森林生态学讲稿-第十一章 全球气候变化与森林生态系统碳循环
森林生态系统的碳循环与气候调节功能研究
森林生态系统的碳循环与气候调节功能研究森林生态系统是地球上最重要的碳储库之一，其在碳循环和气候调节方面扮演着至关重要的角色。
本文将对森林生态系统的碳循环机制以及其对气候调节的功能进行研究。
1. 森林生态系统的碳循环碳循环是指碳在不同媒介（大气、土壤、植被等）之间的交换过程。
森林生态系统通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，将其转化为有机物质，释放出氧气，并储存一部分碳元素在生物体内。
同时，森林中的植物通过根系将一部分有机物质转化为土壤有机碳，进一步储存碳元素。
因此，森林生态系统可将大气中的二氧化碳吸收并固定，从而起到减缓全球气候变暖的作用。
此外，森林中的植物会进行呼吸作用，将储存在生物体内的有机物质与氧气反应，释放出二氧化碳。
这部分二氧化碳便回到大气中，形成了碳循环的一部分。
另外，森林火灾和人类活动也会导致森林生物体内的有机碳释放到大气中，进一步参与了碳循环过程。
2. 森林生态系统的气候调节功能森林生态系统通过碳循环过程对气候产生调节作用。
森林中的植物吸收二氧化碳和释放氧气的过程称为能量消耗过程，能量的消耗导致了温度的降低。
此外，森林植被通过蒸腾作用释放水分，能够降低环境的温度，形成湿润的气候条件，有利于气温的调节。
这也是为什么热带雨林气温相对较低的原因之一。
此外，森林也具有稳定降水和保持水源的功能。
森林植被能够拦截雨水并在叶片表面以及土壤中蓄积水分，延缓降水进入地下水或者流入河流的速度，保持地下水位的稳定。
同时，森林植被可通过释放水蒸气到大气中，增加空气的湿度，促进降水的形成。
这种水循环的良性循环使得森林在调节气候变化方面起到了重要的作用。
3. 森林生态系统面临的威胁与保护然而，目前全球森林遭受到了严重的威胁。
森林砍伐、林地转变为农业用地以及大规模林火等都导致了森林生态系统的破坏和碳储库的损失。
这些活动不仅导致了二氧化碳的释放和氧气的减少，还进一步加剧了全球气候变暖的速度。
为了保护森林生态系统的碳循环和气候调节功能，需要采取一系列的措施。
森林生态系统中的碳循环机制
森林生态系统中的碳循环机制碳循环是指碳在地球上不同环境中的流动和转化过程。
在森林生态系统中，碳循环机制起着至关重要的作用。
森林作为地球上最重要的陆地碳库之一，通过其生态系统中的碳循环机制能够吸收大量的二氧化碳，对全球碳平衡具有重要影响。
本文将重点讨论森林生态系统中的碳循环机制。
首先，森林生态系统的碳循环主要包括碳的吸收、固定、贮存和释放等环节。
森林中的植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物质，其中一部分被植物利用为能量，另一部分则被固定在植物组织中。
这些有机物质不仅可以用于植物的生长和维持生命活动，还能形成植物的生物质，长期积累在土壤中，成为森林生态系统的碳贮库。
在这个过程中，森林生态系统通过吸收大量的二氧化碳，起到了降低大气中温室气体浓度的作用。
其次，森林生态系统中的碳循环还受到多种因素的影响。
首先是气候条件的影响。
温度、降雨等气候因素会直接影响植物的生长和光合作用强度，进而影响森林生态系统的碳吸收和固定能力。
此外，土壤质地、水分状况和养分含量等因素也会对植物的生长有重要影响，进而影响碳的贮存和释放过程。
另外，人类活动也是森林生态系统中碳循环的重要因素。
过度伐木、森林火灾等人类活动导致了大量的碳释放，破坏了森林生态系统的碳贮存能力。
此外，森林生态系统中的碳循环机制还与生物多样性密切相关。
研究表明，生物多样性对碳固定和贮存起着重要作用。
森林生态系统中的多样性植物种类能够增加生态系统对碳的吸收和固定能力，并且提高了土壤的碳贮存能力。
同时，多样化的植物群落也能够增加土壤有机物的分解和释放速率，促进土壤呼吸过程。
因此，保护森林生态系统的生物多样性对于维持生态系统的碳循环具有重要意义。
最后，森林生态系统中的碳循环机制对全球气候变化具有重要影响。
随着全球气候变暖，森林生态系统的碳循环受到了更多关注。
碳循环不仅影响着全球大气中温室气体的浓度，还能够调节气候，减缓全球变暖的速度。
森林生态系统通过吸收和固定大量的二氧化碳，能够起到缓冲气候变化的作用。
森林生态学课件
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历史回顾
森林生态学的历史可以追溯到古代，人类对森林的认识和利用有着悠久的历史。 随着科学技术的进步和人类对环境问题的关注，森林生态学逐渐发展成为一个独 立的学科。
发展趋势
随着全球环境变化和人类活动的加剧，森林生态学面临着诸多挑战和机遇。未来 的发展趋势包括加强跨学科研究、加强实践应用、关注全球变化的影响等。同时 ，也需要加强国际合作与交流，共同应对全球环境问题。
气候变化对森林生态系统的影响
气温升高
全球气温的持续上升导致 森林生态系统中的温度升 高，影响植物生长和生物 活动。
降水变化
气候变化导致降水模式的 改变，影响森林的水分平 衡和生态过程。
极端气候事件
极端气候事件如洪水和干 旱对森林生态系统的稳定 性和健康造成威胁。
森林生态系统对气候变化的响应与适应
森林生态系统组成
非生物环境
包括气候、土壤、水文等，它 们为森林生态系统提供了必要
的物质和能量基础。
生产者
主要是指绿色植物，它们通过 光合作用将太阳能转化为化学 能，为整个生态系统提供能量 。
消费者
包括动物和微生物，它们通过 摄食和吸收营养物质来获取能 量，并维持生态系统的平衡。
分解者
主要是指微生物，它们将动植 物残体分解成简单的有机物，
03
森林生物多样性
森林生物多样性概念
