《生物地球化學雙語教學》課程教學大綱

《生物地球化學雙語教學》教學大綱一、基本信息課程名稱生物地球化學（雙語教學）課程編號ECOL3106英文名稱Biogeochemistry課程類型本專業(yè)推薦選修課總學時48理論學時48實驗學時

實踐學時

學分2預修課程普通化學適用對象農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境課程簡介（200字左右）圍繞生態(tài)系統(tǒng)全球變化介紹生物地球化學的基本概念、原理、研究工作的發(fā)展史及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、資源節(jié)約、環(huán)境規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境保護方面的重要性；詳細介紹大氣圈、巖石圈養(yǎng)、水圈和生物圈之間的耦合關(guān)系；圍繞農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，介紹以氮磷鉀三大元素為重點的生物地球化學循環(huán)；介紹生物特征元素如碳和硫的生物地球化學循環(huán)；介紹生物體在全球尺度的地球化學循環(huán)中主要功能；介紹代表性的復雜交互系統(tǒng)（如濕地生態(tài)系統(tǒng)）中的地球化學過程。

二、教學目標及任務(wù)本課程以全球生態(tài)系統(tǒng)為架構(gòu)介紹生物地球化學的基本內(nèi)容、重要性與發(fā)展動態(tài)，明確生物體的生態(tài)功能，熟悉主要生物元素和土壤元素的循環(huán)過程，了解生物對地球化學環(huán)境變化的反應(yīng)和調(diào)節(jié)機制，了解生物地球化學循環(huán)對環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的影響，了解研究生物地球化學的經(jīng)典實驗和新方法。重點掌握氮、磷、鉀、硫、碳的生物化學循環(huán)過程；生物和地球科學領(lǐng)域的主要因子在全球尺度變化下的響應(yīng)；掌握微觀尺度和宏觀尺度研究生物地球化學的新技術(shù)、新方法。

三、學時分配教學課時分配章節(jié)章節(jié)內(nèi)容講課實驗實踐合計第一章緒論(Introduction)2

第二章生命和地球的起源(OriginsoflifeandtheEarth)5

第三章大氣圈生物地球化學（Biogeochemistry

inatmosphere）6

第四章巖石圈生物地球化學(Biogeochemistryinlithosphere)6

第五章生物圈生物地球化學(Biogeochemistryinbiosphere)6

第六章濕地生態(tài)系統(tǒng)(Wetlandecosystem)3

第七章陸地水系統(tǒng)(Inlandwaters)3

第八章海洋生物地球化學(Biogeochemistryinoceans)2

第九章全球水循環(huán)（Global

watercycle）2

第十章全球碳循環(huán)（Global

carboncycle）2

第十一章全球硫和重金屬循環(huán)（Global

cycleofSandheavymetals）2

第十二章全球氮磷鉀循環(huán)（Global

cycleofN,P,andKofecologicalenvironment）4

第十三章生物地球化學循環(huán)研究方法（Analytical

techniquesinbiogeochemistry）2

課堂交流、討論、總結(jié)1

考試2

四、教學內(nèi)容及教學要求

第一章：緒論(Introduction)第一節(jié)生物地球化學的發(fā)展史（Historyandbiogeochemistry）習題要點：生物地球化學研究對象的變遷？第二節(jié)元素、太陽系、地球的起源（Originsofelements,solarsystem,andEarth）習題要點：地球具有哪些適合生物生產(chǎn)的特征？第三節(jié)大氣、海洋、生物的起源（Originsofatmosphere,oceans,andlife）習題要點：生物起源的步驟和進化方向。本章教學要求：了解生物地球化學的發(fā)展史和研究前沿，生物地球化學的范疇，生物地球化學及其相關(guān)學說和概念的含義；理解生物地球化學的基本原理與主要的研究方法；掌握生物起源的過程，必需的生態(tài)環(huán)境條件和主要影響因子。本章重點、難點：必需營養(yǎng)元素的概念，生物地球化學研究的范疇，生物地球化學的研究方法。

第二章

生命和地球的起源(OriginsoflifeandtheEarth)第一節(jié)新陳代謝路徑的進化

(Evolutionofmetabolicpathways)習題要點：新陳代謝的進化方向異同。第二節(jié)行星歷史的比較：地球、火星、和金星（ComparativePlanetaryHistory：Earth,Mars,andVenus）習題要點：為什么火星和金星沒有生命的進化？第三節(jié)生命和地球的協(xié)同進化(CooperatedevolutionoflifeandEarth)習題要點：何謂協(xié)同進化？本章教學要求：理解生命演變中新陳代謝的進化特征，明確地球在太陽系中具有生命特征的唯一性，了解生物和地球的協(xié)同進化，初步掌握判別生物進化中的地球化學機制的方法。本章重點、難點：新陳代謝和協(xié)同進化的概念。

第三章

大氣圈生物地球化學(Biogeochemistryinatmosphere)第一節(jié)大氣組成(Atmosphericcomposition)習題要點：氣體和溶膠的概念。第二節(jié)對流層和平流層中的生物地球化學反應(yīng)

