自然地理学-12.碳循环与全球变化
生态系统碳循环与全球变化的关系研究
生态系统碳循环与全球变化的关系研究随着工业化进程的加速，大量的化石燃料被燃烧，导致大气中的CO2浓度不断上升，全球气候变暖加剧，海平面上升，灾难频发。
为了应对全球变化的挑战，对于生态系统碳循环与全球变化的关系进行深入研究，也就显得尤为重要。
碳循环是什么？碳循环是指大气、海洋、陆地生态系统之间，碳物质在其中的循环过程。
它包括三个部分：大气碳、植物生物量碳和枯萎腐殖质碳。
在大气中，二氧化碳的浓度持续上升，使得全球生态系统碳循环发生了变化。
碳物质的输入和输出都与全球变化有着密切的关系。
生态系统碳循环是如何影响全球变化的？生态系统的碳循环直接影响全球变化中的许多要素，例如气候、海平面、生物多样性、生产力等等。
以下是一些常见的情况：1. 借助植物植物积极吸收二氧化碳，在光合作用中将二氧化碳转化为有机物，并通过呼吸作用释放出氧气。
植物的生产量会随着二氧化碳浓度的升高而增加。
这也是为什么一些地区的森林可长时间储存大量的二氧化碳的原因。
2. 森林伐木森林资源被广泛利用，伐木导致大量的二氧化碳释放。
尤其是热带雨林的砍伐，它们的碳库相当于全球的18个人均碳排放，对全球变化和碳交换有着极为重要的意义。
3. 土壤呼吸土壤中存储的碳物质是全球碳储量中最大的一部分之一。
随着全球变化，土壤中的呼吸作用加强，使得土壤中的碳物质释放出来，对全球变化产生了直接的影响。
4. 海洋吸收二氧化碳海洋的碳循环是全球碳循环中最大的一部分，海洋中有着比大气和陆地更多的碳物质储存。
海洋吸收二氧化碳，减少了二氧化碳污染物在大气中所带来的负面影响，但同时海洋温度升高，对水生物和沿海居民产生了负面影响。
总的来说，生态系统碳循环和全球变化存在很大的联系。
特别是将碳物质的分布和流动视作生态系统的一部分，从而可以更好地理解全球变化的运作机制，预测气候变化趋势，改进森林经营管理，对于国家应对全球变化产生的挑战具有重要意义。
面对全球变化的挑战，生态系统碳循环的深入研究更是显得尤为重要。
适用于新教材2024版高考地理一轮总复习：全球变暖及碳减排课件湘教版
第一部分 自然地理
地理
内容索引
强基础 增分策略 增素能 精准突破
强基础 增分策略
一、碳循环 1.概念:地球上的碳以不同的形式存在于 生物群落 和无机环境中。碳 循环是指碳元素在大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间转移和交换的过 程。 2.主要形式: 二氧化碳 是大气中含碳的主要气体,也是碳参与全球物质 循环的主要形式。
思维拓展·再提升 1.谈谈我国控制二氧化碳排放量,实施低碳经济的可行性措施。 提示 大力开发可再生能源和清洁能源;发展节能技术,提高能源利用效率; 进行温室气体的回收;调整产业结构,大力发展低能耗、低排放、高附加值 的新兴产业(淘汰高能耗、高污染、低附加值的产业);植树造林,增加植被 覆盖率;加强管理与宣传;提高节能意识。 2.什么叫作“碳达峰”?什么叫作“碳中和”? 提示 碳达峰是指在某一个时间点,二氧化碳的排放不再增长,达到峰值,之 后逐步回落。碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内,直接或间 接产生的温室气体排放总量,通过植树造林、节能减排等形式,抵消自身产 生的二氧化碳排放,实现二氧化碳的“零排放”。
对应训练 考向一 全球变暖 (2022吉林调研)在全球变暖的大背景下,二十四节气与许多节气相关的农 谚和经验,可能会变得不再适宜。下图为我国不同时段的全国多年平均气 温与二十四节气气温阈值关系图。据此完成1~2题。
增素能 精准突破
知能体系
新高考 1.全球变暖已深刻影响着人类的生 产和生活,因此在高考中考查频率 相对较高 2.新教材中将其列入国家安全战略 范畴,因此在今后的高考中将会成 为考查重点,主要考查碳排放的形 式、影响及碳减排的措施
归纳提升 1.碳循环过程
碳循环示意图
2.全球变暖的原因和原理 (1)原因
自然环境的整体性与差异性之碳循环-2023年高考地理二轮复习热门考点
A．保护沼泽地，大力发展旅游业
B．开发水能，增大清洁能源比重
C．从全球利益和长远利益考虑，保护雨林
D．退耕还湖，退耕还草，保护生态
典型例题 【答案】1．A
2．C
【解析】1．开发风能等绿色能源可以减少对矿物能源需求，减少矿物能源的燃烧， 直接影响图中①环节，A错误；一般认为低碳经济具有能源消耗量低、污染轻、碳排放 低的特点，其实质是降低能耗和减少污染物排放，故控制①环节矿物能源燃烧碳的排 放数量是发展低碳经济的主要体现，B错误；图中虚线框内的生物圈是相互联系的单位， C错误；图中②和⑤都不是表示可再生资源的形成过程，D错误。故答案为：A。
典型例题 读碳循环示意图，回答下列小题。