01 02
生物多样性
指在一定时间和一定地区所有生物（动物、植物、微生物）、物种及其 遗传变异和生态系统的复杂性总称。它包括遗传多样性、物种多样性和 生态系统多样性三个层次。
森林生物多样性
指在森林生态系统内部及其周围环境中，所有生物种类的集合以及这些 生物所携带的遗传信息。
我国森林生态系统碳储量和碳平衡的研究方法及进展
概述
固碳功能是指森林生态系统通过吸收大气中的二氧化碳，将其固定在植被和 土壤中的能力。而碳储量是指森林生态系统中积累的有机碳的总量，包括植被、 土壤和枯枝落叶等。森林生态系统的固碳功能和碳储量对于减缓全球气候变化、 维护生态平衡具有至关重要的作用。
研究方法
直接测量法：通过测量森林生态系统中植被和土壤的碳含量，结合相关生态 学理论，推算出森林生态系统的固碳功能和碳储量。直接测量法精确度高，但工 作量大，需要大量样地和样本。
总之，森林生态系统碳储量的研究在取得一定成果的仍面临数据质量、机制 理解等问题与挑战。未来需要进一步深入研究，综合运用多学科方法和技术手段， 提高研究精度和深度，以更好地应对全球气候变化的挑战。
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在研究数据来源方面，主要包括卫星遥感数据、地面实测数据以及模型模拟 数据等。其中，卫星遥感数据能够大范围、周期性地获取森林生态系统的生物量 信息，是研究森林碳储量的重要数据来源。地面实测数据则通过设置样地、测定 生物量等手段，为森林碳储量的研究提供详细的空间信息。模型模拟数据通过对 生态系统的模拟，预测不同情景下的碳储量变化。
参考内容二
随着全球气候变化问题的日益突出，森林生态系统的碳循环过程与储量研究 逐渐受到广泛。本次演示旨在综述森林生态系统碳储量的研究现状、方法、数据 来源、研究结果以及存在的问题，并展望未来的研究方向。
森林生态系统作为地球上最大的陆地生态系统，具有固碳减排的重要作用。 目前，针对森林生态系统碳储量的研究方法主要包括直接测量和间接测量。直接 测量方法包括生物量法、涡度相关法等，能够直接获取森林生态系统的碳储量数 据。而间接测量方法则通过遥感技术、GIS技术等，反演森林生态系统的碳储量 分布。
我国森林生态系统碳储量和碳平衡 的研究方法及进展
森林生态系统碳循环
森林生态系统碳循环一、引言森林生态系统是地球上最重要的碳储存和碳循环系统之一。
碳循环是指碳在生物圈、大气圈和地球外圈之间不断流动的过程，对于地球的气候和环境具有重要的影响。
本文将从森林生态系统的碳储存、碳吸收和碳释放三个方面，探讨森林生态系统碳循环的机制和重要性。
二、森林生态系统的碳储存森林是地球上最大的陆地生态系统，其植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物质，并将其储存为碳库。
森林生态系统的碳储存主要包括植物体内的碳储量和土壤有机碳。
植物吸收大气中的二氧化碳，通过光合作用将其转化为有机物质，并在植物体内储存。
同时，森林土壤中的有机质也是重要的碳储存库，其中包括残体碎屑、枯叶和根系等。
森林生态系统通过植物体和土壤的碳储存，起到了重要的碳汇作用。
三、森林生态系统的碳吸收森林生态系统通过植物光合作用吸收大气中的二氧化碳，是地球上最主要的碳汇之一。
植物通过叶片表面的气孔吸收大气中的二氧化碳，并将其转化为有机物质。
这种吸收作用对于减缓全球变暖和缓解温室效应具有重要作用。
大量的研究表明，森林植被对于吸收大气中的二氧化碳有着显著的贡献。
例如，热带雨林被认为是地球上最重要的二氧化碳吸收场所之一。
四、森林生态系统的碳释放除了碳吸收外，森林生态系统也会释放碳。
碳的释放主要来自于植物的呼吸作用和土壤的呼吸作用。
植物通过呼吸作用将储存在体内的有机物质分解为二氧化碳，并释放到大气中。
森林土壤中的微生物也会通过呼吸作用将有机碳分解为二氧化碳，并释放到大气中。
此外，森林火灾和森林砍伐也会导致森林生态系统的碳释放。
这些过程都会导致碳从森林生态系统返回到大气中，形成碳源。
五、森林生态系统碳循环的重要性森林生态系统的碳循环对于地球的气候和环境具有重要的影响。
首先，森林植被的碳吸收作用可以减缓全球变暖和缓解温室效应。
森林吸收大气中的二氧化碳可以稳定大气中的碳含量，减少温室气体的排放。
其次，森林生态系统的碳储存作用可以保护生态环境和维持生物多样性。
森林生态系统在碳循环中的作用
森林生态系统在碳循环中的作用摘要：本文描述了碳循环及其过程以及森林生态系统的碳循环及其在全球碳循环中的作用,说明了森林生态系统在碳循环中的作用主要取决于森林生态系统的生物量、林产品、植物枯枝落叶和根系碎屑以及森林土壤。
关键字：碳循环的过程森林生态系统森林生态系统在碳循环中的作用一、碳循环地球上有五个碳库，最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，但是这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。
还有三个碳库：大气圈库、水圈库和生物库。
这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换,容量小而活跃，起着交换库的作用。
碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在,在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，在水圈中以多种形式存在，在生物库中则存在着几百种被生物合成的有机物。
根据生态学原理,一个系统中的自然过程总是有利于系统的结构稳定和功能最大化,而非自然过程总是降低或破坏生态系统的稳定性,增加系统的不确定性。
