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1、第18卷第5期地理科学Vol.18No.51998年10月SCIENTIAGEOGRAPHICASINICAOct.,1998全球气候变化对自然土壤碳、氮循环的影响张金屯(山西大学黄土高原研究所太原030006)提要大气中的温室气体浓度在不断升高,近年来增加速度加快,预计2030年CO2浓度将加倍,这将引起全球气候变化,即地球表面温度升高,全球平均降水增加,但变化幅度区域差异显著。气候变化对土壤系统产生重要影响,土壤碳库和碳流将发生显著变化
2、;土壤释放CO2和CH4的量明显增加;有机质分解加快;土壤N流失加快;土壤生物多样性会受影响。关键词全球气候变化土壤系统温室气体温室效应分类号中图法P467由于工农业生产的发展,大气中的CO2和CH4(甲烷),N2O和CFCS(氟氯烃类化合物)等气体的浓度在明显升高。这些气体具有可使大气温度升高的温室效应,称为温室气体[1](greenhousegas)。温室气体浓度的升高,将使全球气候发生显著的变化。这种变化将对生态系统的结构、功能及分布产生重要影响,同时会扩大和加深物理反馈过程,比如地球物理学过程(水分蒸发、反
3、射率等)、热力学过程(大气循环、洋流和气体的溶解性等)、生物地球化学过程(甲烷的氢代谢、陆地和海洋有机物的生产和分解等)。另外,还会对人类活动产生[2]作用。本文主要讨论气候变化对自然土壤碳、氮循环的影响及土壤对气候变化的反应。1温室气体的变化据记载,在过去的一个世纪中陆地和海洋温度增加了0.3~0.6,其中最近10a增加[3]速度最快。在温室气体中,CO2对温室热效应作用最大占56%,尽管其它气体对热辐射[1]吸收能力大大高于CO2,但由于其浓度基数低,作用较小(表1),其中CH4占11%,N2O占6%,CFCS占24%,水汽
4、占3%。表1主要温室气体的特点Table1Thecharacteristicsofmaingreenhousegases温室气体CO2CH4N2OCFCS工业化前(1750~1800)的浓度(mg/kg)2800.80.288-现在(1990)的浓度(mg/kg)3531.720.310.0002~0.0003年均增加(%)0.50.90.254时间(a)1001015065~130吸收辐射能力(相对于CO2)132150>10000国家教委留学基金(93-06)和山西省留学基金(96-020)资助。第一作者简介:张
5、金屯,男,1957年生,教授(博士),主要从事生态地理研究。收稿日期:1997-09-03;改回日期:1998-03-17464地理科学18卷CO2浓度在过去的近200a中增加了25%,年均增加0.5%。现在的增加速度更快,多种模型预测,到2030年大气中CO2浓度将加倍,大气中CO2浓度的增加主要是由于工业燃料燃烧量迅速增加,同时也因为森林植被破坏及林下土壤碳的分解释放而造成的。全球森[1]林植被和土壤中贮藏的碳是农业生态系统碳量的20~100倍。在温带
6、和热带地区,由于15[1]大量森林被砍伐,在1850~1987年间,估计有115Gt碳(1Gt=10g)被释放到大气中。近些年来,热带地区森林破坏速度加快,该地区平均释放1~2.6Gt(C)/a,其中包括0.2~[4]0.9Gt(C)/a来自林下土壤。工业燃料释放的CO2在1850~1987年间估计为200Gt[1][3]碳,二次世界大战后,其增加速度非常快,现在平均释放5.7~6.0Gt(C)/a。与能源有关的CO2释放量在全球各地是不均匀的,在北美、西欧和原苏联地区释放量较大(图1)。图1世界各地CO2释放量的变化(引自Wat
7、son等1996)Fig.1RegionalchangeofCO2emissionintheworld(FromWatsonetal.1996)CH4浓度自从1860年至今,已增加一倍以上。其来源主要是工业源、湿地、水域、稻田、[5]农田中的有机肥、有机物质燃烧等。CFCS则完全是工业化的产物。在温室气体中,由于CO2浓度增加速度加快,各种研究证明在以后的30多年内,CO2[3]浓度将达到工业化前的两倍,因此,CO2是影响全球气候变化的主要气体。2气候变化预测温室气体浓度逐渐升高,已成定论。但温室气体将导致气候发生什么样的变化?
8、科学家已建立了多种模型预测气候的变化。这些模型都是基于大气环流理论之上,统称为GCM(GeneralCirculationModel)模型,包括UKMO(UKMeteorologicalOffice)模型、GISS(God5期
