1、1-2 Origins 1. How is the nitrogen cycle coupled (or linked) to the carbon cycle? In other words, how is the carbon cycle important in driving some components of the nitrogen cycle?氮循环跟碳循环的联系 （ 1-8图） 总体来说碳循环为氮循环提供物质（分子骨架）和能量。植物吸收矿质态氮合成自身物质，在这个过程中需要碳为其提供分子骨架以 及氮吸收同化过程中需要碳为其提供能量。另外在土壤中有机氮的矿化、硝化和反硝化过程中
2、微生物都需要碳为其提供能量。因此碳氮循环式紧密联系在一起的 2. What is the average oxidation state of carbon in soil organic matter?土壤有机碳 平均 氧化态值 1.11 3. Where does the energy (or electrons) that drive the process of denitrification come from?反硝化过程 所需能量或电子来源1-12二价铁，硫，硫化氢 4. Where does the energy that drives the process of N-fixa
3、tion by rhizobia bacteria on legume plants come from?豆科植物根瘤菌固氮能量来源 （ 1-15表） 光能利用菌能量来源光照，无机营养菌来源无机营养，异养菌来源有机碳 5. Which form of nitrogen contains more energy for metabolic processes, NH4+ orNO3-? How did you make your decision?哪种形式的氮包含代谢更多的能量 NH4+ or NO3-？为什么？NH4+ 1.10 因为 NH4+是一种电子供体， NO3一般作为一种电子受体，还原
4、性化合物（富含电子的电子供体）比氧化性物质含有较高的能量。另外一方面， NO3在被植物利用的过程中需要首先转换成 NH4+在用于有机质的合成，这一过程也需要一部分能量。 6. Rank the following electron acceptors in terms of the energy available to organisms when they are used in the oxidation of soil organic matter. 土壤有机碳氧化态生物可用能量电子受体排序 (#1 = most energy; #6 = least energy)_2_ NO3 _6
5、_CO2 _1_ O2 _4 Fe3+ _3_Mn4+ _5_ SO41-14 7. How does the transfer of energy between different trophic levels of the food web change with each step up the food web (e.g., between primary producers and the herbivores that eat them)? (What percentage of the fixed energy is transferred up the food chain
6、and what percentage is lost as heat due to respiration?)在不同营养级上的食物网的每一步 能量的如何转换的 , 1.20营养级之间的能量传递遵循 10%规则。就是一级消费者（食草动物）以初级生产者为食的时候，初级生产者的能量只有 10%传递给了一级消费者， 90%以呼吸或者热的形式损失。 改变食物网之间 (例如 ,初级生产者和食草动物之间 ) 多少百分比的固定能量转移在食物链上 ,有百分之多少的热 量 由于呼吸而丧失 ? 8. If you were specifically interested in determining the de
7、gree of heavy metal (e.g., Cu, Cd, Zn) accumulation in rice produced in Zhejiang province, what spatial scaling considerations might you consider in designing your experimental approach. What additional information could be gained from working at the regional, field, small plot manipulations within
8、fields, greenhouse pot study, and soil molecular scales? 如果你对浙江省水稻重金属积累程度是由什么决定的特别感兴趣，在你设计你的试验方法的时候，什么空间尺度影响因素需要考虑？ 小区、土层和土壤胶体：导致不同现象的过程和机制 1.31大的区域尺度大体了解重金属的分布情况，在到小区，定点实验。 Regional（区域尺度）：得到比较关键的背景资料。 小流域 ：得到管理单元资料 （空间尺度包括：区域尺度；小流域；坡面 /土地 /土层 /胶体）在田地，温室地点研究和土壤分子尺度下处理能得到什么额外信息？ 9. If your biogeochem
9、ical modeling results match your experimental results from field research, can you conclude with confidence that your model is accurate and valid? 如果你的生物地球化学模型实验结果符合你的田间研究实验结果 ,你能自信地认为你的模型是准确、有效吗 ? No 1.42 1对复杂环境的过分简单化 2仅仅是个等式 3证明不了任何东西 4可能会因为错误的原因得到正确的答案 5一个系统中的成功不能保证在其他系统中的 成功。 因此，模型在用来面对现有的形式是非常有
