本书从环境学、生物学、生物地球化学、物理海洋学、气象学、气候学、地质学和生态学的角度，定量化研究了胶州湾浮游植物生态变化过程，揭示浮游植物的生长规律，阐述营养盐硅的生物地球化学过程与营养盐限制的判断方法，阐述海洋环境与浮游植物生长的生态学原理以及浮游植物与人类决定大气碳的变化和平衡的过程。本书共分为32章，主要内容为生态数学模型的建立方法和应用，营养盐、光照时间和水温对浮游植物生长的影响，以及浮游植物生长规律、地球生态系统机制、大气碳的变化和平衡、地球降温的造山运动等。
样章试读
目录
- 目录
前言
第1章 生态数学模型及其在海洋生态学的应用 1
1.1 生态数学模型的特点和类型 2
1.1.1 生态数学模型的构建 2
1.1.2 模型的特点和类型 2
1.2 举例说明数学模型在生态学上的应用 3
1.2.1 DINT（daylength，irradiance，nutrients，temperature）模型 3
1.2.2 颗粒垂直通量模型 4
1.2.3 剩余产量模式 5
1.2.4 伯塔兰菲生长方程式 6
1.2.5 海洋中悬浮物质再悬比率计算模式 6
1.2.6 胶州湾北部水层生态动力学模型 7
1.3 应用数学模型解决胶州湾的生态问题 8
1.4 结论 8
参考文献 9
第2章 铁对浮游植物生长与大气碳沉降的作用 10
2.1 铁对浮游植物生长影响的研究进展 10
2.1.1 铁是浮游植物生长的限制因子的起源与证据 10
2.1.2 最新研究结果与存在的问题 11
2.2 刺激浮游植物生长的铁对大气碳沉降的影响 12
2.2.1 浮游植物与限制因子 13
2.2.2 铁对浮游植物生长的影响研究过程 14
2.2.3 铁是限制因子的探讨 16
2.2.4 铁对大气碳沉降的作用 17
2.2.5 结论 17
参考文献 18
第3章 营养盐对初级生产力的限制 20
3.1 硅是浮游植物初级生产力的限制因子 20
3.1.1 研究海区概况及数据来源 20
3.1.2 硅酸盐浓度和初级生产力 22
3.1.3 硅酸盐和水温与初级生产力的关系 25
3.1.4 硅酸盐的来源 28
3.1.5 初级生产力与硅酸盐的分布特征 29
3.1.6 模型的生态意义 30
3.1.7 硅酸盐与浮游植物优势种 35
3.1.8 海水的透明度与初级生产力的关系 36
3.1.9 浮游植物的结构 36
3.1.10 营养盐硅的损耗过程 37
3.2 浅析浮游植物生长的营养盐限制及其判断方法 40
3.2.1 目前哪种营养盐可能成为限制因子 40
3.2.2 营养盐硅限制浮游植物生长的判断方法 41
3.2.3 简述作者的胶州湾研究结果 44
3.3 硅限制和满足浮游植物生长的阈值和阈值时间 45
3.3.1 研究海区概况及数据来源 46
3.3.2 营养盐Si∶N[Si(OH)4∶NO3]的值 47
3.3.3 Si∶N 的值与初级生产力 48
3.3.4 胶州湾Si、N、P 的动态变化趋势 51
3.3.5 Si∶N 的值与初级生产力的时空变化 52
3.3.6 模型的生态意义 53
3.3.7 硅酸盐的阈值和阈值时间 55
3.3.8 水流稀释对浮游植物生长的影响 60
3.3.9 营养盐硅限制浮游植物初级生产力的动态过程 60
3.4 结论 63
参考文献 65
第4章 营养盐限制的判断方法、法则和唯一性 69
4.1 营养盐限制的判断法则和唯一性 70
4.1.1 营养盐限制的判断方法 71
4.1.2 有关营养盐限制结论的不足 72
4.1.3 相应的研究结果 72
4.2 N、P、Si 营养盐限制的唯一性 74
4.2.1 研究海区概况及数据来源 75
4.2.2 营养盐的平面分布和季节变化 77
4.2.3 陆源对浮游植物生长的影响 81
4.2.4 营养盐的绝对、相对限制法则 84
4.2.5 判断营养盐限制的方法和唯一性 88
4.2.6 仅考虑N、P 成为限制因子不准确 89
4.2.7 营养盐Si 控制生态系统的机制 90
4.3 结论 91
参考文献 94
第5章 硅的亏损过程 97
5.1 硅的生物地球化学过程 97
