本书综合论述了生态学和生态系统生态学的概念及其科学研究领域，生态系统碳-氮-水耦合循环的科学问题及耦合过程的物理、化学和生物学基础，构筑了陆地生态系统碳-氮-水耦合循环及环境影响科学研究的理论体系。重点讨论了以植被-大气、土壤-大气和根系-土壤三个界面为核心的土壤-植物-大气系统碳-氮-水交换的生物物理过程、典型生态系统碳-氮-水耦合循环的生物化学过程、制约生态系统碳、氮、水循环耦合关系的生态系统生态学机制、制约流域尺度生态系统碳、氮、水循环的水文生态学机制、以及制约碳、氮、水循环耦联关系空间变异的生物地理生态学机制。在此基础上，还介绍了生源要素的生态化学计量学理论、生态学代谢理论、生态系统结构与功能平衡理论及其应用。进而概述了全球变化及其对陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的影响和生态系统适应机制，深入讨论了气候变暖、降水格局变化、二氧化碳浓度升高、大气氮沉降等全球变化因素对生态系统碳-氮-水耦合循环的影响及其适应的生态学基础。 本书可供生态、农林、资源环境、地学及全球变化研究等领域的科研人员阅读。

前辅文
第1章 生态学与生态系统科学概念及研究领域
  1.1 引言
  1.2 生态学与生态系统基本概念及发展
   1.2.1 生态学的概念
   1.2.2 生态学起源及发展
   1.2.3 生态系统概念及生态系统生态学的起源与发展
   1.2.4 汉语体系中“生态”的词义及演变
  1.3 生态系统概念及应用
   1.3.1 生态系统概念的核心内涵
   1.3.2 生态系统概念在不同学科的应用
   1.3.3 国际科学计划推动生态系统科学研究的发展
  1.4 生态系统科学与相关学科的交叉融合
   1.4.1 生态系统科学与生命科学的融合
   1.4.2 生态系统科学与地球科学的融合
   1.4.3 生态系统科学与大气科学的融合
   1.4.4 生态系统科学与资源环境科学的融合
   1.4.5 生态系统科学与社会经济及人文科学的融合
   1.4.6 生态学及生态系统科学学科体系
  1.5 生态系统科学的基本问题与主要研究领域
   1.5.1 生态系统科学研究的基础生态学问题与科学体系
   1.5.2 生态系统科学研究的基本科学问题与主要领域
   1.5.3 生态系统科学研究的学术前沿与热点领域
  1.6 生态系统科学研究的途径和主要方法
   1.6.1 生态学观察与观测
   1.6.2 生态学实验和野外控制实验
   1.6.3 生态数据整合分析及模型模拟
  参考文献
第2章 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的科学问题及理论框架
  2.1 引言
  2.2 陆地生态系统及其碳、氮、水循环基本特性
   2.2.1 陆地生态系统的起源与分布
   2.2.2 陆地生态系统的生物与资源环境系统的基本关系
   2.2.3 陆地生态系统及其碳、氮、水循环的基本特性
  2.3 人类活动和全球变化与陆地生态系统碳、氮、水循环的关系
   2.3.1 人类活动的概念及内容
   2.3.2 全球变化的概念及内容
   2.3.3 全球生态系统碳、氮、水平衡
   2.3.4 全球变化和人类活动与陆地生态系统碳、氮、水循环的互馈关系
  2.4 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环研究意义与基本科学问题
   2.4.1 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环研究的理论和实践意义
   2.4.2 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环研究的基本科学问题
  2.5 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环生物与环境控制机制的逻辑框架
