陆地生态系统碳循环研究进展
气候变化背景下中国陆地生态系统碳储量及碳通量研究进展
全球 气候 变化 问题 已成 为各 国政 府 、社 会公 众
纪温暖期 的水平（ ９ ５ ０ － －１ ３ ０ ０ Ａ Ｄ ） ［ ６ － ７ ］ ｏ 中国近 １ ０ ０ 年 来年平均气温明显增加 ， 达到 ０ ． ５ ～ ０ ． ８。 【 ＝ ， 比同期 全球增温平均值略高 ］ 。综合各种气候预测模式 ， 未来 １ ０ ０年全球气温将升高 １ － ４ — ５ ． ８ ｃ ｃ， 全球特别 是北 半 球 中高 纬度 地 区 的降水 量将 增 加［ １ ０ － １ １ ］ 。 Ｒ ｅ ｚ ｚ ａ ［ 】 指出气候 的任何变化都会影响到 自然生态
系统 、社 会经 济 。 全 球 气候 变 化 作 为全 球 变化 的核 心 问题 ， 目前 已成 为 国际 环境 领 域 的一个 热点 和焦 点 。 而 生态 系
以及科学界共同关心的重大问题 。它对全球生态系 统 的结构 、功能和过程产生 了重要影响Ⅲ ，同时对 世界各国的社会 、经济 、政治外交等产生了重大影 响。Ｉ Ｐ Ｃ Ｃ第 ４ 次评估报告显示 ： ２ ０ 世纪全球气温 平均上升 ０ ． ６ ｏ Ｃ； 北半球中、高纬度地 区降水量增 加５ ％ ～１ ０ ％， 热带、 亚热带地区降水量却减少 ３ ％； 全球极端气候事件的频率和强度不断增加。 Ｉ Ｐ Ｃ Ｃ预 测 ：如果不控制温室气体的排放 ，到 ２ １世纪末 ， 全球 平 均 气温 在 １ ９ ９ ９ 年 的基 线 上将 再上 升 １ ． １ — ６ ． ４ ℃ 。虽然 有各 种 争论 ，但越 来 越多 的科 学 事实 证明近百年的气候变暖是显著的 ， 气候代用资料表 明， ２ ０ 世纪的变暖在全球和 中国都可能是近千年中 最显著的ｐ ， 其增暖趋势和增温程度可能高于中世
中图分 类号 ：Ｘ１ ７ １ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ４ ． ５ ９ ０ ６（ ２ ０ １ ３）０ ５ ． ０ ８ ７ ３ ． ０ ６
生态系统中的碳循环过程研究
生态系统中的碳循环过程研究碳是地球上最广泛存在的元素之一，它参与了生态系统的许多重要过程，如光合作用、呼吸作用、分解作用等。
生态系统中的碳循环是一个复杂的动态平衡过程，包括碳的固定、输出和维持等方面。
对于了解生态系统的功能和生态环境的维护具有重要意义。
在这篇文章中，我们将探讨生态系统中的碳循环过程研究，包括碳循环的基本原理、碳的固定过程、碳输出过程以及碳维持过程等多个方面。
生态系统碳循环的基本原理在生态系统碳循环中，碳在生物体之间或生物体与环境之间不断地转移，最终被转化为简单的碳化合物被释放出来。
碳循环是因为生态系统中碳的来源和去处不断地转变，而碳在反应中可以与氧等元素结合形成多种有机化合物，这些有机化合物能够作为植物和其他生物的能源来源。
同时，碳循环还涉及到环境中的大气、水、土壤等要素，可以对生态系统中碳的流动产生影响。
碳的固定过程生态系统中的大部分碳都是通过光合作用固定的。
在光合作用过程中，植物通过吸收太阳能、二氧化碳和水，产生有机物质并释放出氧气。
这个过程将碳固定在生物体中，是碳循环的基础。
除了光合作用之外，一些微生物和藻类也可以通过化学反应固定碳。
碳的输出过程碳输出过程涉及到生态系统中碳的释放。
一个主要的释放来源是呼吸作用，这个过程是生态系统中生物体获取能量的方式之一。
在呼吸作用中，有机物质被氧气分解产生二氧化碳和水。
其他重要的碳输出过程包括生命过程中的死亡和分解，火灾和人类活动等。
碳维持过程生态系统中的碳维持过程是生态系统中的重要组成部分之一。
它包括了碳储存和碳循环中的复杂反应。
碳的维持过程帮助维持了生态系统中碳的平衡状态，使得生态系统能够继续运转下去。
在维持过程中，碳可以被固定到土壤中或是通过生物循环的方式被转换为有机物质，并随着时间的推移再次成为生态系统中的储存碳。
