生态学 碳氮循环
生态系统中碳、氮、硫物质循环导析
生态系统中碳、氮、硫物质循环导析
谭家学（湖北省郧县第二中学442500）
生态系统的物质循环是指组成生态体的C、H、O、N、P、S等化学元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，这一过程带有全球性，所以又叫生物地球化学循环。在高中生物教材中，生态系统的物质循环主要包括碳循环、氮循环和硫循环，这一部分包含生态学、元素化合物、新陈代谢等相关知识，在近几年的高考命题中往往以综合题的形式出现，分值很大，所以在高考复习时要给以足够重视。下面对碳、氮、硫三种元素的物质循环的图解加以归纳比较，使之关系清晰明了，再通过例题分析和实战训练，可以更深刻地认识三种循环之间的共同之处和差别所在，起到牢固掌握之目的。
一. 碳、氮、硫物质循环过程
1、碳循环
碳循环是指绿色植物通过光合作用，把大气中的二氧化碳和水合成为糖类等有机物，生产者合成的含碳有机物被各级消费者所利用，生产者和消费者在生命活动过程中，通过呼吸作用，又把二氧化碳释放到大气中；生产者和消费者的遗体被分解者所利用，分解后产生的二氧化碳也返回到大气中。在正常情况下，碳的循环是平衡的，但由于现代工业的迅速发展，人类大量燃烧煤、石油和天然气等化石燃料，使地层中经过千百万年积存的已经脱离碳循环的碳元素，在很短的时间释放出来，就打破了生物圈中碳循环的平衡，使大气中的CO2含量迅速增加，进而导致气温上升，形成“温室效应”。温室效应会导致地球气温逐渐上升，引起未来的全球性气候改变，促使南北极冰雪融化，使海平面上升，将会淹没许多沿海城市和广大陆地。
碳循环知识：碳循环与氮循环——生态系统的复杂相互作用
碳循环知识：碳循环与氮循环——生态系统
的复杂相互作用
生态系统中的碳循环和氮循环是复杂的相互作用。碳循环是指地
球大气中二氧化碳、有机碳和无机碳等不同形式的碳在地球系统和生
态系统中的传输和转换过程。而氮循环则是指氮元素在生物圈和地球
圈之间不断循环和转化的过程。这两个循环对于维护地球生态平衡具
有重要作用。
碳循环的过程非常复杂，它包括几种不同类型的碳转化和流动。
这些类型包括光合作用、呼吸作用、去沉淀、除湿和地球化学过程等。光合作用是指植物和海洋中的浮游生物通过使用光能和二氧化碳将成
分分离并合成有机碳的过程。这个过程是碳循环的起点，为高食物链
中的其他生物提供了能量来源。
呼吸作用是指生物组织或细胞分解有机物质产生水和二氧化碳的
过程。这种呼吸作用通常发生在动物或者其他微生物体内的细胞中，
是碳循环中的一个重要组成部分。这个过程释放的二氧化碳进入大气层并继续循环。
去沉淀和除湿是指通过空气流动将固态和液态碳从地球表面分离出来的过程。这个过程也涉及到沉积物和土壤中的有机碳和无机碳流动。在不同地理位置，地表上的碳沈积带动了全球气温、降雨量和冰川等情况的变化。
地球化学过程旨在合成深埋在地下的有机碳和无机碳。这个过程需要时间在地下被压力、热和化学反应逐渐形成，期间还会影响地球内部的运动。
相比较于碳循环而言，氮循环相对简单，大部分都发生在土壤和植物根系中。氮元素在生物圈中以氨、硝酸盐及硝酸气等形式存在。氮元素是蛋白质、核酸等生物大分子的基本成分，因此它在生命过程中发挥着不可或缺的作用。不过，这些化合物对于土壤生态系统和环境都具有一定的危害性。
初中生物知识：常见生物圈中的物质循环
初中生物知识：常见生物圈中的物质循环
一、碳循环（Carbon cycle）
碳是构成有机物质的中心元素，也是构成地壳岩石和矿物燃科（煤、石油、天然气）的主要成分。在地球各个圈层中碳的循环，主要是通过二氧化碳来进行的。在大气中CO2的含量很少，仅为58000×1012mol，大量的CO2溶解在大洋的海水中，大约为2900000×1012mol，是空气中CO2含量的50倍，但是，最大量的碳是以碳酸盐沉积物的形式存储在地壳内，其总量达1700000000×1012mol。