(Biogeochemicalreactionsinthetroposphereandstratosphere)習題要點：對流層和平流層的概念以及其中的反應(yīng)類型。第三節(jié)大氣沉降(Atmosphericdeposition)習題要點：大氣沉降的害處和益處。第四節(jié)大氣和全球氣候模型(Modelsoftheatmosphereandglobalclimate)習題要點：如何建立全球尺度的模型。本章教學要求：了解大氣圈的構(gòu)成，如平流層以及對流層等，明確大氣的主要化學組成，每一個大氣層中常見的生物地球化學反應(yīng)過程已經(jīng)特征，理解氮、氧、硫等常見大氣元素的反應(yīng)特，掌握氣候模型建立的一般方法。本章重點、難點：大氣不同分層的特征、各類生物地球化學過程的異同點、氣候模型的全球尺度建模方法。

第四章巖石圈生物地球化學

(Biogeochemistryinlithosphere)第一節(jié)巖石分化(Rockweathering)習題要點：化學分化和次生礦物的概念。第二節(jié)土壤化學反應(yīng)

(Soilchemicalreactions)習題要點：土壤常見理化性質(zhì)。第三節(jié)土壤利用

(Soildevelopment)習題要點：森林、草地、和沙漠的利用。第四節(jié)分化速率(Weatheringrates)習題要點：化學分化和物理分化的異同。本章教學要求：了解巖石分化過程中礦物的變遷，了解土壤CEC、pH、緩沖能力等常見理化參數(shù)，理解并掌握不同生態(tài)系統(tǒng)中土壤利用方式的區(qū)別和利弊，了解物理分化和化學分化的特征以及各自在生物地球循環(huán)中的重要性，綜合所學知識熟練基本的土壤理化參數(shù)測定方法。本章重點、難點：不同理化參數(shù)之間的關(guān)系，不同生態(tài)系統(tǒng)中土壤利用的限定因素，熟悉物理分化和化學分化的速率特征。

第五章生物圈生物地球化學(Biogeochemistryinbiosphere)第一節(jié)光合作用和呼吸(Photosynthesisandrespiration)習題要點：光合作用和呼吸如何驅(qū)動生物地球化學循環(huán)。第二節(jié)全球尺度的主要作物和生物量的估算

(Globalestimatesofnetprimaryproductionand

biomass)習題要點：估算限定地區(qū)的生物量。第三節(jié)土壤有機質(zhì)和全球變化

(Soilorganicmatterandglobalchange)習題要點：有機質(zhì)如何影響全球變化？第四節(jié)人類活動對陸地地球化學循環(huán)的影響(Humanimpactsonterrestrialbiogeochemistry)習題要點：了解酸雨、二氧化碳排放等人類造成的污染。本章教學要求：了解植物光合作用和呼吸對生物地球化學循環(huán)的重要性，理解并掌握估算全球尺度生物量和產(chǎn)出的方法，了解土壤有機質(zhì)的種類以及循環(huán)過程，綜合所學知識熟練掌握人類活動是如何影響生物地球循環(huán)的各個方面的。本章重點、難點：光合作用和呼吸的驅(qū)動力，全球尺度各個參數(shù)的估算方法，人類活動的辯證認識。

第六章濕地生態(tài)系統(tǒng)

(Wetlandecosystem)第一節(jié)濕地生態(tài)系統(tǒng)的種類(Typesofwetlands)習題要點：不同濕地系統(tǒng)的水文、土壤、和植物。第二節(jié)濕地系統(tǒng)中的有機質(zhì)(Organicmatterstorageinwetlands)習題要點：為何濕地系統(tǒng)保存有豐富的有機質(zhì)？第三節(jié)飽和沉積物中的微生物代謝

(Microbialmetabolisminsaturatedsediments)習題要點：微生物的種類和各自的代謝特征。第四節(jié)濕地系統(tǒng)和全球變化(Wetlandsandglobalchange)習題要點：濕地如何影響全球變化。本章教學要求：了解濕地系統(tǒng)中的植物、土壤、和微生物，了解濕地系統(tǒng)的水文和地理特征，熟悉和掌握濕地常見微生物的新陳代謝分別，綜合所學知識指出濕地系統(tǒng)對全球變化影響。本章重點、難點：濕地中微生物的種群特征、濕地系統(tǒng)水文條件變化，濕地系統(tǒng)在全球變化中的角色。

第七章陸地水系統(tǒng)(Inlandwaters)第一節(jié)湖泊(Lakes)習題要點：湖泊生態(tài)系統(tǒng)的特征。第二節(jié)河流(Rivers)習題要點：河流生態(tài)系統(tǒng)的特征。第三節(jié)河口(Estuaries)習題要點：三角洲生態(tài)系統(tǒng)的特征。第四節(jié)人類活動對陸地水系統(tǒng)的影響(Humanimpactsoninlandwaters)習題要點：人類活動改變水系統(tǒng)循環(huán)的方式。本章教學要求：了解湖泊、河流、和河口生態(tài)系統(tǒng)的異同，了解水在生物地球化學循環(huán)中的重要性，掌握陸地水系統(tǒng)循環(huán)的相互關(guān)系，了解人類活動對水系統(tǒng)的影響，如大壩建設(shè)、水污染、地下水利用等。本章重點、難點：不同水體的生物地球化學特征，人類活動對水系統(tǒng)影響的尺度，水系統(tǒng)的恢復性和不可恢復性。