   2.5.1 碳-氮-水耦合循环生物与环境控制机制的逻辑框架
   2.5.2 碳-氮-水耦合循环过程及生物物理学机制
   2.5.3 生物调控生态系统碳-氮-水耦合循环的生物化学过程及其生理生态学机制
   2.5.4 陆地生态系统碳、氮、水循环的耦合关系及其生态系统生态学机制
   2.5.5 区域尺度陆地生态系统碳、氮、水循环的耦联关系及其生物地理生态学机制
  2.6 我国陆地生态系统碳-氮-水耦合循环及环境变化适应性研究
   2.6.1 我国的碳、氮、水循环与全球变化生态学研究概要
   2.6.2 陆地生态系统碳、氮、水循环研究的尺度问题
   2.6.3 中国陆地生态系统通量观测研究网络与全球变化陆地样带研究
  参考文献
第3章 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的生物化学及生物物理过程概论
  3.1 引言
  3.2 陆地生态系统的碳-氮-水耦合循环基本过程
   3.2.1 陆地生态系统碳、氮、水循环的理论基础及基本法则
   3.2.2 陆地生态系统碳、氮、水循环的生物、物理及化学过程
   3.2.3 控制碳-氮-水耦合循环的关键生物物理或生物化学过程
  3.3 物理动力学机制驱动的碳、氮、水运动及迁移过程
   3.3.1 辐射与传导控制的能量流动
   3.3.2 重力作用的物质垂直输送
   3.3.3 水流运动与物质输送及迁移
   3.3.4 大气边界层物理控制的气体交换
  3.4 化学动力学机制驱动的碳、氮、水化学变化过程
   3.4.1 生物营养元素及其生物功能
   3.4.2 风化成土过程、沉淀与沉积
   3.4.3 土壤化学性质和化学过程
  3.5 生物因素驱动或制约的碳、氮、水循环过程
   3.5.1 植物气孔通道控制的气体交换
   3.5.2 植物根系和输导系统中水分的吸收与传输
   3.5.3 植物根系和输导系统中矿质元素吸收与传输
  3.6 微生物化学过程制约的土壤物质循环
   3.6.1 微生物催化的土壤碳循环过程
   3.6.2 微生物催化的土壤氮循环过程
   3.6.3 微生物催化的土壤磷循环过程
   3.6.4 微生物催化的硫及其他营养物质循环过程
   3.6.5 生物胞外酶介导的土壤生物化学过程
  参考文献
第4章 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的植物调控及生理生态学机制
  4.1 引言
  4.2 植物调控陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的主要过程
   4.2.1 植物体内碳氮水代谢的耦合生化过程
   4.2.2 植物体的碳、氮、水吸收与利用的生理生态学过程
   4.2.3 生态系统碳-氮-水耦合循环的生物群落调控过程
   4.2.4 区域尺度碳、氮、水循环耦联关系的植被属性调控过程
  4.3 植被冠层调控生态系统碳水通量平衡的生理生态学机制
   4.3.1 植被冠层的结构及类型
   4.3.2 植被冠层导度及其影响因素
   4.3.3 植被冠层导度对碳、水交换耦合关系的调控作用
  4.4 根系冠层生物学过程控制碳-氮-水耦合循环的生理生态学机制
   4.4.1 根系冠层的结构与功能
   4.4.2 根系冠层对水分和矿质养分吸收的调控途径
   4.4.3 生物固氮途径及其与碳氮耦合关系
   4.4.4 植物根系冠层对碳-氮-水耦合循环的调控机制
  4.5 植物输导组织的养分和水分运输过程的生理生态学机制
   4.5.1 植物茎的组织结构
   4.5.2 植物输导组织系统对土壤植物大气系统碳、氮、水循环的调控机制
  参考文献
第5章 陆地生态系统碳氮耦合循环的微生物调控及生理生态学机制
  5.1 引言
  5.2 土壤微生物功能群网络的概念及价值
   5.2.1 土壤微生物功能群网络概念的提出
   5.2.2 土壤微生物功能群网络的环境影响机制
