气候变化与土壤碳循环

气候变化与陆地土壤碳循环

摘要：自工业革命以来，大气co2浓度大幅度升高引起的全球性气候变化已成为各国关注的焦点。即地球表面温度升高，冰川融化，海平面上升，全球性降水增加但变化幅度区域差异显著等。气候变化对全球碳循环带来了巨大的影响，对土壤系统产生的重要影响，使土壤碳库和碳流发生了显著变化。因此揭示气候变化对土壤碳循环的影响过程对精确理解全球碳循环和应对气候变化相关政策的制定具有重要的指导意义。文章综述了此领域近十几年来的主要研究工作，总结了土壤碳循环对气候变化响应的主要机制及过程，并指出未来研究的主要方向。

关于气候变化与陆地土壤碳循环的关系，本论文侧重探讨气候变化对陆地土壤碳循环的影响，包括耕作土壤、森林土壤等。这些影响究其本质与碳源碳汇密切相关。另一方面，论文对如何采取有效措施进行了概述，并未对具体的模型和控制流程进行探讨。这些措施和方法毫无疑问是非常重要的，但未在本论文研究范围之内。

关键词：气候变化土壤碳循环

Abstract：Since the industrial revolution, atmospheric co2 concentration greatly increase the global climate change caused has become the focus of the world. That the earth's surface temperature of melting glaciers, rising sea levels, global precipitation increase but the regional differences significant changes. Climate change to the global carbon cycle to bring the enormous influence on soil system, the important influence of soil carbon, and carbon flow varied significantly. Thus reveals the climate change in soil carbon cycle of accurate understanding the effect of global carbon cycle and climate change policy formulation has important significance. This paper reviews the recent ten years this field of research work, and summarizes the soil carbon cycle of response to climate change, and the main mechanism and process of the main direction of future research.

About climate change and land soil carbon cycle, this thesis mainly focused on climate change to the terrestrial carbon cycle, the influence of soil tillage soil including forest soils, etc. These effects in its essence and source of carbon carbon closely related. On the other hand, the paper on how to take effective measures were summarized, not for specific model and control process were discussed. These measures and methods of doubt is very important, but not in this research area.

Key words: Climate change soil carbon cycle

1．引言

土壤和气候是有密切关系的两大自然客体，气候是土壤形成的要素之一，反过来，从土壤及其风化壳也可论证气候变迁。在研究气候变化对土壤影响的项目中，最重要的是气候的干湿、冷热变化及响应的风云雷电等以及它们所引起土壤性状的变化。

大气中温室气体强烈吸收不同波长的地面长波辐射，使近地面的温度升高，这是不争的事实。研究发现，温室气体中CO2量最大，对温室作用的贡献约占60%。除了化石燃料燃烧外，土壤碳的变化对大气CO2浓度的贡献最大。根据IPCC的报告，到2100年为止,全球气温估计将上升大约1.4~5.8℃(2.5~10.4 F)(IPCC,2001)。根据这一预测,全球气温将出现过去10 000年中前所未有的巨大变化,从而对全球环境造成潜在的冲击作用,比如,气候变化可以导致一系列环境问题,如海平面上升、降水时空分布格局变化等,进而直接和间接地对陆地生态系统产生影响(IPCC,2001)。土壤碳循环是当前全球变化研究中的重点,它与全球气候变化间的关系密切而又复杂。一方面,CO2浓度的增加是气候变暖的主要原因;另一方面,气候变化将导致全球土壤碳循环的变化,原有的碳平衡状态被破坏,同时也引发一系列环境问题(如海平

面上升、降水格局变化等)(IPCC,2001)。Cox等(2000)利用耦合碳反馈的气候模型预测了大气温度的变化,得出碳循环与气候变化间存在着正反馈。Friedlingstein等利用Hadley和IPSL两个模型研究了1860到2100年一个半世纪的气候变化,结果表明土壤固定更多的碳,可以减缓气候变暖的速率。总之,气候变化对陆地生态系统的影响是当前全球变化研究中的核心问题而气候变化对土壤碳循环的影响及突然碳循环对气候变化的反馈作用是全球变化研究中的重中之重。

