摘要：本文主要介绍了海洋碳循环及其在全球碳循环中的重要作用，概述了海洋碳循环的一般特征，并进一步介绍了南北极海区碳循环的一些概况。现阶段国内外关于海洋碳循环模式具有大量研究，据此，本文阐述了我国浅海贝藻养殖对海洋碳循环的贡献，最后对海洋碳循环进行了展望。 关键字：海洋、碳循环、贝藻养殖 引言 自工业革命以来，人类活动使得大气中CO2浓度一直在持续增加。可以预见在未来相当长的时间内，大气CO2浓度还会不断增加。IPCC在2001年发布了第三次评估报告。该报告指出，在过去的42万年中，大气CO2浓度从未超过目前的大气CO2浓度，在20世纪中大气CO2浓度的增加是前所未有的。估计到21世纪中叶，大气中CO2将比工业革命前增加1倍。大气CO2浓度的增加对全球变化的影响已引起了广泛的注意，该报告指出，工业革命以来的全球气温已增加了约0.6℃，这主要是由于大气中人为温室气体(如CO2、CH4、N2O、CFCs)浓度增加所致，其中CO2的作用居首位。初步预测，21世纪全球增暖将超过过去10 ka来自然的温度变化速率。为了准确评价和预报未来的气候变化，正确认识碳循环显得十分重要。 1、海洋碳循环简介 海洋在全球碳循环中起着极其重要的作用，海洋是地球上最大的碳库。海洋储存碳是大气的60倍，是陆地生物土壤层的20倍(IPCC, 2007)；大约50%人为排放的碳被海洋和陆地吸收(Prentice etal., 2001)。 1.1海洋碳循环 碳循环是碳在大气、海洋及包括植物和土壤的陆地生态系统3个主要贮存库之间的流动。海洋碳循环是碳在海洋中吸收、输送及释放的过程,主要包括CO2的海-气通量交换过程、环流过程、生物过程和化学过程。其碳的储存形式有3
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
地球系统的碳循环，是指碳在岩石圈、水圈、气圈和生物圈之间，CaCO3、MgCO3、CO2，、CH4、(CH2O)n(有机碳)等形式相互转换和运移的过程。 碳循环的重要性: 1、植物的光合作用驱动的碳循环不但为人类提供最基本的食物，而且是煤、石油、天然气和森林形成的前提，为人类提供在时空上可以调节的基本能源。 2、受到全球碳循环调节的大气二氧化碳、甲烷等气体，由于可以吸收由地表放射回来的长波辐射，从而使地球表面温度升高，因此，碳循环通过调节大气温室气体浓度而调节地球表面温度，使其适合生命的发展。 碳在圈层间的循环和效应： 1、大气碳库是联系海洋和陆地生态系统的纽带和桥梁，对于大气中的碳来说，岩石圈和人类活动圈是其净源，水圈和生物圈可能是源也可能是汇。 2、海洋具有储存和吸收大气二氧化碳的能力，影响着大气二氧化碳的收支平衡，有可能成为人类活动产生的二氧化碳的最主要的汇。大气二氧化碳不断的与海洋表层进行碳交换，浅层海水吸收二氧化碳并通过生物化学过程向深部转移；海洋是碳酸盐沉积的主要场所，由陆地水文系统输送到海洋的碳酸盐成分，主要在温热带海底沉积；海洋中的浮游生物通过光合作用吸收碳并且向深海和海底沉积物输送。 3、陆地生态系统是一个土壤-植被-大气相互作用的复杂系统，是全球碳循环中受人类影响最大的部分，全球碳循环中最大的不确定性主要是来自陆地生态系统。 4、地球内部的二氧化碳通过地热区、活动断裂带或火山活动不断的释放出来，直接进入大气圈或存储在沉积地层中形成二氧化碳气田；在岩溶作用中，一方面由于碳酸盐的溶解通过水从大气吸收二氧化碳，另一方面由于钙化的沉积则向大气圈释放二氧化碳。 影响碳循环的因素 一、碳循环的载体 1、生物因素 （1）动物因素 动物是排放二氧化碳的主体，当然C是组成一切生命的最基本的元素，所以地球上的碳循环无处不在，动物主要是以消费者的形式出现的，他们不但呼吸排放CO2,而且它先是使碳循环在其机体里合成葡萄糖，然后转化成身体的各个组织或排除体外的排泄物，等到他们死亡，尸体又被其他微生物分解，因此完成了碳循环中的使碳从有机界过渡到无机界（2)植物因素 植物一方面通过呼吸作用排除二氧化碳，一方面通过光合作用吸收二氧化碳，合成含碳有机物，是大自然天然吸收二氧化碳的工具，而且使他转化成生物赖以生存的能源物质 (3)微生物因素 微生物通过分解动植物尸体，把有机碳转化为无机的二氧化碳，排放到大气中 影响碳循环的主要因素包括了生物和非生物，几个方面环环相扣，缺一不可，动物作为消费者是二氧化碳的主要产生者，而植物又是转化二氧化碳的主体，微生物作为分解者去分解动植物的有机体，所以世界上才不会有堆积如山的尸体，使有机碳变成了无机碳，是碳循环过程中又以重要的因素，如果没有生产者，那么地球上的动物和有些微生物赖以生存的氧气会越来越少，二氧化碳越来越多，使全球气候变暖，改变地球环境 2、非生物因素
项目编号：2002CB412500 项目名称：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究起止年月：2002年12月-2007年8月 项目首席科学家： 刘纪远中国科学院地理科学与资源研究所 项目依托部门：中国科学院 经费预算：2000万元