5.1.1 海洋中浮游植物的优势种——硅藻 97
5.1.2 硅是硅藻必不可少的营养盐 98
5.1.3 硅藻的沉降 99
5.1.4 硅的生物地球化学过程 99
5.1.5 营养盐硅和浮游植物的动态平衡 102
5.1.6 胶州湾的研究结果 102
5.2 硅酸盐的起源、生物地球化学过程和归宿 103
5.2.1 研究海区概况及数据来源 104
5.2.2 硅酸盐浓度远离带有河口海岸的横断面变化 104
5.2.3 硅酸盐浓度与黄海海水的交换 114
5.2.4 河流的硅酸盐与初级生产力的基本特征 114
5.2.5 硅酸盐的起源 123
5.2.6 硅、浮游植物和浮游动物的食物链过程 125
5.2.7 硅酸盐的归宿 128
5.3 生态系统中硅的作用 131
5.3.1 硅的迁移过程 131
5.3.2 全球硅的亏损 133
5.3.3 营养盐硅和浮游植物的动态平衡 136
5.4 结论 137
参考文献 138
第6章 胶州湾海水交换的时间 142
6.1 研究方法的建立 142
6.1.1 海区概况及数据来源 142
6.1.2 硅酸盐与硝酸盐的比值起因 143
6.1.3 硅酸盐与硝酸盐的比值指标 144
6.1.4 硅的生物地球化学过程 145
6.2 海水交换的计算过程 146
6.2.1 Si∶N 的值与初级生产力 146
6.2.2 Si∶N 的值的时间和区间 147
6.3 海水交换的计算原理及应用 148
6.3.1 原理 148
6.3.2 应用 149
6.4 计算过程的正确性 150
6.4.1 浮游植物初级生产力的支持 150
6.4.2 营养盐硅阈值的支持 151
6.4.3 营养盐硅时空分布的支持 151
6.4.4 箱式模型和数值模型的支持 152
6.5 计算过程的创新 152
6.5.1 海湾水交换时间的定义 152
6.5.2 海湾水交换时间的计算方法 153
6.5.3 海湾水交换时间的参数 153
6.6 结论 154
参考文献 155
第7章 生物地球化学模型的建立 157
7.1 生物地球化学模型 157
7.1.1 定义 157
7.1.2 原理 158
7.2 生物地球化学模型的应用 158
7.2.1 胶州湾海域内Si∶N 的值的充满 159
7.2.2 胶州湾海域内Si∶N 的值的放空 159
7.3 生物地球化学模型特征 160
7.3.1 海湾水交换时间的定义 160
7.3.2 海湾水交换的指标物质 161
7.3.3 海湾水交换时间的计算方法 161
7.3.4 海湾水交换计算涉及的参数 161
7.3.5 海湾水交换方法和模型的不足 161
7.4 结论 162
参考文献 162
第8章 胶州湾水交换时间的计算过程与比较 164
8.1 生物地球化学模型 164
8.1.1 定义 164
8.1.2 原理 165
8.1.3 应用 165
8.2 胶州湾水交换时间 166
8.2.1 研究的过程 166
8.2.2 计算结果的证实 167
8.2.3 计算结果的对比 168
8.3 结论 169
参考文献 170
第9章 水箱的水交换原理及应用 171
9.1 海湾的水交换 171
9.1.1 定义 171
9.1.2 原理 172
9.2 水箱的水交换 173
9.2.1 定义 173
9.2.2 原理 173
9.2.3 应用 174
9.3 结论 175
参考文献 175
第10章 胶州湾的浮游藻类生态现象 176
10.1 胶州湾生态现象 176
10.1.1 浮游植物的生长 176
10.1.2 浮游植物的结构 178
10.2 胶州湾生态现象的剖析 179
10.2.1 地点 179
10.2.2 时间 181
10.2.3 结论 182
10.3 用定量化生态位研究环境影响生物物种的变化过程 183
10.3.1 生态位的概念 183
10.3.2 多维生态位和生态系统量化的定义 184
10.3.3 胶州湾的生态位研究 185
10.3.4 生态位的观点 188
10.4 结论 190
参考文献 190
第11章 光照时间对浮游植物生长影响 191
