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産品特色

編輯推薦

適讀人群 ：本書可供從事土壤學、環境科學和生態學研究的科研人員和研究生參閱，也可為與地球科學、環境科學和農林科學相關的業務管理部門提供決策參考。
土壤生物學領域研究人員必備圖書

內容簡介

　　《土壤生物學前沿》係統論述瞭土壤生物學的發展態勢和研究 前沿，就土壤生物與土壤肥力、土壤生物與全球變 化、土壤生物與環境汙染、土壤生物相互作用及土 壤生物學多學科交叉研究等方麵的重要進展和研究 前沿作瞭係統歸納和總結，對我國土壤生物學研究 中存在的問題和未來的發展方嚮進行瞭分析，並對 土壤生物學研究的新技術、野外研究平颱和人纔培 養現狀進行瞭分析和論述，以促進我國土壤生物學 的快速發展。

目錄

叢書序/i
前言/iii
第一篇總論
第一章土壤學學科發展態勢和前沿3
第一節土壤科學研究現狀4
第二節土壤學研究前沿19
主要參考文獻25
第二章土壤生物學基礎研究前沿29
第一節土壤微生物群落29
第二節土壤生物係統網絡36
第三節土壤生物係統計量學40
第四節前沿與展望47
主要參考文獻50
第二篇土壤生物與土壤肥力
第三章土壤微生物與土壤有機質轉化57
第一節土壤微生物與底物代謝57
第二節碳氮親閤作用與激發效應65
第三節土壤微生物與有機組分轉化67
主要參考文獻70
第四章土壤微生物與生源要素循環73
第一節土壤微生物與氮循環73
第二節土壤微生物與磷循環82
第三節土壤微生物與鐵循環86
第四節土壤微生物與硫循環94
主要參考文獻97
第三篇土壤生物與全球變化
第五章土壤溫室氣體産生和轉化的微生物機製107
第一節二氧化碳108
第二節甲烷111
第三節氧化亞氮116
第四節國內外重要研究計劃的啓示與研究展望118
主要參考文獻123
第六章土壤生物對全球變化的響應129
第一節土壤生物對氣候變化的響應130
第二節土壤生物對土地利用變化和生物人侵的響應137
第三節研究展望140
主要參考文獻141
第七章全球變化敏感區域土壤生物學問題146
第一節高寒生態係統147
第二節乾旱半乾旱生態係統158
第三節研究展望168
主要參考文獻169
第四篇土壤生物與環境汙染
第八章土壤有機汙染物的微生物降解179
第一節有機汙染物降解的代謝途徑與分子機製180
第二節有機汙染物降解的微生物耦閤機製188
第三節有機汙染土壤的根際修復193
第四節研究展望196
主要參考文獻200
第九章土壤重金屬的微生物轉化與汙染修復208
第一節微生物介導的土壤重金屬轉化209
第二節土壤重金屬汙染對微生物區係及功能的影響223
第三節研究展望226
主要參考文獻227
第十章土壤生物汙染與控製234
第一節土壤中病原微生物的存活及影響因素236
第二節土壤中病原微生物的遷移及風險253
第三節土壤生物汙染控製257
第四節研究展望260
主要參考文獻261
第十一章土壤汙染的生物診斷與生態風險評價265
第一節土壤汙染的生物診斷265
第二節基於生物測試的汙染土壤生態風險評價280
第三節研究展望283
主要參考文獻284
第五篇土壤生物相互作用
第十二章植物微生物根際互作291
第二節典型的根際互作過程292
第三節 根際互作信號分子306
主要參考文獻318
第十三章土壤動物及其生態功能327
第一節土壤動物-微生物相互作用與食物網328
第二節土壤動物的主要生態功能及作用機製332
第三節研究展望340
主要參考文獻343
第六篇土壤生物學多學科交叉研究前沿
第十四章土壤生物與土壤物理351
第一節土壤結構異質性和生物多樣性356
第二節土壤物理和生物學過程互作358
第三節土壤生物物理過程模擬362
第四節研究展望364
主要參考文獻365
第十五章土壤生物與土壤化學369
第一節土壤生物與物理化學371
第二節土壤生物與電化學378
第三節研究展望384
主要參考文獻385
第十六章土壤微生物與礦物相互作用389
第一節微生物-礦物界麵作用機製389
第二節生物成礦與礦物風化395
第三節研究展望398
主要參考文獻399
第十七章土壤微生物地理學402
第一節土壤微生物的分布格局及其多樣性403
第二節土壤微生物分布的驅動機製408
第三節研究展望411
主要參考文獻412
第七篇土壤生物學研究的新技術與平颱
第十八章質譜與光譜技術420
第一節核磁共振421
第二節標識物質譜424
第三節納米二次離子質譜435
第四節研究展望443
主要參考文獻445
第十九章分子生物學技術448
第一節穩定性同位素探針技術450
第二節組學技術460
第三節單細胞技術470
第四節生物信息學479
第五節研究展望483
主要參考文獻485
第二十章野外研究實驗平颱493
第一節現有土壤生物學研究相關的野外實驗平颱494
第二節平颱建設展望503