一、主要研究内容 项目以中国科学院重大项目为基础，以国家科学创新为主导，以环境外交谈判战略需求为总目标，瞄准陆地生态系统碳汇/源的时空格局、碳循环的调控和驱动机制及未来情景3大前沿性科学问题，采用陆地生态系统碳通量/储量与碳循环过程的综合观测、生物过程适应性实验研究以及典型河流碳通量及碳输运过程研究为支撑系统的自下而上途径，与以土地利用/土地覆被变化和遥感数据库为基础的自上而下研究途径的有机结合的研究思路。综合研究中国陆地生态系统碳循环的自然调控机理、人为因素驱动机制、生物过程对环境变化的适应机制以及碳汇/源时空格局形成的生物地理学机制；综合评价中国陆地碳汇/源的时空格局及其历史演变过程和未来情景；分析评估中国陆地生态系统的增汇潜力、碳库间循环周期、生态系统管理的增汇效果和成本效益、重大林业工程的固碳效应以及河流碳输运在陆地碳循环中的作用；跟踪国际谈判焦点问题，探讨碳汇项目的计量方法学、中国农林业活动碳吸收汇的潜力及其增汇技术的可行性。建成初具规模的中国陆地生态系统碳循环综合研究的科学平台，发展基于地学空间信息的现代地球系统科学方法论，为中国社会经济的可持续发展和生态系统管理以及参与环境外交活动和履约提供科学依据和技术支撑。 二、预期目标 1.建立一个初具规模的中国陆地生态系统碳通量/储量和循环过程的综合观 测网络(ChinaFlux)，揭示中国陆地生态系统碳通量和储量的生物地理规律， 构建中国陆地生态系统碳循环研究的数据信息系统。 2.初步阐明中国主要类型陆地生态系统(森林、农田、草地和湿地)碳循环过 程的生物物理机理，确定驱动碳循环的关键控制因子，揭示全球气候变化 对陆地生态系统碳循环的影响及生态适应机制；构建我国陆地生态系统碳 循环动力学模型和遥感反演模型，实现两种模型的综合集成。 3.阐述中国陆地生态系统碳循环的历史演变规律，评价土地利用/土地覆被变 化对碳循环过程的驱动作用，重建过去50年中国陆地生态系统碳汇和碳源 的时空格局，预测未来50年的变化趋势，辨析自然扰动和人为活动的贡献 及调控机理。 4.阐述典型河口向近海碳输运的生物地球化学过程，评价人为活动对河流碳 输运的影响；阐明以多沙和物理输运为主的碳输运规律，揭示河口重点沉 积区的碳的早期沉积作用；定量认识河口碳输运过程在陆地生态系统碳循 环中的作用。 5.评估中国陆地生态系统固碳潜力及其成本效益、重大生态环境建设工程对
元素循环的意义（以碳、氧为例） 1.你对于氧、碳、氮、磷、硫几种典型营养性元素循环的重要意义有何体会？(选两种元素) 物质循环是基于元素的循环进行的，O、C、N、P和S等营养元素是生物活体和死亡组织中存在的除氢元素以外的主要元素，这些元素的循环实现了对维持地球上生命非常重要、关键的许多功能[1]。这些元素的生物地球化学循环是地球系统的主要构成部分，它涉及地层环境中物质的交换、迁移和转化过程，可影响生态系统的生产力和大小；是地球运动和生命过程的主要营力。 C、H、O、和N是制造氨基酸的基本元素，而氨基酸又是所有蛋白质的基本组成成分。 P的两种特殊作用使其成为生物有机体中的关键元素：作为磷酸酯，它将构成细胞DNA的单个核苷联系起来；而作为细胞线粒体中的三磷酸腺苷（ATP），在细胞的呼吸新陈代谢过程中起到关键作用。S的作用主要是存在与两种主要的氨基酸（半胱氨酸和甲硫氨酸）中，有助于为构成生物组织的蛋白质提供机械结构。 1.1碳循环的意义 碳的生物地球化学循环对地球上几乎每个活的生物的生存都是至关重要的，在全球尺度上，大气中的CO2溶解到海洋中，浮游植物进行光合作用使溶解态CO2的转化为O2和“CH2O”，O2向大气传输，光合作用产生的“CH2O”中，一部分被更高营养级消费者利用，一小部分沉积到海底，被沉积的“CH2O”经过几百万年的地质作用，最终输送到地球表面，“CH2O”通过风化过程被氧化，消耗大气中的O2，产生CO2，补充了大气循环开始时损失的CO2[2]。 研究意义：碳循环伴随着物质循环和能量流动。碳的地球化学循环控制了碳在地表或近地表的沉积物和大气、生物圈及海洋之间的迁移,而且是对大气二氧化碳和海洋二氧化碳的最主要的控制。在碳的生物循环中，大气中的二氧化碳被植物吸收后,通过光合作用转变成有机物质，然后通过生物呼吸作用和细菌分解作用又从有机物质转换为二氧化碳而进入大气。碳的生物循环包括了碳在动、植物及环境之间的迁移。使得生物新陈代谢成为可能，碳氮元素通过自身化学存在