11.1 光辐射、光照时间对浮游植物生长的影响 191
11.2 光照时间对水温的影响 193
11.2.1 构建水温变化的模型框图 194
11.2.2 光照时间通过水温影响初级生产力 196
11.3 胶州湾的光照时间、水温对浮游植物生长的影响 199
11.3.1 研究海区概况及数据来源 200
11.3.2 光照时间与水温的关系 201
11.3.3 光辐射、光照时间对浮游植物生长的影响 205
11.3.4 光照时间、水温和营养盐对初级生产力的影响 211
11.4 结论 212
参考文献 213
第12章 水温对浮游植物生长的影响 215
12.1 浮游植物增殖能力 215
12.1.1 生态现象 215
12.1.2 生物因子 215
12.1.3 浮游植物的增殖能力 216
12.1.4 增殖能力的应用 217
12.1.5 浮游植物增殖能力的重要性 218
12.2 胶州湾水温对浮游植物增殖能力的影响 219
12.2.1 研究海区概况及数据来源 221
12.2.2 浮游植物的增殖能力 221
12.2.3 增殖能力与水温的动态模型 224
12.2.4 水温影响增殖能力 226
12.2.5 增殖能力-水温的动态模型的生态意义 228
12.2.6 增殖能力与初级生产力的差异 229
12.2.7 胶州湾的单（双）峰型的增殖机制 230
12.3 结论 232
参考文献 232
第13章 胶州湾环境变化对海洋生物资源的影响 234
13.1 胶州湾环境的变化 234
13.1.1 研究海区概况 234
13.1.2 营养盐 235
13.1.3 气温和水温 236
13.2 胶州湾海洋生物资源的变化 236
13.2.1 浮游植物生态变化 237
13.2.2 物种的变化 237
13.3 水温、营养盐硅是浮游植物生长的动力 238
13.3.1 营养盐硅为主要发动机 238
13.3.2 水温为次要发动机 238
13.4 人类影响环境 239
13.5 结论 240
参考文献 240
第14章 胶州湾水温和营养盐硅限制初级生产力的时空变化 242
14.1 胶州湾浮游植物的研究基础 243
14.1.1 研究海区概况及数据来源 243
14.1.2 序列成果 243
14.2 限制初级生产力的时空变化 245
14.2.1 限制因子 245
14.2.2 在时间尺度上 245
14.2.3 在空间尺度上 248
14.3 初级生产力的变化规律 250
14.4 结论 250
参考文献 250
第15章 营养盐硅和水温影响浮游植物的机制 253
15.1 营养盐影响浮游植物 253
15.1.1 营养盐影响浮游植物生长 253
15.1.2 营养盐影响浮游植物的集群结构变化 256
15.1.3 营养盐影响浮游植物的机制 256
15.2 水温影响浮游植物 257
15.2.1 水温影响浮游植物生长 257
15.2.2 水温影响浮游植物的集群结构变化 258
15.2.3 水温影响浮游植物的机制 259
15.3 结论 261
参考文献 261
第16章 浮游植物的生态 263
16.1 光照、水温和营养盐对浮游植物的影响大小 263
16.1.1 光照影响浮游植物生长 264
16.1.2 水温影响浮游植物生长 265
16.1.3 营养盐影响浮游植物生长 267
16.1.4 硅酸盐和水温对初级生产力的影响 268
16.1.5 光照、水温和营养盐的综合影响顺序 269
16.1.6 结论 270
16.2 营养盐硅在全球海域中限制浮游植物的生长 271
16.2.1 全球浮游植物优势种——硅藻 271
16.2.2 限制全球浮游植物生长的营养盐硅 274
16.2.3 硅造成死亡空间 277
16.2.4 结论 279
16.3 浮游植物生态规律 280
16.3.1 研究胶州湾海区概况 280
16.3.2 浮游植物生长的理想状态与赤潮 281
16.3.3 初级生产力的控制因子 282
16.3.4 初级生产力的受控原理 283
16.3.5 浮游植物生长的发动机 284