显然,大量开采化石燃料以及开采森林等活动都是非自然过程。
这些活动导致了大气二氧化碳浓度的不断上升。
鉴于大气二氧化碳上升可能引起的严重生态后果,科学家对于全球碳循环进行了广泛的研究。
具体内容包括地球各部分(大气、海洋和森林等)碳储量估算,森林生态系统与其它部分碳的交换量(流)的估算,以及人类干扰对各个库和流的影响。
在陆地生态系统中,森林是最大的有机碳的贮库,占整个陆地碳库的56%。
因此了解森林生态系统在碳循环中的作用,对于研究陆气系统的碳循环乃至全球碳循环都是一个基础,具有重要的意义。
二、碳循环的过程大气中的二氧化碳被陆地和海洋中的植物吸收,然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。
绿色植物从空气中获得二氧化碳，经过光合作用转化为葡萄糖，再综合成为植物体的碳化合物，经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。
植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。
以碳循环为例，讨论农田生态系统和森林生态系统的差异
以碳循环为例，讨论农田生态系统和森林生态系统物质循环的差异 碳是地球上有机物和无机物系统中最广泛的元素，在大气圈中以气态CO2，CH4和CO 存在，在水圈中以碳酸根离子的形式出现，在土壤生物圈是构成活的或死的有机物质的主要元素，在岩石圈是碳酸盐岩和沉积物的主要成分,碳的各种不同存在形式可以看作是地表系统中不同的储存库，其间由于各种各样的物质和能量循环使碳的存在形式相互转化，也就产生了碳的源与汇之说。
任何释放碳素的过程谓之“源”，固定碳素的过程称为“汇”。
碳源和碳汇都是以大气圈为参照系，以向大气中输入碳或从大气中输出碳为标准来确定，最终决定一个体系是源还是汇的是碳的净收支。
全球碳循环是指碳素在地球的各个圈层(大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈)之间迁移转化和循环周转的过程。
由于陆地的面积比较大，大气总碳量每年约有5%的收支是通过陆地生物群落交换的。
因此陆地生态系统碳库的微小变化都将对大气CO2浓度带来很大的影响。
1、生态系统碳库及碳循环现状1）农田生态系统碳库及碳循环现状农业是重要的温室气体排放源，农田生态系统碳库是全球碳库和陆地生态系统碳库的重要组成部分，而且是其中最活跃的部分。
农田生态系统既可能是一个碳源，又可能是碳汇。
一方面要发展农业，就会增加农业源的碳排放，促使全球变暖。
另一方面作物在其生长发育过程中会通过光合作用吸收并转化碳。
对我国农业生态系统碳平衡进行估算的研究表明，当前我国农业生态系统是一个弱碳汇。
但由于各地区生产布局条件和经济发展水平的差异，我国农业生态系统的碳汇功能具有地域差异，尽管大部分地区为碳汇区，仍然也有部分地区为农业碳源，如京、津、沪、广东及云、贵、川等地。
而且由于施肥和田间管理不当等原因，我国农业土壤碳库处于负平衡状态，即有机碳储量以每年7.38×1013g的速率逐年减少。
2）森林生态系统碳库及碳循环现状森林是全球陆地生态系统中最大有机碳库。
森林生态系统较农田生态系统受人类影响小，所以其土壤中碳库的质和量相对稳定。
全球变化背景下森林生态系统碳循环及其管理
当全球氮沉降增加时，森林生态系统的生物量也会发生变化。研究表明，增 加氮沉降可以促进植物的生长，使生物量增加。这是因为在氮限制的条件下，植 物无法合成足够的蛋白质和核酸，从而限制了它们的生长。而增加氮沉降可以为 植物提供额外的氮源，打破这种限制。
除了对生物量的影响外，全球氮沉降还会改变森林生态系统的土壤呼吸。土 壤呼吸是指土壤中的微生物将有机物分解为二氧化碳和水的过程。在全球氮沉降 增加的情况下，土壤中的微生物会利用这些额外的氮源，加快有机物的分解，从 而使土壤呼吸增强。
1、植树造林是增加碳吸收的有效途径。塞罕坝林场通过大规模的植树造林 活动，增加了森林面积，提高了碳储存能力。据统计，该林场已累计吸收二氧化 碳超过1000万吨。
2、科学合理的采伐和种植技术是合理的采伐和种植技术，保持了林场的可持续发展，同 时也为当地的经济发展做出了贡献。
2、营养物质循环：全球氮沉降的增加会改变森林生态系统的营养物质循环。 因为氮是植物生长的重要元素之一，增加氮沉降可以提高植物对其他营养物质的 吸收和利用效率，如磷、钾等。这不仅可以促进植物的生长，还可以提高植物的 碳积累速率。
3、水分代谢：全球氮沉降也会影响森林生态系统的水分代谢过程。增加氮 沉降可以促进植物的生长，使植物的蒸腾作用增强，从而增加了水分的消耗。同 时，植物也会通过提高根系吸水能力来满足自身生长需要，这也会对水分循环产 生影响。
全球变化背景下森林生态系统 碳循环及其管理
01 引言
目录
02 全球变化对森林生态 系统碳循环的影响
03
森林生态系统碳循环 的管理策略
04
案例分析——以中国 塞罕坝林场为例
05 总结
06 参考内容
随着全球气候变化问题的日益突出，森林生态系统碳循环及其管理成为科学 研究的重要领域。本次演示旨在探讨全球变化对森林生态系统碳循环的影响，提 出相应的管理策略，并通过案例分析加以说明。
《森林生态学》(第11_13章)基础理论篇
水平地带性与垂直地带性的关系
赤道
永久冰雪 高山苔原 高山草甸 高山灌丛 亚高山针叶林 落叶阔叶林 常绿阔叶林 热带雨林
亚热带 温带 寒温带 寒带 极地 北极
三 、中国森林地理分布
寒温带针叶林带
➢地理位置：大兴安岭北部山地
热带雨林一般特征：
➢种类成分特别丰富 ➢林内附生植物、藤本植物
发达 ➢大乔木具有板状根
三 、中国森林地理分布
青藏高原带