典型例题
1．关于碳循环的叙述，正确的是（ ）
A．大力开发风能等绿色能源，可直接影响图中①环节
B．控制②、③、④环节的数量是发展低碳经济的主要体现
C．图中虚线框内的生物圈是相对独立的空间单位
D．②和⑤环节表示可再生资源的形成过程
2．为维持⑤环节降低大气中的CO2含量的作用，人类最迫切需要（ ）
典型例题 （1）据图左说明1900年以来图中两条曲线的变化特点及二者的关系。 （2）阐释人类活动是如何影响二氧化碳浓度增大的。 （3）参考范例，分别概括表中我国制定的控制碳排放的措施所要达到的目的。
措施
范例：清洁利用化石能源、开发非化石能源
发展低能耗、高效益的新兴产业 植树造林，恢复湿地 设立南南合作基金 倡导绿色低碳生活方式
典型例题
【答案】（1）外源：来自于长江流域陆地土壤流失的颗粒有机碳内的水生植物、浮游植物和微生物等生命活动的产物；海底沉积物中颗粒有机碳 的再悬浮。
（2）三峡水库截留了上游大颗粒物质，可降低河口地区颗粒有机碳量；河口沉积区颗粒有机碳沉 积数量减少，使水体上泛带来的颗粒有机碳变少；三峡水库可减缓河水流速，使部分颗粒有机碳沉积在 下游河道中；三峡水库库区水体停留时间增长，浮游植物在水库中吸收营养盐而大量繁殖，减少了河流 向海输送的营养盐，可减少河口地区浮游生物量。
全球气候变化与森林生态系统碳循环PPT教案学习
会计学
1
温室气体
二氧化碳：植物呼吸、生 物体燃烧和分解，煤炭、石油 和天然气的燃烧等。
甲烷：化石燃料、稻田等。
氧化亚氮：土壤脱氮和氨盐 消化、工业排放。
和氟里第1页昂/共11类页 物质：制冷设 备和气溶胶喷雾罐。
9.2 全球碳循环及其相关过程
9.2.1 地球上的主要碳库 表 9-1 地球上的主要碳库
第6页/共11页
9.3.2 中国森林生态系统碳库的分配特征
表13-5
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9.3.3 适应全球气候变化的森林碳管理对策 现有森林的保护与管理： 即从根本上实施天 然林保护政策，改变采伐管理制度，减缓并最 终制止毁林，防止森林火灾和病虫害。 扩大森林碳储存： 增加天然林、人工林和农 林符合系统的面积和碳密度。 替代式管理经营： 发展薪炭林，减少矿物燃 料，推广太阳能、风能和水能。
第2页/共11页
9.2.2 全球碳循环
图 9 - 1 碳 的 生 物地 球化学 循环模 式
第3页/共11页
9.2.2 全球碳循环来自图 9-2 全 球 碳 循 环 模式（ Nakazawa 1997）
第4页/共11页
9.2.3 陆地生态系统 碳库
第5页/共11页
9.3 森林在全球碳循环中的作用
9.3.1 全球森林碳库及碳通量 表13-4
第8页/共11页
9.4 全球气候变化对森林生态系 统 的潜在影响。
9.4.1 热带森林 9.4.2 温带森林 9.4.3 寒温带森林
第9页/共11页
The End
西北农林科技大学林学院 2021年4月26日 第10页/共11页
全球变化与生物地球化学循环
全球变化与生物地球化学循环随着人类社会的快速发展，全球变化问题日益受到关注。
全球变化主要包括气候变化、大气污染和物种消失等方面的变化。
而生物地球化学循环是指物质在地球上的循环过程，包括碳循环、氮循环和磷循环等。
全球变化与生物地球化学循环之间存在着密切的关系。
本文将从全球变化的影响、生物地球化学循环的重要性以及二者之间的相互作用等方面进行探讨。
首先，全球变化对生物地球化学循环产生了显著影响。
气候变化是全球变化的关键要素之一，而碳循环是地球上最重要的循环之一。
气候变化导致了温度的升高和降水模式的改变，进而影响了植物的生长和分解速率。
植物通过光合作用吸收二氧化碳，将其转化为有机物，并释放氧气。
然而，温度升高会加快植物的光合作用速率，导致植物对二氧化碳的吸收和固定能力增强，从而促进碳循环。
与此同时，由于温室气体的排放导致温室效应加剧，全球气候变暖，使得冰川融化、海平面上升等现象频繁发生，对土壤碳储存和氮循环等生物地球化学循环过程产生直接影响。
其次，生物地球化学循环对于全球变化具有重要作用。
生物地球化学循环是地球生命系统的基础，维持着地球生态系统的稳定性。
其中，氮循环是生命体所需的营养元素，直接影响着植物的生长和动物的繁殖。
氮化合物的过量释放会导致水体和土壤的富营养化，造成藻类过度生长，对水质造成污染，形成"赤潮"等现象。
另外，碳循环是影响全球气候变化最重要的循环之一。
通过生物地球化学循环，二氧化碳被吸收和释放，在地球大气系统中维持着稳定的碳平衡。
植物通过光合作用吸收大量的二氧化碳，将其转化为有机物固定在植物体内，同时释放氧气。
这一过程对于减缓温室气体的排放，稳定地球气候具有重要的意义。
最后，全球变化与生物地球化学循环之间存在着密切的相互作用。