第八章海洋生物地球化學

(Biogeochemistryinoceans)第一節(jié)海水構(gòu)成(Thecompositionofseawater)習題要點：海水的主要組成元素。第二節(jié)海底沉積的成巖作用(Sedimentdiagenesis)習題要點：海底沉積物何如成巖。第三節(jié)生物泵：海洋中碳循環(huán)模型(Thebiologicalpump:Amodelofcarboncyclingintheocean)習題要點：生物泵的概念。第四節(jié)海洋營養(yǎng)循環(huán)(Nutrientcyclingintheocean)習題要點：海洋中營養(yǎng)元素的驅(qū)動力。第五節(jié)海底噴發(fā)口的生物地球化學特征(Biogeochemistryofhydrothermalventcommunities)習題要點：噴發(fā)口的微生物構(gòu)成。第六節(jié)海底沉積物的生物地球化學記錄(Thesedimentaryrecordofbiogeochemistry)習題要點：沉積物如何記錄化學反應(yīng)過程？習題要點：影響微量元素肥料有效性的土壤因素，合理施用微量元素肥料的原則。本章教學要求：了解海水的構(gòu)成，了解海底沉積物的沉積過程以及成巖過程，理解并掌握生物泵的概念以及碳循環(huán)模型，了解海洋和陸地系統(tǒng)之間的營養(yǎng)交流，了解海底噴發(fā)口的生物地球化學循環(huán)特別是微生物的作用，掌握海底沉積物的地球化學證據(jù)的獲得和解釋。本章重點、難點：生物泵的概念，海水和陸地系統(tǒng)的交互，海底沉積物的歷史證據(jù)記錄。

第九章全球水循環(huán)（Globalwatercycle）第一節(jié)水文循環(huán)模型(Modelsofthehydrologiccycle)習題要點：如何建立水文模型？第二節(jié)水循環(huán)的歷史(Thehistoryofthewatercycle)習題要點：不同時間尺度下水文循環(huán)的變化第三節(jié)水循環(huán)和全球變化(Thewatercycleandclimatechange)習題要點：水循環(huán)如何影響全球變化。本章教學要求：了解水文模型的應(yīng)用范圍以及如何建立不同水體的水文模型，了解從幾十年到幾億年中的水循環(huán)變化，掌握水循環(huán)影響全球變化的方式。本章重點、難點：水文模型的參數(shù)，全球變化中水循環(huán)的各個重要方面。

第十章全球碳循環(huán)（Globalcarboncycle）第一節(jié)碳循環(huán)對溫度的影響(Temporalperspectivesofthecarboncycle)習題要點：溫室氣體影響溫度變化的機制第二節(jié)甲烷氣體(Atmosphericmethane)習題要點：甲烷氣體的主要來源和影響第三節(jié)一氧化碳(Carbonmonoxide)習題要點：一氧化碳氣體的主要來源和影響。第四節(jié)合成：碳和氧的關(guān)聯(lián)(Synthesis:Linkingthecarbonandoxygencycles)習題要點：碳循環(huán)和氧循環(huán)之間的聯(lián)系紐帶。本章教學要求：了解影響全球變化的溫室氣體，了解甲烷氣體從農(nóng)田以及工業(yè)排放的量和影響范圍，熟悉并且掌握主要碳氧化合物的生態(tài)效應(yīng)。本章重點、難點：溫室氣體的排放量對全球變化的量化影響，碳氧化合物的相互轉(zhuǎn)變。第十一章全球硫和重金屬循環(huán)（GlobalcycleofSandheavymetals）第一節(jié)全球硫循環(huán)

(Theglobalsulfurcycle)習題要點：溫度對硫循環(huán)的影響。第二節(jié)全球水銀循環(huán)(Theglobalmercurycycle)習題要點：水銀的遷移路徑。第三節(jié)全球鉛和鎘的循環(huán)(TheglobalPbandCdcycle)習題要點：鉛和鎘的環(huán)境危害。本章教學要求：了解硫的循環(huán)過程，特別是溫度對其的影響，明確主要的含硫有機質(zhì)以及硫在生物體內(nèi)的作用，了解水銀、鉛、和鎘的主要環(huán)境危害以及循環(huán)特征。本章重點、難點：硫、水銀、鉛、和鎘的各種常見化學形態(tài)。

第十二章全球氮磷鉀循環(huán)（GlobalcycleofN,P,andKofecologicalenvironment）第一節(jié)全球氮循環(huán)(Theglobalnitrogencycle)習題要點：陸地和海洋中氮循環(huán)的區(qū)別。第二節(jié)全球磷循環(huán)(Theglobalphosphoruscycle)習題要點：生物體內(nèi)體外的磷元素交換特征。第三節(jié)全球鉀循環(huán)(Theglobalpotassiumcycle)習