16.3.6 人类对环境的影响 285
16.3.7 结论 285
参考文献 286
第17章 地球生态系统的机制 291
17.1 地球生态系统的营养盐硅补充机制 292
17.1.1 人类活动对生态环境的影响 292
17.1.2 生态环境变化对海洋生态系统的影响 294
17.1.3 地球生态系统对海洋生态系统的响应 299
17.1.4 结论 301
17.2 地球生态系统的气温和水温补充机制 302
17.2.1 人类对生态环境的影响 302
17.2.2 生态环境变化对地球生态系统的影响 303
17.2.3 地球生态系统对生态环境变化的响应 304
17.2.4 结论 308
17.3 地球生态系统的碳补充机制 308
17.3.1 碳沉降 309
17.3.2 浮游植物与环境因子 311
17.3.3 碳补充机制 314
17.3.4 赤潮的作用 317
17.3.5 结论 319
参考文献 319
第18章 海洋生态与沙漠化的耦合机制 323
18.1 海洋生态和沙漠化的桥梁？？沙尘暴 323
18.1.1 沙漠化目前的状态 324
18.1.2 海洋中浮游植物的硅需求 324
18.1.3 人类对营养盐硅输入的改变 326
18.1.4 缺硅对海洋生物造成的结果 327
18.1.5 营养盐硅的补充 328
18.1.6 沙尘暴变化 329
18.1.7 结论 331
18.2 沙漠化与海洋生态和人类生存的关系 331
18.2.1 沙漠状况与起因 332
18.2.2 沙漠化维持海洋生态 332
18.2.3 沙漠化危害人类生存 334
18.2.4 沙漠化在海洋生态和人类生存之间的平衡 336
18.2.5 结论 337
参考文献 337
第19章 北太平洋海洋生态系统的动力 340
19.1 北太平洋硅限制时间 340
19.1.1 种群结构 340
19.1.2 硅的重要性 341
19.1.3 浮游植物的硅限制 342
19.1.4 北太平洋的硅补充 342
19.2 北太平洋硅输入方式 343
19.2.1 风场的方向 343
19.2.2 风场的速度 343
19.2.3 风场的时间 343
19.2.4 风场的季节 344
19.3 北太平洋硅来源 344
19.3.1 易发区 344
19.3.2 时间和强度 344
19.3.3 沙漠化 345
19.4 北太平洋海洋生态系统动力 346
19.4.1 亏硅状况 346
19.4.2 输送系统 346
19.4.3 生态动力 347
19.4.4 沙漠化的原因 348
19.5 结论 349
参考文献 350
第20章 海洋生态变化对气候及农作物的影响 353
20.1 灾害发生 354
20.1.1 农作物 354
20.1.2 全球变暖 354
20.1.3 二氧化碳浓度升高 354
20.2 海洋生态 355
20.2.1 限制浮游植物生长 355
20.2.2 硅的生物地球化学过程 356
20.2.3 人类活动的影响 357
20.2.4 硅输送 358
20.3 未来陆地生态 358
20.3.1 气候变化 358
20.3.2 农作物 360
20.4 总结 361
参考文献 362
第21章 未来的地球气候模式 365
21.1 地球生态系统的营养盐硅补充机制 365
21.1.1 硅的补充起因 365
21.1.2 营养盐硅的补充途径 366
21.1.3 营养盐硅的补充机制 366
21.2 未来地球气候变化的模式 367
21.2.1 模式种类 367
21.2.2 模式内容 368
21.2.3 模式特征 368
21.2.4 模式分布 368
21.2.5 模式功能 369
21.3 2010 年天气变化对模式的支持 369
21.3.1 近岸地区 369
21.3.2 流域盆地 370
21.3.3 大暴雨 370
21.3.4 内陆地区 371
21.3.5 高温 371
21.3.6 台风 371
21.4 结论 373
参考文献 373
第22章 浮游植物与人类共同决定大气碳的变化 374
22.1 研究概况 374