全球变化改变了地球的物质循环模式，从而进一步加剧了全球变化问题。
例如，温度升高导致海洋的水温上升，进而影响海洋生态系统中的生物地球化学循环。
海洋的温度升高会减缓大部分海洋生物的生长和代谢过程，从而影响二氧化碳的固定和氧的释放。
全球变化第二章全球变化的主要过程与驱动力概要
由于行星的摄动作用，黄赤交角发生周期性 的变化。现代黄赤交角是23°27′，在几百万年 内，黄赤交角的变化范围为21°39′～24°36′， 变化周期约40ka。这一变化被比喻为好像船的 左右摇摆。黄赤交角影响地球上不同纬度和不 同季节的气候差异程度的大小，黄赤交角越大， 冬季和夏季的差异越大。黄赤交角变化对极区 影响最大，若黄赤交角减小，极地地区变暖， 反之，极地地区更为寒冷。
地球绕太阳运转的轨道呈椭圆形，太阳位于椭圆轨 道的一个焦点上，轨道偏离正圆的程度就是地球轨道 的偏心率。偏心率以10万年变化于0.005～0.06之间， 同 时 还 存 在 40 万 年 的 周 期 变 化 。 目 前 的 偏 心 率 为 0.0167，地球分别处于近日点和远日点时，日照量的 差别为7%，偏心率愈大，差异愈大。
在无机环境中，碳主要以CO2或者碳酸盐和重碳酸盐的 形式存在。生态系统中的碳循环基本上是伴随着光合、呼 吸和分解过程进行的，在较长的时间尺度上，地质因素对 于碳循环也是重要的，因为贮存在沉积岩中的大量碳(煤、 石油和天然气等)是生态系统在过去年代中所固定的，它 们暂时退出了生物圈活跃的生物地球化学循环。自然界碳 的活动贮存库主要是海洋、大气和有机体。
二、固体地球系统与岩石圈循环过程
（一）板块运动过程 （二）陆上风化与侵蚀堆积过程 （三）海洋沉积过程
三、生态系统与生物地球化学循环过程
全球碳循环（IPCC，1996）
大气中及溶解在河流、湖泊和海洋等水体中的CO2，是 可供生物圈利用的主要无机碳源，陆上植物和海洋浮游植 物等有机物通过对CO2的光合作用而捕获太阳能为生物圈 提供能量，同时使得碳进入生物圈，并向大气提供氧气。
太阳活动是太阳表面上一切扰动现象的总称。主要包括：发 生在光球表面的黑子、光斑，发生在色球层的谱斑、耀斑，以及 日珥、日冕等。一般用黑子活动代表太阳活动，黑子越多，太阳 活动越强，其他太阳活动都和黑子活动呈同步变化，太阳常数的
碳循环与全球气候变暖研究综述
碳循环与全球气候变暖研究综述李镜尧*(华东师范大学资源与环境科学学院地理系，上海200062）摘要：九十年代以来，大量观测和研究表明全球气候逐渐变暖，并同时导致其他一系列的全球变化问题。
CO2作为主要的温室气体之一，越来越受到人们的重视，碳循环也成为了国际全球变化研究的重要主题。
笔者总结了当前国际上有关碳循环与全球气候变暖研究的主要内容和研究方法.主要包括：（1)人类活动对碳排放的影响;(2）森林生态系统的碳循环与管理；（3)河流碳循环对全球变化的影响；（4）土壤呼吸作用和全球碳循环。
在总结了碳循环与全球气候变化研究动态的同时,提出了今后研究中应该重视的问题。
关键词:碳循环；全球变化；人类活动0 引言气候变暖近年来一直是全球变化领域研究热点和国际环境谈判的焦点[1].IPCC第四次评估报告表明：1906～2005年，地表平均温度已经上升了0。
74℃［2]；世界气象组织评估认为，2010年为全球有记录以来最热年份，比1961～1990年间平均气温高了0。
53℃，中国2010年平均气温较常年偏高0.7℃，是1961年以来第十个最暖年，也是第十四个连续气温偏高年[3]。
全球气候变暖的主要原因有人为因素也有自然因素，虽然究竟哪类因素起主导作用任然存在争议，但这不属于本文讨论范围，笔者认为人类活动与温室效应的影响是导致气候变暖的主要原因.地球温室效应是由于人类在长期生产和生活叶，不断向大气层大量排放各种各样有害气体而造成的.在这些有害气体中，最主要的是二氧化碳。
此外，还有氟、氯化碳、臭氧、甲烷、氢氧化物、氯化物等40多种微量气体。
二氧化碳等有害气体不能吸收太阳短波辐射，而让太阳热辐射顺利通过大气层到达地而,而且它们能够吸收大部分地面长波辐射，而使地面辐射热无法散发到外层间去，像温室的作用一样,从而导致地面和低层大气温度逐渐升高［4］.这就是地球温室效应.因气温效应的气体称为温室效应气体。
人类活动通过化石燃料的燃烧以及将森林、草原转换成农业或其它低生物量的生态系统，将岩石、有机体以及土壤中的有机碳以CO2的形式释放到大气中从而增加大气中CO2的含量。
全球气候化背景下的陆地碳循环
结论
全球气候变暖趋势是真实的，但其上迭加有长周期（60－ 80年）和短周期（数年）的脉动。近年来呈现长周期负位 相与全球变暖趋势叠加的结果。即目前长周期的自然变化 转向下降期，是否可能会延续20年，需加强预测研究。长 周期和短周期脉动是气候系统内部变化的结果，尤其是海 洋的影响
为什么研究全球变暖?