➢地理位置：甘肃、四川、青海、云南、西藏部 分地区，系高山峡谷地形，相对高差在1000m 以上。
➢气候特点：比较寒凉，降雨量较大，湿度大。
➢植被特点：主要以冷杉属和云杉属为优势的暗 针叶林。
优势度分类
➢群系以下常按优势种划分类型
《中国植被》分类系统
➢采用的主要分类单位：植被型、群系、群丛 ➢辅助单位：植被型组、群系组、群丛组 ➢亚级：植被亚型、亚群系 例如： ➢植被型组——针叶林、阔叶林、草原、荒漠、冻原、
草甸、沼泽、水生植物 ➢植被型：寒温性针叶林、落叶阔叶林 ➢植被亚型：寒温性落叶针叶林、温性常绿针叶林 ➢群系组：落叶松林、 ➢群系：兴安落叶松林 ➢群丛：草类兴安落叶松林
➢ 我国东部森林分布区，森林纬度地带 性的基本图式：
寒温带针叶林、温带针阔混交林、暖温带落叶阔 叶林、亚热带常绿阔叶林、热带雨林和季雨林。
我国森林分布的经度地带性：森林、草原、荒
漠
森林分布的垂直地带性
➢高大山体随着海拔的升高，森林 类型呈现有规律的带状分布。
➢例如长白山，海拔2691米，从下 往上森林类型依次为：
三 、立地分类
地位级和立地指数
碳循环生态教案
碳循环生态教案，今天我将与您分享一份碳循环生态教案，这个教案旨在帮助学生理解碳循环的概念、作用以及与生态系统相关的内容。
第一部分：碳循环概念1.定义碳循环是指碳在地球大气、水体和生物体之间定期转换、传递和储存的过程。
它是维持地球生态系统平衡的一个重要环节。
2.生态系统中的碳循环碳在生态系统中的循环包括以下的过程：-光合作用：这个过程指的是植物将太阳能转化成化学能的过程，并且把二氧化碳转换成为葡萄糖或其他种类的有机物。
-呼吸作用：在有机物的代谢过程中，植物和动物会在体内消耗一定量的氧气并且把葡萄糖和其他有机物转化成二氧化碳和水释放出来，这个过程就被称为呼吸作用。
-分解作用：微生物和其他分解者可以把有机物分解成为二氧化碳和其他化学物质。
-碳储量：植物、土壤和沉积物可以作为碳的储存库，长期储存着在之前完成的碳循环中形成的有机物。
第二部分：碳循环的作用1.气候调节碳循环对于气候的影响很大。
地球上大气中的二氧化碳的含量是人们最为关注的问题之一。
它对地球上的温度、气候等因素产生深刻的影响。
2.生态平衡碳循环与生态系统有着密切的联系。
通过植物的光合作用和动物的呼吸作用，碳在生态系统中不断地循环。
通过这个过程，生态系统获得了必要的有机物，同时也保持着生态平衡。
第三部分：如何保护碳循环生态环境1.减少燃煤和化石能源的使用在燃煤、石油和其他化石能源的过程中，大量的二氧化碳被释放。
如果能够减少这类能源的使用，将能够有效的减少二氧化碳的排放。
2.保护生态环境另一个有效地保护碳循环生态环境的方法是通过生态保护来保护相关的生态系统。
这需要我们慎重的对待土地、水体以及所有其他的生态资源。
我们需要认真的考虑我们的生活方式对于生态环境的影响，并且尽力减少这种负面的影响。
总结：碳循环这个概念理解起来可能会比较抽象，但是它对于维持生态平衡和控制全球气候变化的作用尤为重要。
通过这份碳循环生态教案的学习，我们能够使学生更好的理解碳循环，从而达到环境保护和教育引导的目的。
森林生态系统在碳循环中的作用
森林生态系统在碳循环中的作用摘要：本文描述了碳循环及其过程以及森林生态系统的碳循环及其在全球碳循环中的作用,说明了森林生态系统在碳循环中的作用主要取决于森林生态系统的生物量、林产品、植物枯枝落叶和根系碎屑以及森林土壤。
关键字：碳循环的过程森林生态系统森林生态系统在碳循环中的作用一、碳循环地球上有五个碳库，最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，但是这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。
还有三个碳库：大气圈库、水圈库和生物库。
这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换,容量小而活跃，起着交换库的作用。
碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在,在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，在水圈中以多种形式存在，在生物库中则存在着几百种被生物合成的有机物。
根据生态学原理,一个系统中的自然过程总是有利于系统的结构稳定和功能最大化,而非自然过程总是降低或破坏生态系统的稳定性,增加系统的不确定性。
显然,大量开采化石燃料以及开采森林等活动都是非自然过程。
这些活动导致了大气二氧化碳浓度的不断上升。
鉴于大气二氧化碳上升可能引起的严重生态后果,科学家对于全球碳循环进行了广泛的研究。
具体内容包括地球各部分(大气、海洋和森林等)碳储量估算,森林生态系统与其它部分碳的交换量(流)的估算,以及人类干扰对各个库和流的影响。
在陆地生态系统中,森林是最大的有机碳的贮库,占整个陆地碳库的56%。
因此了解森林生态系统在碳循环中的作用,对于研究陆气系统的碳循环乃至全球碳循环都是一个基础,具有重要的意义。
二、碳循环的过程大气中的二氧化碳被陆地和海洋中的植物吸收,然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。
绿色植物从空气中获得二氧化碳，经过光合作用转化为葡萄糖，再综合成为植物体的碳化合物，经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。
植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。
全球气候变化与森林生态系统碳循环
4 、垃圾传播疾病； 5 、危险废物诱发癌症。
