土壤碳循环在全球碳循环中的地位与作用
--梁健彬 梁小燕 宋冬菊 黄健聪 徐嘉欣 潘嘉敏
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1.全球碳循环
1.1全球碳循环
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1.2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 3 形式返回大气中。
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。
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4.5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。
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3.3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 另作 外用 ，释 森放林火CO灾2到也大能气把中土。壤9 中 的碳带到大气中去。
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。
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4.4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。
1.3全球碳循环主要源和汇
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2.土壤碳
2.1土壤碳的分布及含量
一些主要的热带土壤 ,如变性土、铁铝土和淋溶土上层 1m 内的有机碳含 量 ,分别占2 m 深度范围总有机碳量的53 % 、69 %和 82 % 。
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各类土壤中有机碳和无机碳含量比较
2.2土壤有机碳稳定性分类 根据土壤有机碳的稳定性，我们 把它分为三类：快，慢和顽固。 “快”的稳定性最差，碳循环的 速度最快，一般不到一年的时间， 参与这类循环的主要有部分分解 有机物和微生物。“慢”的循环 速度处于中间，一般需要10到 100年的时间，参与这部分循环 的主要有腐殖质。“顽固”循环 的时间最慢，一般需要几千年或 以上，参与这部分循环的主要是 木炭，它可以在土壤中停留非常 长的一段时间。
4.土壤碳循环在全球碳循环中与各圈 层联系及其地位
4.1土壤碳循环与大气圈 4.2土壤碳循环与生物圈
4.3土壤碳循环与水圈
4.4土壤碳循环与岩石圈 4.5土壤碳循环与人类圈
土壤是陆地表层系统参与全球碳循环和影响全球 变化的主要碳储库，土壤有机碳问题在全球变化研究中 具有重要战略意义。
4.6土壤碳循环在全球碳循环中的地位和意义10
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。
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3.2土壤碳的输出
A.土壤有机碳中的部分分解有机物和土壤微生物在短时间内通过分解作用释放 出CO2； B.土壤中的腐殖质经过10到100年得时间分解释放出CO2； C.土壤中的木炭经过上千年的时间被侵蚀溶解，释放出CO2； D.以上三个过程释放出的CO2将会通过土壤的呼吸作用释放到大气中。 E.在湿润气候条件下，通过土壤—水系统的移动以DOC形式和HCO3—形式向海 洋沉积系统迁移；在干旱、半干旱条件下沉淀成为土壤无机碳酸盐（SIC）； F.植物根系生长过程中吸收土壤中的碳。
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3.土壤中碳循环过程
3.1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。
2020/1/6
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4.1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。
• b.土壤呼吸是全球碳循环 中重要的流通途径,土壤呼 吸的变化将显著影响大气 C吸的O将升2的能高浓有 和度效温。缓室控和效制大应土气。壤CO呼2
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。
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4.3土壤碳循环与水圈（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