(C)
1890
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
年
year
观测近百余年北半球（上图，Latif等，2009）和中国（下图，根据 龚道溢，王绍武，2009计算绘制）年平均气温距平变化（图中黑线是年 平均距平，红线是线性趋势，兰线是21年滑动平均）
1979-2003年全球年平均气温变化趋势
（IPCC，2001）
1800－2006年化石燃料燃烧排放的CO2 （蓝线）与1847－2008年大气CO2 浓度曲线 （红线），化石燃料燃烧每年排放300亿吨CO2，热带毁林和土地利用变化释放30－ 50吨CO2/年。 (NRC 报告,2010)
CO2 measurements
中国瓦里关山本底站、夏威夷MLO站、澳大利亚塔斯马尼亚岛CGO站 以及北极BRW站测量的CO2浓度变化
近百年气候变化归因的完整表述是：由自 然的气候波动和人类活动共同引起，但过去50 年观测到的大部分增暖“很可能”归因于人类活动 （IPCC第四次评估报告（2007）得到这个结论 的正确性有90％以上的信度）。
这是通过提供两个方面的证据实现的：（1） 温室气体自工业化时代以来（1750年）以后迅 速的增加；（2）根据气候模式进行的对过去 100年气候变化的模拟。
全球生态系统碳-氮-循环
富营养化
生态环境 变化系统
全Pg球C；的温流碳室量库单气储位量体：及P碳gC循y环r-1通量。碳库单位：
肥料
营养
农业食物 生产系统
全球氮循环
植被能源 生产系统
全球水循环与气候变化及水资源安全的关系
气候环境 变化系统
降水量及其 时空变异
水资源与 水环境
气候调节
水资源安全 水质量安全
水生态环境
水分条件
水生态环境
水分条件
农业食物 生产系统
现在全世界1/5之一的人口面临中度至高度缺水 状态；2025年，全世界将有2/3的人口生活在中 等或严重缺水的国家之中，中国人均用水量不
到发达国家的1/4
植被能源 生产系统
陆地生态系统碳-氮-水耦合循环与全球变化
全球变暖
全球碳循环
温室气体效应
对生态系 温室气体统的影响
温室效应
太阳短波辐射 地表吸收、增温
温室气体吸 收并反射地 表长波辐射
地表长大波辐射气系统成分变化
碳、氮交换通量
生态系统
• 开展我国陆地碳汇时空格局、增汇潜力和技术途径的综合研究是我国现阶段重大的科技需求； • 生态系统与大气之间的碳氮温室气体交换通量是揭示生态系统碳汇功能及其变异的重要指标
全球碳收评估的结论及其不确定性 Nhomakorabea1.0 Pg C y-1
+ 8.3Pg C y-1
4.3 Pg y-1
大气 46%
2.6 Pg y-1
陆地 28%
2.5 Pg y-1
海洋 26%
人类排放的CO2的去向
Le Quë rë et al. 2012 Global Carbon Project 2012
全球碳循环(中科院延晓东PPT)
Temperate East Asia
全球碳循环：《全球变化》第四章 Global Carbon Cycle: 《Global Change》Chapter 4 延晓冬 Yan Xiaodong
中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2003年4月
内容提要
1 2 3 4 5 6 7 8 9 温室效应与全球碳循环 missing carbon sink 陆地生态系统与全球碳循环 陆地生态系统与全球碳循环 海洋与全球碳循环 环境因素与碳循环 全球碳循环模型 《京都议定书》 中国的碳收支 未来全球碳循环展望
中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2003年4月
1 温室效应与全球碳循环：大气中CO2浓度上
升是地球变暖的主要原因
没有二氧化碳浓度上升
Regional Center
Temperate East Asia
全球碳循环：《全球变化》第四章 Global Carbon Cycle: 《Global Change》Chapter 4 延晓冬 Yan Xiaodong
主要参考文献： Houghton,J.T. et al. 2001. Climate Change 2001, The Scientific Basis, Cambridge.
方精云等 2000。全球生态学，高等教育出版社。
Regional Center
Temperate East Asia
全球碳循环：《全球变化》第四章 Global Carbon Cycle: 《Global Change》Chapter 4 延晓冬 Yan Xiaodong
中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2003年4月
温室效应与全球碳循环：CO2浓度上升的主要原 因－未来化石燃料燃烧和人类活动排放
地球化学中的碳循环与全球变化
地球化学中的碳循环与全球变化碳是生命中不可缺少的元素之一，它在地球上的循环过程被称为碳循环。
在碳循环中，碳通常以三种形式存在：二氧化碳、甲烷和生物有机体。
这三种形式的转化和循环直接影响着地球的气候和生态系统。
碳循环的过程可以概括为碳固定、碳蓄积、碳交换和碳释放四个环节。
碳固定是指将二氧化碳通过光合作用转化为植物有机物的过程，该过程在陆地和海洋上都有发生。