生态系统中碳循环的意义生态系统中的碳循环对于地球的生态环境和人类的生存都非常重要。
它帮助维持了地球上的气候和气候变化，也影响着食物链和资源利用等众多方面。
陆地和海洋生态系统碳循环研究最新进展
陆地和海洋生态系统碳循环研究最新进展近年来，随着全球气候变化问题的日益凸显，生态学领域对于陆地和海洋生态系统中的碳循环过程的研究也越发重要。
陆地和海洋生态系统不仅是碳循环的重要组成部分，也是地球生态系统的重要调节者。
在这篇文章中，将介绍陆地和海洋生态系统碳循环研究的最新进展。
首先，我们从陆地生态系统的角度来看。
陆地生态系统中碳循环的过程主要包括植物光合作用，植物呼吸和腐殖质分解。
最新的研究表明，全球变暖对陆地生态系统中的碳循环过程产生了显著影响。
随着气温升高，植物的生长季节延长，植物呼吸增加，导致植物对大气中的二氧化碳吸收减少。
同时，全球变暖还加剧了地表土壤的碳分解速率，导致土壤中的有机碳释放到大气中增加。
此外，研究还发现，植被类型的变化和人类活动对陆地生态系统的碳循环也产生了影响。
例如，森林砍伐和土地利用变化导致土壤有机碳的丧失，进一步增加了碳排放。
海洋生态系统中的碳循环过程也备受关注。
海洋是地球上最大的碳汇之一，通过吸收和贮存大量的二氧化碳来调节全球气候。
然而，最近的研究表明，人类活动对海洋生态系统的碳循环产生了不利影响。
海洋温度上升和酸化加剧导致浮游植物的生理活动受到抑制，从而减少了二氧化碳的吸收。
此外，海洋生态系统中藻类和浮游动物的死亡会导致大量有机碳向海底沉积，并在长时间尺度上固定碳。
然而，过度捕捞和海洋污染等人类活动破坏了海洋生态系统的稳定性，不利于碳循环过程的顺利进行。
除了以上的研究进展，近年来，科学家们还在陆地和海洋生态系统碳循环研究中采取了一些新的方法和技术。
例如，通过利用遥感数据和全球定位系统（GPS）追踪植被变化和植物碳吸收量，可以更准确地估计陆地生态系统中的碳储量和年碳汇。
此外，引入基因测序和分子生物学技术可以对土壤中的微生物群落和土壤有机碳的分解过程进行研究。
同样地，利用海洋观测站点和遥感技术可以监测海洋生态系统中的碳吸收和释放。
总结起来，陆地和海洋生态系统碳循环的研究取得了一些重要的进展。
陆地生态系统碳循环研究
陆地生态系统碳循环研究第一章引言陆地生态系统是地球上最重要的碳库之一，其中土壤作为重要的生态系统碳贮存池被广泛关注。
然而，碳循环研究并不仅仅涉及到碳汇或者温室气体排放问题，还包括理解和控制陆地生态系统的生物地球化学过程对气候变化和生物多样性的影响。
本文主要综述了近年来土壤碳循环研究的主要进展。
第二章土壤有机碳库土壤有机质是土壤中的有机碳汇之一，它是形成和维持生态系统功能的关键之一。
土壤有机碳的主要来源是植物残体的分解、生物作用及农业和人类活动引起的有机物输入。
土壤有机质分解会释放大量CO2，因此，认识土壤有机质的形成和稳定化机制是重要的研究方向。
土壤有机质分解的速率和稳定性受到气候、土壤理化性质和微生物的影响。
研究表明，土壤质地、土壤中的氧和水分含量是影响土壤有机碳分解的关键因素。
此外，土壤中微生物的活性也会对其分解速率有明显影响。
究竟哪些微生物会促进或者限制土壤有机碳分解是值得重视的问题。
第三章土壤有机碳稳定性土壤有机碳稳定性和氮循环密切相关，氮素营养对土壤微生物生长和土壤碳循环有重要作用。
土壤中的营养状况和微生物的生物量是影响土壤有机碳稳定性的关键因素。
从分子层面来看，多糖和土壤有机质互作、铁锰氧化物结合有助于提高土壤碳稳定性。
在这里需要提到的是，土壤有机碳的稳定性不同于碳汇的稳定性。
碳汇的稳定性意味着在未来的时间里，其碳排放的变化相对较小。
与此不同的是，土壤有机碳的稳定性主要指有机物物质在土壤中的存在时间和形态情况。
第四章土壤暴露碳动态在全球变暖的情况下，土壤中已经储存了大量的碳，在全球碳循环和气候变暖中扮演着重要的角色。