   5.2.3 土壤微生物功能群网络内物种之间相互作用关系
   5.2.4 土壤微生物功能群网络之间互作关系的生物学机制
  5.3 土壤有机质分解、合成及固持的微生物控制机制
   5.3.1 植物残体和根系分泌物分解的微生物学控制机制
   5.3.2 土壤腐殖质形成和矿化的微生物控制机制
   5.3.3 土壤有机质矿化的激发效应和团聚体矿化的微生物学控制机理
   5.3.4 土壤结构调节碳矿化和分解过程的微生物学控制机理
  5.4 土壤温室气体排放的微生物参与控制机理
   5.4.1 甲烷产生和氧化的微生物学机制
   5.4.2 N2O和NO产生的微生物学机制
   5.4.3 CH4和N2O耦合循环过程的微生物学控制机制
  参考文献
第6章 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的生态系统生态学调控机制
  6.1 引言
  6.2 生态系统状态形成、稳态维持及其动态演变机制
   6.2.1 生态学现象及其过程
   6.2.2 生态系统属性及状态变化
   6.2.3 生态系统变化及状态演变
   6.2.4 生态系统状态维持及其演变机制
  6.3 生态系统碳、氮、水循环的耦联关系及主要生态过程
   6.3.1 生态系统尺度的碳-氮-水耦合循环过程及耦联关系
   6.3.2 生物的物质和能量代谢与碳-氮-水耦合循环
   6.3.3 生态系统碳-氮-水耦合循环的生态学过程
  6.4 控制生态系统碳-氮-水耦合循环的生态系统生态学机制
   6.4.1 控制生态系统状态的生态系统生态学机制理论框架
   6.4.2 控制生态系统碳-氮-水耦合循环过程和状态的生物学机制
   6.4.3 控制生态系统碳-氮-水耦合循环过程和状态的生理生态学机制
   6.4.4 控制生态系统碳-氮-水耦合循环过程和状态的生态系统生态学机制
  6.5 生物群落演替与生态位互补理论
   6.5.1 生物群落的演替
   6.5.2 生物的生态位与生物间的共生和竞争
   6.5.3 生物群落演替对生态系统碳-氮-水耦合循环的制约
  6.6 资源要素需求与供给平衡理论
   6.6.1 生物的资源需求、获取与优化利用策略
   6.6.2 栖息地资源供给水平及资源利用效率的互馈机制
   6.6.3 生态系统资源需求、供给与利用的生态平衡维持机制
   6.6.4 水分和养分资源对生态系统碳-氮-水耦合循环的制约
  参考文献
第7章 流域尺度生态系统碳-氮-水耦合循环的水文生态学机制
  7.1 引言
  7.2 流域尺度生态系统的水文过程及营养物质地球化学循环
   7.2.1 流域生态系统的水文及水循环
   7.2.2 流域生态系统的营养物质循环
   7.2.3 流域生态系统的水文与营养物质循环的时空尺度
   7.2.4 流域生态水文及生物地球化学模型
  7.3 流域尺度生态系统碳-氮-水耦合循环的基本过程
   7.3.1 流域尺度生态系统碳-氮-水耦合循环的主要过程
   7.3.2 流域水文过程驱动的营养物质迁移
   7.3.3 流域尺度生态系统碳循环与氮循环的相互作用
  7.4 流域水文过程对碳、氮、水输入和输出的影响
   7.4.1 侵蚀控制的流域碳输入
   7.4.2 受降水侵蚀和径流控制的流域氮输入
   7.4.3 降水对流域碳、氮输入过程的影响
   7.4.4 河流向海洋的碳、氮输出
   7.4.5 流域水体大气碳输出
  7.5 大气氮沉降对流域碳-氮-水耦合过程的影响
   7.5.1 氮沉降对流域生态系统氮平衡及生产力的影响
   7.5.2 氮沉降对流域陆地生态系统碳氮平衡影响及健康阈值
   7.5.3 氮沉降对河流氮、磷平衡及水体富营养化的影响
   7.5.4 氮沉降对流域生态系统温室气体排放的影响
  参考文献
第8章 陆地生态系统碳、氮、水通量的空间变异规律及生物地理学机制
  8.1 引言
  8.2 生物地理学的内涵及发展历史
   8.2.1 生物地理学的内涵和研究内容
   8.2.2 生物地理学的发展历史
