An Introduction to Environmental Biophysics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Gaylon S. Campbell

出品人:

页数:307

译者:

出版时间:2000-09-14

价格:USD 69.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780387949376

丛书系列:

图书标签:

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物理世界中的生命之歌：深入探索环境生物物理学 书籍名称：《环境生物物理学导论》（An Introduction to Environmental Biophysics） --- 内容简介： 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，用物理学的严谨框架去理解和量化生命系统在不同环境条件下的运作机制。我们聚焦于能量流、物质传递、辐射效应以及生物结构与功能的相互作用，探索生物体如何感知、适应并最终影响它们所处的物理环境。 本书的结构设计遵循从宏观尺度到微观尺度的逻辑，确保读者能够构建起一个完整的知识体系，理解生命现象背后的基本物理定律。 第一部分：基础原理与能量转换的物理学（The Physics of Energy Flow and Conversion） 本部分奠定了环境生物物理学的理论基础，核心关注生物系统与环境之间的能量交换。 第一章：环境物理学基础回顾 本章首先回顾了热力学、传导、对流和辐射等核心物理概念，并将其应用于生物环境。重点讨论了温度梯度、湿度梯度在自然界中的形成与维持。我们探讨了能量的来源——太阳辐射，并引入了辐射传输理论在理解地表能量平衡中的关键作用。 第二章：生物体的能量平衡 深入分析了生物体如何通过新陈代谢、蒸散作用和热辐射实现能量的输入与输出。详细阐述了能量预算方程在植物冠层、动物表皮以及微生物群落尺度上的应用。特别关注了“热中性区”的概念，以及不同生物如何通过行为或生理调节来最小化能量耗散。 第三章：光合作用的物理限制与效率 将光合作用视为一个复杂的能量捕获和转换过程。本章探讨了光子捕获的量子效率、电子传递链中的电化学势能转换。重点分析了光照强度、光谱质量（波长分布）以及叶片内部的光线散射对实际光合速率的物理制约。引入了光合作用的光响应曲线和CO2响应曲线的物理模型。 第二部分：物质传递与界面现象（Mass Transfer and Interface Phenomena） 生命过程的有效性往往取决于物质在不同相界面上的快速有效地交换。本部分将重点解析扩散、渗透、对流在生态系统中的物理机制。 第四章：水和气体的扩散动力学 详细解析了Fick定律在生物膜、细胞间隙和土壤孔隙中的应用。区分了分子扩散与湍流对流在气体交换（如CO2和水蒸气）中的相对贡献。本章构建了植物气孔导度和土壤水力传导率的物理模型，强调了孔隙结构对物质运输效率的决定性影响。 第五章：水分的相变与生物生理 探讨了水势（Water Potential）的概念，将其严格地定义为水分子化学势的负值，并解释了它如何驱动渗透和蒸腾作用。分析了土壤-植物-大气连续体（SPAC）中的水力阻力网络，并应用电路理论来模拟水分在根系、木质部中的传输。对干旱胁迫下的水力结构损伤进行了物理层面的探讨。 第六章：溶质运输与膜过程 聚焦于细胞膜作为选择性渗透屏障的物理特性。讨论了主动运输和被动运输的能量驱动力——跨膜电化学梯度。运用非平衡态热力学原理来描述膜通透性与通量之间的关系，以及离子泵的能耗模型。 第三部分：环境因素对生物结构与功能的调控（Physical Regulation of Biological Form and Function） 本部分将物理定律与生物形态和行为的演化联系起来，探讨环境物理压力如何塑造生命。 第七章：机械力学与生物结构 探讨了应力、应变在生物体中的传递和感知。分析了流体动力学（CFD）在理解水流对藻类和浮游生物的影响，以及风载荷对树木结构强度的影响。讨论了生物体如何通过改变刚度（如木质素含量）来优化其在特定物理环境中的生存策略。 第八章：生物体的热适应性与传热学 深入分析了生物体如何通过改变表面积/体积比、颜色（吸收率/发射率）和毛发生长等物理手段来调节热负荷。详细阐述了对流传热系数的估计方法，并分析了动物在极端温度下，如沙漠或极地，所采取的传热策略（如血液分流、反向电流热交换）。 第九章：辐射生物物理学：紫外线与可见光的作用 超越简单的光合作用，本章关注高能辐射（如UVB）对DNA和蛋白质的损伤机制，运用光化学反应动力学来量化损伤速率。同时，探讨了生物发光和颜色感知的物理基础，如光散射和吸收截面。 第四部分：尺度、建模与环境响应（Scale, Modeling, and Environmental Response） 本部分着眼于如何将上述物理原理整合到可预测的环境模型中，并理解尺度效应。 第十章：多尺度建模与系统集成 介绍如何利用偏微分方程（PDEs）和计算机模拟技术，将微观尺度的细胞过程与宏观尺度的生态系统过程联系起来。讨论了基于物理的简化模型（如容积平均模型）与复杂数据驱动模型的结合。 第十一章：环境变化的物理反馈 探讨了气候变化背景下，关键物理参数（如气温、降水模式、风场）的变化如何通过上述能量和物质传递机制，反作用于生物群落的结构和功能。例如，分析了土壤水分张力的增加如何通过物理机制反馈影响区域碳循环。 总结与展望 本书旨在使读者认识到，生命并非孤立于物理世界之外的神秘现象，而是物理定律在复杂、自组织系统中的精妙体现。通过掌握这些环境生物物理学的基本工具，读者将能够更精确地预测生物体在不断变化的环境压力下的生存极限和适应潜力。本书适合生物学、生态学、环境科学以及物理学中高年级本科生和研究生使用，是连接生命科学与应用物理学的坚实桥梁。