1．大气和生物圈之间的碳循环
①绿色植物吸收大气中的CO2以及根部吸收的水分通过光合作用转化为葡萄糖和多糖（淀粉、纤维素等）并放出氧气。
②植物体的碳化合物经过食物链传递成为动物体的碳化合物，植物和动物的呼吸作用将体内的部分碳转化成二氧化碳排入大气。
③动植物死亡后，残体内的碳经微生物分解后产生的二氧化碳排入大气。
上述这一循环约需10～20年。
2．大气和海洋之间的二氧化碳交换，是一个在气——水表面进行的溶解与解吸平衡过程。
上述两种碳的流动与交换过程数量达每年约1000亿吨（以碳计）以上。且都属于较快的碳循环过程。
3．碳酸盐岩石（石灰岩、白云石和碳质页岩）的形成和分解。
4．矿物燃料（煤和石油）的形成和分解。
后两种碳的自然循环属缓慢形式，需时往往以亿万年计。
由于人类活动特别是矿物燃料的燃烧量大幅度增加，排放到大气中的二氧化碳浓度增大，这就破坏了自然界原有的平衡，可能导致气候异常，还会引起海水中的酸碱平衡和碳酸盐溶解平衡的变化。
二、氮循环
碳、氮、磷循环的过程
碳、氮、磷循环的过程
碳、氮、磷循环是生物地球系统中重要的物质循环过程，其中碳循环描述了碳在地球大气、陆地和海洋之间的相互转移和交换；氮循环描述了氮在大气、土壤、植物和动物之间的循环；磷循环描述了磷在土壤、植物、动物和水体之间的循环。
碳循环的过程：
1. 碳固定：通过光合作用，植物使用二氧化碳（CO2）从大气中固定碳，并将其转化为有机物。这些有机物进一步被用于植物的生长和发展。
2. 呼吸和分解：植物和动物通过呼吸将有机物中的碳释放为二氧化碳，返回到大气中。此外，分解作用将有机物分解为二氧化碳，进一步增加了大气中的碳含量。
3. 碳储存：部分固定的碳被保存在植物和土壤中，并可以长期储存。这些碳可以作为植物和土壤有机质的一部分，或者转化为煤、石油和天然气等化石燃料，被埋藏在地下。
氮循环的过程：
1. 氮固定：氮气（N2）通过闪电活动、细菌和蓝藻等生物固
定为氨（NH3）或硝酸盐（NO3-）。植物和其他生物可以利
用这些氮源合成蛋白质和其他氮化合物。
2. 氮循环：植物吸收土壤中的氨或硝酸盐，将其合成为有机物。动物通过食物链摄取植物中的氮化合物，将其转化为自身组织中的蛋白质。当植物和动物死亡时，氮会通过分解作用释放到土壤中，再次被植物吸收和利用。
3. 氮损失：氮还可以通过硝化作用和反硝化作用释放到大气中。硝化作用将氨氧化为硝酸盐，而反硝化作用将硝酸盐还原为氮
气。
磷循环的过程：
1. 磷释放：磷以无机形式存在于岩石和土壤中，通过风化和侵蚀作用，磷释放到土壤中。
2. 磷吸收：植物通过根部吸收土壤中的磷，将其转化为有机物并用于生长和发展。动物通过摄食植物或其他动物获取磷。
植物生理生态学中的碳氮循环和物质代谢
植物生理生态学中的碳氮循环和物质代谢
近年来，植物生理生态学的研究越来越受到关注，特别是对于碳氮循环和物质
代谢等方面的探索。在植物生长发育以及产生有用化合物等过程中，碳和氮起着至关重要的作用。因此，对于植物中的碳氮循环和物质代谢的研究，不仅有助于深入了解植物的发育与生长机制，同时有助于帮助农业和生态环境的保护。
首先，我们来看碳的循环。在植物中，光合作用是碳循环的关键步骤。在光合
作用过程中，光能被捕获并转化为化学能，然后利用二氧化碳和水进行碳固定，并最终产生有机物。与此同时，呼吸作用会消耗植物体内的氧气和有机物，释放出二氧化碳和水。该过程称作植物中的碳循环过程。此外，碳的定位和运输也是碳循环过程中的重要步骤之一。在植物体内，碳可以通过蒸腾和木栓组织等途径进行运输和转移。通过对植物体内碳的运输和转移进行研究，可以更好地理解植物如何对环境进行响应和适应。
接下来，我们来看氮的循环。氮是构成植物体内蛋白质和核酸等重要化合物的