自然界中的氧循环和碳循环 一、知识点梳理 知识点一：自然界中的氧循环 1.耗氧途径：生物的呼吸、燃料燃烧等。 2.产氧途径：植物光合作用。 知识点二：自然界中的碳循环 1.二氧化碳产生途径。 2.二氧化碳消耗图集。 知识点三：温室效应 1.温室气体。 2.温室效应的利弊。 3.减缓温室效应---低碳。 二、重难点突破 考点1.自然界中的氧循环 1．氧循环的含义：氧循环是指大自然中氧气的含量会由于生物的呼吸作用和物质的燃烧等减少，但又会随植物的光合作用而增加，周而复始地进行循环。 2．氧气产生的主要途径：植物的光合作用把水和二氧化碳转化为有机物，并释放出氧气。3．氧气消耗的途径：（1）动植物的呼吸作用：吸入氧气，产生二氧化碳。 （2）动植物死亡后的遗体被微生物分解，最后被氧气氧化成水和二氧化碳。 （3）矿物质燃料（如煤、天然气）等扥燃烧，消耗氧气，放出二氧化碳。 例1：自然界中存在氧循环和碳循环,其中能将二氧化碳转化为氧气的是( ) A. 水的电解 B. 动植物的呼吸 C. 植物的光合作用 D. 蜡烛燃烧 解析：二氧化碳能通过植物的光合作用转化为氧气,所以C选项是正确的. 答案：C 变式训练一：把新鲜水草放在鱼缸里的主要作用是( ) A.增加鱼缸里的养料 B.美化鱼的生活环境 C.增加鱼缸里的氧的含量 D.增加鱼缸里的二氧化碳的含量 答案：C 考点2.自然界中的碳循环 1．碳循环的含义：大气中的二氧化碳通过植物光合作用被消耗，又随动植物的呼吸作用、有机物的燃烧以及生物腐烂分解等过程，源源不断地重新释放出来，结果使大气中的二氧化碳的数量与重新释放出来的数量大致相等。 2．自然界中碳的形式：自然界中的碳以单质（金刚石、石墨等）或化合物（在空气中，以二氧化碳为主；在生物体内，以有机物）的形式存在。
自然界的碳循环 碳是一切生物体中最基本的成分，有机体干重的45%以上是碳。据估计，全球碳贮存量约为×1015t，但绝大部分以碳酸盐的形式禁锢在岩石圈中，其次是贮存在化石燃料中。生物可直接利用的碳是水圈和大气圈中以二氧化碳形式存在的碳，二氧化碳或存在于大气中或溶解于水中，所有生命的碳源均是二氧化碳。 碳是组成生命的最重要的物质成分之一，在生命物质中占到%。碳循环是维持地球表层生命活动的主要物质循环。地球表层系统中的碳，绝大部分以沉积物的形式储存在岩石圈中的储存库里，只有%的碳可以被生物吸收和利用。储存库中的碳，以碳水化合物的形式存在于有机物质中（如岩石中的石油、天然气、煤），或以无机物的形式存在于矿物碳酸盐中（如碳酸钙）。储存库里的碳，一般情况下是不参加碳循环的，除非岩石被风化，化石燃料被利用，或火山活动将其以CO2和CO的形式带到大气中。大气活性库中的碳，不到全部碳的2%。它主要是通过生物的呼吸作用来补充的，火山喷发、人类燃烧化石燃料也是重要的来源。如图所示，植物光合作用吸收大气中的CO2，生产有机化合物，然后通过食物链传递。海洋中的浮游植物还可以直接生成碳酸盐骨骼。生物死亡后，生物体沉降到海底形成沉积层。海洋浮游植物生成的有机质，同样也沉降到海底，最终转变成石油和天然气。在适宜的地质条件下，陆地上的植物积累形成泥炭，这种泥炭可以转变成煤、石油、天然气和煤被称为化石燃料，是碳的巨大储藏库。当这些化石燃料被发掘、利用，燃烧生成的CO2和CO又会释放到大气中，参与碳循环。 碳循环
碳循环具有重要的意义。一方面满足植物光合作用的需要，维持了地球表层生命活动的正常进行；另一方面，调节地球表面气候。由于碳循环的存在，使得大气CO2保持在某一恒定的水平，从而保证了地球表面温度不至于过高或者过低，为生物的生长发育和人类的生存提供了适宜的环境。如果这一循环被破坏，将会导致地球表层系统失去平衡，威胁到人类的生存。人类燃烧化石燃料导致大气CO2含量的急剧增加，可能会引起全球气候的变暖，就是一个例子。 碳循环的过程与特点 （1）碳循环的过程 碳的主要循环形式是从大气中的二氧化碳库中开始，经过生产者的光合作用，把碳固定，生成糖类，然后经过消费者和分解者，在呼吸和残体腐败分解后，再回到大气蓄库中，碳被固定后始终与能量流动密切结合在一起，生态系统的生产力的高低也是以单位面积中碳的含量来衡量。 植物通过光合作用，将大气中的二氧化碳固定在有机物中，包括合成多糖、脂肪和蛋白质，而贮存在植物体内。食草动物吃了以后经消化全盛通过一个一个营养级，再消化再合成。在这个过程中，部分碳又通过呼吸作用回到大气中；另一部分成为动物体的组分，动物排泄物和支植物残体中的碳，则由微生物分解为二氧化碳，再回到大气中 （2）碳循环的特点 碳循环在生态系统中基本上是伴随着光合作用和能量流动的过程而进行的，其主要特点有： ①绿色植物通过光合作用将大气中的CO2和水转化成有机物，构成全球的基础生产。 ②含碳分子中，二氧化碳、甲烷和一氧化碳是最重要的温室气体。而二氧化碳是生物地球化学循环最重要的核心之一。
16.（2020·云南）对比是学习化学的重要方法。下列关于CO2与CO的比较中错误的是 A.CO2可用于灭火，CO可用作燃料 B.CO2能溶于水，CO难溶于水 C.CO2可用于光合作用，CO可用于人工降雨 D.CO2会造成温室效应，CO易与血液中的血红蛋白结合引起中毒 【答案】C 【解析】CO2不能燃烧，也不支持燃烧，用于灭火，CO能燃烧，放出大量热，可用作燃料；CO2能溶于水，CO难溶于水；CO2可用于光合作用，干冰（固态二氧化碳）升华吸热，可用于人工降雨；CO2会造成温室效应，CO易与血液中的血红蛋白结合引起中毒。 8.（2020·吉林）下列与碳和碳的氧化物有关的说法中，正确的是 A.煤炉上放一盆水可防止CO中毒 B.CO2能使紫色石蕊溶液变红，说明CO2显酸性 C.CO和CO2化学性质不同的原因是分子构成不同 D.用墨绘制的古画经久不变色，说明碳不与任何物质反应 【答案】C 【解析】一氧化碳和水不反应，煤炉上放一盆水不能防止CO中毒；二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸显酸性，能使紫色石蕊溶液变红，二氧化碳不显酸性；一氧化碳和二氧化碳由分子构成，它们的分子保持保持该物质的化学性质，则一氧化碳和二氧化碳化学性质不同的原因是分子构成不同；用墨绘制的古画经久不变色，说明碳的化学性质不活泼。 6.（2020·鄂州）下列有关碳及碳的化合物的说法正确的是 A. 金刚石、石墨和C60的化学性质相似，物理性质有很大差异，是因为它们由不同的原子构成