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这本书的行文风格颇具古典科学著作的韵味，注重逻辑的严密性和论证的完备性，读起来需要一定的专注力，绝非可以“快速浏览”的读物。它没有采用时下流行的那种碎片化叙事，而是坚持用清晰的章节结构将复杂的概念串联起来。举例来说，在讲解植物蒸腾作用如何受到边界层导度的影响时，作者不仅详尽地梳理了流体力学和热力学的基本原理，还通过一系列精心设计的图表来可视化那些肉眼不可见的微观过程。那些图示不是简单的示意图，而是融合了实验数据的精确描绘，这使得抽象的理论立刻具象化，让人豁然开朗。我尤其注意到，在处理水分势（Water Potential）这个核心概念时，作者没有满足于给出定义，而是深入探讨了不同测量方法之间的差异和局限性，这种对科学严谨性的坚持，让这本书的学术价值得到了极大的提升。它要求读者主动思考，而不是被动接受，非常适合那些希望真正掌握一门学科核心思维模式的钻研者。

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阅读这本书的过程，更像是一场与不同自然尺度上的“对话”。它巧妙地平衡了从分子层面到整个生物圈层面的跨度。例如，当讨论到动物如何通过行为策略调节体温时，作者没有停留在表面的“晒太阳”或“找阴凉”，而是深入到皮肤或毛发的结构如何影响辐射吸收和对流散热的物理机制。这种层次感的构建非常出色。更让我感到惊喜的是，书中穿插了大量的历史回顾和经典实验的重述。比如，对早期关于光合作用量子效率研究的介绍，它让我们看到，如今看来习以为常的结论，背后是科学家们如何用最原始的工具和最巧妙的实验设计去对抗自然界的不确定性。这种对科学史的尊重，让知识不再是孤立的点，而是连接成了一张有血有肉的研究网络。它不仅教会了我“是什么”，更重要的，它教会了我“为什么是这样”以及“过去人们是如何发现的”。

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这本书的实践指导价值，虽然不像一本纯粹的操作手册那样直接，但其深层次的启发性却是无与伦比的。它提供的不仅仅是知识，更是一种分析问题的思维框架。在涉及复杂生态系统建模的部分，作者强调了“简化假设”的重要性，即在构建任何环境模型之前，必须清晰地界定研究问题的边界和关键驱动因素。通过几个案例分析，我看到了不同简化程度的模型如何影响预测的准确性和适用范围。这对于我未来在进行任何研究设计或政策评估时，都会是一个重要的提醒：没有完美的模型，只有在特定约束条件下最有效的模型。全书贯穿着一种审慎的科学态度，即承认我们对自然的认知仍是有限的，鼓励读者在应用现有理论的同时，也要保持批判性思维，去质疑那些看似稳固的定律在特定极端环境下的适用性。总而言之，这是一部能够提升思考维度，而非仅仅填充事实的杰作。

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这本书的封面设计乍一看就带着一种沉静而深邃的气息，那种墨绿与暗蓝交织的色调，让人仿佛能嗅到泥土与清晨露水的味道。我拿到它的时候，首先被它的装帧质量所吸引，那种略带磨砂质感的纸张拿在手里非常舒服，也暗示了内容的严谨性。虽然我对“生物物理学”这个词汇本身抱持着一种敬畏，因为它听起来就充满了复杂的数学模型和高深的理论，但这本书的导读部分却异常亲切。作者似乎非常清楚，面对一个跨学科的新领域，读者往往需要一个坚实的心理基础和清晰的路线图。他并没有急于抛出公式，而是从宏观的生态系统尺度开始，逐步缩小视角，引导我们理解生命体如何与周围的物理环境——光照、温度、水分——进行能量和物质的交换。这种循序渐进的处理方式，极大地降低了初学者的门槛。我特别欣赏作者在引言中提到的那个观点：环境本身就是最精密的实验室，而生物体则是应对这些环境挑战的最优解。这不仅仅是一本教科书，更像是一份邀请函，邀请我们深入探索生命在极限条件下的生存智慧。

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对于一个非生物学背景的读者来说，这本书最难能可贵之处在于它成功地架设了一座跨学科的桥梁，尤其是在处理数学模型时表现出的耐心和清晰度。以往阅读涉及物理模型的科学书籍，常常因为代数推导的跳跃性而望而却步。但在这本书中，每一步数学转换都有着明确的物理意义支撑。作者在引入傅里叶定律或菲克定律时，总是先用通俗的语言解释这些定律在环境因子传输中的作用，然后再引入公式，并详细注释每个变量的单位和来源。这种“物理意义先行”的讲解策略，极大地增强了读者的信心。我发现自己不仅在学习环境生物物理的知识，也在不知不觉中巩固了基础的工程物理概念。这让这本书的适用范围远远超出了传统的生态学领域，对于环境工程、甚至材料科学中涉及到生物界面问题的研究者来说，它都提供了宝贵的理论基础和分析工具。

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书本身写得还不错，练习题也还行。但读完的感觉就是：好庆幸啊我没有选择这个研究方向，太龟毛太细碎了！

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