碳蓄积指的是碳在地球上的不同储存方式，如化石燃料、土壤有机质、海洋或湖泊沉积物等。
碳交换是指碳储存在不同储存体中的转移过程，如大气二氧化碳的吸收和排放、植物有机物的分解等。
碳释放是指各种储存体向大气中释放碳的过程。
碳循环与全球变化密切相关。
人类活动通过燃烧化石燃料、大规模砍伐森林、过度畜牧和大规模排放温室气体等活动，改变了地球上的碳循环过程。
导致了全球气候变化和生态系统变化，如海平面上升、气温上升和降水模式变化等。
碳固定是碳循环的重点和基础。
光合作用可以将二氧化碳转化为植物有机物，并在此过程中将光能转化为生物能。
植物有机物的转化可以通过呼吸作用、分解、火灾等过程释放二氧化碳。
因此，光合作用和植物有机物的转化是碳循环中的关键过程，这也是植物与气候变化相关的重要因素。
然而，由于过度的人类活动和气候变化，碳固定过程正在受到威胁。
全球变暖和极端气候事件的频繁发生，如干旱和洪涝灾害，已经对植物的生长和分布产生了显著影响。
同时，各种自然和人为的干扰因素，如土地利用变化、生物入侵、污染物等都会影响植物的生态效应和碳固定过程。
碳释放是碳循环的另一个关键环节。
因为碳在各种储存体中的含量和形式不同，导致了碳释放的形式也多种多样。
例如，化石燃料的燃烧是二氧化碳向大气中排放的主要来源。
另外，土壤有机碳的过度耕作和作物收割、森林的大规模砍伐，也会导致二氧化碳的释放。
此外，甲烷的释放也是全球变化的一个重要因素，尤其是森林和湿地。
为了应对全球变化和减缓碳排放，许多国家和地区都在采取行动。
《全球变化》课程教学大纲
《全球变化》课程教学大纲课程编码：12014007课程名称：全球变化英文名称：Global Change课程类型：专业核心课总学时：64讲课学时： 50 讨论：14学分数：4适用对象：地理科学、资源环境与城乡规划先修课程：自然地理学、人文地理学、经济地理学、自然资源学原理执笔人：陈永金审核人：张金萍一、课程性质、目的和任务全球变化是目前全人类对地球知识关注的焦点，它是一种新的地球观，以地球系统的概念为基础，从整体上研究地球系统在各个时间尺度上随时间的变化，集中研究那些把系统中所有部分紧密地联系在一起的、并导致系统发生变化的过程和机制。
人类活动导致的全球变化及人类对全球变化的适应受到特别的关注。
狭义理解的全球变化主要是指人类生存环境的恶化。
该课程阐述了地表自然环境在历经了漫长的演化过程后，随着人类的出现和人类文明的高度发展，受到的人类活动深刻影响。
阐明人类赖以生存的地表环境的自然演化过程、全球环境的控制因子（太阳辐射、大气、海洋、冰川等）的相互作用机理及其反馈机制、环境变化对人类社会已经或可能造成的影响和人类在发展过程中如何实现人类与自然协调相处等重大科学问题。
二、课程教学和教改基本要求通过课程的学习，使同学了解在全球尺度上的由于自然和人为原因造成的环境变化问题的实质以及人类如何应对全球环境变化问题，帮助学生从时间维认识地理环境的过程、区域特征的形成以及人地关系等问题，使学生建立起地理科学是时空耦合的综合科学的观念。
增强学生关注地球、关注环境和从整个地球系统认识环境变化的意识。
讲课过程中重视学生的参与，实行探究式学习课堂教学模式改革，重视理论与实践的结合，通过作业、报告等将知识技能转化成自身素质。
三、课程各章重点与难点第一章地球系统与全球变化一、本章重点：地球系统的构成全球变化研究内容二、本章难点：三、教学要求：掌握地球系统的概念与组成，理解全球变化的内涵以及全球变化研究内容，了解全球变化主要时空特征。
全球变化对陆地生态系统碳循环的影响及其机制分析
全球变化对陆地生态系统碳循环的影响及其机制分析随着工业化的快速发展和经济的繁荣，全球变化已经成为当今世界面临的重要挑战。
全球变化的根源是人类活动对自然生态系统的破坏，而陆地生态系统是地球生命支撑系统之一，其对全球碳循环的贡献至关重要。
本文将介绍全球变化对陆地生态系统碳循环的影响及其机制分析。
一、全球变化对陆地生态系统碳循环的影响（一）降水和气温变化众所周知，气候变化会导致全球气温变暖和降水变化，这些变化直接影响着陆地生态系统。
气候变暖导致陆地生态系统蒸散作用增加，植物呼吸作用也逐渐增强，因此碳排放量增加，从而导致二氧化碳浓度的增加。
同时，气温上升还导致土壤温度升高，矿化作用加速，有机碳的分解加快，这也会导致土壤二氧化碳排放。
（二）人类活动全球变化的另一大原因是人类的活动。
人类活动如林地砍伐、草原放牧、农业生产等，都会对陆地生态系统造成一定的影响，导致土壤有机碳分解和二氧化碳排放。
尤其是森林砍伐和土地利用变化，对碳循环影响最为明显。
（三）自然灾害自然灾害如火灾、洪水等也会对陆地生态系统造成重大影响。
灾害过后，枯萎植被逐渐分解，这会导致大量碳排放，同时也破坏了生态系统碳固定能力。
二、全球变化对陆地生态系统碳循环的机制分析（一）植被因子和土壤因子的协同作用相比于植被因子，土壤因子对生态系统碳吸收和排放扮演着更为重要的角色。
土壤中的有机碳含量越高，其对碳循环的贡献就越大。
同时，植被对土壤中的有机碳含量也会有很大的影响，一方面植物会通过根系将碳输送到土壤中，另一方面枯萎植被的分解也会导致碳排放。
因此，植被和土壤因素两者之间的协同作用对生态系统碳循环影响极大。
（二）人类活动影响下的碳循环在现代人类社会，人类活动对生态系统的影响主要表现在土地利用变化、林地砍伐、农业生产、使用化肥等方面。