B. 煤炉上放一盆水就能防止一氧化碳中毒 C. 碳酸钙在医疗上可用作补钙剂 D. 空气中二氧化碳含量过高可形成酸雨 【答案】C 【解析】金刚石、石墨都由碳原子构成，C60是由C60分子构成；一氧化碳难溶于水，不和水反应，煤炉上放一盆水不能防止一氧化碳中毒；碳酸钙含钙元素，在医疗上可用作补钙剂；空气中二氧化碳含量过高会导致温室效应，空气中二氧化硫、二氧化氮含量过高会导致酸雨。 14.（2020·邵阳）下列有关碳和碳的氧化物的说法错误的是 A.CO和CO2的化学性质不同，是因为分子的构成不同 B.金刚石和石墨的物理性质不同，是因为碳原子的构成不同 C.清明上河图至今图案清晰可见，是因为常温下碳单质的化学性质稳定 D.CO2通入紫色石蕊试液中，试液变成红色的原因是CO2能和水反应生成酸 【答案】B 【解析】CO和CO2的分子构成，所以二者的化学性质，A正确；金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同，所以二者的物理性质不同，化学性质相同，B错误；常温下碳单质的化学性质稳定，所以清明上河图至今图案清晰可见，C正确；CO2和水反应生成碳酸，所以CO2通入紫色石蕊试液中，试液变成红色，D正确。 10.（2020·东营）氧循环和碳循环是自然界中的重要循环（如图）。分析两种循环，其中不正确的是（）
自然生态系统论文题目 1、长白山自然保护区森林生态系统间接经济价值评估 2、中国陆地地表水生态系统服务功能及其生态经济价值评价 3、森林生态系统健康评价指标及其在中国的应用 4、中国主要森林生态系统公益的评估 5、河流生态系统健康及其评价 6、城市河流生态系统健康评价初探 7、海南岛生态系统生态调节功能及其生态经济价值研究 8、稻麦轮作生态系统中土壤湿度对n2o产生与排放的影响 9、景观生态系统的空间结构:概念、指标与案例 10、盘锦地区湿地生态系统服务功能价值估算 11、鼎湖山区域大气降水特征和物质元素输入对森林生态系统存在和发育的影响 12、中国生态系统服务研究的回顾与展望 13、长江口湿地生态系统服务功能价值的评估 14、生态系统服务功能、生态价值与可持续发展 15、青藏高原高寒草地生态系统服务价值评估 16、洞庭湖湿地生态系统服务功能价值评估 17、生态系统服务研究:进展、局限和基本范式 18、辽河三角洲湿地生态系统健康评价 19、生态系统健康与人类可持续发展 20、退化生态系统恢复与恢复生态学
最新生态系统论文选题参考 1、我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡 2、中国森林生态系统的植物碳贮量及其影响因子分析 3、河岸植被特征及其在生态系统和景观中的作用 4、生态系统健康评价—概念构架与指标选择 5、湿地生态系统健康研究进展 6、中国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力 7、生态系统综合评价的内容与方法 8、北京山地森林生态系统服务功能及其价值初步研究 9、湿地生态系统健康评价指标体系I理论 10、土壤碳储量减少:中国农业之隐患——中美农业生态系统碳循环对比研究 11、海南岛生态系统生态调节功能及其生态经济价值研究 12、中国森林生态系统服务功能价值评估 13、中国森林生态系统服务功能及其价值评价 14、吉林省生态系统服务价值变化研究 15、co2失汇与北半球中高纬度陆地生态系统的碳汇 16、中国草地生态系统服务功能间接价值评价 17、湿地生态系统健康评价指标体系ⅱ.方法与案例 18、中国森林生态系统植被碳储量时空动态变化研究 19、生态系统健康及其评价指标和方法 20、土地利用变化对草原生态系统土壤碳贮量的影响
浙教版科学八年级下学期 3.7 自然界中的碳循环温室效应（第2课时）同步练习 （II ）卷 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、基础题 (共7题；共15分) 1. （2分）与氧循环无关的是（） A . 生物呼吸 B . 物质燃烧 C . 光合作用 D . 氟利昂破坏臭氧层 2. （2分）我国大力发展水力发电站建设，如葛洲坝，年发电量相当于每年燃烧3 000万吨煤的火力发电站发出的电量，水力发电和火力发电相比，下列说法中正确的是（） ①减少CO2的排放有利于减轻温室效应；②减少SO2的排放有利于减少降酸雨；③减少废渣排放有利减少对土壤、水体污染；④减轻白色污染 A . ①②③④ B . ①②③ C . ①② D . ① 3. （2分）下列有关自然界中碳循环和氧循环的叙述，错误的是（） A . 碳循环的主要形式是含碳有机物 B . 分解者在生物圈的依循环过程中扮演着重要的角色 C . 呼吸作用和光合作用保持了大气中氧含量的稳定 D . 碳循环和氧循环的过程中伴随着能量流动 4. （2分）如图所示是自然界中一个简单的碳循环过程，对于该过程理解正确的是（）