精彩書摘

　　第一篇總論
　　土壤是集生物、物理、化學及地質過程於一體的地球錶層，是支持生命係統的基礎。現代土壤科學整閤瞭跨越大範圍的空間和時間尺度相互作用的物理、化學和生物過程，是門多學科交叉的學科。土壤科學不僅要尋找研究前沿，還要把研究與重要的社會和全球性問題相關聯，如糧食安全、可持續發展、氣候變化和水資源等。目前所麵臨的糧食安全和環境汙染等方麵的問題，以及節能減排和生態保護等方麵的要求，促使土壤學各分支學科的研究都在不斷嚮前推進，並且與其他學科交叉融閤。作為土壤科學和生命科學的交叉發展領域，土壤生物學是現代土壤科學的研究熱點和前沿，隨著分子生物學和現代分析測試技術的廣泛引入，土壤生物學的研究進入瞭一個新的發展階段，成為各學科交叉融閤的活躍場所，並將極大地促進傳統土壤學嚮現代土壤學理論的轉變。
　　在當前能源緊缺的形勢下，土壤科學麵臨的一個挑戰是：如何在兼顧糧食安全與生態和環境可持續發展的前提下建立和維持高的土壤肥力？土壤生物種類豐富、數量巨大，參與土壤有機質的分解與閤成、養分的釋放與固定等過程，與土壤團聚體的形成及汙染物的降解等密切相關，因而在可持續農業、環境保護和資源開發等方麵發揮著重要作用。重建土壤生物過程是獲得持續食品供應和環境○
　　安全的關鍵所在，隻有土壤的生物多樣性得到修復纔能確保生物係統的復蘇。但是，土壤生物的研究落後於植物的研究，主要因為土壤是一個“黑箱”，其研究方法缺乏準確性和標準化，並缺乏嚴格設計的野外控製試驗。因此本篇分2章分彆綜述瞭土壤學和生物學基礎的研究現狀，探究其發展態勢及研究前沿，以期加深廣大土壤科學工作者對土壤和土壤生物學的係統瞭解，促進土壤科學的進步。本篇中，第一章指齣瞭當前土壤科學首要的挑戰是土壤資源的價值評估及不同空間和時間尺度研究的整閤；當前土壤科學需要重視對土壤的生態係統服務功能、土壤在保持人類健康中的作用、土壤中物質遷移過程及植物土壤微生物界麵的基礎研究，並加強現有數據庫的組織和標準化、新技術與新方法的應用及加強跨學科閤作。第二章著重闡述瞭土壤微生物研究的現狀和前沿，以及土壤生物關聯機製和土壤生物與生物過程計量等兩個土壤生物學的熱點問題的研究現狀、發展態勢和前沿，指齣：生物新技術的發展促進瞭土壤生物學研究的快速發展，土壤生物係統組成與結構、土壤關鍵功能群、土壤生物係統穩定機製與區域分布規律及土壤生物係統結構與生態功能模型的研究是土壤生物學研究前沿；土壤生物係統的研究需要關注土壤生物互作體係和土壤生物信號網絡的構建，關注典型土壤生物信號分子的閤成、信號轉導、代謝調控過程的研究，關注土壤生物互作及信號交換對生態環境變化的響應和影響；注重土壤生物係統計量學基本理論、土壤生物種群及其相互關係的定量、土壤生物係統關鍵過程的定量、土壤病原生物暴發與主控條件的定量，以及土壤生物係統與關鍵過程計量學模型構建。
　　第一章土壤學學科發展態勢和前沿
　　土壤是地球的皮膚，是地球錶層係統最活躍和最重要的組成部分，既是地球各圈層間物質循環與能量交換的樞紐，又是各圈層相互作用的産物（Baveye et al�保�2012）。土壤支持著地球主要生命過程，保持著生態係統的平衡，提供著人類必需的食物，它在當今糧食安全保障和生態環境建設等方麵發揮著不可替代的重要作用（Zhu，2009；Robinson et al�保�2012）。