重要元素。在自然界中，植物获得氮主要有两种途径，一是从土壤中取得营养物质，通过根系吸收进入到植物体内，这是一个氮循环的入口。二是通过氮的固氮作用，将空气中的氮转化为亚硝酸盐或铵盐等化合物，再从土壤中被植物吸收，这是氮循环的另一个入口。在植物体内，氮不仅与碳一起合成化合物，还可以进行代谢或分解。氮在代谢时主要以酰胺或游离氨的形式存在，而在植物体内氮的分解也主要通过脱氨酶等酶的作用实现。氮循环的这些过程和机理的研究，可以帮助我们更好地理解氮在植物体内的作用及其在生长发育过程中的重要性。
碳循环知识：碳循环与生态复杂性的理解
碳循环知识：碳循环与生态复杂性的理解碳循环是指地球上碳元素在大气、陆地、海洋和生物体之间循环的过程。这个过程包括了碳的吸收、转化和释放，是地球生态系统维持稳定的重要环节。
地球上的碳循环过程非常复杂，涉及多种生物和非生物因素的相互作用。了解碳循环对于理解生态复杂性和生态系统的稳定性至关重要。在下文中，我们将深入探讨碳循环与生态复杂性的相关知识。
1.碳循环的基本过程
碳循环是地球上的一个闭合循环系统，大致包括以下几个基本过程：碳的固定、碳的转化和碳的释放。
首先是碳的固定，也就是碳元素从大气中被吸收到植物体内。这个过程发生在光合作用中，植物利用阳光能将二氧化碳转化为有机物质，其中包括碳元素。
接着是碳的转化，这指的是有机物质在生物体内的代谢过程，包括呼吸作用和分解作用。在这些过程中，有机物质中的碳元素被不断地转化为二氧化碳，释放到大气中。
最后是碳的释放，这是指有机物质和碳酸盐被分解后，其中的碳元素以二氧化碳的形式释放到大气中。这个过程也包括了地球上岩石的风化和碳的沉积作用，将大气中的二氧化碳长期储存在地壳中。
2.生物对碳循环的影响
生物在碳循环中有着重要的作用。首先是植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，将碳元素固定到有机物质中。这不仅为植物的生长提供了能量和营养物质，也减少了大气中的二氧化碳含量。
另外，动物和微生物通过摄取植物体内的有机物质，将碳元素转化为二氧化碳释放到大气中。这种碳的转化作用是碳循环中不可或缺的环节，也是地球上二氧化碳含量的重要来源之一。
同时，生物体死亡和分解也是碳循环中的重要过程。当生物体死亡后，其体内的有机物质被细菌和真菌分解，其中的碳元素被释放到大气中或沉积到地下，影响着碳的循环过程。
人工湿地的碳氮磷循环过程及其环境效应
人工湿地的碳氮磷循环过程及其环境效应
人工湿地的碳氮磷循环过程及其环境效应
引言
近年来，人工湿地作为一种重要的生态工程技术，被广泛应用于水污染治理中。人工湿地通过模拟天然湿地的生态功能，可有效去除水中的有机物质和营养盐，具有净化水体、恢复生态系统功能的重要作用。对于人工湿地而言，碳、氮和磷元素是其中最重要的循环物质。本文将详细介绍人工湿地的碳、氮和磷元素的循环过程和环境效应。
一、碳元素的循环过程及环境效应
人工湿地中的碳元素主要来自水体中的有机物质、湿地植物的生物质和沉积物。碳元素在湿地中会经历多环境过程，包括植物吸收、微生物分解和有机物质沉积。
首先，湿地植物通过光合作用吸收二氧化碳，并将其转化为氧气和有机物质。这些有机物质可以被湿地植物部分利用，同时也有一部分被分泌到根际区域。其中一部分被微生物分解为二氧化碳释放到大气中，完成碳元素的释放循环。
其次，湿地植物生物质中的有机碳会在植物死亡后沉积到沉积物中，进而形成湿地的土壤有机质。土壤中的有机质可以通过微生物分解释放为二氧化碳，也可以沉积到更深层次的土壤中形成长期储存的碳库。这部分碳元素的储存和释放过程会影响湿地的碳平衡和碳循环速率。另外，湿地植物的根系和根系泌物也能促进土壤中的碳储存，从而提高湿地的碳汇能力。
对于环境效应而言，人工湿地在碳循环过程中具有显著的碳吸收和固定能力，有助于减缓全球气候变化。此外，湿地植物的根系和沉积物中的有机质能够有效地渗透和吸附水中的有
机物质和重金属，从而减少水体中碳污染物的浓度，改善水质环境。
二、氮元素的循环过程及环境效应
碳、氮循环
碳循环
大气中的CO2 光合作用
呼
吸
作
用
食物链 植物 动物
分解作用
ห้องสมุดไป่ตู้