  8.3 气候、土壤和植被因子的地域分异规律
   8.3.1 基本概念
   8.3.2 气候要素的空间地理规律与气候带
   8.3.3 土壤性质的空间地理规律和地带性
   8.3.4 植被属性的空间地理规律与生命带
   8.3.5 土壤微生物群落的空间地理规律
  8.4 气候因子植被群落生态系统功能地理分异的生物地理学机制
   8.4.1 气候环境条件和资源供给限制下的生物及群落地理分布
   8.4.2 资源环境条件对生物群落构建及群落属性的塑造
   8.4.3 生态系统资源要素需求和利用效率的内稳性
   8.4.4 生态系统碳-氮-水耦合循环地理分异的生物地理学机制
  8.5 陆地生态系统碳通量空间变异及生物地理学调控机制
   8.5.1 生态系统碳通量的地理变异规律
   8.5.2 碳通量空间格局的生物地理学调控机制
  8.6 陆地生态系统水通量空间变异及生物地理学调控机制
   8.6.1 生态系统水通量的地理变异规律
   8.6.2 水分交换通量空间变异的机制
  8.7 陆地生态系统碳、氮、水通量空间耦联关系的变异及生物地理学调控机制
   8.7.1 生态系统碳、水通量耦联关系的空间格局及机制
   8.7.2 生态系统碳、氮通量耦联关系的空间格局及影响因素
  参考文献
第9章 生源要素的生态化学计量学理论及其在陆地生态系统碳-氮-水耦合循环研究中的应用
  9.1 引言
  9.2 生态化学计量学理论的形成过程
  9.3 生态化学计量学的理论基础
   9.3.1 化学计量内稳性假说
   9.3.2 生长率假说
  9.4 生态化学计量学理论在不同尺度上的应用及进展
   9.4.1 物种水平植物化学计量关系
   9.4.2 群落水平植物化学计量关系
   9.4.3 地带性生态系统及区域尺度的应用
   9.4.4 生态化学计量关系对生态系统生产力和碳平衡的影响
  9.5 生态化学计量学理论在生态系统碳-氮-水耦合循环研究中的应用及假设
   9.5.1 生态系统尺度土壤、植物、凋落物和微生物的化学计量关系以及相互影响机制
   9.5.2 区域和全球尺度的植物、土壤和凋落物化学计量关系的空间变异规律及其生物地理生态学机制
   9.5.3 生态系统的化学计量关系与生态系统碳-氮-水耦合循环的理论联系
  参考文献
第10章 生态学代谢理论及其在陆地生态系统碳、氮循环研究中的应用
  10.1 引言
  10.2 生态学代谢理论的建立及应用
  10.3 生态学代谢理论的主要内容、意义和应用
   10.3.1 代谢理论中的几个重要关系
   10.3.2 生态学代谢理论在不同生物层级水平的应用研究
   10.3.3 生态学代谢理论对植物群落特征属性地理格局的预测
  10.4 生态学代谢理论在陆地生态系统碳、氮循环中的应用研究
   10.4.1 生态系统重要碳库间的通量、现存量和周转
   10.4.2 全球变化对陆地植物群落净初级生产力影响的预测
   10.4.3 生态学代谢理论在陆地生态系统氮循环中的应用
   10.4.4 生态学代谢理论在海洋生态系统碳循环中的应用
  10.5 生态学代谢理论在全球生物地球化学研究中的应用前景及问题
   10.5.1 在全球生物地球化学研究中的应用前景
   10.5.2 生态学代谢理论在应用中的限制及问题
  参考文献
第11章 生态系统结构与功能平衡理论及其应用
  11.1 引言
  11.2 生态系统结构与功能平衡的理论框架
   11.2.1 生态系统几何构造的优化理论
   11.2.2 生态系统功能间的协调及权衡理论
   11.2.3 生态系统结构与功能平衡的生态学基础
  11.3 生物群落结构对生态系统碳、氮、水循环的影响
   11.3.1 植物群落结构与初级生产力
   11.3.2 生物群落结构与呼吸作用
   11.3.3 呼吸底物和物理环境与呼吸作用
  11.4 植物群落功能性状与生态系统碳、氮、水循环的生态学联系
   11.4.1 植物群落结构及功能性状
