第三章土壤有机碳.pptVIP

第三章土壤中C、N、S、P、F、Se、I与土壤环境质量土壤有机碳与环境质量主要内容碳循环简介碳循环与环境土壤有机碳库影响土壤有机碳分解的因素土壤有机质的转化模型目前在本领域研究中，急需解决的若干问题一、引言工业革命前的1800年大气二氧化碳的浓度为280ml/m3（IPCC（国际气候变化委员会），1990），而1959年在美国夏威夷的MaunaLoa长期检测站发现大气二氧化碳的浓度为315ml/m3，此后二氧化碳的浓度持续增加，平均每年升高1.5ml/m3（IPCC，1995）。大气二氧化碳的浓度持续增加导致全球气候变化，最终可能威胁到人类的生存。碳循环地球表层系统碳库与碳循环土壤及相关圈层碳库（李学垣，土壤化学）不同学者认为的土壤碳库量土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库。土壤碳库包括土壤无机碳库（SICP）和土壤有机碳库（SOCP）有机碳库（1500Pg）、无机碳库（1000Pg）,约是大气碳和植被碳库的2.5倍（Schlesinger，1996）。有机碳库（1550Pg）、无机碳库（1750Pg）（李学垣，土壤化学）二、碳循环与环境1、碳循环与大气CO2浓度痕量气体占大气中空气的0.04%(体积分数),其中99%以上为CO2。陆地生态系统和海洋与大气的CO2交换量各占整个CO2循环总量的50%。土壤每年向大气释放的CO2为50～76PgC,占陆地生态系统与大气间碳交换总量的2/3,约为大气碳库的1/10,比陆地生态系统初级生产净吸收的碳量大30%～60%,也远远超过化石燃料燃烧每年向大气排放的5PgC。如果没有土壤呼吸(包括土壤生物呼吸和植物根系及菌根的呼吸)产生CO2补充大气,大气中的CO215年将被耗尽。所以SOCP对ACP的CO2浓度的影响很大。公元900—1200年,大气中CO2浓度为250μL·L-1,公元1700—1800年为280μL·L-1,1994年的浓度达358μL·L-1近150年大气中CO2浓度增加了80μL·L-1,增幅达35%。引起CO2浓度升高的主要原因是土地利用的改变和燃烧化石燃料。人类活动对土地利用和覆盖的变化是最直接影响土壤碳库的因子：影响最严重的是将自然植被转变为耕地。它减少了土壤有机质的输入,破坏了土壤有机质的物理保护,增强了腐殖物质的矿化作用,使土壤呼吸增加,土壤碳库储量降低。特别是在耕种的头50年,表土有机C损失30%～50%。森林生态系统中土壤的平均碳密度为189Pg·ha-1,而草地和农田的土壤碳密度分别只有116Pg·ha-1和95Pg·ha-1。土地利用的改变每年对ACP贡献为(1.6±1.0)PgC,1950年以来,SOCP是大气CO2浓度增加的最大贡献者。控制气体交换的因素有温度、湿度、Eh和基质的有效性(C数量和质量)。对CO2的控制主要通过对微生物活动的控制。冷和淹水可减少CO2排放,但会形成CO2潜在来源的泥炭(占SOCP的24%)。温带湿润条件下CO2产生的多;温带干旱条件下,植物量少,土壤有机质含量低,CO2排放量小。热带土壤有机质分解快,是CO2短期内增加的主要原因。2、碳循环与大气中CH4浓度陆地生态系统与大气的气体交换除CO2外,还有CH4、N2O、NO、CO、H2S和S等痕量气体的交换。CH4的代谢比CO2复杂,土壤中既产生CH4,又消耗CH4。全球每年进入大气CH4的排放量约0.41PgC。湿地土壤的CH4每年排放量约0.131PgC,占总排放量的32%。如果包括白蚁和归还土壤的动物粪便,“土壤”的贡献可达44%。大气中每年有386TgC的CH4被氧化为CO2。所以每年土壤净损失和大气净积累的CH4可能为23～28TgC。湿地中90%的CH4在回到大气之前被氧化成CO2。水分未饱和的旱地土壤每年从大气中消耗掉(氧化)的CH4为11～34TgC,占大气CH4总量的3%～9%。温度的影响：气候变暖会引起CH4排放的增加。控制CH4的氧化会影响CH4的排放：甲烷氧化细菌将CH4作为惟一的碳源和能源(Lidstrom,1992)氧化。施用NH4-N肥会减少甲烷氧化细菌对CH4的消耗(大小和形状相似引起竞争),提高大气中NH3浓度,增大温室效应。甲烷细菌可位于好气和厌气界面,将CO2氧化成CH4,使之占到溶解气体的10%。植被对CH4的影响；是通过提供易分解有机C(根,新近的死根,根系分泌物)及植物本身(湿地植物)气体通道产生的O2-CH4交换来实现(约有90%的CH4是由这一通道排向大气的