　　土壤也是地球上最復雜的生物質（Young and Crawford，2004；Pepper et al�保�2009）。發生在地球錶麵的生物地球化學過程影響著全球的氣候變化、糧食供給和安全性、地球的承載容量及濕地功能，其與土壤退化及修復、營養物質和汙染物的遷移及轉化、水土保持、土壤和水資源的質量等許多有關土壤和水資源的管理及保護問題直接關聯（Sugden et al�保�2004；Powlson et al�保�2011b）。人口壓力及與之相關的土地利用變化導緻全球土壤資源的負擔越來越重，在一些地區，有些土壤退化已經瀕臨不可挽迴的狀況，危及子孫後代的生存（Kaiser，2004；Zhao et al�保�2011）。
　　在我國，長期以來土壤被看做農業資源的一部分，由於近年來作物的産量維持著平穩態勢，其受到關注相比其他資源（如水和大氣）要少得多。縱觀國內外，土壤都是一種被低估瞭的資源，而土壤學則是一門被低估瞭的科學。當前，國際社會均麵臨資源緊張、能源短缺、環境汙染和氣候變化等重大挑戰，土壤科學將在地力改善和作物生産力提高、國土規劃整治、區域環境治理和汙染環境修復、生態係統退化防治及應對氣候變化等方麵發揮越來越重要的作用。可以說，沒有土壤科學的進步，就不可能保證我國農業可持續發展和糧食安全，實現國土生態安全和環境安全，也就不可能保障人類生活與健康。土壤科學傢有必要讓公眾知曉土壤在維持作物産量以外的，尤其是在維持水的質量和可利用性方麵的功能。必須瞭解與生態係統服務相關的土壤功能，以及這些功能怎麼被退化條件、管理技術和固有的土壤特性等因素所影響。為瞭更好地評估與生態係統服務有關的土壤功能，需要新的檢測方法和反映真實土壤狀況的動態仿真模型。
　　因此，目前土壤學麵臨的一個重要的挑戰是與其他學科的交叉研究，包括傳統土壤學的各分支學科，即土壤化學、土壤物理學、土壤生物學、土壤礦物學和土壤發生學。基礎研究可瞭解基本的土壤過程，而日益增加的土地轉化問題、環境和政策問題則需要土壤學傢相互協作並與相關學科科學傢閤作解決。
　　第一節土壤科學研究現狀
　　近代土壤科學是在19世紀中後期植物營養學說和土壤發生與地理學說興起的基礎上發展起來的。土壤學的發展很大程度上依賴其他學科的理論和技術推進。經過160多年的發展，並隨著地球科學、生命科學和技術科學的進步，土壤學形成瞭以物質形態和性質為中心，以土壤過程和功能為重點的學科理論和研究方法，成為20世紀以來資源、環境和生態科學的支撐性基礎學科。同時，現代土壤學在發揮耕地生産功能、保育生態係統、防治環境汙染與支撐人類建設工程等多個方麵，為人類健康生活和社會可持續發展做齣瞭重要貢獻。
　　總的來看，近一二十年來，土壤學的發展呈現如下態勢。
　　（一）土壤過程與演變的研究嚮土壤圈與其他圈層相互關係的研究拓展
　　土壤圈是生物圈、水圈、大氣、冰雪圈、岩石圈等各種圈層之間的界麵，它代錶一個天然的覆蓋層，與熱量、水分、氣體和化學成分的吸收、存儲、傳輸和釋放緊密聯係，決定瞭全球水、碳等元素的地球化學循環；它還充當生物和微生物多樣性的貯存庫，並對所有生物體具有深刻的影響。土壤中發生的過程不僅與生態係統服務（如水的數量和質量）有著韆絲萬縷的聯係，與大氣中的氣體交換也有重要的關係，並在維持生命的營養和碳的生物地球化學循環中具有重要意義（Lal et al�保�1997；Klasinc and McGlynn，2012）(圖1-1)。土壤支撐著地球上最豐富的生物多樣性，並可作為無機和有機汙染物、病原微生物及病毒的過濾器和緩衝器。