10、用的，但是它是不能被验证或者证明的 10. Sketch a simple “conceptual model” that describes soil organic matter concentrations in a soil. 素描一个简单的 “概念模型 ”, 描述土壤有机质含量6.27 3 Atmosphere 1. Why are changes in the composition of the troposphere so sensitive to changes in biogeochemical processes occurring on the Earths surfa
11、ce at the global scale? 在全球范围内，为什么对流层的成分变化会对发生在地球表面的生物地球化学过程变化如此的敏感？ 3.4 3.5 对流层的组成与性质决定的 .对流层有 82%的原子气体 对流层 的冷热气体 能够 在垂直方向上 很好的 混合。而且混合的时间非常快。因此，地球表面的生物地球化学过程的变化很容易引起对流层在全球范围中的变化。 2. What is the formula for calculating the mean residence time of atmospheric gases? 计算公式 , 平均存留时间 (MRT)： Reservoir Siz
12、e/Flux(into or out) 库容量的大小 流入或流出的流速 3. How does the mean residence time (MRT) of a particular atmospheric pollutant (e.g.,acidic deposition, mercury, aerosols) affect its downwind transport? MRT影响大气污染 (例如 ,酸性沉积、汞、气溶胶 )其下风 向 运输 3.8 MRT越小，流动越快， 大气颗粒污染物在大气中的平均停留时间越长，那么它能够被风带到距离污染源更远的地方，对下风向地区的污染距离就越大，或
13、者说能够产生更远距离的污染。 4. Discuss the concept of global warming potential with respect to atmospheric gases. What two properties of a gas determine its global warming potential (GWP)? 讨论关于大气气体全球变暖潜在的概念。哪两个性质确定其全球变暖潜力 (GWP)? 全球变暖潜势是为了评价各种温室气体，如 CO2、 CH4、氟利昂、臭氧、氮氧化合物等对气候变化影响的相对能力，提出了这个概念。指的是 某一给定物质在一定时间积分范围内与
14、二氧化碳相比而得到的相对辐射影响值。 气体对于全球变暖潜势主要取决于：一、气体的辐射效率。二、气体的化学生命周期。 3.12 5. Rank the following greenhouse gases in order of their GWP-100 years (#1 highest; #3 lowest):_2_CH4 _1_ N2O _3_ CO2温室气体 GWP等级 6. What are to two primary sources of increasing CO2 in our atmosphere? 二氧化碳增加两个主要来源是什么 矿物燃料的燃烧和森林滥砍滥伐 补：甲烷增加
15、的主要原因是：强度过大的集约化农业生产和较差的天然气生产实践 。 N2O增加的主要原因是农业氮肥的使用和反硝化作用 7. Do aerosols tend to result in “global warming” or “global cooling”? Why?气溶胶导致 “全球变暖 ”或 “全球气候变冷 ”?为什么 ? 3.24 3.25全球变冷。悬浮在大气中的气溶胶粒子会吸收和反射太阳辐射，减少了紫外线的通过，是到达地面的太阳辐射大大减弱，改变了地面和底层大气的能量收支。另外，大气中的气溶胶粒子增多，增加了凝结核，使云量、降雨量、雾等气候现象出现的频率增多，对 地表起到冷却的作用。 8
16、. What is the general formula describing the formation of tropospheric ozone? Based on this information, describe two potential strategies for reducing concentrations of ozone in urban areas. Which strategy might be more effective?描述大气形成臭氧的一般公式 是什么？在此基础上，描述在城市区域降低臭氧浓度的两种策略可能会更有效 ? VOC + NOx+ Heat +
17、Sunlight = Ozone VOC：挥发性有机化合物 Reduction Reactions 2CO + O2= 2CO2 VOC + O2= CO2+ H2O减少 VOC（挥发性有机化合物）；减少 NOx的排放，后一种更有效 减少氮氧化合物的排放，减少挥发性有机物的排放。最有效的应该是减少 NOx的排放，因为 NOx在这个反应中起到了催化剂的作用。 NOx的排放能很好的降低对流层中臭氧的形 成。 9. Why do fish and polar bears living in very remote locations, such as the Arctic Ocean tend to
18、 have high mercury concentrations in their bodies?为什么鱼和北极熊住在遥远的 ,比如北冰洋，在他们的身体 含高浓度汞 ? 3.44这主要是汞在大气中的沉降和生物放大效应造成的。汞从源头进入大气，随大气运移，在较远的地方沉降下来。微量的汞进入富有植物体内，在食物链的传递过 程中逐级积累，因此高等动物中积累的汞的量是比较多的。 10. What is an important natural source of mercury in the environment? What is an important human-derived source
19、 of mercury in the environment? 环境中重要的天然汞来源 ?环境中重要的人为汞来源 ? 3.45， 火山喷发是自然界中汞的主要来源 。含汞金属矿物的冶炼和以汞为原料的工业生产所排放的废气，是人类活动所驱动的 大气中 汞的主要来源 11. What are the major human-derived sources of nitric acid, sulfuric acid and ammonium that contribute to acid deposition (acid rain)? 有什么主要的人为来源的硝酸、硫酸铵盐和造成的酸沉积 (酸雨 )? 硝