   11.4.2 基于生态系统性状的结构过程功能的理论联系
   11.4.3 植物叶片性状与生态系统NPP和GPP的关系
   11.4.4 植物群落结构、过程及功能性状测定和统计方法
  参考文献
第12章 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环与全球变化的互馈作用
  12.1 引言
  12.2 全球变化因素及全球环境问题
   12.2.1 全球气候变暖
   12.2.2 全球环境污染与环境质量变化
   12.2.3 全球生物地球化学系统循环、能量流动和水循环的变化
   12.2.4 全球生物多样性与生态系统变化
   12.2.5 全球变化的风险及应对
  12.3 全球变化对生态系统及碳、氮、水循环的影响
   12.3.1 全球变化对生态环境、生态系统服务和人类福祉的影响
   12.3.2 全球变化对生态系统结构、功能及空间格局的影响
   12.3.3 全球变化对植被生产力及生物多样性的影响
   12.3.4 全球变化对生态系统碳、氮、水循环的影响
  12.4 陆地生态系统碳、氮、水循环响应与适应全球变化的生态学基础
   12.4.1 基本概念、理论框架及核心科学问题
   12.4.2 生态系统响应和适应全球变化的生理生态学途径
   12.4.3 生态系统碳、氮、水循环响应与适应全球变化的模式及效应
  12.5 植物响应和适应全球变化的若干生理生态学机制
   12.5.1 环境条件约束和资源限制作用机制
   12.5.2 生理学的适应性上调与下调过程机制
   12.5.3 植物形态的可塑性及适应性发育机制
   12.5.4 植物遗传变异与适应进化机制
   12.5.5 植物群落构建与适应演替机制
  参考文献
第13章 全球变暖影响陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的过程机制及多重效应
  13.1 引言
  13.2 全球变暖趋势及区域差异
   13.2.1 全球变暖的事实、成因及争论
   13.2.2 全球气候变暖的区域差异及影响因素
  13.3 生态系统碳、氮、水循环对全球气候变暖的响应与适应
   13.3.1 全球变暖与生态系统碳、氮、水循环的互馈作用
   13.3.2 生物生存和生命活动对温度上升的响应和适应机理
   13.3.3 植物光合作用和生物呼吸对温度上升的响应和适应机理
   13.3.4 区域尺度碳、氮、水循环响应温度变化的生物地理机制
  13.4 全球气候变暖对生态系统碳、氮、水循环耦合关系及过程的影响
   13.4.1 全球气候变暖对碳、氮、水循环耦合关系的短期和长期影响
   13.4.2 气候变暖对植被冠层和根系系统碳-氮-水耦合循环的影响
   13.4.3 气候变暖对陆地表层和土壤碳、氮、水循环的影响
  13.5 全球气候变暖对生态系统影响的多重效应
   13.5.1 全球气候变暖对生物环境因子的影响
   13.5.2 全球气候变暖对植被结构的影响
   13.5.3 全球气候变暖对生物多样性的影响
   13.5.4 全球气候变暖对冰冻圈的影响
  参考文献
第14章 全球降水变化影响陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的过程机制及多重效应
  14.1 引言
  14.2 全球大气降水变化趋势及区域差异
   14.2.1 全球大气降水变化趋势及区域差异
   14.2.2 全球大气降水变化区域差异的影响因素
  14.3 生态系统碳、氮、水循环对水环境变化的响应与适应机制
   14.3.1 全球降水变化与生态系统碳、氮、水循环互馈作用
   14.3.2 气孔行为控制的生态系统水分利用效率保守性机制
   14.3.3 植物和微生物代谢过程对水分环境变化的响应
   14.3.4 植物根系水分和养分吸收和运输过程对水分环境变化的响应
   14.3.5 典型生态系统及区域碳、氮、水收支平衡的响应机制影响