A . 动植物的呼吸作用为地球大气提供了所有的二氧化碳 B . 植物只能通过光合作用将大气中的碳元素转移到体内 C . 植物体内的有机物只能通过自身的呼吸作用转化为二氧化碳 D . 我国北方的冬天，许多树叶掉落，会导致大气中的二氧化碳明显增加 5. （2分）科学家发现大气中二氧化碳的平均浓度(单位为ppm)从20世纪50年代的315 ppm升至21世纪初的370 ppm，下列哪项可能是导致这种变化的主要原因（） A . 人口过快增长 B . 植被遭受破坏 C . 全球气温升高 D . 野生生物灭绝 6. （2分）科学家在分析被密封在琥珀中的远古时代的空气成分时发现，当时大气中氧气的体积分数为35%，而现在仅为21%，造成这种现象的原因是（） A . 大量岩石风化消耗氧气 B . 海水中溶解氧增加 C . 生物呼吸作用消耗氧气 D . 气候变迁引起森林大量减少 7. （3分）图甲A、B、C分别表示某植物叶片所进行的某些生理活动，图乙为该植物在晴朗的夏季一天24小时内呼吸作用和光合作用的变化曲线。请据图回答：
地 球 与 环 境2004年第32卷第1期 90 E ARTH ADN E NVIRONME NT v ol.32,N o.1,2004收稿日期:2003207207;修回日期:2004203202 基金项目:国家自然科学基金(30069005、40372116);国土资源部2000 年重点科技项目(2000208);石林科学基金项目(200002) 第一作者简介:曹建华(1963— ),男,研究员,主要从事生物岩溶和岩溶生态系统研究。 文章编号:167229250(2004)0120090207不同植被下土壤碳转移对岩溶动力 系统中碳循环的影响 曹建华1,袁道先1,潘根兴2,姜光辉1 (1.中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004; 2.南京农业大学资环学院,江苏南京210095) 摘 要:土壤是陆地生物生长、发育、繁殖的最佳场所,也是岩溶发育最为活跃的部位。土壤～岩石(土箱)、草本植物(麦冬)-土壤-岩石(草箱)、木本植物(黄杨)-土壤-岩石(树箱)体系中碳循环的模拟试验显示,黄杨具有较大的树冠可截获更多的降雨,根系的呼吸作用、分泌作用和土壤微生物活力的提高,使土壤环境中C O 2浓度提高,树箱比土箱、草箱分别提高148.08%、75.01%,而土壤呼吸排放C O 2的量则分别提高175.75%、171.14%;随水排泄的无机碳浓度分别提高77.78%、72.49%,排泄的总量分别提高166.49%、153.81%。碳循环强度的增加,使土下碳酸盐岩的侵蚀能力加强,树箱比土箱提高2.84倍、比草箱提高1.36倍。 关键词:土壤碳转移;岩溶发育;生物作用;模拟试验 中图分类号:X 142 文献标识码 :A
第19卷第1期2004年2月 地球科学进展 ADVANCE IN EARTH SCIENCES Vol.19 No.1 Feb.,2004 文章编号:1001-8166(2004)01-0120-11 中国区域碳循环研究进展与展望 戴民汉1,翟惟东1,鲁中明1,蔡平河1,蔡卫君2,洪华生1 (1.厦门大学海洋环境科学教育部重点实验室环境科学研究中心,福建 厦门 361005; 2.美国乔治亚大学海洋科学系,阿森斯 乔治亚 30602) 摘 要:中国陆地和海洋生态系统的区域碳循环在全球碳循环过程中占有重要地位。目前,中国陆地生态系统在全球碳循环中的地位和作用已有比较深入的研究,而中国边缘海系统碳循环研究相对薄弱。简要回顾中国碳循环(以现代过程的描述为主)的研究动态,重点阐述中国边缘海碳循环研究概况及CO2的海—气交换、有机碳循环、颗粒有机碳的输出、河流的输运等海洋碳循环过程的关键科学问题。在汇总补充及数据更新的基础上勾画了中国区域碳循环框架。我们认为,中国的区域碳循环过程尚有诸多未知量和不确定性,缺乏把陆、海、气作为一个系统的综合研究,海洋生态系统碳循环研究尤其需要加强。中国边缘海的碳循环研究应当围绕CO2的汇源过程这一碳循环的中心问题,深入开展边缘海碳的生物地球化学及其与大气CO2的耦合作用等方面的研究。 关 键 词:碳循环;CO2;海洋生物地球化学;边缘海;中国 中图分类号:P736.4 文献标识码:A 工业革命以来,化石燃料燃烧等人类活动已经显著地改变了全球碳循环,突出地表现为大气CO2的平均浓度从过去42万年中的180～300μL/L[1]上升到目前的370μL/L[2,3]。 