2. 研究背景及意义

气候变化对土壤有机碳的分解和积累产生着深刻的影响，使陆地生态系统与大气

的碳交换通量发生变化，从而进一步加剧或缓解全球变化的趋势。因此，在了解土壤

有机碳的储量、空间分布特征与动态变化机理的基础上，研究土壤碳贮藏对气候变化

的响应与反馈，为人类预测气候变化对人类和生态环境的影响与采取相应的对策以保

护地球气候系统都具有重要意义。

2.1气候变化的科学事实及国际气候谈判

近百年来全球陆地平均温度和降水量呈整体上升趋势。自19世纪中叶以来,全球平均地面温度上升了0.6℃,而全球陆地降水则以平均每百年增加1%~2%的量级增加。从图中可见,降水与温度的上升趋势具有阶段性波动特点,如20世纪40~70年代中期,最主要的气候变化特征是平均温度的下降和降水量的增加,而此后的情况正好相反,温度急剧上升而降水显著减少。因此,这两种不同的气候状况会对陆地生态系统的碳收支情况产生不同的影响。

研究全球碳循环控制机制已经成为IGBP、WCRP、IHDP、DIVERSITAS等科学计划的主题。中国、美国、加拿大、日本和欧盟等国家和组织都启动了较大规模的大陆尺度和国家碳循环研究计划，陆地生态系统碳循环研究是其中的重要组成部分。

世界气象组织（WMO）和联合国环境规划署（UNEP）于1988年联合组建了政府间气候变化专门委员会（IPCC），IPCC负责提供国际公认的、具有权威性的有关全球气候变化、气候变化对环境的可能影响、气候与社会之间相互作用的科学评估信息。

IPCC于1990年完成了第一次综合评估报告以及1992年完成了补充报告；1996年完成了第二次评估报告；2001年又出版了第三次综合评估报告。1992年联合国在巴西里约热内卢通过了《联合国气候变化框架公约》，旨在将大气中温室气体的浓度控制在对气候产生有害影响的水平之下，要求缔约国提交国家级水平的温室气体净排放清单。

根据气候框架公约的要求，许多国家已经开展了对温室气体排放量的计算，如英国、

荷兰、瑞典等已提出了排放清单及其温室气体源汇的分布情况。1997年12月其缔约国在日本东京通过的《京都议定书》规定了工业化国家的温室气体（尤其是CO2）的减排指标。2002年中国政府在联合国举办的持续发展世界首脑会议上，正式宣布了中国将批准《京都议定书》的决定。2004年11月4日，俄罗斯总统普京签字，宣布俄罗斯已正式核准《京都议定书》。在经历漫长的等待后，《京都议定书》终于在2005年2月16日正式生效。《京都议定书》的3.4条款允许发达国家可以利用造林、再造林和减少毁林等增加生态系统碳库的措施来抵消经济发展中的温室气体减排量，以减少经济损失。在3.4条款中提出，还要通过谈判来决定从允许的排放农业土壤等其他活动所引起的温室气体源排放汇吸收的方式、规则和指南。这样，发达国家将在多大程度上可以使用和如何使用由土地利用、土地利用变化和林业（LULUCF）活动造成的碳储量的净变化以抵消承诺的减排义务，一直成为各国普遍关注的问题。2000年5月8日，IPCC组织了上百名科学家，包括一些世界著名的科学家，历时一年半编写完成的《土地利用、土地利用变化和森林特别报告》获得通过，报告对全球碳循环，造林、再造林和毁林、农业土壤等的固碳潜力等作了最新估算，得到了各国的基本认可。为了在国际气候谈判中最大限度的争取国家利益，各国政府都在加大陆地生态系统碳源/汇特征与收支平衡的研究力度。好