不过，一旦土壤中碳动态的平衡被打破，土壤中的碳就会被释放出来，形成更多的二氧化碳和甲烷。
目前，研究人员正在探究如何提高土壤碳的储存和保持平衡的方法，诸如实施保护性耕作、减少化学肥料使用、增加有机质含量等方法，这些方法可以减少土地利用变化对碳循环的影响并减少由此产生的温室气体排放。
陆地生态系统碳循环研究与全球气候变化关系分析
陆地生态系统碳循环研究与全球气候变化关系分析近年来，全球气候变化已成为人们共同关注的焦点，而陆地生态系统在这一过程中发挥着至关重要的作用。
本文将探讨陆地生态系统碳循环的研究，并分析其与全球气候变化的关系。
一、陆地生态系统碳循环的意义陆地生态系统碳循环是指陆地植被通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，将其转化为有机碳，进而固定在植物生物量、土壤有机质等中，并通过呼吸作用、死亡和腐解等过程将碳释放回大气中。
碳循环的平衡性对于维持地球气候平稳至关重要。
首先，陆地生态系统碳循环对于调节大气中二氧化碳含量具有重要影响。
植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，并将其固定在生物体中，从而减少大气中二氧化碳的含量。
这对于缓解全球气候变化带来的温室效应至关重要。
其次，陆地生态系统碳循环对于维持生态平衡具有重要作用。
土壤中的有机质不仅是植物生长的重要供给源，还能够保持土壤的稳定性和水分保持能力。
通过生态系统碳循环，将碳固定在土壤中，有助于维持土壤的肥力，促进地表植被的生长，维护生态平衡。
二、陆地生态系统碳循环的研究方法为了深入了解陆地生态系统碳循环的过程，科学家们开展了大量的研究工作。
其中，植物生理学试验是研究陆地生态系统碳循环的重要手段之一。
科学家将在实验室中培养植物，通过测定其生长速度、光合速率等指标，来研究植物对二氧化碳浓度变化的响应和植物对大气中碳的吸收效率。
此外，观测田间实验也是研究陆地生态系统碳循环的一种重要方法。
科学家们选取不同地区的田块，布置监测点，通过长时间观测植物生长、土壤有机质的变化等指标，来研究陆地生态系统碳循环的特点。
这些实地观测的数据为我们深入了解陆地生态系统的碳循环提供了重要支持。
三、陆地生态系统碳循环与全球气候变化的关系陆地生态系统碳循环与全球气候变化之间存在着密切的关系。
随着全球气候变暖，陆地生态系统的碳储量也在发生变化。
一方面，全球气候变暖会影响植物的生长和分布。
一些研究表明，气候变暖对植物生长的影响不尽相同，一些植物受益于较长的生长季，而一些植物则因为干旱等条件的恶化而受到限制。
生态环境中的碳循环研究
生态环境中的碳循环研究碳是地球上最重要的化学元素之一，它在自然界中存在于大气、水、植物和土壤中，随着全球气候变化的引发，人类对于碳循环的研究越来越重要，因为碳是全球变化的一个重要驱动器。
在这篇文章中，将介绍生态环境中的碳循环及其研究进展。
一、碳循环的基本概念碳循环是指碳在生物圈、大气圈和地球圈中的运动与交换。
碳从大气和水中被树木和其他植物吸收，通过光合作用转化为有机物。
这些有机物被动物和微生物消耗，释放出二氧化碳和水。
碳还通过生物死亡、腐烂和土壤有机物分解返回土壤及其生物圈。
二、碳循环的影响因素碳循环的影响因素包括大气CO2浓度、生物数量和质量、土地利用以及人类活动。
随着全球变暖及森林砍伐等人类活动的影响，CO2的浓度不断增加，导致温室效应的加重。
生物数量和质量对碳循环也有很大的影响。
植物的吸收和排放直接影响了大气和土壤中的碳储量。
而土地利用则改变了生态系统中的碳循环，例如森林砍伐和草原转化为农田会导致碳的释放，从而加剧温室气体的排放。
三、碳循环的研究方法通过研究碳交换速率、气候变化、土地利用以及生物圈损失等指标，能够更好地理解碳循环的变化趋势及其驱动因素。
科学家们借助遥感技术和实地观察，对生物圈中的碳状况进行动态监测。
而生态系统模型则是通过模拟和预测来寻找碳循环中的关键影响因素。