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全球变化的概念
❖ 全球变化（global change）:全球变化是地球环境中所有的 自然和人为因素引起的能够改变地球承载生命能力的变 化。主要包括气候变化、大气组成变化，生物多样性的 丧失、荒漠化以及由于人口、经济、技术和社会的压力 引起土地利用的变化和土地覆盖变化等。
❖ 许多科学家根据近代的气象观测记录认为，随着温室 气体排放量增加，气温随之升高，得出全球气候将持 续变暖的结论，这也是比较主流的看法。
❖ 最新的IPCC科学评估报告认为：地球正在变暖，并 随气候系统其它要素的变化而变化，地球平均气温
将每10年上升0.2℃。
第二十二页，共58页
全球变暖的事实
1、平均地表温度升高 2、大气层温度升高 3、冰雪面积减少 4、平均海平面升高 5、气候系统的某些要素发
上的循环。 以上这些循环均属于生物小循环。
（4）此外, 碳以动植物有机体形式深埋地下，在还原条 件下，形成化石燃料，于是碳便进入了地质大循环。
第三十二页，共58页
第三十三页，共58页
13.2.1 地球上的 主要碳库
❖ 大气碳库 ： ❖ 海洋碳库 ： ❖ 陆地生物圈碳库： ❖ 岩石圈碳库 ：
第三十四页，共58页
一的两河流域（即底格里斯河和幼发拉底河流域）由沃土变成
了沙漠。
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7. 大气污染 Air Pollution
大气污染主要因子是悬浮颗粒物、一氧化 碳、臭氧、二氧化硫、氮氧化物和铅。大气 污染来源是能源使用、车辆徘放和工业生产。 大气污染危害为为： 1 ) 二氧化碳导致气候变暖； 2 ) 二氧化硫导致酸雨； 3 ) 危害人类健康。
森林生态学基础—全球气候变化与森林生态系统碳循环
第十二章全球气候变化与森林生态系统碳循环所谓全球变化是地球环境中所有的自然和人为因素引起的变化。
地球环境中的气候、土地生产力、海洋和其它水资源、大气化学及生态系统中的能改变地球承载生命能力的一切变化都可称之为全球变化。
全球变化包括大气成分变化、全球气候变化、土地利用和土地覆盖变化和荒漠化等方面的变化。
进入20世纪80年代以后，人类社会最关注的全球性重大问题莫过于全球气候变化，因为在这些变化中与人类生产生活关系最为密切的变化是天气的变化，它构成人们生活的重要部分，尤其是灾害性天气，如高温、寒潮、台风、暴雨、霜冻、冰雹等，会对人们的生产和生活带来严重危害。
气候则是一个地区在一个时期的平均天气状况，气候系统的形成不但是大气内部的种种过程，还是海洋、冰雪覆盖、陆地表面、地球生物分布以及大气上边界处太阳辐射等直接和间接影响的各个环节。
地球气候是由若干温暖期和寒冷期交替组成的，也就是说，在漫长的历史长河中，气候一直处于冷（冰期）、暖（间冰期）交替之中。
冰期地球平均气温比现代低7～9℃，间冰期比现代高8～12℃。
地球上的气候随时间是变化的。
一般把气候随时间的变化分为三个时间尺度进行研究：地质时代气候变迁，通常指距今6亿年的气候；历史时代气候变迁，通常指距今1万年的气候；近代气候变迁。
研究地质时代气候变迁，主要依据地质沉积物、古生物学及同位素地质学方法；历史时代气候变迁，一般使用物候、史书、地方志等方法；近代气候变迁因为气象观测记录的日益完备而主要依据仪器观测记录来分析。
13.1温室气体与气候变化在影响和决定气候形成和变化的因子中，人类活动可改变大气成分和下垫面性质。
随着工业化进程加快，尤其自20世纪50年代以来，大量化石燃料被开采利用，人工合成化学氮肥的产量和用量日益增加，使人为产生的温室气体排放量不断增加；同时，土地利用状况急剧变化改变了下垫面性质，如砍伐森林、垦荒、兴修水利、城市建设、植树造林和海洋污染等，减少了温室气体的消化吸收量。
森林生态系统中的碳循环机制
森林生态系统中的碳循环机制碳循环是指地球上碳元素在大气、水体、地壳以及生物圈中的流动过程。
而森林生态系统中的碳循环机制是指森林作为一个重要的碳库，在碳元素进入和离开的过程中所扮演的角色。
了解森林生态系统中的碳循环机制对于应对气候变化、保护生态环境具有重要意义。
首先，森林生态系统通过光合作用吸收大量的二氧化碳。
光合作用是指植物利用阳光能量、水和二氧化碳合成有机物质的过程。
在森林中，树木是主要的光合作用细胞，它们通过根系吸收水分和矿物质，并通过叶片上的气孔吸收大气中的二氧化碳，利用阳光能量将二氧化碳和水合成有机物质，同时释放氧气。
这个过程中，森林生态系统吸收大量的二氧化碳，起到了减缓温室气体排放的作用。
其次，森林生态系统中的植物和土壤有机物是碳的重要储存库。
植物通过光合作用固定的碳元素被转化成有机物，并储存在各个部分，如树干、树叶和根系。
同时，植物的死亡和腐化也会将有机物质输送到土壤中。
土壤中的有机物是一个庞大的碳库，其碳储量远大于大气和生物圈的碳储量。
森林生态系统通过树木、植物和土壤有机物的储存，将大量的碳元素稳定在生态系统中，减少了大气中的温室气体含量。
此外，森林生态系统中的植物也是有机物分解和碳释放的源头。
当植物死亡或被动物食用后，有机物质会被分解成二氧化碳和水。
此过程称为呼吸作用。
呼吸作用不仅发生在植物体内，还发生在植物根系和土壤中的微生物体内。
这些呼吸作用释放出的二氧化碳会返回大气中，增加温室气体的含量。
同时，森林生态系统中的森林火灾也会对碳循环产生影响。
当森林发生火灾时，大量的植物和有机物质燃烧释放大量的碳元素。
这些被燃烧的碳元素会以二氧化碳的形式释放到大气中，进一步增加温室气体的含量。
然而，在火灾后，森林生态系统也会通过自然的演替过程逐渐恢复并重新吸收大量的二氧化碳。
另外，人类活动对森林生态系统中的碳循环也产生了重要影响。