微生物
死 亡 残 骸、排 泄 物 沉 积
煤、石油等矿产燃料 化工燃烧
大气中的CO2
氮循环过程
大气中的N 经生物固氮作用后进入生物， 大气中的 2经生物固氮作用后进入生物，一 部分进入含有根瘤菌的豆科植物中， 部分进入含有根瘤菌的豆科植物中，然后在食物 链中传递，最后进入微生物； 链中传递，最后进入微生物；另一部分则直接进 入其他固氮微生物中， 入其他固氮微生物中，这些微生物经氨化作用产 然后经亚硝化作用转变为NO2-， NO2生NH4+，然后经亚硝化作用转变为 经硝化作用转变为NO3-， 一部分 一部分NO3- 经同化作用 经硝化作用转变为 进入植物，重复上文提到的过程，另一部分NO3进入植物，重复上文提到的过程，另一部分 则经反硝化作用转变为N2重新进入大气中 另外， 重新进入大气中。 则经反硝化作用转变为 重新进入大气中。另外， 用化学方法也能人工合成含NH 用化学方法也能人工合成含 4+、 NO3- 等的化 投入使用也能产生一部分NH 肥，投入使用也能产生一部分 4+、 NO3- 。
固 氮 作 用 含根瘤菌的豆科植物
大气中的N2
氮循环
食物链 硝 植物 作 用 同 化 作 用 化 反
碳、氮循环
大气中的CO2经光合作用被固定在植物中， 经光合作用被固定在植物中， 大气中的 然后在食物链中传递，最后进入微生物。 然后在食物链中传递，最后进入微生物。在微 生物中，一部分碳被重新分解为CO2，一部分 生物中，一部分碳被重新分解为 则沉积成为石油、煤等矿产燃料， 则沉积成为石油、煤等矿产燃料，经人为开采 利用，化工燃烧后又变成CO2回到大气中。整 回到大气中。 利用，化工燃烧后又变成 个过程中，植物、动物、 个过程中，植物、动物、微生物一直在进行呼 吸作用产生CO2。 吸作用产生
固 氮 作 用 含根瘤菌的豆科植物
大气中的N2
氮循环
食物链 硝 植物 作 用 同 化 作 用 化 反
食物链 动物 分 解 作 用 物 作用 氮 物 NH4+ 作用
作用 NO2 -NO3 -
氮
碳循环
大气中的CO2 光合作用
呼
Fra Baidu bibliotek
吸
作
用
食物链 植物 动物
分解作用
微生物
死 亡 残 骸、排 泄 物 沉 积
煤、石油等矿产燃料 化工燃烧
大气中的CO2
氮循环过程
大气中的N 经生物固氮作用后进入生物， 大气中的 2经生物固氮作用后进入生物，一 部分进入含有根瘤菌的豆科植物中， 部分进入含有根瘤菌的豆科植物中，然后在食物 链中传递，最后进入微生物； 链中传递，最后进入微生物；另一部分则直接进 入其他固氮微生物中， 入其他固氮微生物中，这些微生物经氨化作用产 然后经亚硝化作用转变为NO2-， NO2生NH4+，然后经亚硝化作用转变为 经硝化作用转变为NO3-， 一部分 一部分NO3- 经同化作用 经硝化作用转变为 进入植物，重复上文提到的过程，另一部分NO3进入植物，重复上文提到的过程，另一部分 则经反硝化作用转变为N2重新进入大气中 另外， 重新进入大气中。 则经反硝化作用转变为 重新进入大气中。另外， 用化学方法也能人工合成含NH 用化学方法也能人工合成含 4+、 NO3- 等的化 投入使用也能产生一部分NH 肥，投入使用也能产生一部分 4+、 NO3- 。
生态学-微生物在生物地球化学循环中的作用
通过食物网进行的碳转移
微生物与碳循环之间的所有关系:一个理想化的食物网 呼吸作用
大 气 CO2
CO2 无机盐
初级生产者
微
生 物
残
分
解体
者
自养微生物 被捕食 化能、光能
CO2
初级取食者
次级取食者 高级取食者
动植物残体的分解是微生物进行碳循环的主要方面
有机质
CO2
植物残体最难降解的是纤维素、木质素、果胶 几丁质等
微生物群体参入其中担负生产者和分解者的作用
生物地球化学循环
生物地球化学循环是指自然界中物质在生物 圈中进行的转化和运动，简言之，许多化学元素 在生物圈和非生物圈间的循环。