22.1.1 海区概况 374
22.1.2 浮游植物数据来源 375
22.1.3 监测站点的地理气候特征 375
22.1.4 大气碳数据来源 376
22.1.5 夏威夷和胶州湾的背景 376
22.2 大气碳的变化 376
22.2.1 增加变化 376
22.2.2 周期变化 378
22.3 初级生产力的变化 379
22.3.1 浮游植物结构 379
22.3.2 初级生产力季节变化 380
22.4 大气碳和初级生产力的关系 380
22.4.1 大气碳和初级生产力的相关性 380
22.4.2 建立大气碳与初级生产力的方程 382
22.4.3 方程检验 383
22.4.4 模型的应用 383
22.5 人类对大气碳变化的影响 383
22.5.1 人类的二氧化碳排放 383
22.5.2 大气的二氧化碳趋势变化 384
22.5.3 大气的温度趋势变化 384
22.6 浮游植物对大气碳变化的影响 385
22.6.1 初级生产力与大气碳的关系 385
22.6.2 初级生产力对大气碳的影响过程 386
22.7 模型的生态意义 387
22.7.1 周期和振幅 387
22.7.2 初级生产力吸收大气碳的量 387
22.7.3 大气碳消耗初级生产力的量 388
22.8 结论 389
参考文献 390
第23章 人类排放与浮游植物吸收对大气碳的平衡 391
23.1 研究概况 391
23.1.1 海区概况 391
23.1.2 浮游植物数据来源 392
23.1.3 监测站点的地理气候特征 392
23.1.4 大气碳数据来源 393
23.2 初级生产力与大气碳的变化 393
23.2.1 大气碳的季节变化 393
23.2.2 初级生产力的季节变化 393
23.2.3 初级生产力的月平均值 394
23.2.4 初级生产力与大气碳的平衡点 395
23.2.5 初级生产力与大气碳的平衡量 396
23.3 人类排放与浮游植物吸收 397
23.3.1 大气的二氧化碳增加 397
23.3.2 初级生产力吸收大气碳 397
23.3.3 5 月的平衡点 398
23.3.4 10 月的平衡点 398
23.3.5 初级生产力与大气碳的平均值 399
23.3.6 初级生产力与大气碳的平衡量 399
23.4 结论 400
参考文献 401
第24章 地球生态系统理论体系 403
24.1 地球生态系统理论提出的重要性 403
24.2 地球生态系统理论的建立 403
24.2.1 地球生态系统的定义、结构和目标 403
24.2.2 地球生态系统的功能、内容和意义 404
24.2.3 地球生态系统的特征 404
24.3 地球生态系统理论与前人的概念及假说不同 405
24.3.1 与前人的概念不同 405
24.3.2 与前人的假说不同 405
24.4 结论 406
参考文献 406
第25章 地球生态系统的分割和构成原理 408
25.1 生态系统的分割和构成原理 408
25.1.1 分割和构成的定义 408
25.1.2 分割和构成的原理 408
25.2 生态系统分割和构成的特性 409
25.2.1 空间任意性 409
25.2.2 空间分割性 409
25.2.3 空间构成性 410
25.2.4 空间变化性 410
25.2.5 空间可逆性 410
25.3 结论 410
参考文献 411
第26章 地球生态系统理论的结构和界面 412
26.1 地球生态系统的结构和界面 412
26.1.1 地球生态系统的理论 412
26.1.2 生态系统的结构和界面 412
26.2 结构和界面的模型框图 413
26.2.1 静态到动态的变化 413
26.2.2 简单到复杂的变化 414
26.3 结论 415
参考文献 415
第27章 地球生态系统理论的应用 417
27.1 地球生态系统的营养盐硅补充机制 417
27.2 地球生态系统的气温和水温补充机制 418
27.3 地球生态系统的碳补充机制 419
27.4 地球生态系统的硅轨迹 420
27.5 未来的气候预测及证实 421
