土壤碳循環(huán)在全球碳循環(huán)中的地位與作用（課堂PPT）

1、1土壤碳循環(huán)在全球碳循環(huán)中的地位與作用土壤碳循環(huán)在全球碳循環(huán)中的地位與作用-梁健彬梁健彬 梁小燕梁小燕 宋冬菊宋冬菊 黃健聰黃健聰徐嘉欣徐嘉欣 潘嘉敏潘嘉敏21.全球碳循環(huán)1.1全球碳循環(huán)31.2全球碳循環(huán)模式示意圖自然界碳循環(huán)的基本過程如下：大氣中的二氧化碳（CO2）被陸地和海洋中的植物吸收,然后通過生物或地質過程以及人類活動，又以二氧化碳的形式返回大氣中。41.3全球碳循環(huán)主要源和匯52.土壤碳2.1土壤碳的分布及含量土壤碳的分布及含量一些主要的熱帶土壤 ,如變性土、鐵鋁土和淋溶土上層 1m 內的有機碳含量 ,分別占2 m 深度范圍總有機碳量的53 % 、69 %和 82 % 。各類土壤中

2、有機碳和無機碳含量比較62.2土壤有機碳穩(wěn)定性分類土壤有機碳穩(wěn)定性分類根據土壤有機碳的穩(wěn)定性，我們把它分為三類：快，慢和頑固?！翱臁钡姆€(wěn)定性最差，碳循環(huán)的速度最快，一般不到一年的時間，參與這類循環(huán)的主要有部分分解有機物和微生物。“慢”的循環(huán)速度處于中間，一般需要10到100年的時間，參與這部分循環(huán)的主要有腐殖質?！邦B固”循環(huán)的時間最慢，一般需要幾千年或以上，參與這部分循環(huán)的主要是木炭，它可以在土壤中停留非常長的一段時間。73.1土壤碳的儲存A.植物及其根系的凋落，通過同化作用使碳儲存在土壤有機碳中；B.土壤吸收大氣中的CO2，主要有兩種形式：3.土壤中碳循環(huán)過程土壤中碳循環(huán)過程a、土壤地球化學

3、系統對CO2的吸收（高pH值、富鈣化地球化學環(huán)境下，SOCCO2HCO3；干旱、半干旱地區(qū)堿性、富鈣化地球化學環(huán)境下，SOCCO2HCO3CaCO3）；b、土壤有機碳積累，即土壤碳飽和容量的實現。8A.土壤有機碳中的部分分解有機物和土壤微生物在短時間內通過分解作用釋放出CO2；B.土壤中的腐殖質經過10到100年得時間分解釋放出CO2；C.土壤中的木炭經過上千年的時間被侵蝕溶解，釋放出CO2；D.以上三個過程釋放出的CO2將會通過土壤的呼吸作用釋放到大氣中。E.在濕潤氣候條件下，通過土壤水系統的移動以DOC形式和HCO3形式向海洋沉積系統遷移；在干旱、半干旱條件下沉淀成為土壤無機碳酸鹽（SIC

4、）；F.植物根系生長過程中吸收土壤中的碳。3.2土壤碳的輸出93.3土壤碳循環(huán)途徑圖解在干或濕環(huán)境下沉積的各種地上及地下掉落物，通過三種途徑參與土壤碳循環(huán)：a、直接成礦；b、植物根系的腐殖質通過腐殖化作用成礦（這個過程比上一個成礦過程要緩慢得多）；上述兩個過程形成的礦物釋放出的CO2，通過土壤的呼吸作用釋放到大氣中；c、在厭氧環(huán)境中通過分解作用釋放出CH4，排放到大氣中。植物的根系呼吸釋放的CO2，也屬于土壤碳循環(huán)的一部分。通過淋溶侵蝕作用，碳被固定在土壤中。植物吸收土壤中的碳，通過呼吸作用釋放CO2到大氣中。另外，森林火災也能把土壤中的碳帶到大氣中去。104.土壤碳循環(huán)在全球碳循環(huán)中與各圈土

5、壤碳循環(huán)在全球碳循環(huán)中與各圈層聯系及其地位層聯系及其地位4.1土壤碳循環(huán)與大氣圈4.2土壤碳循環(huán)與生物圈4.3土壤碳循環(huán)與水圈4.4土壤碳循環(huán)與巖石圈4.5土壤碳循環(huán)與人類圈 土壤是陸地表層系統參與全球碳循環(huán)和影響全球變土壤是陸地表層系統參與全球碳循環(huán)和影響全球變化的主要碳儲庫，土壤有機碳問題在全球變化研究中化的主要碳儲庫，土壤有機碳問題在全球變化研究中具有重要戰(zhàn)略意義。具有重要戰(zhàn)略意義。 4.6土壤碳循環(huán)在全球碳循環(huán)中的地位和意義土壤碳循環(huán)在全球碳循環(huán)中的地位和意義11 a.土壤活性有機碳是微生物生長的速效基質，其含量高低直接影響土壤微生物的活性。從而影響溫室氣體的排放。例如，土壤甲烷細菌、