生命元素－生命体组成和生命活动中参加的元素。
基本元素：C，H，O，N，P，S， Ca，Si等循环 强烈迅速
次要元素：K，Na，Mg，Fe和卤素元素等 微量元素：Al，Br，Co，Cr，Cu，Mo，Ni，
(1) a.真菌(木霉属)
木材腐朽： 棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纤维素剩下木质素 白 b.细菌：食纤维菌属。 c.放线菌：
(2)无氧中温条件 细菌：纤维分解梭菌。 真菌：木朽菌、层孔菌 放线菌：
(3)高温条件：在60—70℃条件下生长，并分解纤维素 细 菌：如热纤维菌。 放线菌：链霉菌属、小单孢菌属
2
纤维素
单糖
生态系统中的碳循环过程
生态系统中的碳循环过程
碳循环：
1、光合作用：植物通过光合作用将二氧化碳的CO2利用叶绿素吸收，转换为有机物质或可供新生枝干使用的糖，并在同时释放出氧气。
2、生态系统里碳的贮存：植物吸收到的CO2通过碳汇储存在植物体内和周围（如地上枯枝落叶、土壤、海洋中的有机物质）。
3、厌氧消化和蒸发释放：植物叶片的腐烂，是由于线性细菌的厌氧消化，释放出
的CO2继续回归大气层；海水蒸发释放出的水蒸气，也会释放出大量的二氧化碳；
4、动物的生活活动：动物的呼吸，能够释放出一部分的CO2，这也能够使CO2回归大气层；
5、风化作用：石头风化过程会产生CO2，然后CO2又被大气所吸收，这也是有机物质在大气当中发挥作用；
6、20世纪以来人类的活动：人类活动，比如汽车尾气、生产厂房排放的二氧化碳，以及燃料烧烤时产生的二氧化碳，会被大气所吸收；
7、自然界的灰尘：大气中含有大量的自然界碳酸钙，蒸发释放出来的水蒸气，会
将碳酸钙溶解；
8、微生物的作用：微生物对土壤中的有机物质进行降解，可以释放CO2，而这些CO2则会反过来影响大气层中的物质平衡。
碳循环是自然环境中最重要的因素之一，它保证这个世界维持着平衡，并保证生物的健康发展。它包括几个主要环节：光合作用、生态系统里碳的贮存，厌氧消化和蒸发释放，动物的生活活动，风化作用，20世纪以来人类的活动，自然界的
灰尘，以及微生物的作用。
首先，光合作用是碳循环不可分割的一部分。它指植物利用光能将CO2和水
以叶绿素为催化剂，转换成氧气和有机物质，如糖，从而释放出更多的CO2，可
以用来支撑生命的活动。
生态系统的三大循环
生态系统的三大循环
生态系统是指由生物群落和环境因素相互作用形成的一个系统。在生态系统中，物质和能量的循环起着至关重要的作用。其中，生态系统的三大循环包括碳循环、氮循环和水循环。
一、碳循环
碳循环是指碳元素在地球上的循环过程。碳元素是生物体中最基本的元素之一，也是构成有机物质的重要元素。在碳循环中，碳元素从大气中被植物吸收，形成有机物质，并通过食物链传递到其他生物体内。当这些生物死亡后，它们的有机物质又被分解成碳酸盐和二氧化碳，最终返回大气中。此外，人类活动也会影响碳循环，如燃烧化石燃料释放大量二氧化碳，加速了碳循环的过程。
二、氮循环
氮循环是指氮元素在自然界中的循环过程。氮元素是构成生物体中蛋白质和核酸等重要有机物质的基础元素。在氮循环中，氮元素从大气中被植物吸收，形成氨基酸等有机物质，被其他生物摄取和利用。当这些生物死亡后，它们的有机物质被分解成氨、硝酸盐等无机物质，又被其他生物吸收和利用。此外，氮循环还包括氮的固氮和反硝化等过程，这些过程对维持生态系统的平衡起着至关重要的作用。
三、水循环
水循环是指水在地球上的循环过程。在水循环中，太阳能使水蒸发成为水蒸气，形成云和雾，并随着风的吹动不断运动。当云和雾中的水滴遇到冷空气或遇到地面时，会形成雨、雪、霜等降水形式，最终流入地下水、河流和海洋等水体中。同时，植物也通过根系吸收水分，将水分转化为植物体内的有机物质，并释放出氧气。水循环对于地球上的生物和环境都具有重要的影响，是维持生态系统平衡的关键因素之一。