特别是在农业生产中，过量的化肥使用会导致土壤有机碳的流失，这对生态系统的碳固定和排放都造成了负面影响。
另一方面，人类活动也可以通过生态修复等措施来达到良好的碳循环效果。
华东师范大学地理科学学院博士研究生招生目录-自然地理学
专业简介
10
2017
自然地理学(070501)
束炯
03气候变化与城市气候
04大气环境遥感
①1001英语②2058专业基础③3380综合测评
自然地理学专业采用申请考核入学方式招收博士研究生
专业简介
11
2017
自然地理学(070501)
刘敏
05城市环境与多界面过程
06环境地球化学与生态风险
①1001英语②2058综合考核③3380专业英语考核
专业简介
26
2015
自然地理学(070501)
郑祥民
07第四纪环境演变
08全球变化与环境
①1001英语②2058综合考核③3380专业英语考核
专业简介
27
2015
自然地理学(070501)
陈振楼
09城市水环境与水资源
10河口滨岸湿地生物地球化学
02纳米颗粒物的地球化学行为
①1001英语②2058专业基础③3380综合测评
该专业以申请考核方式招生。
专业简介
3
2018
自然地理学(070501)
王格慧
03大气环境化学
04环境分析化学
①1001英语②2058专业基础③3380综合测评
该专业以申请考核方式招生。
专业简介
4
2018
自然地理学(070501)
03气候变化与城市气候04大气环境遥感
①1001英②2058综合考核③3380专业英语考核
专业简介
30
2014
自然地理学(070501)
刘敏
05城市环境与多界面过程06环境地球化学与生态风险
生物碳循环与全球变化
生物碳循环与全球变化生物碳循环是地球生态系统中一个十分复杂的过程，它涉及到植物、动物、微生物等许多生物体之间的相互作用。
生物碳循环的关键是碳的转换与循环，而这种碳的转化和循环直接影响全球的大气环境、水文循环和地球气候。
随着全球气候变化问题的持续发展，生物碳循环对人类和地球变化的重要性越来越突出。
首先，我们需要理解生物碳循环中的一些基本概念和过程。
从一个概念上看，生物碳循环是指生物体（如植物、动物、微生物等）中的碳元素在不同环境下的转换与循环，包括生物体内的碳交换、生物体与相邻环境的速率不同、生物体的死亡和腐烂、碳长期存储在土壤等过程。
换句话说，生物碳循环是一种区域性和全球性的过程，它不仅发生在陆地和海洋生态系统中，也涉及到人类活动的影响。
在这个过程中，植物是最具有代表性生物体，因为它们可以吸收和转化二氧化碳（CO2）。
通过光合作用反应，植物补充自己的能量和营养，同时将大气中的CO2通过气孔吸入新鲜的空气，并在叶绿体内转化为一些复合有机物质。
植物的生长是一个长期的过程，其间在不同的生长阶段，它们所吸收的CO2、氮、磷等元素的形式和数量都会发生变化。
此外，由于植物长时间受到气象因素和土地管理等影响，它们的生长状况也会产生变化，这些因素都对生物碳循环产生了直接或间接的影响。
不论植物在何种条件下生长，当它们死亡或变老时，所释放的CO2又重新进入大气，并成为一个新的碳循环。
当生物体死亡，从植物、动物和微生物等生物体中释放的CO2组成了一个有机质层，这层有机质可以部分地改变土壤中的pH值，然后是其它生物利用，包括细菌、真菌和动物等。
这些生物体不仅将碳循环了，还将氧气、水分和空气有机地结合起来，把生态系统所需的有机物或营养物质保留下来。
如果这种循环过程受到破坏或受到过量的人为干扰，它对生态系统、生物多样性、土地使用和人类健康都会产生广泛而显著的影响。
例如，过度开垦和森林采伐等现象使得森林面积减少，因而减少了全球反应光合作用的可用表面积及二氧化碳固定能力。
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。
全球碳循环的变化及影响
全球碳循环及其变化和影响***(西北大学地质学系地质学基地班;2009110***)摘要全球碳循环研究是全球变化科学中的研究重点之一,尤其是随着近些年温室效应的加强及人类活动对碳循环的影响,全球碳循环体系中,已经发生了初步的变化,作为全球主要碳库的大气、海洋、陆地的作用也在发生变化，主要表现在：（1）陆地由最初的碳汇逐渐转变成现在的弱碳源；（2）大洋作为全球碳循环中最主要的碳汇的作用在减弱；（3）大气中的CO2明显增多，其成为了主要的碳汇。
这些变化对自然界的演化、对人类的生存、对环境等都有着严重的影响，为了了解这些变化产生的原因及减缓这些变化，我们有必要对全球碳循环作进一步的了解，本文将分别从草地、森林、海洋、气候等几个方面去探讨引起碳循环及其变化的原因，并对减缓碳循环变化提出几点看法及建议。
关键词碳库；碳循环；碳源；碳汇；气候变暖为了研究碳循环，我们首先要了解一下地球上的碳库。
在碳循环过程中，我们所计算的是碳参与的数量而不是二氧化碳的数量。
地球上总共约1017吨的碳，他们中的大部分都以化石燃料和石灰岩等碳酸盐岩石的形式存在。
碳、煤、石油和天然气等化石燃料含有4×1012吨的碳，他们大部分由植物的遗骸分解后形成。
甲烷水合物含有的碳为8×1012吨，它们主要存在于冰晶结构之中，分布于海底和部分的陆地沉积岩中。
岩石、化石燃料、和甲烷水合物组成了地质碳库。
大气中的碳库含量也达到了7300亿吨（受四季气候波动），主要是二氧化碳。
其实，地球上大部分的碳还是贮存在海洋中。
空气中的二氧化碳溶解于水后形成溶解的无机碳（DIC）。