四、碳循环的研究进展在过去的几十年中，生态学和气候变化领域共同推动了碳循环的研究，丰富了我们对全球变化的理解。
研究人员不仅可以追踪大气、水、土壤中的碳变化，同时也能研究碳与氮、硫、氧等元素间的相互作用，以及碳在不同地质年代中的循环过程。
然而，碳循环的研究仍然存在挑战，例如计算精度低、数据收集困难等问题，同时科学家也发现了碳循环的许多细节和未知因素。
因此，研究人员需要更多的实地研究以及开发新的技术和模型来解决这些挑战。
五、未来碳循环研究展望未来的碳循环研究将继续探索碳在不同生态系统中的变化规律，从长期和地域范围进一步研究气候变化对生态系统的影响，以及人类活动对碳循环的影响。
陆地生态系统土壤有机碳储量研究进展
变土地利用方式等活动 ， 大气 中 Ｃ Ｃ 等含碳温室 气体 使 Ｏ、Ｈ
浓度 以前所未有 的速率 增长 。大气 中 Ｃ 的浓 度 已从工 业 Ｏ
的加强或削弱来强烈地影 响地球气候系统 。气候变 暖可 能加 速土壤有机碳（ Ｏ ） Ｓ Ｃ 的分解 ， 导致 土壤 中碳 的释放增强 ， 对气
及影 响因素 ， 对如何科学地利用和保护有限的土壤资源并提高
生产力 以及减缓 土壤 中温室气体排放有着非 同寻常的意义。 ２ 土壤碳储量 的主要研究方法 土壤是支撑陆地生态系统 的物质基 础 ， 气候变化 势必 改 变陆地生态系统的水热平衡 ， 导致土壤有机质循环发生改变 ， 引起 土壤碳 收支的变化 。因此 ， 定量研究 土壤 碳储量 和碳 平衡 对于全面了解 陆地生态系统的碳 平衡 具有 重要 意义。 目 前， 国内外有关 土壤有机碳储量研究通常采用土壤类型法 、 模
（ Ｏ 的分解 ， Ｓ Ｃ） 它可能会导致土壤 中碳释放 的增加 ， 对气候 变 化产生反馈作 用 。全球 土壤 有机 碳每年 分解 释放 到 大气
中的 ｃ ２ ０ 达到 ０ １ ． Ｓ 年 ， ． ～５ ４Ｐ ／ 土壤有机 碳库 ０ １ ． ％的变 化 将导致大气圈 Ｃ ： Ｏ 浓度 １ｍ Ｌ的变化 。而土壤碳储 量的 ｓ ／ 微小变化将对全球碳循环产生重要 的影响 。 土壤碳储量的研究有助于揭示土壤碳储藏对全球变化响 应的时间 、 式 及规模 。近 年来 ， 方 土壤有 机碳 研究 受到 人 们普遍关注 ， 已成 为全球 变化 研究 的 ３大 热点之 一Ｉ 。研 １
候变化产生正反馈效应 。因此 ， 研究土壤有机碳的分布特征
革命 前的 ２０ｍＳｋ 增加 到 ２０ ８ ／ ｇ ０ ３年的 ３ ５ ６ ｍ ｋ ， ７ ． ｓ ｇ 增加 了 ／ 约１３ ／ 。全球气候 已发 生 了以增 暖为特 征 的明显变化 。土
陆地碳循环研究进展
陆地碳循环研究进展一、本文概述随着全球气候变化问题的日益严峻，陆地碳循环研究已成为地球科学研究领域的热点之一。
本文旨在综述近年来陆地碳循环研究的最新进展，包括碳源、碳汇、碳通量及其影响因素等方面的研究。
通过系统地梳理和分析相关文献，本文旨在揭示陆地碳循环的内在机制，评估其对全球气候变化的响应与反馈，为应对气候变化和制定碳减排政策提供科学依据。
本文将首先介绍陆地碳循环的基本概念和研究背景，阐述其在全球碳循环中的重要地位。
接着，从碳源和碳汇的角度，分别探讨植被、土壤和大气等陆地生态系统中碳的循环过程及其影响因素。
在此基础上，本文将重点关注近年来关于陆地碳通量、碳储量和碳循环动态变化的研究，分析这些变化对全球气候变化的潜在影响。
本文将对未来陆地碳循环研究的方向和挑战进行展望，以期为推动全球碳循环研究的深入发展提供参考。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面、系统的了解陆地碳循环研究进展的视角，为应对全球气候变化和促进可持续发展贡献智慧与力量。
二、陆地碳循环的基本过程陆地碳循环是地球碳循环的重要组成部分，涉及大气、植被、土壤和水体等多个系统之间的碳交换和转化过程。
