 23
2.2.5 净生态系统生产力 25
2.2.6 净生物群区生产力 26
2.3 海洋碳循环的基本过程 26
2.3.1 海洋碳酸盐化学 27
2.3.2 海洋酸化 30
2.3.3 海洋有机碳循环 33
2.3.4 海气CO2交换 43
2.3.5 海洋对大气CO2 扰动的响应 49
参考文献 53
第3章 碳收支估算方法 57
3.1 陆地生态系统碳收支估算方法 57
x 碳循环和其他生物地球化学循环
3.1.1 涡度相关法 58
3.1.2 地面清查法 63
3.1.3 生态系统过程模型模拟法 66
3.1.4 大气反演法 70
3.2 海洋碳收支估算方法 76
3.2.1 海洋溶解无机碳观测 77
3.2.2 海表CO2分压观测 78
3.2.3 结合大气O2 浓度变化估算 79
3.2.4 海洋碳循环模式模拟 81
参考文献 82
第4章 陆地生态系统碳收支 86
4.1 陆地生态系统碳收支及其时空格局 86
4.2 全球变化对陆地生态系统碳循环的影响 89
4.2.1 气候变暖对陆地生态系统碳循环的影响 89
4.2.2 大气CO2浓度上升对陆地生态系统碳循环的影响 95
4.2.3 大气氮沉降对陆地生态系统碳循环的影响 97
4.2.4 极端气候事件对陆地生态系统碳循环的影响 99
4.2.5 土地利用变化对陆地生态系统碳循环的影响 104
参考文献 113
第5章 海洋碳收支 120
5.1 现代海洋碳收支与时空变化 120
5.1.1 海洋碳汇的历史时空演变 120
5.1.2 海洋酸化的历史时空演变 127
5.2 大气CO2、气候变化和海洋碳循环反馈作用 130
5.2.1 大气CO2浓度变化对海洋碳循环的影响 130
5.2.2 气候变化对海洋碳循环的影响 131
5.3 海洋碳循环和碳汇的未来演变 133
参考文献 142
第6章 甲烷收支 144
6.1 CH4源汇过程 144
6.1.1 CH4的产生、排放和消耗机制 144
6.1.2 CH4排放源 146
6.1.3 CH4汇 149
6.2 全球CH4收支 149
6.2.1 大气CH4浓度变化趋势及其驱动机制 149
6.2.2 CH4总源汇估算 151
6.2.3 CH4排放的空间格局 153
6.2.4 CH4人为排放源强度 154
6.2.5 CH4自然排放源强度 157
6.2.6 CH4汇强度 161
6.3 CH4收支对气候变化的响应 162
6.3.1 湿地CH4排放对气候变化的响应 163
6.3.2 海洋和内陆水体CH4排放对气候变化的响应 164
6.3.3 多年冻土CH4排放对气候变化的响应 165
参考文献 165
第7章 陆地生态系统氮循环 174
7.1 陆地生态系统氮循环过程 174
7.1.1 自然生态系统氮输入 174
7.1.2 土壤氮循环关键过程 178
7.1.3 植物对氮的吸收与氮在植物体内的分配 189
7.2 N2O源汇过程 194
7.2.1 N2O自然排放源 195
7.2.2 N2O人为排放源 196
7.2.3 N2O汇 197
7.2.4 全球N2O收支的时空变化 197
7.3 气候变化和人类活动对氮循环的影响过程及其机制 201
7.3.1 人类活动对全球氮输入的影响 201
7.3.2 全球变化对生态系统氮流失的影响 202
7.3.3 氮富集导致的环境问题 204
参考文献 207
第8章 生物地球化学循环与气候变化减缓 217
8.1 基于自然的气候解决方案 218
8.1.1 基于自然的陆地增汇路径 219
8.1.2 中国陆地生态系统碳汇在“碳中和”中的作用 222
8.1.3 基于自然的海洋增汇路径 226
8.1.4 局限性、挑战及启示 229
8.2 基于工程技术手段的碳移除方案 233
8.2.1 碳捕集、利用和封存 234
8.2.2 增强岩石风化 236
8.2.3 增加海洋碱性 238
8.3 碳循环对大气CO2移除的响应 240
8.4 太阳辐射干预及其潜在影响 243
8.4.1 太阳辐射干预的主要手段及发展现状 243
8.4.2 太阳辐射干预对生物地球化学循环的影响 247
8.4.3 太阳辐射干预技术面临的挑战 250
参考文献 252