20、酸（氮氧化合物）的来源：电力工程、工业生产、交通运输等 硫酸（二氧化硫）的来源：电力公司、交通运输、工业生产、燃料燃烧 铵：牧场、矿质肥料、工业来源、能源植物、 交通运输等 3.47 3.48 12. What is the meaning of “nitrogen saturation” that can occur due to atmospheric deposition of nitrogen compounds? 由于空气的氮化合物 的沉积发生 氮饱和 的含义 ?7.37氮饱和是指由于大气沉降的氮过多， 使 生态系统中的氮含量过多，硝态氮随水的淋溶损失增加的现象。 13. What
21、are some ways that acid deposition affects aquatic ecosystems? 酸沉降影响水生生态系统的方式 ? 一、氮的沉降会导致水体的富营养化。二、酸化抑制了水生生物的生存。三、降低了生物多样性 14. How is soil erosion important to “ocean ecosystems”? 土壤侵蚀 对海洋生态系统重要性 影响海洋生态系统的循环 养分 来源增加？ 15. How could you determine whether heavy metal deposition has increased or decreas
22、ed along roads over the past 50 years? 怎样确定在过去的 50年道路两边 重金属沉积已经增加或减少 测定道路旁边树的年轮中重金属的含量可以了解到每一年中重金属含量的变化。因为每一年形成的年轮能够很好的区分开，一个年轮中重金属的含量代表这一年中重金属的量。 4_Geosphere-Questions 1. What are the five major soil nutrient pools from which plants can acquire nutrients? Rank the pools in terms of the relative ava
23、ilability of nutrients for plants. 植物获得营养的五个主要土壤养分容量 ?植物可利用 养分相关容量排序 。 4.6 NPKCaMg 2. Compare a soil formed in granite versus a soil formed in basalt.土壤形成于花岗岩与土壤形成于玄武岩 比较 a. Which soil will have greater clay content? 有更大的 粘土含量玄武岩 b. Which soil will have a higher based saturation? 更高的盐基饱和 花岗 岩 c. Whi
24、ch soil will have a higher pH? 更高的 pH值 花岗岩 d. Which soil will be redder in color?更红 玄武岩 e. Which soil will have a greater water holding capacity?持 水 力 玄武岩 f. Which soil will have a greater availability of potassium? 钾有效性 花岗岩 4.18 4.20 3. How does increasing precipitation affect chemical weathering r
25、ates? How does increasing temperature affect chemical weathering rates? 降水增加如何影响化学风化率的 ?提高温度如何影响化学风化率的 ? 1化学风化随降雨量的增加而呈线性变化增加 2化学风化随温度的增加呈指数变化增加 4.42 4. By what mechanisms do plants affecting chemical weathering rates? 植物 影响化学风化率 机制 一、根系的生长能够增加岩石的表面积，为化学风化提供了更大的接触面积。二、植物分泌的酸性物质对岩石的风化。包括呼吸产生的二氧化碳溶解成的
26、碳酸和根系分泌以及凋谢物分解长生的有机酸的岩石的风化。三、螯合作用。有机酸对岩石的螯合增加了岩石风化的速率。4.48 5. Which soil will have a greater cation exchange capacity, a highly weathered soil or moderately weathered soil? Why? 高度风化土壤或 适度 风化土，哪种土将有一个更 高 的阳离子交换量 ?为什么 ? 适度风化。因为 4.51可以看出， 因为粘土矿物的风化从 2： 1型到 1:1型，最后形成高度风化的土壤主要是氧化物和氢氧化物。在这个过程中盐基粒子不断地损失，使
27、阳离子交换量降低， 再从 4.54可以比较出 2:1型粘土矿物的 CEC大于氧化物的， 6. Why is phosphorus often less available to plants in highly weathered soils? 为什么高度风化土一般提供给植物 有效 磷 更低 高度风化的土壤中，盐基粒子大量淋湿，铁铝的氧化物和氢氧化物含量增加，这些化合物容易与 P结合，甚至形成闭蓄态磷。降低了磷的可利用性。 5 Soils-Questions 1. What are the five soil forming factors? Which factor dominates in
28、 determining the properties of young soils? Which factor dominates in determining the properties of older soils? 五个土壤形成的因素 ?在年轻土壤 气候 ，母质 特性占主导地位的因素 ?在年长的土壤 生物 5.19? 成土因素： 1时间 2气候 3母质 4生物 5地形 2. With respect to plant nutrient availability, is a measure of “concentration mg/kg”(intensity factor) or “p