生态系统的三大循环相互依存，相互作用，共同维持着生态系统的平衡。在当今世界，人类活动对于生态系统的影响越来越大，因此，我们应该加强对于生态系统的保护和修复，避免造成不可逆转的损害。
植被恢复对土壤碳氮循环的影响研究进展
植被恢复对土壤碳氮循环的影响研究进展
一、本文概述
随着全球气候变化的日益严峻，植被恢复作为一种有效的生态修复措施，其对于土壤碳氮循环的影响逐渐成为生态学和环境科学研究的热点。植被恢复不仅能够改善土壤质量，提高土壤保水保肥能力，还能对土壤碳氮循环产生显著影响。本文旨在综述近年来植被恢复对土壤碳氮循环影响的研究进展，以期为相关领域的研究和实践提供理论支撑和参考依据。
本文首先介绍了植被恢复的基本概念及其在全球气候变化背景
下的重要性，阐述了植被恢复对土壤碳氮循环影响的机理。在此基础上，重点综述了植被恢复对土壤碳库、氮库以及碳氮循环关键过程的影响，包括土壤有机碳的积累、氮素的矿化与固定、微生物群落结构的变化等方面。本文还分析了不同植被恢复类型、恢复年限以及环境因子对土壤碳氮循环的影响，以期全面揭示植被恢复对土壤碳氮循环的影响规律。
本文总结了当前研究的不足和未来研究展望，以期为推动植被恢复与土壤碳氮循环研究的深入发展提供参考。
二、植被恢复对土壤碳循环的影响
土壤碳循环是全球碳循环的重要组成部分，它涉及到碳的输入、转化、输出等多个过程。植被恢复作为改善生态环境的重要手段，其对土壤碳循环的影响受到了广泛关注。
植被恢复可以通过增加植物生物量，提高土壤有机碳的输入。植物通过光合作用固定大气中的二氧化碳，并通过根系分泌物和凋落物等形式将碳输入到土壤中。植被恢复过程中，随着植被覆盖度的增加，植物生物量也会相应提高，从而增加了土壤有机碳的输入量。
植被恢复还可以改变土壤微生物的群落结构和活性，进而影响土壤有机碳的分解和转化。植被恢复过程中，植物根系的分泌物和凋落物等为土壤微生物提供了丰富的碳源和能源，促进了微生物的生长和繁殖。同时，不同植被类型对土壤微生物的群落结构和活性也有不同的影响，这也会进一步影响土壤有机碳的分解和转化速率。
生物圈中的循环
生物圈中的循环
生物圈是地球上所有生物体组成的生态系统，其中包括水、空气、
陆地等各种环境因素。生物圈中的循环是指物质和能量在不同生物之间、以及生物和环境之间的流动和转化，这些流动和转化构成了生态
系统的一个动态平衡，维持着生态系统的稳定。本文将从不同的角度
介绍生物圈中的循环。
1. 碳循环
碳循环是指碳元素在生物圈中从一种化合物转移到另一种化合物的
过程。首先，二氧化碳通过光合作用和微生物呼吸作用被吸收和释放。然后，生物体内的碳可以以有机化合物的形式存储。此外，当有机化
合物被分解或通过呼吸散发时，碳又被释放回大气环境中。
2. 氮循环
氮循环是指氮元素在生物圈中从一种形式转移到另一种形式的过程。氮元素是构成生物体内各种有机化合物的重要成分。通过一系列微生
物作用，生物圈中的氮元素从空气、土壤等环境中转化为生物体内的氨、亚硝酸盐和硝酸盐等形式。同样，微生物还会将这些氮化合物转
化为空气中的氮气。
3. 水循环
水循环是指水在生物圈中不断地被蒸发、降雨和循环的过程。水是
维持生物圈中生命活动的重要基础，包括各种动植物细胞的组成。生
物圈中的水循环不仅影响着生态系统的组成和结构，也影响着全球各
地的气候和环境变化。
4. 磷循环
磷循环是指磷元素在生物圈中从一种形式到另一种形式的转移过程。生物圈中磷主要以草地、森林等植物形式存在，同时也以水、土壤等
形式存在。通过生物体的消化和分解，磷从有机化合物中释放出来，
进入土壤或水中形成人造化合物。最终，这些化合物又能够被生物利
用和消耗。
综上所述，生物圈中的循环是非常复杂的，涵盖了各种物质和能量
生态学知识点
生态学知识点
生态学是研究生物与环境之间相互关系的学科，它探讨了生物群落、生态系统
以及全球生态系统的结构、功能和演化规律。在这篇文章中，我们将介绍一些重要的生态学知识点，包括生态系统的组成、能量流动、物质循环、生物多样性以及生态系统的稳定性等。