大气CO2时空变化受控于由海洋碳酸盐体系驱动的溶解度泵和浮游生物驱动的“生物泵”过程,以及大气CO2与陆地植被光合/呼吸作用的相互作用,因此,对CO2的研究涉及全球碳循环的系统过程[4]。过去的10年中,我们对碳循环的了解已有长足的进展。如目前的观测结果[5]证实了以往仅用模型展示的海洋作为碳汇的量级,直接检测到的海水中无机碳量的增加[6,7]亦证实了以往用放射性碳核素所观测到的结果。放射性和稳定同位素的应用为全球碳循环研究提供了强有力的工具;森林的统计和植被遥感的研究表明北半球陆地是显著的碳汇[8]。最近全球海洋通量联合研究根据最新数据更新了1995年IPCC绘制的全球碳循环箱式框图(图1)[9]。 但迄今为止,碳循环研究存在诸多不确定性,如我们依然难以定量表征由农业化、森林砍伐等人类活动所导致的全球效应[10];对陆架边缘海是大气CO2的源或汇也依然在争论之中[9,11,12];对CO2海—气交换,碳在海洋真光层、深海的迁移转化,以至最终输出到沉积物的埋藏过程和速率仍认识模糊;对El Ni?o等一些气候变异的影响也不甚了解。 查明大气CO2的源、汇的量级与机制,有助于了解人为CO2在当前全球变化背景下的归宿,不仅具有重大的科学意义,也将为人类调控全球气候变化提供重要理论基础,还对全球人类活动及各国制定经济和社会发展战略具有指导意义,而且对国家环境外交政策的制定也有重要参考价值。 中国人口众多,近来经济发展迅速,我国在1995年的化石燃料等能源的生产和消耗均已占世界的10%[13],到了2000年,我国因化石燃料燃烧所 收稿日期:2002-01-19;修回日期:2003-09-18. ＊基金项目:国家自然科学基金项目“南海北部海气CO2通量与上层生物地球化学过程的相互作用”(编号:40176025);国家重点基础研究发展规划项目“地球圈层相互作用中的深海过程和深海记录”(编号:G2000078500)资助. 作者简介:戴民汉(1965-),男,浙江人,教授,主要从事海洋生物地球化学研究.E-mail:mdai@xmu.edu.cn
土壤侵蚀对陆地生态系统碳循环的影响过程与机理 碳是地球上储量最丰富的元素之一，它广泛地分布于大气、海洋、地壳沉积岩和生物体中，总的来说，地球上主要有大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库以及岩石圈碳库四大碳库，并在各大碳库之间不断循环变化。碳是有机化合物的基本成分，是构成生命体的基本元素，碳循环还与生命活动紧密相联。亿万年来,在地球的生物圈和大气圈中,碳通过生命的新陈代谢，往复循环，生生不息。无疑，碳在各种生态过程以及人类活动过程中的重要角色决定了其成为最佳研究载体的地位。 碳的蓄积、储量、潜力甚至受人类活动的影响程度在不同生态系统中都存在较大差异。陆地生态系统包括农田生态系统、湿地生态系统、森林生态系统、草地生态系统以及荒漠湿地系统。在陆地生态系统中,大部分碳主要蓄积在森林之中,它们主要以2种形式储存:一是以树干、树枝、树叶和树根等生物量的形式储存；二是以土壤有机碳的形式储存。在农田生态系统中,碳的储存主要是以地表以下植物有机质和土壤蓄积的形式,大部分具有很高的碳年吸收率,农田生态系统吸收的大部分碳通常以农产品及其副产品或废弃物的形式运走或很快释放到大气中。当然下一个作物生长季,碳又被蓄积,如此循环往复。当前,农业土壤经常是一个净碳源,然而如果通过良好的农业措施,如免耕、休耕等,又可以减缓农田碳源的排放,甚至变源为汇。草地生态系统中的绝大部分碳储存在土壤中。这些碳蓄积长期处于稳定状态,但也受人类活动及外来扰动的影响,如果载蓄量超过其承载能力,或者火灾频发,都会使碳大量丢失。湿地生态系统中的碳几乎全部作为死的有机物存储在土壤中,且受人类活动的影响很大,如排水可使碳释放,而造林又可以抵消其排放。在副极地附近的湿地,由于全球气候变暖造成的永冻土融化也可能使土壤碳释放进入大气 陆地生态系统碳循环过程是指植物通过光合作用吸收CO2，将碳储存在植物体内，固定为有机化合物，形成总初级生产量，同时又通过在不同时间尺度上进行的各种呼吸途径或扰动将CO2返回大气。其中一部分有机物通过植物自身的呼吸作用(自养呼吸)和土壤及枯枝落叶层中有机质的腐烂(异氧呼吸)返回大气，未完全腐烂的有机质经过漫长的地质过程形成化石燃料储藏于地下；另一部分则通过各种(包括人为和自然的)扰动释放CO2，形成大气——植被——土壤——岩石——大气的碳库之间的往复循环过程（如图1所示）。
973计划：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究
项目编号：2002CB412500 项目名称：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究 起止年月：2002年12月-2007年8月 项目首席科学家： 刘纪远中国科学院地理科学与资源研究所 项目依托部门：中国科学院 经费预算：2000万元