27.6 结论 422
参考文献 423
第28章 地球生态系统的控制能力 424
28.1 地球生态系统的目标 424
28.2 地球生态系统的北太平洋输送系统 424
28.3 地球生态系统的控制能力 426
28.3.1 在时间的尺度上 426
28.3.2 在空间的尺度上 428
28.4 全球的环境变化与生态安全 428
28.5 结论 429
参考文献 429
第29章 地球生态系统的精准性 431
29.1 地球生态系统的功能 431
29.2 地球大气碳的平衡 431
29.2.1 初级生产力与大气碳的平衡量 431
29.2.2 地球生态系统的精准性 432
29.3 地球硅的输送 433
29.3.1 北太平洋水域硅的提供系统 433
29.3.2 地球生态系统的精准性 434
29.4 地球自转的平衡 435
29.4.1 南极环极海流 435
29.4.2 地球生态系统的精准性 435
29.5 结论 436
参考文献 436
第30章 地球生态系统的硅动力 438
30.1 地球生态系统的内容 438
30.2 生物地球化学过程 439
30.2.1 硅 439
30.2.2 碳 439
30.3 地球生态系统的动力 440
30.3.1 地球的动态平衡 440
30.3.2 人类的影响 441
30.4 气候变化 443
30.4.1 温度的动态波动加剧 443
30.4.2 未来地球气候变化的模式 444
30.4.3 地球生态系统的可持续发展 445
30.5 结论 445
参考文献 446
第31章 地球降温的造山运动 448
31.1 浮游植物决定大气碳的变化 448
31.1.1 浮游植物的作用 448
31.1.2 浮游植物对大气碳的吸收 448
31.2 硅决定浮游植物的变化 449
31.2.1 硅对浮游植物的重要性 449
31.2.2 硅的生物地球化学过程 450
31.3 硅决定气候的变化 450
31.3.1 地球生态系统 450
31.3.2 海洋缺硅 451
31.3.3 营养盐硅的补充机制 451
31.3.4 气温和水温的补充机制 453
31.3.5 大气碳的补充机制 453
31.3.6 地球生态系统的硅动力 455
31.3.7 人类活动的影响 456
31.3.8 硅的补充结果 457
31.3.9 北太平洋海洋生态系统的动力 457
31.3.10 气候变化的模式 459
31.3.11 2010 年天气变化对模式的支持 460
31.4 造山运动决定地球的降温 464
31.4.1 造山运动 464
31.4.2 岩石风化过程加速 464
31.4.3 硅酸盐风化 465
31.4.4 气温降低 466
31.5 地球生态系统的降温机制 466
31.5.1 降温机制 466
31.5.2 降温的补充框图 467
31.6 结论 468
参考文献 468
第32章 人类与地球生态系统的相互作用 471
32.1 人类与生态环境 471
32.1.1 胶州湾浮游植物生态变化 471
32.1.2 水温、营养盐硅是浮游植物生长的动力 472
32.1.3 人类影响浮游植物 473
32.2 人类对生态环境的影响 474
32.2.1 人类对营养盐硅的影响 474
32.2.2 人类对水温的影响 476
32.3 生态环境变化对地球生态系统的影响 476
32.3.1 营养盐硅的缺乏 476
32.3.2 水温的上升 477
32.4 地球生态系统对生态环境变化的响应 478
32.4.1 营养盐硅的补充 478
32.4.2 水温的补充 479
32.5 地球生态系统的补充机制 480
32.5.1 营养盐硅的补充机制 480
32.5.2 水温的补充机制 480
32.5.3 碳沉降的补充机制 480
32.6 地球发生的现象 482
32.6.1 “厄尔尼诺”与“拉尼娜”现象的成因 482
32.6.2 人类灾害 483
32.6.3 气候突变的未来预测 484
32.7 结论 485
参考文献 485
致谢 487
京公网安备 11010102004214号