一、生态系统的组成
生态系统由生物群落和非生物因素组成。生物群落是指在一定空间范围内由不
同物种组成的群体，它们相互作用并与环境相适应。非生物因素包括土壤、水、气候等，它们为生物提供生存和繁衍的条件。
二、能量流动
能量是生态系统中的基本要素，它来源于太阳辐射。光合作用是能量转化的重
要过程，植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，同时释放出氧气。而其他生物则通过摄食等方式获取植物的化学能，实现能量的流动。
三、物质循环
生态系统中的物质循环包括水循环、碳循环、氮循环等。水循环是指水在大气、地表和地下的循环过程，它影响着生物的分布和生态系统的稳定性。碳循环是指碳在大气、陆地和海洋之间的转化过程，它与气候变化密切相关。氮循环是指氮在大气、土壤和生物体之间的转化过程，它是生物体合成蛋白质和核酸的重要组成部分。
四、生物多样性
生物多样性是指地球上各种生物的多样性和丰富性。它包括物种多样性、遗传
多样性和生态系统多样性。物种多样性是指某一地区或生态系统中不同物种的数量和种类。遗传多样性是指同一物种内不同个体之间的遗传差异。生态系统多样性是指不同生态系统之间的差异，如森林、湿地、草原等。
生物多样性对于生态系统的稳定性和功能至关重要。它提供了许多生态服务，如食物供应、水资源调节和气候调节等。保护生物多样性是保护地球生态系统的重要任务。
生态系统物质循环-碳循环
生物多样性的影响
生物多样性的变化可能影响碳循环过程，如植被的光 合作用和呼吸作用。
研究碳循环的意义
气候变化应对
了解碳循环对气候变化的响应有助于制定有效的应对策略，减缓 气候变化的影响。
生态保护
通过研究碳循环，可以更好地理解生态系统如何储存和转移碳，从 而制定有效的生态保护措施。
可持续发展
了解碳循环有助于制定可持续发展的策略，减少碳排放，促进低碳 经济和绿色发展。
对未来研究的建议和展望
加强跨学科合作
碳循环研究需要多学科的交叉合作，包括地理学、气象学 、生物学和环境科学等。
创新研究方法和技术
随着科技的发展，应采用更先进的技术和方法来监测和评 估碳循环的变化。
提高公众意识
加强公众对碳循环及其影响的认识，提高环境保护意识， 促进可持续发展的社会共识。
THANKS
土壤
土壤中的碳主要以碳酸盐和腐殖 质的形式存在，是陆地生态系统 中最主要的碳储存形式。
大气Leabharlann Baidu
大气中的碳主要以二氧化碳的形 式存在，还有少量的甲烷和一氧 化二氮等温室气体。
碳的储存量
生物体
地球上生物体的碳储存量约为2.8 x 10^15吨，其中森林是最大的 碳储存库，占全球生物量的一半 以上。
土壤
全球土壤中的碳储存量约为1.5 x 10^15吨，其中农田土壤中的碳含 量较低，而森林土壤中的碳含量较 高。
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—
—
T10/W10 0.168 0.176 0.812 -1.056 3.372 0.439
Quercus liaotungensis
Corylus mandshurica
Swida bretchneideri
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
0.188 0.372 0.912
0.087 1.614 0.812
0.189 -0.024 0.916
0.094 2.126 0.913
0.158 1.004 0.961
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
Soils 1550
Units: Stocks - Gt-C Fluxes - Gt-C yr ?
5.5 ?0.5
60 60
Atmospheric Pool
750
(stores 3.2 ?0.2 yr
?)