其基本过程主要包括光合作用、呼吸作用、分解作用以及碳的输入输出等。
光合作用是陆地碳循环的起点，通过绿色植物的光合作用，大气中的二氧化碳被转化为有机碳，固定在植物体内。
这一过程是陆地生态系统生产力的重要体现，也是全球碳循环中最重要的碳汇之一。
呼吸作用则是碳从有机体释放回大气的过程。
植物和动物通过呼吸作用将体内的有机碳分解为二氧化碳和水，从而释放碳回到大气中。
植物根系和土壤微生物的呼吸作用也是土壤碳释放到大气的重要途径。
分解作用主要由土壤中的微生物完成，它们将死亡的植物和动物残体分解为二氧化碳和水，以及形成稳定的土壤有机碳。
这一过程对于维持土壤碳库的稳定和减缓大气二氧化碳浓度的上升具有重要意义。
除了上述基本过程外，陆地碳循环还包括碳的输入输出过程。
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文章编号:100020585(2001)0520564212 收稿日期:2001206201;修订日期:2001208230 基金项目:中国科学院地理科学与资源研究所知识创新工程主干科学计划(CXIO G -E01-02-04) 作者简介:陶波(1972-),男,黑龙江省哈尔滨人,博士研究生。
主要研究方向为全球变化与环境演变。
陆地生态系统碳循环研究进展陶 波,葛全胜,李克让,邵雪梅(中科院地理科学与资源研究所陆地表层系统开放实验室,北京 100101)摘要:近年来,碳循环问题日益成为全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,其中陆地生态系统碳循环又是全球碳循环中最复杂、受人类活动影响最大的部分。
本文结合IG BP和IPCC 中有关碳循环的最新报告,介绍了全球碳循环中大气、海洋和陆地生态系统等几个主要碳库的大小及特点,并重点介绍了陆地生态系统碳循环及其基本过程。
总结了当前陆地生态系统碳循环研究的四种主要方法:清单方法、反演模拟、涡度相关技术和陆地碳循环模式,介绍了它们的各自特点以及存在的问题,并对陆地碳过程中的不确定性进行了详细分析。
此外,还简要叙述了当前碳循环研究中待解决的问题和今后的发展趋势。
关 键 词:碳循环;碳汇;碳库;陆地生态系统;模式中图分类号:P467;P593 文献标识码:A工业革命以来,人类正以前所未有的速度和强度在全球尺度上对地球系统产生着巨大影响[1]。
大气中CO 2浓度已从1850年的285±5ppmv 上升到1998年的约366ppmv ,即近150年内增长了大约28%[2]。
从20世纪初至今,全球地面气温已经上升了013～016℃,最近10年已成为自1860年以来最暖的时期[3]。
进入90年代,随着温室气体和温室效应等各种气候与环境问题的日益突出和国际气候谈判中对碳源、碳汇评价的客观需要,碳循环问题日益受到人们的普遍关注。
大量研究表明,全球碳循环的动态变化与气候变化及人类活动影响(尤其是化石燃料的燃烧和土地利用/土地覆被变化)有着密切关系[2,4]。
作为大气中CO 2的源和汇,陆地生态系统碳循环是全球碳循环中的重要环节,在全球气候变化中扮演着重要角色[5]。
更好地了解陆地生态系统碳循环的动态机制是全面理解全球碳循环、正确预测未来气候变化的一个重要前提。
1 全球碳库与碳过程碳是生命物质中的主要元素之一,是有机质的重要组成部分。
概括起来,地球上主要有四大碳库,即大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库和岩石圈碳库。
碳元素在大气、陆地和海洋等各大碳库之间不断地循环变化。
大气中的碳主要以CO 2和CH 4等气体形式存在,在水中主要为碳酸根离子,在岩石圈中是碳酸盐岩石和沉积物的主要成分,在陆地生态系统中则以各种有机物或无机物的形式存在于植被和土壤中。