29、ool size kg/ha”(capacity factor) most appropriate?对于植物 养分 有效性是容重单位 mg/kg或者容量单位 kg/ha更适合 5.32-5.35库容量的测定对于评价土壤对作物养分有效性是比较合适的。土壤浓度是一个强度指标，表示单位质量土壤中的养分含量，易变化的；土壤养分库是一个容量指标，指定深度下单位面积土壤中养分的含量，一般指作物根系附近的区域。与土壤浓度处于动态平衡中。 如果是短期应该看浓度，也就是强度因素，长期的话看容量因素 3. What data must you collect to determine the pool size
30、of a specific soil nutrient? 确定一种特殊土壤养分的容量单位必须收集的数据 一、养分的浓度。二、土壤的深度或者土层的厚度（一般以 cm表示）。三、土壤的容重 (单位体积土壤的质量，包括土壤空隙。 g cm3)。四、较大碎屑的含量（一般指 2mm颗粒组分的百分含量）。 5.34 4. What is the best measurement that you could make on a soil to determine the availability of nitrogen to plants during the growing season (e.g.,
31、total N, mineralizable N, etc.) 你能做的最好的土壤测量去决定生长季的植物氮的有效性是什么？ (例如 ,全氮、矿化氮、等等 )。 潜在的矿物态氮：在一个生长季里对一定量的可能会变得可用的矿物态氮的评估 5.36 5. What happens to the spatial variability of soil properties as you increase the size of your sampling area (increase or decrease)? Do all soil properties have similar levels of
32、spatial variability? 增加土壤样品的大小采样区 (增加或减少 )的空间变异 ?做所有土壤特性也有类似的水平的空间变异理论吗 ? 增加 5.45随着取样面积的增大土壤性质的空间变异性增大。但是不同的土壤性质变异程度不同。一般来讲土壤性质比较稳定的变 异较小，性质容易变化的变异性较大。 6. What is the difference between “static” and “dynamic” pedology? Which approach is more sensitive to detecting changes following soil ecosystem di
33、sturbance? 静态跟动态的差别？ 在干扰后检测土壤性质或者功能的变化： 1静态土壤学：通过收集和分析土壤固相样本来解释土壤生物地球化学过程 2动态土壤学：通过收集和分析土壤溶液 来解释土壤生物地球化学过程。 何种方法随土壤生态系统干扰改变减少呢 动态，静态的短时间不会变化 7. What are some of the mechanisms leading to the formation of “islands of soil fertility” beneath oak trees? 橡树导致土壤肥力的“岛屿 ”形成的机制 ? 橡树能够创造一个 ”土壤肥力岛 ”可以从它对其周围大气
34、圈、生物圈、水圈、岩石圈的影响来解释。 一、 大气圈。大气沉降在树冠周围积累，包括气体沉降和粉尘沉降，这增加了橡树周 为土壤中养分的浓度。 二、 生物圈。 a 阻止了养分的深度淋溶。树木对水分的吸收减少了下渗水的数量，降低养分淋溶强度。 b 从远离橡树的区域吸收养分。橡树庞大的根系能够从较远较深的土壤中吸收养分。落叶有可以把养分归还到表层土壤中，起到表层养分富集的作用。 c 树冠和树皮上的地衣起到固氮的作用，增加氮的含量。 d 菌根促进了养分的可利用性。 三、 岩石圈。 a 根系呼吸产生的二氧化氮生成的碳酸、根系分泌的有机酸和有机物的螯合作用都增加了岩石的风化。增加了养分的释放。 b 枯枝落叶
35、在地表的积累增加了有机质的含量。有机质含量增加使阳 离子交换量增大。 四、 水圈。 a高达的树木，增强了蒸腾蒸发，这就意味着较小的淋溶。而且水分很大部分又可以被根冠截留。 b 由于根系作用和有机质的增加使得土壤的容重降低，大孔隙的数量增加，渗透性增强，地表的侵蚀强度降低。 降低容重 =增加渗透 =减少侵蚀 5.51-5.54 6_SOM and nutrients-Questions 1. Would you expect greater soil organic matter concentrations in an arid region soil or in a humid region
36、 soil? Why? 干旱地带土壤还是潮湿地区土壤有机质含量更高呢 ?为什么 ? 湿的 土壤有机质的含量取决于植被的生产量和分解损失量之差。湿润地区降雨量大有机质的产量大，土壤湿润意味着通气性差，空气少抑制了微生物的活性，是有机质的分解降低。多以湿润地区有机质的含量较高。 低通气 =低氧 =低分解 =更多有机物 6.33 2. Which material would you expect to decompose more quickly, leaves from deciduous trees or needles from conifer trees? Why? 落 叶林或者针叶林哪种
37、质地分解更快 ,为什么 ? 6.32针叶林的MRT大于落叶林 ，说明落叶林分解的快 有机质的分解速率取决于有机质的组成（化学性质）和气候两个方面。一般来说有机质组成中木质素是最难分解的。针叶林树叶比落叶林树叶含有较多的木质素，因此落叶林树叶分解较快。 3. Why is the lignin to nitrogen ratio often a very good predictor of organic matter decomposition? 为什么 木质素 中含 氮 率 通常很好的预测有机物分解 6.25 6.26 木质素分解的最慢 4. What is the optimal moisture condition for organic matter decomposition: high -medium -low? 怎样才是有机质分解最佳