森林砍伐、植被破坏和土地利用变化等人类活动导致了森林生态系统的碳储量下降。
碳循环知识：碳循环和气候变化适应——生态系统的响应和适应
碳循环知识：碳循环和气候变化适应——生态系统的响应和适应随着人类不断发展，碳排放问题越来越受到关注。
而我们所生活的地球，是一个封闭的生态系统。
所有物质和能量都会在生物圈之内循环，而碳循环则是其中最为重要的循环之一。
碳循环对于生态系统的正常运转和生物生存至关重要，然而，随着气候变化的加剧，人类在碳排放方面的大量行为破坏了自然的碳循环平衡，这对于生态系统的响应和适应带来了极大的挑战。
什么是碳循环？碳是地球上最为常见的元素之一，也是生物体内含量最高的元素。
碳循环是一个地球系统中的大循环，涵盖了大气、陆地和海洋三个主要部分。
碳从大气中进入生物圈，由植物和其他生物吸收和利用来进行生命活动。
生物也将碳释放回大气中，其中一部分碳则通过沉积作用和化石燃料形成过程，长期储存在地球内部。
在自然循环过程中，生态系统中的植物、动物、土壤和死亡的有机物都在碳循环过程中扮演着重要的角色。
然而，自工业革命以来，人类对于自然的干扰日益加剧。
燃烧化石燃料、过度伐木、大规模土地利用变化和化学肥料使用等行为，导致了碳排放增加。
这一系列非自然因素对于生态系统的响应和适应带来了很大的挑战。
生态系统的响应和适应生态系统是一个复杂的网络，涵盖了物种、环境和资源之间复杂的相互作用。
碳循环对于生态系统的响应和适应至关重要。
在反应到气候变化上，生态系统必须适应多样的生态变化。
温度的升高不仅直接影响物种，也影响作为食物来源的植物。
生态系统的响应和适应对于人类的生存和发展都有着巨大的影响。
树木的生命周期长，能够存储大量的碳。
然而，过度伐木对于森林生态系统的数量和品质产生了很大的负面影响。
随着土地利用和人口增加，天然林木减少，导致了生态系统碳库的严重破坏。
但是，我们仍有机会通过森林保护和人工植树的活动，以达到碳中和的目的。
海洋是另一个重要的生态系统，能够吸收大量的碳。
然而，过度捕捞、沿海污染和海洋酸化等因素，对于海洋生态系统的产品量和生物多样性产生了负面影响。
全球生态系统和碳循环
全球生态系统和碳循环摘要：随着全球生态系统碳循环研究的发展, 碳循环成为研究的热点。
本文在研究全球生态系统和碳循环的同时, 重点分析了目前森林生态系统碳循环过程研究，并对今后森林生态系统碳循环和相关研究提出了建议。
关键字：碳循环；森林；生态系统；1.碳循环碳循环主要碳库有大气碳库、海洋碳库、陆地生物圈碳库和岩石圈碳库。
这几个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换,容量小而活跃,起着交换库的作用。
植物通过光合作用从大气中吸收碳的速率,与通过动植物的呼吸和微生物的分解作用将碳释放到大气中的速率大体相等[1]。
根据生态学原理,一个系统中的自然过程总是有利于系统的结构稳定和功能最大化,而非自然过程总是降低或破坏生态系统的稳定性,增加系统的不确定性。
显然,大量开采化石燃料以及开采森林等活动都是非自然过程。
这些活动导致了大气二氧化碳浓度的不断上升。
鉴于大气二氧化碳上升可能引起的严重生态后果,科学家对于全球碳循环进行了广泛的研究[2]。
了解全球生态系统在碳循环中的作用,对于研究全球碳循环是一个基础,具有重要的意义。
2.碳循环的过程绿色植物从空气中获得二氧化碳,经过光合作用转化为葡萄糖,再综合成为植物体的碳化合物,经过食物链的传递,成为动物体的碳化合物。
植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气,另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。
动、植物死后,残体中的碳,通过微生物的分解作用也成为二氧化碳而最终排入大气。
一部分动、植物残体在被分解之前被沉积物所掩埋而成为有机沉积物。
这些沉积物经过悠长的年代,在热能和压力作用下转变成矿物燃料,当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时,其中的碳氧化成为二氧化碳排入大气[3]。
人类燃烧矿物燃料以获得能量时,产生大量的二氧化碳。
由于燃烧矿物燃料以及其他工业活动,二氧化碳的生成量每年递增,使得大气中二氧化碳浓度升高,这样就破坏了自然界原有的平衡。
3.生态系统生态系统，指在自然界的一定的空间内，生物与环境构成的统一整体，在这个统一整体中，生物与环境之间相互影响、相互制约，不断演变，并在一定时期内处于相对稳定的动平衡状态。
森林生态学与碳循环
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关于森林生态学与 碳循环
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理论意义与实践意义：
花青素是一类水溶性类黄酮化合物，其抗氧化性能是 维生素C的20倍、维生素E的50倍。花青素对100多种 疾病有预防和治疗作用，被誉为继水、蛋白质、脂肪、 碳水化合物、维生素、矿物质之后的第七大必需营养
素
紫薯色素具有纯天然效应和营养功 能，应用于食品中安全性高，具有 很强的抗氧化活性和稳定性，对 人体无害而成为研究热点
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提纲如下：
1.不同目数紫薯颗粒的获得 2.利用超声处理获得色素粗提物 3.依照单一变量原则设置对照实验
4.确定花青素最大吸收波长 5.测定花青素样本最大吸收波长下的花青素吸 光度值，利用朗伯-比尔定律换算。 6.比较花青素提取率，确定最优提取方案
