农业气象学二氧化碳与农业生产.pptxVIP

农业气象学二氧化碳与农业生产;本章重点： 碳循环、CO2饱和点与补偿点等基本概念 CO2增加对农业生产的影响及CO2调控技术 农田作物群体CO2通量及浓度变化规律分析 本章难点： 农田CO2浓度变化规律分析。;§1 二氧化碳对植物的影响 主要内容： ● 碳循环简介 ● CO2对植物的影响;一、碳循环简介 （一）碳循环的概念 碳循环是指碳素在地球的各个圈层(大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈)之间迁移转化和循环周转的过程。 在漫长的地球历史进程中，碳循环最初只是在大气圈、水圈和岩石圈中进行，随着生物的出现，有了生物圈和土壤圈，碳循环便在五个圈层中进行。碳循环的主要途径是：大气中的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干预，又以CO2的形式返回到大气中。;;碳循环的主要形式： 碳在自然界中的存在形式： 碳在生物体内的存在形式： 碳进入生物体的途径： 碳在生物体之间传递途径： 碳进入大气的途径：; 因此，若CO2发生量变，必然会对碳循环产生重大影响。维护碳循环正常运行的关键是控制CO2的排放量。 ; （二）大气中的CO2浓度 在地质历史时期，碳的流通缓慢，而且一直在进行沉积，在岩石中积存的碳约达1*1016t，在化石燃料中的碳约积存有1*1013t，这些碳被长期封存地下，从未在短期内大量逸出。因此，大气中的CO2含量是个恒量，或者说接近恒量，从而维持了碳循环的相对稳定和平衡。 但自从人类出现以来，特别是工业革命以来，一系列与碳元素有关的经济活动不断加入到碳循环过程中来，其中最主要的活动是燃烧矿物燃料和砍伐森林，结果打破了碳循环原有的平衡，使大气中的二氧化碳浓度增加。; 工业革命前，大气中的CO2 为280ppm左右。其后不断增加，增长速度不断加快。 年增长速度： 1840～1900年，0.12ppm； 1900～1960年，0.34ppm； 1960～2000年，1.32ppm。 至2000年，全球大气中的CO2浓度已经达到369ppm。; 1、大气中CO2的来源和去向 （1）大气中CO2的来源 ● 海洋。它是人类活动影响前大气中CO2 最重要的一个源。据估算，全球由海洋到大气的CO2平均净通量约为 4.151*108 t(C)/a。 ● 土壤。它是大气中CO2的另一个重要的源，每年约0.273*108 t(C)的CO2由土壤直接进入大气。; ● 人类活动。包括大量使用煤、石油、天然气等矿物质燃料向大气排放CO2以及破坏植被影响CO2 的吸收与同化。 有些研究的估算认为，在1850～1950年的100年间，由于人类活动而进入大气中的碳达1.8*1011t，其中1/3来自化石燃料燃烧，其余2/3则来源于植被破坏特别是森林破坏，从而影响了大气碳平衡。; （2）大气中CO2的去向 ● 生物圈。植物通过光合作用吸收同化大气中的CO2而形成有机物质，从而使CO2进入生物圈。据估算，陆地生态系统与大气中CO2交换的净通量为4.342*108 t(C)/a。 ● 水圈。大气中CO2溶解进入水圈。 CO2+H2O → H2CO3 ● 岩石圈。大气中CO2经过淋溶及化学反应进入岩石圈。 H2CO3+Ca++ → CaCO3↓+2H+; （一）植物对CO2的吸收和利用 1、植物吸收CO2的过程 （1）从大气通过湍流和对流交换输送到叶片附近。这段路程最长，CO2与叶片的距离以m或cm来计算，该段路程阻力最小。; （2）从叶片周围通过气孔到达叶肉细胞的表面。距离不到1cm，此段路程是气相扩散，其阻力的大小首先决定于气孔阻力的大小，此外CO2分子还要克服叶片内表皮阻力，才能到达叶肉细胞表面。; （3）从叶肉细胞的表面进入到叶绿体内。距离最短，在1mm以下，在这段路程中，CO2首先要克服叶肉阻力，其后CO2分子要穿过液相原生质，才能到达叶绿体，再进入到叶绿体内层的光化学反应中心。; 所以，CO2在由空气到叶绿体内的物理传递过程中受到一系列阻力的影响，包括： ● 叶片边界层阻力ra ● 气孔阻力rs ● 叶肉阻力rm; （4）CO2向叶内扩散的数学表达式 在这三种阻力的作用下，表达在光合作用中CO2向叶内扩散量(Pc)的关系式为： 式中，fc为CO2单位换算系数，即将mg/kg换算为g /cm3 CO2 的系数。; 2、植物对CO2的利用 二氧化碳是光合作用