第20卷 第5期2001年11月地 理 研 究GEO GRAPHICAL RESEARCH Vol 120,No 15Nov 1,2001在全球几大碳库中,岩石圈碳库是最大的(见表1),但碳在其中的周转时间极长,约在百万年以上,因此,在碳循环研究中可以把岩石圈碳库近似看做静止不动的,此处不做重点讨论;海洋碳库是除地质碳库外最大的碳库,但碳在深海中的周转时间也较长,平均为千年尺度;陆地生态系统碳库主要由植被和土壤两个分碳库组成,内部组成和各种反馈机制最为复杂,是受人类活动影响最大的碳库。
表1 地球各主要碳库[6]T ab 11 C arbon pools in the m ajor reservoirs on E arth (1G t =1×1015g)碳 库大小(Gt C )碳 库大小(Gt C )大气圈 720陆地生物圈(总)2000海洋 38400活生物量600～1000 总的无机碳37400死生物量1200 表层 670水圈 1～2 深层 36730化石燃料 4130 总的有机碳1000煤 3510岩石圈 石油 230 沉积碳酸盐>60000000天然气 140 油母原质 15000000 其他(泥炭)250111 大气碳库如表1所示,大气碳库的大小约为720Gt C (1Gt =1×1015g )左右(由于估算方法等原因,不同研究者对大气碳库的估算值不尽相同,但其数量级基本一致),在几大碳库中是最小的,但它却是联系海洋与陆地生态系统碳库的纽带和桥梁,大气中的碳含量多少直接影响整个地球系统的物质循环和能量流动。
大气中含碳气体主要有CO 2、CH 4和CO 等,通过测定这些气体在大气中的含量即可推算出大气碳库的大小,因此,相对于海洋和陆地生态系统来说,大气中的碳量是最容易计算的,而且也是最准确的。
由于在这些气体中CO 2含量最大,也最为重要,因此大气中的CO 2浓度往往可以看作大气中碳含量的一个重要指标。
对冰芯记录的分析表明,在距今420000年至工业革命前这一时间段内,大气中的CO 2浓度大致在180ppmv ～280ppmv 之间波动[7]。
但从工业革命初期到目前的短短250年多内却增长了近30%,近10年内平均每年增长1～3ppmv 。
把当前大气中CO 2浓度与冰芯记录相比较,可以看出:目前的大气CO 2水平在过去420000年间是未曾有过的,在过去2000万年也可能是空前的[8]。
112 海洋碳库 海洋具有贮存和吸收大气中CO 2的能力,其可溶性无机碳(DIC )含量约为37400Gt (表1),是大气中含碳量的50多倍,在全球碳循环中的作用十分重要。
从千年尺度上看,海洋决定着大气中的CO 2浓度[6]。
大气中的CO 2不断与海洋表层进行着交换,这一交换量在各个方向上可以达到90Pg/yr ,从而使得大气与海洋表层之间迅速达到平衡[6]。
由于人类活动导致的碳排放中约30～50%将被海洋吸收,但海洋缓冲大气中CO 2浓度变化的能力不是无限的,这种能力的大小取决于岩石侵蚀所能形成的阳离子数量。
由于人类活动导致的碳排放的速率比阳离子的提供速率大几个数量级,因此,在千年尺度上,随着大气中CO 2浓度的不断上升,海洋吸收CO 2的能力将不可避免地会逐渐降低[9]。
一般来讲,海洋碳的周转时间往往要几百年甚至上千年,可以说海洋碳库基本上不依赖于人类的活动,而 5期陶 波等:陆地生态系统碳循环研究进展565且由于量测手段等原因,相对陆地碳库来说,对海洋碳库的估算还是比较准确的。
113 陆地生态系统碳库据估算,陆地生态系统蓄积的碳量约为2000Gt 左右(见表1)。
其中土壤有机碳库蓄积的碳量约是植被碳库的2倍左右(从热带森林的1∶1到北部森林的5∶1不等[2]),表2列出了不同研究者对植被碳库和土壤有机碳库的估算值,从中可以看出,无论是对植被碳库还是土壤碳库,各估算值之间都有很大差异,这主要是由于不同估算方法之间的差异(假设条件、各类参数取值、测定的土壤深度、调查的土壤类型、植被类型全面与否等)以及估算中的各种不确定性造成的。