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（一）研究动态 目前认为，紫薯花青素超声波法最佳提取
工艺是：功率为300W超声波辅助提取时间60min 、水浴温度40℃、料液比1∶25、乙酸体积分数 15%。
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• 如何拯救在不久的将来有可能变成火炉的地球， 拯救我们赖以生存的家园？温室气体是我们需 要解决的首要问题！然而关于温室气体，CO2 是我们研究的重大对象。在森林生态系统中， CO2的循环超依声托波于产碳生的的循强环烈。振动、高的加
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第十一章全球气候变化与森林生态系统碳循环一、全球生态或环境中的十大问题1.气候变暖 Global warming过去100年，大气中二氧化碳浓度增加55PPm，全球气温上升 0.6 ℃。
1860年到1960年的 100 年间，全球来自工业的二氧化碳排放量增长8倍，而从1960年到1995年的35年间却增长了3倍，即从8万亿吨增至24万亿吨。
2.臭氧层破坏 Ozone issue臭氧层（约20 — 40公里高空）保护地球生物免受太阳紫外线照射。
1984年南级上空发现臭氧层空洞，最近北极上空臭氧层也日益稀薄。
臭氧层破坏的后果极为有害：改变的光谱组成（有效辐射减少）（1）对人类健康危害严重，可引发和加剧眼部疾病、皮肤癌、传染疾病；（2）50％以上的陆生植物，如土豆、瓜类、番茄、甜菜等，产量会急剧下降；森林草地衰退，危及生态平衡和生物多样性；（3）对水生生态系统产生影响，使浮游生物受到危害，导致海洋食物链中基础食物数量减少，使生活在浅水里的鱼类和贝类很难生存；（4）使人工高分子或天然高分子材料加速老化，如建筑物、喷涂、包装等物质老化，使其变硬、变脆、缩短使用寿命，并能使接近地面的有害臭氧浓度增加，尤其在人口密集的城市中心，可引起光化学烟雾污染；（5）全球气候变暖，产生“温室效应”，海平面上升。
3.生物多样性减少 Biodiversity loss（1）物种多样性减少 Species diversity：世界物种总数约 500 ～ 3000 万种（已被陈述 140 万种），近百年兽类减少 150 种。
（2）生态系统多样性减少 Ecosystem diversity：森林、草原、湿地、水生生境遭受破坏。
（3）遗传多样性减少 Genetic diversity。
4. 酸雨蔓延 Acid Rain硫和氮的氧化物与水蒸汽结合，在高空形成高度腐蚀性的硫酸和硝酸，沉降到地面形成酸雨（ Ph ＜ 5）。
目前，全世界已形成三大酸雨区，其中北美和欧洲酸雨区正在治理中，而中国西南、华南酸雨区却尚未治理。
酸雨给人类带来直接危害是：（1）农作物减产；（2）建筑物腐蚀；（3）树木枯萎；（4）湖泊酸化；（5）鱼类死亡。
5.森林锐减 Forest decreasing6.土地荒漠化 Deserted Land全球陆地面积为地球表面积30％，其中沙漠及沙漠化土地占29 ％。
全球每年有600万公顷土地变成沙漠，相当一个斯里兰卡。
经济损失每年约为423亿美元。
全球共有干旱、半干湿地50亿公顷，其中三分之二33亿公顷遭到荒漠化威胁。
荒漠化的原因是：（1）过度垦殖；（2）过度放牧；（3）毁坏森林；（4）灌溉不善。
荒漠化的危害是直接的巨大的，它致使全世界每年 600 万公顷农田， 900 万公顷牧区失去生产力。
人类文明的摇篮之一的两河流域（即底格里斯河和幼发拉底河流域）由沃土变成了沙漠。
7.大气污染 Air Pollution大气污染主要因子是悬浮颗粒物、一氧化碳、臭氧、二氧化硫、氮氧化物和铅。
大气污染来源是能源使用、车辆徘放和工业生产。
大气污染危害为为：（1）二氧化碳导致气候变暖；（2）二氧化硫导致酸雨；（3)危害人类健康。
全世界每年有30 — 70万人因烟尘污染提前死亡，2500 万儿童患慢性喉炎。
8.水体污染 Water pollution水体污染的来源为工业废水、生活废水和地表径流水(农药化肥)污染。
发展中国家约95％的城市污水未经处理而直接排放至江河湖泊，受污染的水体溶解氧水平过低，重金属含量高，大肠杆菌含量高。
水体污染直接危及人类身体健康。
全球每年水污染导致10亿人患病，全球每年 300万儿童因腹泻死亡，全球2亿人成为血吸虫病患者。
9. 海洋污染 Ocean pollution人类活动使近海区的氮、磷增加50 ～200％，过量营养物导致沿海藻类大量生长、波罗的海、北海、黑海、东中国海等出现赤潮。
海洋污染来源为污水排放，大气污染物沉降、石油泄漏、工业废物、放射性物质。
1990 一 1991 年，全球海洋污染物入海量分别为：（1）石油 354 万吨／年；（2）船舶的塑料容器 63 .9 万个／天；（3）渔船的塑料渔网等 15.2 万个／天；（4）放射性物质 9 万吨／年；（5）危险化学废物 10 万吨／年；（6）河流淤泥废物 93 万吨／年。
海洋污染造成危害极大，使赤潮频繁发生（1991年中国 38 起），破坏红树林、珊瑚和海草，使近海鱼虾锐减，渔业损失惨重。
10.固体废物污染 Waste pollution固体废物包括危险废物和城市垃圾。
发达国家九十年代初每10亿美元 GDP 产生5000吨危险废物，每年约产生8000万吨，部分发展中国家每年仅产生几百吨。
城市垃圾已然成灾。
东京每天生产3000万公斤，纽约1400万公斤，巴黎900万公斤。
上述城市垃圾均被处理，而北京每天为1200万公斤，只有部分被处理。
