13．3 碳循环.pptVIP

13 生态系统的物质循环 13．1 物质循环的一般特征 能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大基本功能。 物质循环和能量流动总是肩并肩地相伴而发生的。 生物固定的日光能量流过生态系统通常只有一次，并且逐渐地以热的形式耗散，而物质在生态系统的生物成员中能被反复地利用。 能量一旦转化为热，它就不能再被有机体用于作功或作为合成生物量的燃料了。热耗散到大气中以后就不能再循环。营养物则与太阳辐射的能量不同，其供应则不是不改变的。分解者系统在营养物循环中是起主要作用的。 对生物元素循环研究通常从两个尺度上进行，即全球循环和局域循环。全球循环，即全球生物地球化学循环(global biogeochemical cycles) ，代表了各种生态系统局域事件的总和。 生态系统物质循环分室模型的两个基本概念就是库和流通率，至于分室的多少，可以随着研究者的目的而设置。营养物可以通过气候的、地质的和生物的种种过程而彼此联系。全球生物地球化学循环是从全球尺度对物质循环的大尺度研究，它对于深入分析人类活动对全球气候变化的影响有十分重要的意义，特别是全球碳循环尤为如此。 全球生物地球化学循环分为三大类型，即水循环、气体型循环和沉积型循环。 13．2全球水循环 水也是地质侵蚀的动因，一个地方侵蚀，另一个地方沉积，都要通过水循环。 海洋是水的主要来源，太阳辐射使水蒸发并进入大气，风推动大气中水蒸气的移动和分布，并以降水形式落到海洋和大陆。大陆上的水可能暂时地储存于土壤、湖泊、河流和冰川中，或者通过蒸发、蒸腾进入大气，或以液态经过河流和地下水最后返回海洋。 全球水循环中，地球表面的总水量大约为1.4×109km3，其中大约有97%包含在海洋库中。 大气中水蒸气含量相当于平均有2.5cm水平均匀地覆盖在地球表面上，而每年进入大气或从大气输出的水流通率相当于每年65cm的覆盖厚度。水在大气中的平均滞留时间大约为0.04年（2.5/65），即大约两周。 水在地球表面的滞留时间同样是大气的万倍，即大约是2800年。 森林砍伐、农业活动、湿地开发、河流改道、建坝，以及影响局域蒸发、蒸腾和降水的种种活动，都可能改变全球的和局域的水循环。 13．3碳循环 碳循环研究的重要意义在于：①碳是构成生物有机体的最重要元素。生态系统碳循环研究成了系统能量流动的核心问题；②人类活动通过化石燃料的大规模使用，从而造成对于碳循环的重大影响，可能是当代气候变化的重要原因。 碳循环包括的主要过程是：①生物的同化过程和异化过程，主要是光合作用和呼吸作用；②大气和海洋之间的二氧化碳交换；③碳酸盐的沉淀作用。 全球碳循环：碳库主要包括大气中的二氧化碳、海洋中的无机碳和生物机体中的有机碳。最大的碳库是海洋（38000×1015gC）,它大约是大气（750×1015gC）中的56倍，而陆地植物的含碳量略低于大气（560×1015gC）。碳在大气中的平均滞留时间大约是5年。 大气中的二氧化碳含量是有变化的。大气二氧化碳含量除了有长期上升趋势外，还显示有规律的季节变化：夏季下降，冬季上升。 释放二氧化碳的库称为源，吸收二氧化碳的库称为汇。 全球碳循环收支：人类活动向大气净释放碳大约为6.9×1015gC/a。其中使用化石燃料释放6.0×1015gC/a，陆地植被破坏释放0.9×1015gC/a。由于人类活动释放的二氧化碳中，导致大气二氧化碳含量上升的为3.2×1015 gC/a，被海洋吸收的为2.0×1015 gC/a，未知去处的汇达到1.7×1015 gC/a。这样，人类活动释放的二氧化碳有大约25%的全球碳流的汇是科学尚未研究清楚的，这就是著名的失汇现象，它已经成为当今生态系统生态学研究中最令人感兴趣的热点问题之一。 为了维持当今全球碳平衡，其焦点不是各个库的碳贮存总量，而是每年碳的去处和动态问题。海洋是最大的碳库，但是它与大气的碳交换主要发生在海洋表面，而海洋表层与深层水之间的碳交换是很缓慢的。陆地植被作为二氧化碳汇的意义。如果说大气二氧化碳增高像“肥料”一样能够提高陆地植物的生产量，并且其速度足够快，也许全球碳循环的失汇现象可能从这里找到答案。 他们把生态系统的碳收入和碳支出的差值定义为生态系统的净生产量，那么NEP若为正值，则表明生态系统是CO2的汇，相反，则表明生态系统是一个CO2的源。 ⑴不考虑人类活动的作用，仅考虑与生物圈有关的自然因素。 ⑵考虑化石燃料的燃烧和生产以及生物质燃烧等人为因素。 在仅考虑中国植被生态系统的CO2收支平衡时，中国陆地生态系统起着一个大气CO2汇的作用。如果考虑人为影响等因素，中国陆地生态系统则起着CO2源的作用。 13．4 氮循环 全球氮循环。大气是最大的氮库（3.9×1021gN），土壤和陆地