  14.4 全球降水变化对陆地生态系统碳、氮、水循环耦合关系及过程的影响
   14.4.1 降水变化对冠层碳-氮-水耦合循环过程的影响
   14.4.2 降水变化对微生物和植物代谢过程碳-氮-水耦合循环的影响
   14.4.3 降水变化对生态系统碳-氮-水耦合循环过程的影响
  14.5 大气降水变化对生态系统的影响的多重效应
   14.5.1 降水变化对生物环境因子的影响
   14.5.2 降水变化对大气水和陆地水环境的影响
   14.5.3 降水变化对冰冻圈的影响
   14.5.4 降水变化对植被结构的影响
   14.5.5 降水变化对生物多样性的影响
  参考文献
第15章 全球大气 CO2浓度升高影响陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的过程机制及多重效应
  15.1 引言
  15.2 全球大气 CO2浓度升高趋势及区域差异
   15.2.1 全球大气 CO2浓度升高的事实
   15.2.2 全球大气 CO2浓度升高的空间格局
   15.2.3 全球的碳收支平衡及评估理论和方法
   15.2.4 全球碳收支平衡的变化及大气 CO2浓度升高
  15.3 我国大气 CO2浓度变化及陆地生态系统碳平衡
   15.3.1 我国大气 CO2浓度变化及区域差异
   15.3.2 我国陆地生态系统碳收支平衡
   15.3.3 我国陆地生态系统的碳源/汇功能及生态工程固碳效应评估
   15.3.4 我国陆地生态系统碳汇潜力及增汇措施
   15.3.5 我国陆地和海洋碳收支平衡的综合评估
  15.4 大气 CO2浓度变化对生态系统碳、氮、水循环的影响
   15.4.1 CO2浓度变化与生态系统碳、氮、水循环的互馈关系
   15.4.2 CO2浓度变化对碳循环过程的影响
   15.4.3 CO2浓度变化对水循环过程的影响
   15.4.4 CO2浓度变化对氮循环过程的影响
   15.4.5 CO2浓度变化对碳-氮-水耦合循环过程的影响
  15.5 大气 CO2浓度升高对生态系统影响的多重效应
   15.5.1 CO2浓度变化对土壤和水体的影响
   15.5.2 CO2浓度变化对物种协同进化关系的影响
   15.5.3 CO2浓度变化对植物形态及解剖学的影响
   15.5.4 CO2浓度变化对植被群落C3/C4植物演变的影响
   15.5.5 CO2浓度变化对植被物候的影响
   15.5.6 CO2浓度变化对农作物品质的影响
  参考文献
第16章 大气氮沉降影响生态系统碳氮耦合循环的过程机制及多重效应
  16.1 引言
  16.2 全球大气氮沉降变化趋势及区域差异
   16.2.1 全球大气氮沉降的事实与成因
   16.2.2 全球大气氮沉降变化的区域差异
  16.3 我国的大气氮沉降研究进展及变化趋势和区域差异
   16.3.1 我国的大气氮沉降动态变化和区域格局研究的重要进展
   16.3.2 我国大气氮沉降时空格局及转型变化新趋势
  16.4 生态系统碳、氮、水循环响应和适应大气氮沉降的生态学基础
   16.4.1 大气氮沉降对生态系统碳-氮-水耦合循环影响产生的生态效应
   16.4.2 大气氮沉降影响生态系统碳、氮、水循环的植物生理学基础
   16.4.3 大气氮沉降影响生态系统碳、氮、水循环的生态系统生态学基础
   16.4.4 大气氮沉降影响生态系统土壤碳循环的生物地球化学机理
  16.5 大气氮沉降对生态系统碳-氮-水耦合循环关系及循环过程的影响
   16.5.1 大气氮沉降对植被冠层碳-氮-水耦合循环关系及循环过程的影响
   16.5.2 大气氮沉降对根际-土壤微生物群落及酶活性的影响
   16.5.3 大气氮沉降对生态系统碳-氮-水耦合循环关系及循环过程的影响
  16.6 大气氮沉降对生态系统影响的多重效应
   16.6.1 大气氮沉降对生物因子的影响
   16.6.2 大气氮沉降对环境因子的影响
  参考文献
索引