光合作用是土壤碳循环中重要的碳同化途径。光 合作用产生的有机物质主要是碳水化合物，它是土壤 有机碳的最初来源。
光合作用强度直接受植物生物学特性和气候条件 的影响。
三、土壤呼吸作用
土壤呼吸作用是指土壤产生并向大气释 放二氧化碳的过程，主要由土壤微生物(异养 呼吸)和根系(自养呼吸)产生。除植被冠层光 合作用，土壤呼吸作用是陆地生态系统碳收 支中最大的通量。
研究土壤呼吸作用引起的土壤CO2通量变化必须特别注意 土壤表层附近的不稳定碳库的变化。人为扰动或全球变暖引起 的土壤CO2通量释放的增加主要源于具有最短更新时间的不稳 定碳库。如温带森林土壤的CO2年生产量中有83%是仅为15cm 的表层土壤提供的。
四、土壤碳的固定
土壤碳的固定：光合作用固定的碳大于呼吸 作用消耗的碳。
➢土壤碳库估计中不确定性还与土壤实测调查数据 不充分有关。
➢控制土壤碳储量的主导因子多，包括气候（温度 和水汽）、植物类型、母岩（黏土含量和土壤排水 层）等，而温度、水汽和颗粒大小在土壤剖面的不 同深度变化极大。
图 中国土壤有机碳密度（0-100cm）分布
二、土壤光合作用
光合作用（Photosynthesis）是绿色植物吸收 光能 ，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为 有机物，并释放出氧气的过程。
木质素、树脂和某些芳香族化合 几个月到几年 物
纤维、脂肪
几天到几个月
氨基酸、简单糖类和低分子脂肪 几小时到几天 酸等
➢不同土壤层中有机碳的的平均停留期受土壤有机质的 性质和数量、腐殖质的特性以及环境条件等影响，一 般为100~3000年。
➢地质大循环的土壤碳周转时间可达几百万年甚至几亿 年，远远长于大气碳库和陆地植被碳库，可见土壤碳 库在生物地球化学循环中周转速度最慢。
第十章 土壤元素的生物 地球化学循环
土壤中化学元素以能 量为驱动力，沿土壤生物-大气进行物质循 环传递的过程称为土 壤元素的生物地球化 学循环。
第一节 土壤碳的生物地球化学循环
一个碳原子的旅程
据Garrels等（1975)计算： •在大气圈中停留4年； •在生物圈中停留11年； •在海洋上层水域停留385年； •在深海中停留10万年； •在地壳中停留3.42×108
五、土壤碳酸盐转化与平衡过程
土壤无机碳主要以碳酸盐的形式存在，且 主要分布于半干旱地区的干旱土、始成土、淋 溶土和新成土中。全球土壤碳酸盐碳库含量为 780~930Pg。
关于无机碳在土壤碳循环中转化与平衡过 程的研究较少。已明确的土壤碳酸盐转化和平 衡过程主要涉及成土过程中碳酸盐参与下的淋 溶和淀积过程。
（三）土壤碳循环对环境的影响
➢泥炭土、沼泽土和水稻土中逸出的CH4是大 气中CH4的主要来源之一。 ➢泥炭地、热带雨林的开垦，显著增加土壤 中CO2的净逸出量，增加大气中CO2的浓度。 ➢大气中CH4和CO2量的增加会通过温室效应 使气候变暖。
（四）当前土壤碳循环研究存在的问题
➢土壤碳循环仍然是陆地碳循环研究中最薄弱的环 节，尤其是对土壤有机碳动态变化的了解更少，对 全球土壤碳库的估计差异也很大。
一、土壤碳循环
（一）土壤碳库在生物地球化学循环中的周转
大气 712×1012kg
呼
吸 56×1012
作 用
kg/年
光 合 110×1012 作 kg/年 用
陆地生命体 830×1012kg
55×1012kg/年 矿化作用
4×1012kg/年 矿化作用
55×1012 kg/年
凋落物 60×1012kg
➢土壤在碳循环过程中充当“储存库（汇）”的功能， 土壤有机碳分解和积累速率的变化直接影响到全球的 碳平衡。
➢土壤碳库储存对减缓大气CO2浓度上升具有重要意义。
（二）土壤碳循环对土壤氮、硫、磷循环的影响
➢土壤碳循环是土壤氮、硫、磷循环的驱Байду номын сангаас 因子，只有在适宜于土壤有机碳积累的条件 下，才会有有机氮、硫、磷含量的增多。 ➢土壤有机碳的矿化伴随着有机氮和碳键硫 的矿化。
腐
殖
56×1012
化
kg/年
作
用
土壤 2500×1012kg
图10-1 土壤碳生物地球化学循环概图
土壤碳库在生物地球化学循环中的周转速度与土壤有 机质的平均停留期有着密切的关系。
生物学 稳定性
分解最慢组 分
分解较慢组 分
不溶性物质 组分
易分解组分
数量 最多
最少
组成
停留期
胡敏酸、蜡和某些稳定的环状结 几年到几千年 构化合物
➢土壤呼吸由3个生物学过程（植物根呼吸、 土壤微生物呼吸机土壤动物呼吸）和1个非生 物学过程（含碳物质的化学氧化作用）组成。
➢土壤呼吸作用释放的CO2中30~50%来自根 系的活动或自养呼吸作用，其余部分主要来 源于土壤微生物对有机质和凋落物的分解作 用，即异氧呼吸作用。
土壤呼吸作用通 常通过直接测定 从土壤表面释放 的CO2量来确定。 测定方法有：静 态气室法、密闭 或敞开系统的动 态气室法、CO2 浓度梯度法和微 气象法。
六、土壤碳循环与全球气候变化
（一）土壤碳循环与大气CO2浓度
（二）土壤碳循环与大气CH4浓度
土壤固碳能力与土壤中稳定组分的含量密切相关， 只有那些能够在土壤中保存很长时间的有机质，才具 有固碳意义。
研究土壤有机质的稳定性在土壤固碳的相关研究 中非常重要。土壤有机质稳定性的研究包括：
①土壤有机质周转速率的测定； ②影响土壤有机质稳定性的因素； ③土壤微生物。
提高土壤固碳能力和潜力，要从碳库和碳流 两方面考虑： ➢从碳库方面看，关键在于提高土壤的最大 碳储量和碳累积速率； ➢从碳流方面看，关键在于增加碳库输入速 率，降低输出速率，延长碳在土壤中的保留 时间。
（黄看看等，2008）
影响土壤呼吸作用的直接因素是土壤环境，包括土壤质 地、酸度、有机碳和水热条件等。气候条件决定植被类型的 分布和生长，并影响土壤的水热条件；人类活动影响植物的 生长和土壤环境，进而影响土壤呼吸。
根据土壤呼吸速率的快慢，可将土壤有机碳区分为两个具 有不同更新时间的碳库： 其一，靠近土壤表层由新鲜残留物组成的“小”碳库。更新速 度快，流通量大； 其二，贯穿整个土壤深层剖面的由难分解的腐殖质复合物组成 的“大”碳库。其更新十分缓慢。