一、主要研究内容 项目以中国科学院重大项目为基础，以国家科学创新为主导，以环境外交谈判战略需求为总目标，瞄准陆地生态系统碳汇/源的时空格局、碳循环的调控和驱动机制及未来情景3大前沿性科学问题，采用陆地生态系统碳通量/储量与碳循环过程的综合观测、生物过程适应性实验研究以及典型河流碳通量及碳输运过程研究为支撑系统的自下而上途径，与以土地利用/土地覆被变化和遥感数据库为基础的自上而下研究途径的有机结合的研究思路。综合研究中国陆地生态系统碳循环的自然调控机理、人为因素驱动机制、生物过程对环境变化的适应机制以及碳汇/源时空格局形成的生物地理学机制；综合评价中国陆地碳汇/源的时空格局及其历史演变过程和未来情景；分析评估中国陆地生态系统的增汇潜力、碳库间循环周期、生态系统管理的增汇效果和成本效益、重大林业工程的固碳效应以及河流碳输运在陆地碳循环中的作用；跟踪国际谈判焦点问题，探讨碳汇项目的计量方法学、中国农林业活动碳吸收汇的潜力及其增汇技术的可行性。建成初具规模的中国陆地生态系统碳循环综合研究的科学平台，发展基于地学空间信息的现代地球系统科学方法论，为中国社会经济的可持续发展和生态系统管理以及参与环境外交活动和履约提供科学依据和技术支撑。 二、预期目标 1.建立一个初具规模的中国陆地生态系统碳通量/储量和循环过程的综合观测 网络(ChinaFlux)，揭示中国陆地生态系统碳通量和储量的生物地理规律， 构建中国陆地生态系统碳循环研究的数据信息系统。 2.初步阐明中国主要类型陆地生态系统(森林、农田、草地和湿地)碳循环过 程的生物物理机理，确定驱动碳循环的关键控制因子，揭示全球气候变
第7节自然界中的氧循环和碳循环 1．自然界中的氧循环 消耗氧气的主要途径是等； 产生氧气的途径是。大气中的氧气的含 量会随着生物的呼吸、微生物的氧化分解和物质的燃烧 等运动而减少，但又会随植物的光合作用而增加，周而 复始地进行循环，这就是自然界的氧循环。自然界中的氧是在不断循环变化的。 2．自然界中的碳循环 自然界中的碳可以以单质和化合物的形态出现，碳在自然界中也是可以循环的。碳的循环主要通过CO2来进行的。它可以分为三种形式。 （1）是植物经作用将大气中的二氧化碳和水化合生成有机物，在一作用中又以二氧化碳返回大气中被植物再度利用； （2）是植物被动物采食后，有机物被动物吸收，在体内氧化成二氧化硪，并通过释放回大气中又可植物利用。 （3）是动植物残体被分解，以及等燃烧时，生成二氧化碳，它返回大气中后重新进人生态系统和碳循环。 3．温室效应 大气中等温室气体具有吸热和隔热的功能，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来，从而产生。在温室气体中二氧化碳占55%，其他还包括水蒸气、臭氧、氧化亚氮、甲烷、氯氟烃等。适度的“温室效应”能保证地球上的气温恒定，适于动植物生存，促进植物的光合作用。 “温室效应”加剧在一定程度上导致全球性气候变暖，产生一系列的危害。 ①；②；③；④。 （1）温室效应产生的原因。 ①矿物燃料（如煤、石油、天然气）的大量使用；②乱砍滥伐造成森林面积减少。 （2）减缓温室效应的措施。 ①减少化石燃料的使用；②开发新能源；③植树造林，严禁乱砍滥伐。 题型一自然界中的氧循环 1．氧气在自然界中存在非常广泛，并不断循环转化。请回答以下问题：（1）铁生锈、动植物的呼吸（填“是”或“不是”）缓慢氧化。 （2）下图是自然界中氧的部分循环示意图。从①～ ⑥中选择序号填空，消耗氧气的有，产生氧气 的有。 （3）将沸点不同的气体分离开来，常采用液化分离 法。如，控制温度在-183℃时，可将空气中氮气（N2） 与氧气（O2）分离。工业上分离液态空气制取氧气，该 过程属于（填“物理”或“化学”）变化。 2．自然界中氧气的主要来源是，消耗氧气的途 径有（任写一点）。从氧循环的角度分析，早晨 空气中的氧气含量比傍晚空气中的氧气含量要， 你的理由是 。 题型二自然界中的碳循环
陆地土壤碳循环的研究动态＊ 汪业勖 赵士洞 牛 栋 (中国科学院自然资源综合考察委员会,北京100101) Research State of Soil C arbon Cycling in Terrestrial Ecosystem .Wang Yexu ,Zhao Shidong ,Niu Do ng (Commission for Integrated Survey of Natural Resources ,Academia Sinica ,Beijing ,100101).Chines e Journal of Ecology ,1999,18(5):29-35. Soil carbo n pools and respiration play an impo rtant role in the g lobal carbon budget ,and they are also essential to understand the soil carbon cycling fo r the prediction of future atmospheric CO 2concentra -tio n