固体及危险废物危害是：（1）污染大气；(流动性-无国界)（2）污染土壤；(隐蔽性, 滞后性, 不可逆性)（3）污染水源； (流动性, 持久性)（4）垃圾传播疾病；（5）危险废物诱发癌症。
二、全球变化1概念全球变化（global change）:全球变化是地球环境中所有的自然和人为因素引起的能够改变地球承载生命能力的变化。
主要包括气候变化、大气组成变化，生物多样性的丧失、荒漠化以及由于人口、经济、技术和社会的压力引起土地利用的变化和土地覆盖变化等。
全球气候变化（global climate change）：全球气候变化是全球变化的核心，主要是指由于大气CO2等温室气体浓度的上升所引起的全球变暖，以及由此引发的降水格局变化、冰川退化、海平面上升等一系列变化。
2温室气体与气候变化（1）温室效应与温室气体：温室效应（greenhouse effect)：由于大气对太阳短波辐射吸收很少，易于让大量的太阳辐射透过而到达地面，同时大气又能强烈吸收地面长波辐射，使地面辐射不易逸出大气，大气还以逆辐射返回地面一部分能量，从而减少地面的失热，大气对地面的这种保温作用，称为“大气保温效应”，习惯上称温室效应。
大气中温室气体的增暖效应首先是由法国科学家傅里叶在1927年发现的，他指出大气中温室气体的增暖效应与花房温室玻璃的作用相似，这就是“温室效应”名称的由来。
温室气体（greenhouse gas) ：是指大气中那些对太阳光几乎是透明的，但却强烈吸收地表辐射的红外热辐射、对地表有遮挡作用的气体。
主要温室气体：(1)水汽(H2O)：(2)二氧化碳(CO2)：(3)甲烷(CH4)：(4)氧化亚氮(N2O):(5)氟里昂类物质(CFCs):（2）温室气体的源与汇温室气体的源(source)：是指温室气体成分从地球表面进入大气或者在大气中由其他物质经化学过程转化为某种气体成分。
温室气体的汇(sink)：是指一种温室气体移出大气到达地面或逃逸到外部空间或者是在大气中经化学过程不可逆转地转化为其他物质成分。
碳循环是一个涉及多学科的综合动态过程，它的动态变化可用以下方程来表示： dCO2／dt = C+D +R +S+O -P-I-B，其中方程左边表示的是大气CO2的动态变化率，右边各项代表大气CO2的源和汇(正号项为碳源，负号项为碳汇)主要碳源包括：C：化石燃料燃烧释放到大气中的CO2；D：土地利用(包括森林砍伐、森林退化、开荒等)释放到大气中的CO2；R：陆地植物的自养呼吸；S：陆地生态系统植物的异养呼吸(包括微生物、真菌类和动物)；O：海洋释放到大气中的CO2；主要碳汇包括：P：陆地生态系统通过光合作用固定的CO2；I：海洋吸收大气中的CO2；B：沉积在陆地和海洋中的有机和无机碳．许多科学家根据近代的气象观测记录认为，随着温室气体排放量增加，气温随之升高，得出全球气候将持续变暖的结论，这也是比较主流的看法。
最新的IPCC科学评估报告认为：地球正在变暖，并随气候系统其它要素的变化而变化，地球平均气温将每10年上升0.2℃。
全球变暖的事实1、平均地表温度升高2、大气层温度升高3、冰雪面积减少4、平均海平面升高5、气候系统的某些要素发生了重要变化为了防止全球气候变暖，1997年12月，149个国家和地区的代表在日本京都通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球气候变暖的《京都议定书》。
三、全球碳循环及相关过程1概念：全球碳循环（global carbon cycle）：指碳素在地球各个圈层（大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈）之间的迁移转化和循环周转的过程。
其主要过程包括陆地和海洋生物圈的碳固定与呼吸排放，土壤圈的碳平衡，河流的碳运输以及海底和岩石圈的碳沉积等。
就流量来说，全球碳循环中最重要是是CO2的循环，CH4和CO是较次要的循环。
2碳循环途径：（1）在光合作用和呼吸作用之间的细胞水平上的循环；（2）大气CO2和植物体之间的个体水平上的循环；（3）大气CO2─植物─动物─微生物之间的食物链水平上的循环。
以上这些循环均属于生物小循环。
（4）此外, 碳以动植物有机体形式深埋地下，在还原条件下，形成化石燃料，于是碳便进入了地质大循环。
3全球碳循环（1）地球上的主要碳库大气碳库：海洋碳库：陆地生物圈碳库：岩石圈碳库：（2）全球碳循环碳的生物地球化学循环主要有三条途径：1、始于绿色植物并经陆生生物与大气之间的碳交换；2、海洋生物与大气间的碳交换；3、人类对化石燃料的应用是碳循环的第三途径。
这三条不同路径的相互连结、相互作用就构成了全球碳循环。
（3）碳失汇现象碳失汇（missing carbon sink）：指人类活动如矿物燃料燃烧与毁林等释放到大气中的CO2超过同期地球大气CO2的增量及海洋吸收量的现象。
在20世纪70年代末，由Wood—well等人(1978)提出。
人类活动净释放到大气中的7.0Pg C／a的CO2，有3.4Pg C／a用于增加大气中的CO2浓度，2.0Pg C被海洋吸收，剩下的1.6Pg C的CO2则去向不明。
导致碳失汇的原因1、气候变化：一方面提高植物的呼吸作用，另一方面提高氮的矿化，刺激植物生长固碳；2、植物生长：增加碳的积累。
3、CO2的施肥效应：影响光合作用，增加碳汇；4、氮沉降：促进光合作用；5、土壤利用方式改变：碳贮量减少，排放增加；6、海洋：有近1/3的碳失汇可能存在于海洋中；7、岩石圈：碳酸盐的溶蚀。
目前研究认为“碳失汇”最合理的解释是在陆地生态系统中。
（4）陆地生态系统碳库陆地生态系统碳库（terrestrial ecosystem carbon pool）：生态系统以有机物质的形式暂时或永久性地贮存碳的功能称为生态系统的碳库功能，具有贮存碳功能的各生态系统的组分或类型都可以称为不同名称的碳库。