全球气候变化对土壤碳循环的影响

土壤碳循环在全球碳循环中与各圈层 联系及其地位
1土壤碳循环与大气圈
a.土壤活性有机碳是微生物
生长的速效基质，其含量高 低直接影响土壤微生物的活 性。从而影响温室气体的排 放。例如，土壤甲烷细菌、 甲氧化菌、氨化细菌、硝化、 反硝化细菌的迅速生长直接 影响CO、CH4、N2O的产 生、排放。 重要的流通途径,土壤呼吸 的变化将显著影响大气CO2 的浓度。控制土壤呼吸将能 有效缓和大气CO2的升高和 温室效应。
全球气候变化对土壤碳循环的影响
--戴健鹏
全球碳循环
全球碳循环
全球碳循环模式示意图
自然界碳循环的基本过程如下：大气中的二氧化 碳（CO2）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。
土壤碳与气候变化
大气二氧化碳浓度的增加导致全球变暖，同时，气候变化在两 个方面影响土壤碳蓄积过程：一是温度，降水变化影响植物生产速 率和凋落速率。二是气候变化影响微生物活性，从而改变土壤有机 碳的分解速率。
总结
土壤碳循环在全球碳循环中担
当主要角色，其与地球上各圈 层的联系也密不可分，与其他 圈层的碳循环过程构成一个有 机统一的整体，共同形成全球 碳循环的复杂模式。 容，其较小幅度的变化就可能 影响到碳向大气的排放，以温 室效应影响全球气候变化，同 时也影响到陆地植被的养分供 应，进而对陆地生态系统的分 布、组成、结构和功能产生深 刻影响。
全球变暖会加速有机质的分解导致土壤通过呼吸作用向大气中 释放的二氧化碳增加；反过来，大气二氧化碳的增加又进一步加剧 全球增温，加速土壤由碳汇向碳源的转化。
土壤中碳循环过程
1土壤碳的储存
A.植物及其根系的凋落，通过同化作用使碳储存在土壤有机碳中； B.土壤吸收大气中的CO2，主要有两种形式：
a、土壤地球化学系统对CO2的吸收（高pH值、富钙化地球化学环境下， SOC—CO2—HCO3—；干旱、半干旱地区碱性、富钙化地球化学环境下， SOC—CO2—HCO3——CaCO3）； b、土壤有机碳积累，即土壤碳饱和容量的实现。
5土壤碳循环与人类圈
a.土壤碳循环研究是确定陆地生态系统对全球变化响应时间、 方式及规模的有效方法 ,是认识农、林生态系统生产潜力的重 要手段。 b.人类活动引起的碳循环紊乱导致大气中CO2浓度的日趋升高, 也引起了世界各国对潜在的全球变暖的关注,也许更严重的是 引起我们对全球变暖和CO2从陆地碳库特别是土壤中进一步释 放出来之间的可能的正反馈效应的担忧。 c.日益加强的土地利用加速了土壤的碳呼吸,动植物残体和有机 质分解增强, 土壤贮存的碳大幅度减少, 通过水土、 大气输出 而成为重要的碳源。
b.土壤可溶性有机碳对污染物起着迁移载体的作用，是促进许多 污染物向地表水体或地下水体迁移的重要因素。在含水多孔介 质和地下含水层中，对重金属淋溶的促进作用尤其明显。 c.碳可以转换为有机碳和无机的碳酸盐类(CaCO3),沉积在岩层中, 而海洋中的海水化学性质,酸碱值和碱度则控制著海底碳酸盐类 的埋积与溶解。
由上图可以看出,土壤呼吸即使发生 较小的变化也会等于或超过由于土地 利用改变和(或)化石燃料燃烧而进人 大气的CO2年输入量。所以土壤呼 吸的变化能显著地减缓或加剧大气中 CO2的增加,进而影响气候变化。
b.土壤呼吸是全球碳循环中
2土壤碳循环与生物圈
a.植物通过光合作用吸收和 固定大气中的碳素,通过根 系吸收土壤中的养分,动物 通过生物链把碳素从植物 身上吸收，这时碳素进入 生物圈成为植物生命活动 的基础。
由于土壤有机碳贮量的巨大库
因而研究土壤碳循环对于气候
变暖，农业土地利用，水体污 染，生态平衡等问题具有重要 的战略意义。
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4土壤碳循环与岩石圈（土壤矿物）
a.在岩石圈中，全球碳酸盐岩分 布面积2200万km，约占陆地面积 的15%，土壤层是比较关键和特 殊的环节,土壤库中CO2含量的高 低直接影响表层岩溶带岩溶作用 的发生。
b.非晶质矿物对碳的固定影响营养元素的可利用性以及表层土 中易变土壤底质的分解,从而直接影响土壤 — 植被碳循环。在 景观以及长时间尺度上 ,土壤有机质的数量与更新的最大变化 可归因于土壤深部惰性碳的变化,而惰性碳库受土壤矿物控制。 土壤矿物作为气候、 母质以及土壤发育阶段的函数而变化,是 可预测的 ,因此 ,对矿物如何影响土壤碳动态的研究可大大提 高我们对土壤在全球碳循环中作用的理解。
6土壤碳循环在全球碳循环中的地位和意义 a.土壤有机碳储量大。研究者估算陆地土壤碳储量约为12002500Pg，是大气碳库2倍，陆地生物量2-3倍。 b.土壤碳库活跃度大。有学者研究认为土壤有机碳库变化 0.1%将导致大气圈二氧化碳浓度1mg/L（毫克/升）的变化， 全球土壤有机碳10%转化为二氧化碳，其数量将超过30年来 人类二氧化碳总量排放。 c.土壤固碳潜力大。研究表明，土壤存在巨大碳容量和天然 固碳作用是减缓碳释放可选择的最为经济有效途径之一。可 以说，土壤碳库是地球系统处于活跃状态的最大碳汇，也是 温室气体的主要碳源。
3土壤碳循环途径图解
在干或湿环境下沉积的各种地 上及地下掉落物，通过三种途 径参与土壤碳循环： a、直接成矿； b、植物根系的腐殖质通过腐殖 化作用成矿（这个过程比上一 个成矿过程要缓慢得多）；上 述两个过程形成的矿物释放出 的CO2，通过土壤的呼吸作用释 放到大气中； c、在厌氧环境中通过分解作用 释放出CH4，排放到大气中。 植物的根系呼吸释放的CO2，也 属于土壤碳循环的一部分。 通过淋溶侵蚀作用，碳被固定 在土壤中。 植物吸收土壤中的碳，通过呼 吸作用释放CO2到大气中。 另外，森林火灾也能把土壤中 的碳带到大气中去。
b.植物以凋落物形式和动物尸体分解每年向土壤归还大量的养分 和有机质。凋落物和枯枝落叶层不但是土壤碳的主要来源,而且 覆盖地表,有效地阻滞土壤碳流失。
两个过程构成了土壤圈与生物 圈之间的碳素循环。
3土壤碳wk.baidu.com环与水圈（土壤溶液）
a.陆地表面的岩石、 土壤与生物等经过 各种自然营力,产生大量的有机与无机碳, 以及河流自生的有机碳, 经由河流进入海 洋。大量土壤有机质被淋溶、 冲刷进入 河湖、 汇入海洋,工业废物排放、 富营 养化和酸雨等现代环境问题都会影响河 流碳通量, 并且在很大程度上是加强了河 流碳通量,使得淡水和近海成为附加的碳 汇