另外，水中的微生物、植物和动物的身体组织里也含有碳。
它们所产生的废物及死后的遗骸等也含有碳并溶解于水，被称为溶解的有机碳（DOC）。
河水将无机碳和有机碳带入海洋，所以海洋中的碳库大约是3.8万亿吨。
此外，陆地上的碳库由土壤和有机物组成，其中土壤中的碳含量为1.5万亿吨（一部分是有机物死亡后分解产生的碳；另一部分是土壤颗粒间的空隙容量所吸收的大气中的二氧化碳），有机物所含的碳为5000亿吨，其中大部分来自于植物。
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。
碳循环与全球气候变化-2016
Rothman模式（two boxes, steady-state)
Rothman et al. (2003) in PNAS
Rothman的海洋碳循环模式
Rothman模式看重有机碳库作用，分为 无机碳和有机碳库两个碳库。当有机碳库>> 无机碳库时，就会出现在13Ccarb-D13C图上的 斜率为1的线性关系，即org不变化而carb漂
k1 + k2 k3 CO2 (g) CO2 (internal) R—COOH 各种有机化合物 k1 烷基 羧基 以上所述的第（1）个过程为k1+，这是一个扩散，可逆过程（逆向 为k1- ）。 以上所述的第（2）个过程为k2，这是一个不可逆过程，是酶的 固碳过程，即羧化反应的过程。 以上所述的第（3）个过程为k3。 同位素分馏主要发生在k1和k2过程， k3过程的同位素分馏较小。 与k1有关的分馏是大约 ±4‰， k1+是-4‰， k1-是+4‰。 k2过程涉 及到由无机物变为有机物，与k2有关的分馏为–17 ～ -40‰。
Houghton (2014) in The Contemporary Carbon Cycle
碳库的交换（表生环境）：
1) 大气/海洋CO2 （最主要的交换反应， 可逆过程） 2) 大气/陆上植物 (光合作用，不可逆过程） 3) 海洋生物的光合作用(它虽不是直接与大气 CO2作用，但最终对大气CO2的13C值有影 响，不可逆过程） 大气/海洋CO2 的交换量是最大的，然而因 为陆地生物和海洋生物的光合作用之和大于等于 大气/海洋CO2 的交换量，所以生物光合作用对 于地球表面碳库变化的影响也非常大。
水中无机碳的同位素组成由溶解的CO2形式决定
1） 二氧化碳的化学平衡： H2O + CO2 H2CO3 H2CO3 H+ + HCO3HCO3- H+ + CO32CaCO3 Ca2+ + CO322）pH值的影响： 海水：pH ~ 8.5，海水中的无机碳的 99%是以HCO3-形 态存在的。 淡水：pH 5 ~ 7，水中的无机碳主要为HCO3-和H2CO3， 通常河水比之海水的更富集轻碳。
12.碳循环与全球变化——【自然地理学】
议定书允许采取以下四种减排方式：
• 一、发达国家间可以进行排放额度买卖的“排放权交易”，即难以完成削 减任务的国家，可以花钱从超额完成任务的国家买进超出的额度。
• 二、以“净排放量”计算温室气体排放量，即从本国实际排放量中扣除森 林所吸收的二氧化碳的数量。
• 三、可以采用绿色开发机制，促使发达国家和发展中国家共同减排温室气 体。
新西兰、俄罗斯和乌克兰可将排放量稳定在1990年水平上。 允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排放量比1990年分别增加10％、8％和1％。
规定和执行：
• 《京都议定书》需要在占全球温室气体排放量55％以上的至少55个国家批 准，才能成为具有法律约束力的国际公约。中国于1998年5月签署并于2002 年8月核准了该议定书。欧盟及其成员国于2002年5月31日正式批准了《京 都议定书》。2004年11月5日，普京在《京都议定书》上签字。截至2005年 8月13日，全球已有142个国家和地区签署该议定书，其中包括30个工业化 国家，批准国家的人口数量占全世界总人口的80％。
碳循环的途径和机制：岩石圈-水圈
水中含有CO2 ， 溶解力大为提高： CO2+H2O=H2CO3=H-+HCO3-
H2CO3+CaCO3=Ca2++2HCO3反过来，海水中却能形成碳酸钙，然后沉积： Ca+++2(HCO3-)= CaCO3+H2O+CO2 岩石圈物质由河流带入海洋，其中CaCo3沉积速率为 0.11g/cm2.ka；
地壳元素丰度
F.W.克拉克等1924年估计地壳10km以上为95%岩浆岩、4%页岩、0.75%砂岩、 0.25%石灰岩；
岩浆岩的平均化学成分代表地壳的化学成分。采集世界各地5159个样品， 测试得出地壳岩浆岩的平均元素丰度。
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• 沉积岩中7.6×1023g (含有机化合物 1.56 ×
1022g，碳酸盐6.5×1022g)
• 全球近地表活动的碳源总量约40×1018g,可提
取的化石燃料含碳约4×1018g;
• 平衡状态下，海水含碳量是大气的56倍。
地球上的碳库
（×10亿吨）
沉积岩80,000,000 海洋水和有机体40,000 矿物燃料（石油、天然气和煤）4,000 土壤中的有机物1,500 大气825 陆地上的植物580
四、尊重各缔约方的可持续发展权；
五、加强国际合作，应对气候变化的措施不能成为
国际贸易的壁垒。