　　圖1-1連接土壤圈和大氣、生物圈、水圈、岩石圈的互作過程
　　資料來源：Lal et al�保�1997
　　當前，土壤科學研究從傳統的關注土壤本身嚮土壤圈層拓展，即土壤圈與其他圈層的關係，尤其是“關鍵帶”（the critical zone）的研究。“關鍵帶”是指靠近地球錶麵，介於天空和岩石之間，從冠層頂到地下水下邊界具有滲透性的區帶（National Research Council，2001）。在這一區帶中發生著岩石、土壤、水、空氣及生物之間復雜的相互作用。這些相互作用調控著自然的生態環境，決定著生命可持續利用的資源。“關鍵帶”的基礎是土圈，是陸地生態係統中土壤圈及其與大氣圈、生物圈、水圈和岩石圈物質遷移和能量交換的交匯區域，也是維係地球生態係統功能和人類生存的關鍵區域（Lin，2010）（圖1-2）。由於土壤圈的中心作用，瞭解“關鍵帶”的關鍵過程是土壤科學研究取得重大突破的保證。對“關鍵帶”環境過程的理解、預測和管理，對於人類和經濟的可持續發展、緩和與適應氣候變化等至關重要。
　　圖1-2地球關鍵區中土壤的作用（土壤的“7+1”作用：①土壤是天然的地球曆史記錄儀，記錄在氣候、生物、母質、地形、時間和人類影響下的土壤形成和變化；②在地球的關鍵區中，土壤是一個淡水儲存和傳輸的覆蓋層；③土壤是陸地大氣圈界麵的氣體和能量的調節器；④土壤是多樣性生態係統的基礎；⑤土壤是一種有生命的多孔基質，是保障植物生長、動物生産和食品供應的必不可少的物質；⑥土壤是各種工程和建築中普遍應用的材料；⑦土壤是環境中巨大的天然修復和緩衝介質；⑧土壤是外星生命的可能棲息地探測的前沿——假如可以找到液體水和生命的信號）
　　資料來源：Lin，2010
　　土壤圈與其他圈層相互關係的研究重點是土壤中影響大氣、植被、水圈和岩石圈的物理、化學和生物學過程。包括：①“關鍵帶”界麵控製的碳通量、微粒物質組成；②控製土壤和水資源的長期可持續的“關鍵帶”界麵及其重要的生物地球化學過程和機製；③界麵上的營養生態係統在地質和人類時間尺度上的變化過程等；④土壤中養分和汙染物的遷移和轉化；⑤土壤結構和土壤團粒結構的形成及其在穩定土壤過程中的核心作用；⑥土壤圈物質和能量循環與地球生命、人類生存條件、自然環境、全球變化之間的關係；⑦多尺度方法及數學模型評估土壤生命周期內的土壤過程及其生態係統服務功能。
　　（二）新技術、新方法的應用及長期定位試驗研究成為土壤學發展的重要手段土壤科學研究中最棘手的問題之一，是該門學科研究對象所涉及的時間和空間尺度的廣泛性。空間尺度涵蓋從分子水平到區域規模，時間尺度從瞬間持續到土壤形成的上百萬年。信息技術在時空尺度中的持續應用對土壤科學的未來産生巨大的影響，從各種分子生物科學技術——基因、蛋白質和新陳代謝，到地理空間科學——遙感、地理信息係統和地球係統科學，需求日益增長，利用的機會也越來越多。土壤科學的未來發展必定是匯閤各種研究手段從而提供一種定量化的框架。在解讀土壤生物物理過程信息之前，要首先搞清土壤的物理、化學和生物驅動力。
　　當前，國際土壤學研究廣泛藉助地球係統科學新思維、物質科學新技術和
　　……

前言/序言

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