1、土壤碳循環(huán)在全球碳循環(huán)中的地位與作用-梁健彬 梁小燕 宋冬菊 黃健聰徐嘉欣 潘嘉敏12自然界碳循環(huán)的基本過(guò)程如下：大氣中的二氧化碳（CO2）被陸地和海洋中的植物吸收,然后通過(guò)生物或地質(zhì)過(guò)程以及人類(lèi)活動(dòng)，又以二氧化碳的形式返回大氣中。34一些主要的熱帶土壤 ,如變性土、鐵鋁土和淋溶土上層 1m 內(nèi)的有機(jī)碳含量 ,分別占2 m 深度范圍總有機(jī)碳量的53 % 、69 %和 82 % 。各類(lèi)土壤中有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳含量比較5根據(jù)土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性，我們把它分為三類(lèi)：快，慢和頑固。“快”的穩(wěn)定性最差，碳循環(huán)的速度最快，一般不到一年的時(shí)間，參與這類(lèi)循環(huán)的主要有部分分解有機(jī)物和微生物?！奥钡难h(huán)速度處于中間，

2、一般需要10到100年的時(shí)間，參與這部分循環(huán)的主要有腐殖質(zhì)。“頑固”循環(huán)的時(shí)間最慢，一般需要幾千年或以上，參與這部分循環(huán)的主要是木炭，它可以在土壤中停留非常長(zhǎng)的一段時(shí)間。6根系的凋落，通過(guò)同化作用使碳儲(chǔ)存在土壤有機(jī)碳中；2，主要有兩種形式：a、土壤地球化學(xué)系統(tǒng)對(duì)CO2的吸收（高pH值、富鈣化地球化學(xué)環(huán)境下，SOCCO2HCO3；干旱、半干旱地區(qū)堿性、富鈣化地球化學(xué)環(huán)境下，SOCCO2HCO3CaCO3）；b、土壤有機(jī)碳積累，即土壤碳飽和容量的實(shí)現(xiàn)。7分解有機(jī)物和土壤微生物在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)分解作用釋放出CO2；腐殖質(zhì)經(jīng)過(guò)10到100年得時(shí)間分解釋放出CO2；侵蝕溶解，釋放出CO2；2將會(huì)通過(guò)土壤的

3、呼吸作用釋放到大氣中。E.在濕潤(rùn)氣候條件下，通過(guò)土壤水系統(tǒng)的移動(dòng)以DOC形式和HCO3形式向海洋沉積系統(tǒng)遷移；在干旱、半干旱條件下沉淀成為土壤無(wú)機(jī)碳酸鹽（SIC）；F.植物根系生長(zhǎng)過(guò)程中吸收土壤中的碳。8在干或濕環(huán)境下沉積的各種地上及地下掉落物，通過(guò)三種途徑參與土壤碳循環(huán)：a、直接成礦；b、植物根系的腐殖質(zhì)通過(guò)腐殖化作用成礦（這個(gè)過(guò)程比上一個(gè)成礦過(guò)程要緩慢得多）；上述兩個(gè)過(guò)程形成的礦物釋放出的CO2，通過(guò)土壤的呼吸作用釋放到大氣中；c、在厭氧環(huán)境中通過(guò)分解作用釋放出CH4，排放到大氣中。植物的根系呼吸釋放的CO2，也屬于土壤碳循環(huán)的一部分。通過(guò)淋溶侵蝕作用，碳被固定在土壤中。植物吸收土壤中的碳

4、，通過(guò)呼吸作用釋放CO2到大氣中。另外，森林火災(zāi)也能把土壤中的碳帶到大氣中去。9 土壤是陸地表層系統(tǒng)參與全球碳循環(huán)和影響全球變化的主要碳儲(chǔ)庫(kù)，土壤有機(jī)碳問(wèn)題在全球變化研究中具有重要戰(zhàn)略意義。 10a.土壤活性有機(jī)碳是微生物生長(zhǎng)的速效基質(zhì)，其含量高低直接影響土壤微生物的活性。從而影響溫室氣體的排放。例如，土壤甲烷細(xì)菌、甲氧化菌、氨化細(xì)菌、硝化、反硝化細(xì)菌的迅速生長(zhǎng)直接影響CO、CH4、N2O的產(chǎn)生、排放。b.土壤呼吸是全球碳循環(huán)中重要的流通途徑,土壤呼吸的變化將顯著影響大氣CO2的濃度。控制土壤呼吸將能有效緩和大氣CO2的升高和溫室效應(yīng)。土壤碳循環(huán)與各圈層由上圖可以看出,土壤呼吸即使發(fā)生較小的變

5、化也會(huì)等于或超過(guò)由于土地利用改變和(或)化石燃料燃燒而進(jìn)人大氣的CO2年輸入量。所以土壤呼吸的變化能顯著地減緩或加劇大氣中CO2的增加,進(jìn)而影響氣候變化。11土壤碳循環(huán)與各圈層通過(guò)光合作用吸收和固定大氣中的碳素,通過(guò)根系吸收土壤中的養(yǎng)分,動(dòng)物通過(guò)生物鏈把碳素從植物身上吸收，這時(shí)碳素進(jìn)入生物圈成為植物生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。b.植物以凋落物形式和動(dòng)物尸體分解每年向土壤歸還大量的養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)。凋落物和枯枝落葉層不但是土壤碳的主要來(lái)源,而且覆蓋地表,有效地阻滯土壤碳流失。兩個(gè)過(guò)程構(gòu)成了土壤圈與生物圈之間的碳素循環(huán)。124.3土壤碳循環(huán)與水圈（土壤溶液）土壤碳循環(huán)與各圈層a.陸地表面的巖石、 土壤與生物等經(jīng)過(guò)