《京都议定书》规定
到2010年，所有发达国家二氧化碳等6种温室 气体的排放量，要比1990年减少5．2％。 各发达国家从2008年到2012年必须完成的削 减目标是：与1990年相比，欧盟削减8％、美 国削减7％、日本削减6％、加拿大削减6％、东 欧各国削减5％至8％。
温 室 气 体 增 加 与 全 球 变 化
温室气体与全球变化
温室气体 工业革命前 （1750） CO2 280ppm CH4 700ppb
1745ppb
N2O 270ppb
314ppb
目前（2009） 386ppm
CO2的温室作用
• 二氧化碳能阻挡长波辐射 • 形成温室效应的气体，除二氧化碳 外，还有其他气体。其中二氧化碳 约占75％（或64%）、氯氟代烷约 占15%～20％，甲烷约占19%、此外 还有一氧化氮等30多种。
——所谓化石燃料经济时代，人类不是在 创造财富，而是在坐享其成；患能源枯竭， 更患环境溃疡。
欣欣向荣？
全球气候变化的基本事实
380
370 360
379 ppmv
夏威夷Mauna Loa观象台 测量的大气CO2浓度变化
CO2
浓 度 (ppmv)
350 340 330 320
( updated from Keeling and Whorf, 2004 )
新西兰、俄罗斯和乌克兰可将排放量稳定在 1990年水平上。 允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排放量比1990 年分别增加10％、8％和1％。
规定和执行：
• 《京都议定书》需要在占全球温室气体排放量 55％以上的至少55个国家批准，才能成为具有 法律约束力的国际公约。中国于1998年5月签 署并于2002年8月核准了该议定书。欧盟及其 成员国于2002年5月31日正式批准了《京都议 定书》。2004年11月5日，普京在《京都议定 书》上签字。截至2005年8月13日，全球已有 142个国家和地区签署该议定书，其中包括30 个工业化国家，批准国家的人口数量占全世界总 人口的80％。
碳循环的途径和机制：岩石圈-水圈
水中含有CO2 ， 溶解力大为提高： CO2+H2O=H2CO3=H-+HCO3H2CO3+CaCO3=Ca2++2HCO3反过来，海水中却能形成碳酸钙，然后沉积： Ca+++2(HCO3-)= CaCO3+H2O+CO2 岩石圈物质由河流带入海洋，其中CaCo3沉积速率为 0.11g/cm2.ka； 海洋生物的骨骼（主要为CaCo3）沉积速率为 1.3g/cm2.ka；
地壳元素丰度
F.W.克拉克等1924年估计地壳10km以上为95%岩 浆岩、4%页岩、0.75%砂岩、0.25%石灰岩； 岩浆岩的平均化学成分代表地壳的化学成分。 采集世界各地5159个样品，测试得出地壳岩浆岩 的平均元素丰度。
氧硅铝铁钙钠钾镁（养闺女贴给哪家美？）
全球碳分布
• 碳总量：1023g (占地球质量5976×1024g的
0.03
0.000001 100
0.05
100
碳循环的创新途径：岩石圈-大气圈
人类将地球数亿年间形成的碳，在
短短百年间挖掘释放于大气圈，致 使CO2猛增，导致全球变暖。
地球数亿年积累的财富，一朝散尽
• • • • • 煤：9090亿吨，可开采200年 石油：1211亿吨，可开采40年 天然气：119亿方，可开采60年 年排放CO264亿吨 大气中年积累3.2Gt,其余莫知所终
人类应对排放举措
• 1992联合国气候变化公约框架
UNFCCC
• 1997东京议定书Kyoto Protocol
• 2007巴厘路线图Bali Roadmap • 2009哥本哈根会议
《联合国气候变化框架公约》目标
一、“共同而区别”的原则，要求发达国家应率
先采取措施，应对气候变化； 二、要考虑发展中国家的具体需要和国情； 三、各缔约国方应当采取必要措施，预测、防止 和减少引起气候变化的因素；
海洋与大气之间的CO2的交换量更大，
大气中CO2的平均滞留时间为5年，交换
只发生在大洋表面， CO2在大洋表面的
平均滞留时间约11年，但在整个大洋 中的循环大约为350年
干结空气的成分（%）
成分 N2 按容积 78.09 按质量 75.52
O2
Ar
20.95
0.93
23.15
1.28
CO2
O3 干结空气
310
1960
1970
1980
1990
2000 年
2003年5月已达到379ppmv (百万分之一体积)。过去10年中大气CO2 浓度以1.8ppmv/年 的速率增长，而过去50年平均仅为1ppmv/年。
？
• IPCC评估显示，过去一个世纪气温升
0.6-1.0oC
• 人类正在为祸于地球？
• 人类到底是智慧生物还是愚蠢生物？
美国与京都议定书
• 美国人口仅占全球人口的3％至4％，而排放的 二氧化碳却占全球排放量的25％以上，为全球 温室气体排放量最大的国家。美国曾于1998年 签署了《京都议定书》。但2001年3月，布什 政府以“减少温室气体排放将会借口，宣布拒绝批准《京都议定 书》。
碳循环的途径和机制：岩石圈-生物圈
光合作用(无机变有机)： 6CO2+12H2O—C6H12O6+6H2O+6O2
但大部分通过呼吸和分解归还大气，而机体被埋 藏，所谓固碳作用。
如平均每人一昼夜呼出的CO2是1.3kg（费 尔斯曼）。 陆地植被的净初级生产力： 60×1015gC/a
碳循环的途径和机制：海洋-大气圈