6、甲氧化菌、氨化細菌、硝化、反硝化細菌的迅速生長直接影響CO、CH4、N2O的產生、排放。 b.土壤呼吸是全球碳循環(huán)中重要的流通途徑,土壤呼吸的變化將顯著影響大氣CO2的濃度。控制土壤呼吸將能有效緩和大氣CO2的升高和溫室效應。4.1土壤碳循環(huán)與大氣圈由上圖可以看出,土壤呼吸即使發(fā)生較小的變化也會等于或超過由于土地利用改變和(或)化石燃料燃燒而進人大氣的CO2年輸入量。所以土壤呼吸的變化能顯著地減緩或加劇大氣中CO2的增加,進而影響氣候變化。124.2土壤碳循環(huán)與生物圈a.植物通過光合作用吸收和固定大氣中的碳素,通過根系吸收土壤中的養(yǎng)分,動物通過生物鏈把碳素從植物身上吸收，這時碳素進入生物圈成為

7、植物生命活動的基礎。b.植物以凋落物形式和動物尸體分解每年向土壤歸還大量的養(yǎng)分和有機質。凋落物和枯枝落葉層不但是土壤碳的主要來源,而且覆蓋地表,有效地阻滯土壤碳流失。兩個過程構成了土壤圈與生物兩個過程構成了土壤圈與生物圈之間的圈之間的碳碳素循環(huán)。素循環(huán)。134.3土壤碳循環(huán)與水圈（土壤溶液）a.陸地表面的巖石、 土壤與生物等經過各種自然營力,產生大量的有機與無機碳,以及河流自生的有機碳, 經由河流進入海洋。大量土壤有機質被淋溶、 沖刷進入河湖、 匯入海洋,工業(yè)廢物排放、 富營養(yǎng)化和酸雨等現代環(huán)境問題都會影響河流碳通量, 并且在很大程度上是加強了河流碳通量,使得淡水和近海成為附加的碳匯b.土壤可

8、溶性有機碳對污染物起著遷移載體的作用，是促進許多污染物向地表水體或地下水體遷移的重要因素。在含水多孔介質和地下含水層中，對重金屬淋溶的促進作用尤其明顯。c.碳可以轉換為有機碳和無機的碳酸鹽類(CaCO3),沉積在巖層中,而海洋中的海水化學性質,酸堿值和堿度則控制著海底碳酸鹽類的埋積與溶解。144.4土壤碳循環(huán)與巖石圈（土壤礦物）a.在巖石圈中，全球碳酸鹽巖分布面積2200萬km，約占陸地面積的15%，土壤層是比較關鍵和特殊的環(huán)節(jié),土壤庫中CO2含量的高低直接影響表層巖溶帶巖溶作用的發(fā)生。b.非晶質礦物對碳的固定影響營養(yǎng)元素的可利用性以及表層土中易變土壤底質的分解,從而直接影響土壤 植被碳循環(huán)。

9、在景觀以及長時間尺度上 ,土壤有機質的數量與更新的最大變化可歸因于土壤深部惰性碳的變化,而惰性碳庫受土壤礦物控制。土壤礦物作為氣候、 母質以及土壤發(fā)育階段的函數而變化,是可預測的 ,因此 ,對礦物如何影響土壤碳動態(tài)的研究可大大提高我們對土壤在全球碳循環(huán)中作用的理解。154.5土壤碳循環(huán)與人類圈a.土壤碳循環(huán)研究是確定陸地生態(tài)系統對全球變化響應時間、方式及規(guī)模的有效方法 ,是認識農、林生態(tài)系統生產潛力的重要手段。b.人類活動引起的碳循環(huán)紊亂導致大氣中CO2濃度的日趨升高,也引起了世界各國對潛在的全球變暖的關注,也許更嚴重的是引起我們對全球變暖和CO2從陸地碳庫特別是土壤中進一步釋放出來之間的可能

10、的正反饋效應的擔憂。c.日益加強的土地利用加速了土壤的碳呼吸,動植物殘體和有機質分解增強, 土壤貯存的碳大幅度減少, 通過水土、 大氣輸出而成為重要的碳源。164.6土壤碳循環(huán)在全球碳循環(huán)中的地位和意義a.土壤有機碳儲量大。研究者估算陸地土壤碳儲量約為1200-2500Pg，是大氣碳庫2倍，陸地生物量2-3倍。b.土壤碳庫活躍度大。有學者研究認為土壤有機碳庫變化0.1%將導致大氣圈二氧化碳濃度1mg/L（毫克/升）的變化，全球土壤有機碳10%轉化為二氧化碳，其數量將超過30年來人類二氧化碳總量排放。c.土壤固碳潛力大。研究表明，土壤存在巨大碳容量和天然固碳作用是減緩碳釋放可選擇的最為經濟有效途徑之一?？梢哉f，土壤碳庫是地球系統處于活躍狀態(tài)的最大碳匯，也是溫室氣體的主要碳源。175.總結 土壤碳循環(huán)在全球碳循環(huán)中擔當主要角色，其與地球上各圈層的聯系也密不可分，與其他圈層的碳循環(huán)過程構成一個有機統一的整體，共同形成全球碳循環(huán)的復雜模式。 由于土壤有機碳貯量的巨大庫容，其較小幅度的變化就可能影響到碳向大氣的排放，以溫室效應影響全球氣候變化