6、各種自然營(yíng)力,產(chǎn)生大量的有機(jī)與無(wú)機(jī)碳,以及河流自生的有機(jī)碳, 經(jīng)由河流進(jìn)入海洋。大量土壤有機(jī)質(zhì)被淋溶、 沖刷進(jìn)入河湖、 匯入海洋,工業(yè)廢物排放、 富營(yíng)養(yǎng)化和酸雨等現(xiàn)代環(huán)境問(wèn)題都會(huì)影響河流碳通量, 并且在很大程度上是加強(qiáng)了河流碳通量,使得淡水和近海成為附加的碳匯b.土壤可溶性有機(jī)碳對(duì)污染物起著遷移載體的作用，是促進(jìn)許多污染物向地表水體或地下水體遷移的重要因素。在含水多孔介質(zhì)和地下含水層中，對(duì)重金屬淋溶的促進(jìn)作用尤其明顯。c.碳可以轉(zhuǎn)換為有機(jī)碳和無(wú)機(jī)的碳酸鹽類(lèi)(CaCO3),沉積在巖層中,而海洋中的海水化學(xué)性質(zhì),酸堿值和堿度則控制著海底碳酸鹽類(lèi)的埋積與溶解。134.4土壤碳循環(huán)與巖石圈（土壤礦物）

7、土壤碳循環(huán)與各圈層a.在巖石圈中，全球碳酸鹽巖分布面積2200萬(wàn)km，約占陸地面積的15%，土壤層是比較關(guān)鍵和特殊的環(huán)節(jié),土壤庫(kù)中CO2含量的高低直接影響表層巖溶帶巖溶作用的發(fā)生。b.非晶質(zhì)礦物對(duì)碳的固定影響營(yíng)養(yǎng)元素的可利用性以及表層土中易變土壤底質(zhì)的分解,從而直接影響土壤 植被碳循環(huán)。在景觀以及長(zhǎng)時(shí)間尺度上 ,土壤有機(jī)質(zhì)的數(shù)量與更新的最大變化可歸因于土壤深部惰性碳的變化,而惰性碳庫(kù)受土壤礦物控制。土壤礦物作為氣候、 母質(zhì)以及土壤發(fā)育階段的函數(shù)而變化,是可預(yù)測(cè)的 ,因此 ,對(duì)礦物如何影響土壤碳動(dòng)態(tài)的研究可大大提高我們對(duì)土壤在全球碳循環(huán)中作用的理解。14土壤碳循環(huán)與各圈層a.土壤碳循環(huán)研究是確定

8、陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化響應(yīng)時(shí)間、方式及規(guī)模的有效方法 ,是認(rèn)識(shí)農(nóng)、林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力的重要手段。b.人類(lèi)活動(dòng)引起的碳循環(huán)紊亂導(dǎo)致大氣中CO2濃度的日趨升高,也引起了世界各國(guó)對(duì)潛在的全球變暖的關(guān)注,也許更嚴(yán)重的是引起我們對(duì)全球變暖和CO2從陸地碳庫(kù)特別是土壤中進(jìn)一步釋放出來(lái)之間的可能的正反饋效應(yīng)的擔(dān)憂(yōu)。c.日益加強(qiáng)的土地利用加速了土壤的碳呼吸,動(dòng)植物殘?bào)w和有機(jī)質(zhì)分解增強(qiáng), 土壤貯存的碳大幅度減少, 通過(guò)水土、 大氣輸出而成為重要的碳源。15a.土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量大。研究者估算陸地土壤碳儲(chǔ)量約為1200-2500Pg，是大氣碳庫(kù)2倍，陸地生物量2-3倍。b.土壤碳庫(kù)活躍度大。有學(xué)者研究認(rèn)為土壤有機(jī)碳庫(kù)

9、變化0.1%將導(dǎo)致大氣圈二氧化碳濃度1mg/L（毫克/升）的變化，全球土壤有機(jī)碳10%轉(zhuǎn)化為二氧化碳，其數(shù)量將超過(guò)30年來(lái)人類(lèi)二氧化碳總量排放。c.土壤固碳潛力大。研究表明，土壤存在巨大碳容量和天然固碳作用是減緩碳釋放可選擇的最為經(jīng)濟(jì)有效途徑之一?？梢哉f(shuō)，土壤碳庫(kù)是地球系統(tǒng)處于活躍狀態(tài)的最大碳匯，也是溫室氣體的主要碳源。16土壤碳循環(huán)在全球碳循環(huán)中擔(dān)當(dāng)主要角色，其與地球上各圈層的聯(lián)系也密不可分，與其他圈層的碳循環(huán)過(guò)程構(gòu)成一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的整體，共同形成全球碳循環(huán)的復(fù)雜模式。由于土壤有機(jī)碳貯量的巨大庫(kù)容，其較小幅度的變化就可能影響到碳向大氣的排放，以溫室效應(yīng)影響全球氣候變化，同時(shí)也影響到陸地植被的養(yǎng)分供應(yīng)，進(jìn)而對(duì)陸地生態(tài)系