and understanding the structure and function of soil ecosystem .T he key aspects in the research o f soil carbon cycling were presented ,including the different w ay s of estimate of soil carbon pools ,the relationships betw een soil carbon cy cling and global chang e ,and the basic methods for the mod -eling of soil carbon cycling . Key words :soil ecosy stem ,carbon pools ,carbon cycling . ＊中国科学院“九五”重大项目(KZ95T -04-02-09)和国家自然科学基金资助项目(49571030)。 作者简介:汪业勖,男,32岁,助研。1993年毕业于南京林业大学,获硕士学位。现于中科院自然资源综合考察委员会攻读生态学博士学位,从事森林生态系统研究,发表论文数篇。 1 引 言 陆地碳循环不仅关系到陆地生态系统生产力的形成,同时也影响到整个地球系统的能量平衡,是陆地生态系统结构和功能的综合体现。近几十年来,由于人类活动引起大气CO 2浓度的急剧上升,并可能导致全球气候变化,而且这种变化与陆地碳循环之间存在复杂的相互反馈机制,陆地碳循环已成为生态学、气候学、土壤学、生理学及地质学等众多学科研究的共同目标。在国际地圈-生物圈研究计划(IGBP )中,碳循环也是全球尺度模型化工作最初集中的主要目标[13]。然而由于陆地生态系统的多样性和复杂性,目前在陆地碳循环研究中仍存在很大的不确定性。例如80年代期间,在全球碳源与碳汇之间的不平衡为每年1.9±1.2PgC ,这部分“失踪”的碳汇被认为是北方中纬度森林每年吸收的0.5±0.5PgC 以及尚未观测到的陆地生态系统中每年贮存的1.4±1.5PgC [8]。应该指出这只是80年代期间的全球碳平衡的年平均值,而实际上碳循环中的生物 地球化学过程是与环境变化相关的,如大气CO 2浓度、温度和降水的变化都会影响到陆地植被的生理反应和土壤有机质的分解过程,因此气候变化等诸多因素的影响会导致陆地生态系统在碳源与碳汇之间出现年际波动,影响陆地生物圈的碳平衡。目前陆地碳循环的研究已经从理论分析和文献研究发展到建立全球性监测网络的系统研究[22]。 土壤是陆地生态系统中重要的组成部分。土壤不仅是陆地植物及土壤动物和微生物生存的养分库,同时也是在一定气候条件下生物物理和生物化学过程对母岩进行改造的产物。因此土壤在各种元素的生物地球化学循环中都发挥着重要的作用。在生物地球化学碳循环研究中,陆地土壤生态系统的意义和重要性体现在以下几个方面: 生态学杂志 1999,18(5)∶29-35 Chinese Journal of Ecology
自然界中氧和碳的循环教学设计 教学内容：自然界中氧和碳的循环 授课对象：八年级 授课时间：1课时 教材分析： 《自然界中氧和碳的循环》是浙教版科学教材八年级下册第二章《空气与生命》中第六节的教学内容，本节课程分为氧循环与碳循环两大部分并拓展了臭氧与温室效应的一些知识，氧循环与碳循环均分别通过其循环途径作出其循环图示，其中碳循环是在氧循环的基础上进行讲解，通过生活中的经验入手讲解氧循环，再由氧循环扩展到臭氧层的知识，而碳循环在氧循环基础上加以解释，据此讲解由于二氧化碳而造成的温室效应，故而将本节课的内容完整联系在一起，通过本节课的学习。大家对碳氧循环都将有一个完整的了解。 学情分析： 从教材整体来分析，《自然界中氧和碳的循环》一课是学生学习呼吸作用与光合作用的基础上的后续，学生对氧和碳循环的部分过程也有所了解，知道一些物质的相互转化后也就可以明白氧和碳进入循环的部分路径，初二的学生具有一定的归纳总结能力，能对相关知识进行整合和运用。但还不能了解土壤中的一些微生物分解作用，对于碳循环的部分途径了解的不够全面，对于臭氧与温室效应也不是很了解，通过这节课的内容让学生们了解全面培养他们系统的总结知识的能力，并且学生对本节课的内容有一定的兴趣，能够积极配合教师，对现象进行解释。因此可以主动学习，最终让学生养成保护环境的好习惯。 教学目标: 知识与技能： 1）了解自然界中的氧循环，了解自然界中的碳循环，从而认识自然界中物质间的循环与转化。 2）了解大气层中臭氧层的作用及其保护。 3）了解温室效应的成因和温室效应的利弊。 过程与方法： 1. 学会分析生态系统中碳和氧循环的方法。 2. 通过学习“温室效应”的形成及对人类的危害，发展自身推理、联想和思维迁移能力。 3. 提高分析总结的能力，体验成就感。 情感态度与价值观 1. 认同生物与环境是一个统一的整体。 2. 关注人类活动对生态系统的影响，养成与自然界和谐相处的生活态度。 3. 养成保护环境的良好习惯。 教学重点：自然界中的氧循环和碳循环