从全球不同植被类型的碳蓄积情况来看,陆地生态系统碳蓄积主要发生在森林地区[6],森林生态系统在地圈、生物圈的生物地球化学过程中起着重要的“缓冲器”和“阀”的功能[10],约80%的地上碳蓄积和约40%的地下碳蓄积发生在森林生态系统[11],余下的部分主要贮存在耕地、湿地、冻原、高山草原及沙漠半沙漠中;从不同气候带来看,碳蓄积主要发生在热带地区,全球50%以上的植被碳和近1/4的土壤有机碳贮存在于热带森林和热带草原生态系统,另外约15%的植被碳和近18%的土壤有机碳贮存在温带森林和草地,剩余部分的陆地碳蓄积则主要发生在北部森林、冻原、湿地、耕地及沙漠和半沙漠地区[2]。
另外,植被碳库和土壤有机碳库中还包含不同的子碳库,其周转时间或长或短,这就形成了所谓的“暂时性碳汇”(Temporary Sink )。
例如,CO 2浓度升高使树木生长加快从而形成碳汇,这些树木一般要存活几十年到上百年,然后腐烂分解,通过异养呼吸返回到大气中。
因此,自然生态系统的碳蓄积和碳释放在较长时间尺度上是基本平衡的,除非陆地生态系统碳库的强度加大,否则任何一个碳汇迟早会被碳源所平衡。
表2 对陆地生态系统碳库的估算T ab 12 The estim ates on the m agnitude of carbon pools in terrestrial ecosystem碳库大小(Gt )作者时间碳库大小(Gt )作者时间植被碳库827Woodwell 1978土壤碳库1456Schlesinger 1977558Olson et al .19781395Post et al .1982748Prentice &Fung 19901515Schlesinger 1984550Moore et al .19891143Prentice &Fung 199073712Smith et al .19921500Walson et al .1990550Siegenthaler et al .19931500Siegenthaler et al .1993754Crammer &solomon 19951367Crammer &solomon 1995640Mingkui Cao et al .19981358Mingkui Cao 1998500～950Cramer et al 1999850～1200Cramer et al .1999陆地生态系统是一个植被-土壤-气候相互作用的复杂大系统,内部各子系统之间及其与大气之间存在着复杂的相互作用和反馈机制,各种数据较难获得。
对已有数据和海洋碳循环模式模拟结果的分析表明,陆地生物圈对大气中CO 2浓度年际变化的影响要比海洋566 地 理 研 究20卷更大[2]。
同时,它也是全球碳循环中受人类活动影响最大的部分,与人类活动有关的化石燃料燃烧、水泥生产及土地利用变化等都会造成CO 2的排放,极大改变了大气中各组成成份的原有状况,如据Houghton 等估算,在1850～1990年间,由于土地利用变化造成的全球CO 2排放约为124Gt [12]。
可见,人类活动的介入已经极大地改变了全球碳循环的原有模式。
可以说,当前全球碳循环中最大的不确定性主要来自陆地生态系统。
据估算,由于化石燃料燃烧和土地利用变化释放的CO 2其一半左右将保留在大气中,剩余的部分则被海洋和陆地生态系统吸收。
但在目前的全球碳收支中,由于化石燃料燃烧和土地利用变化造成的碳排放量明显比存留在大气中的碳量和各已知碳汇之和大[13,14],例如,在1850～1998年间,由于化石燃料燃烧和水泥生产造成的碳排放约为270±30Gt [15],其中约176±10Gt 留在了大气中[16],同期内的海洋碳吸收约为120±50Gt [17,18],由于土地利用变化造成的碳排放约为136±55Gt [12,19],也就是说,在这一期间陆地生态系统存在一个大小约110±80Gt 的碳汇,这样才能维持全球碳收支的平衡。