1.6 ?1.0
Rh
Land Use
92 90
Net = 2.0 ?0.8
Ocean 40,0 00
第一次取样时间为2009年7月初即模拟氮沉降处理前；第二次取 样时间为2010年7月，还处于模拟氮沉降实验初期，此时取样 有利于清楚地了解氮沉降初期土壤的变化；第三次取样时间为 2011年7月，此时模拟氮沉降实验已进行两年，氮沉降对土壤 的影响已有比较明显的表现。测量土壤的容重、PH、全N、铵 态氮、硝态氮、有机质、速效磷、速效钾、交换性阳离子Mg2+、 Ca2+、K+、Na+(原子吸收分光光度计法)。取样时按“S”形取样 法分0-20cm、20-40cm和40-60cm三层取样。
1589
1.28 7.37
1589
1.23 7.47
1589
1.25 7.68
1589
1.26 7.74
表2：油松天然林不同氮处理样地的主要林分和立地特征本底值 Tab1: Background values of the stand and site characteristics in different
处理 水平
CK LN MN HN
林龄 (a)
林分特征
密度 平均胸径 平均树高 平均坡度
(株·hm-2)
(cm)
(m)
(°)
75
1258
17.8
13.1
19
75
1225
21.2
13.8
15
75
1292
20.2
11.6
19
75
1258
20.5
12.4
18
立地特征
海拔 (m)
土壤容重 土壤 (g·cm-3) PH
—
—
T10/W10 0.134 0.192 0.942 -2.001 4.504 0.591
a 1.228 0.237 0.587 0.15 0.704 0.133 0.752 0.273
RS=aebTWc
b
c
R2
0.071 2.363 0.764
0.159 0.393 0.819
0.108 1.956 0.829
➢ 为提高油松人工林生态系统经营和管理水平提供理 论基础。
研究方法及初步结果
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
太岳山油松林土壤碳氮动态及对模拟氮沉降的响应
汪金松 北京林业大学林学院
Anomaly(oc)
1.5
1.18
0
5.31
Anomaly( oc)
Tmean
-1.5 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
1.5 5.6
0
-0.15
Tmax
T5/W10 0.241 0.123 0.650 —
—
—
T10/W10 0.111 0.203 0.909 -1.197 3.305 0.445
T5/W10 0.297 0.108 0.647 —
—
—
T10/W10 0.136 0.188 0.916 -1.647 4.08 0.527
T5/W10 0.284 0.114 0.652 —
2009年10月分别在油松人工林和天然林收集落叶，其中天然林 收集了优势树种辽东栎落叶，将所收集的落叶放入实验室自然 风干备用。选取一小部分测量凋落物叶的初始养分情况(全碳、 全氮、全磷、全钾、Ca和Mg)。叶凋落物分解试验采用网袋法。 其中天然林又分为针叶、阔叶、针叶和阔叶混合三种处理，不 同N处理重复3次，于2010年4月随机放在各处理相应的各样地 中。每样地24袋分解袋随机埋设在6个点上。样品每3个月收一 次，每次每个样方随机取回3袋带回实验室，去掉泥沙、杂物 等，在65°C条件下烘干至恒重，再称其重量。计算凋落物残 留率和失重率，然后粉碎样品做样品分析。
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
HN (150kg N hm-2 yr-1)
高氮
MN (100kg N hm-2 yr-1)
中氮
LN (50kg N hm-2 yr-1)
低氮
CK (0kg N hm-2 yr-1)
对照
N 36°41′42.7″ E 112°04′45.7″
N 36°40′52.2″ E 112°05′51.5″
1680
土壤容重 土壤 (g·cm-3) PH
1.24 7.12
90
1567 10.64
7.8
百度文库
21
1680
1.27 7.13
90
1208 13.49
7.4
25
1680
1.27 7.19
90
1225 13.38
9.0
23
1680
1.26 7.28
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
(adapted from Schimel et al., 1995)
The World's Carbon Reservoirs
Reservoir
Size (Gt C)
Atmosphere
750
Forests
610
Soils
1580
Surface ocean
1020
Deep ocean
38,100
Fossil fuels
Coal
4,000
Oil
500
Natural gas
500
Total fossil fuel
5,000
影响土壤碳库变化的主要途径
土壤中氮素转换过程
研究目的及意义
➢ 揭示土壤碳氮动态对模拟氮沉降的响应特征和机制， 寻求太岳山油松林“N饱和点”临界点；
➢ 为推动氮沉降对碳循环影响和碳氮相互作用机理模 型的建立等提供依据；
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
nitrogen treatments plots of natural Pinus tabulaeformis forest
处理 水平
CK LN MN HN
林分特征
立地特征
林龄 (a)
90
密度 平均胸径 平均树高 平均坡度
(株·hm-2) (cm)
(m)
(°)
1267 13.90
7.7
24
海拔 (m)
表1：油松人工林不同氮处理样地的主要林分和立地特征本底值 Tab1: Background values of the stand and site characteristics in different
nitrogen treatments plots of artificial Pinus tabulaeformis forest
-1.5 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
43.37 Tg N a-1
Gome Satellite
Sciamachy Satellite
The Global Carbon Cycle
NPP
Land plants
700
在各样地内随机设置5个1m×1m的凋落物收集器，每月 底收集落在收集器上的凋落物，装入塑料袋内带回实验 室，区分针叶、阔叶、落枝、落花、落果、树皮及其碎 屑物等组分，在80°C恒温条件下烘干48h后称量。取部 分样品粉碎后测定有机C、全N、全P、全K、Ca和Mg。
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
切根+去凋
去凋 对照
挖沟 埋石棉瓦 除草+去凋
天 然 林
人 工 林
Treat A B C
Q10 (5cm) CK LN MN 3.22 3.42 2.94 1.73 1.72 1.32 2.41 2.08 1.86
HN 3.13 1.58 2.16
Treat A B C
Q10 (10cm)