农业气象学第五章.ppt

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1、第五章CO2、风与农业生产主要内容§1二氧化碳对植物的影响§2农田二氧化碳状况及其调控§3风对农业生产的影响及调控本章重点：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。本章重点与难点§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

2、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。大气圈CO2生物圈CO2固定土壤呼吸溶解吸收有机质分解交换释放风化溶蚀固定沉积生物残体归还生物有机体归还沉积固定呼吸分解光合固定植物燃烧径流携带化石燃料燃烧、火山爆发、岩石风化土壤圈水圈岩石圈碳循环简图碳循环的主要形式：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：CO2；

3、CO2和碳酸盐；含碳有机物；绿色植物的光合作用；食物链；①生物的呼吸作用②分解者的分解作用③化石燃料的燃烧因此，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

4、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.

5、151*108t(C)/a。●土壤。它是大气中CO2的另一个重要的源，每年约0.273*108t(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

6、估算，陆地生态系统与大气中CO2交换的净通量为4.342*108t(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+back（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。二、CO2对植物的影响（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

7、，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/cm3CO

8、2的系数。2、植物对CO2的利用二氧化碳是光合作用的原料，对光合速率影响很大。从上式可知，植物吸收利用CO2的状况，与周围空气的CO2浓度有关，即浓度越大，CO2向叶内扩散量就越