土壤生态学课件 第十章 土壤生态系统与全球气候变化.ppt

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1、第十章土壤生态系统与全球气候变化引言第一节土壤生态系统中环境气体的特点、产生和转移途径第二节影响环境气体排放的因素第三节土壤生态系统环境气体排放的调控引言大气化学组成影响太阳辐射和地球热辐射的传输、吸收和反射；占大气99%的氮气和氧气既不吸收也不发射热量大气中组分不足1%的水汽、二氧化碳和微量气体则吸收地球热辐射，确保地球的热平衡。所有这些微量气体背称为温室气体。与土壤生态系统关联的温室气体种类很多，由CO2、CO、CH4、N2O、NOx、NH3、H2S和有机硫等第一节土壤生态系统中环境气体的特点、产生和转移途径一、土壤生态系

2、统中碳氮储量1、土壤生态系统中碳储量全球碳库由三部分构成：大气中二氧化碳和甲烷、陆地生态系统中碳和海洋中碳。海洋总量达39000Gt、大气最少750Gt，陆地中光土壤生态系统有2500Gt。不同类型土壤有机碳含量差异：见表不同地区土壤中有机碳含量差异：见表2、土壤生态系统中氮的储量空气中的氮气不能背生物直接利用，必须转化微氨、亚硝酸态及硝酸态才能为植物所吸收。大气中氮被固定有三种方式：自然界中的光电化学反应，如雷电作用将氮分子固定为硝酸；人工合成氮肥；生物固氮作用二、土壤中环境气体产生和氧化1、甲烷产生和氧化（1）甲烷产生机理

3、：甲烷是在厌氧条件下产甲烷菌作用于产甲烷基质的结果；产甲烷反应的临界氧化还原电位为-150mV，并且产生甲烷量随氧化还原电位降低而增加。基质在产甲烷菌的作用下被转化为甲烷，目前已知途径有二：一是专性矿质营养产甲烷菌的参与下，以H2作为电子供体还原CO2或直接利用HCOOH和CO形成甲烷，反应式为：CO2+4H2CH4+2H2O4HCOOHCH4+3CO2+2H2OCO+2H2OCH4+3CO2二是在甲基营养产甲烷菌的参与下，对含有甲基的化合物进行脱甲基作用，基质主要是乙酸，因为乙酸是有机物厌氧分解的主要中间产物，反应式CH3C

4、OO—+2H2OCH4+3HCO3-（2）甲烷氧化土壤中甲烷的氧化既可以发生在非淹水土壤，例如林地、旱地、沙漠、雪地等，也可发生在湿地，例如沼泽、水稻田等。前者主要氧化大气中的甲烷，以降低大气中甲烷的浓度，后者主要氧化湿地的内源甲烷，以减少向大气排放。详细机理很复杂，略去N2O的产生土壤中四条途径产生N2O：硝化作用、反硝化作用、硝态氮异化还原铵作用和化学反硝化作用三、土壤中环境气体向大气转移的途径土壤中产生的甲烷、二氧化碳和N2O主要通过三种途径进入大气：扩散、气泡和植物传输，以甲烷为例说明：1、气或液相扩散土壤向大气层甲烷

5、浓度降低，形成梯度，以浓度差形式从下向上扩散，此方式排放的比例较小2、气泡当水箱中气泡分压达到一定程度时就会上浮，逸出水面、进入大气3、植物传输；在有通气组织的植物存在时，甲烷通过植物的释放速率是通过水相扩散的10000倍，土壤中的甲烷大约90%通过植株的通气组织排放到大气中。四、土壤与大气之间环境气体的交换1、二氧化碳碳在大气、海洋与土壤之间在生物光合作用驱动下进行循环。土壤库量的较小波动都将直接影响大气中二氧化碳浓度。土壤中有机碳的积累和分解量影响着全球碳循环，而外界条件的变化强烈地影响着土壤中微生物对有机碳的分解2、甲烷

6、由于湿地甲烷排放存在明显的时空变化和缺乏地带性的变化规律，在排放总量估算上有着很大的不确定性目前估算主要有两种方法：依据该类型湿地野外实测的甲烷排放量及所代表的面积进行计算建立相关的数据模型，运用相关参数进行计算3、N2O每年输入大气N2O量大约17.7Tg，明显高于N2O输出量，导致大气中N2O含量增加；来源主要有人为和自然第二节影响环境气体排放的因素一、二氧化碳排放的影响因素1、土地利用方式当森林遭到砍伐后影响碳的循环：A、降低了植物对大气二氧化碳的固定；B、有机碳通过燃烧排入大气；C、加速土壤中有机碳的分解、释放进入大气

7、。2、施肥磷肥的施用没有加速枯枝落叶的分解；氮肥施用对土壤中有机碳的影响不大，主要加速土壤轻组有机碳的分解，但促进了土壤有机-矿质复合体形成，提高了有机碳的含量。因此施用氮肥促进了林地对大气二氧化碳的固定3、土壤性质一般土壤愈酸，有机质的溶解和分散性降低，使得微生物与有机物之间的接触降低，不利于有机质分解，残留就愈多。一般来说土壤有机碳的残留量随粘粒含量增加而增大；但对石灰性潮土和热带土壤则异常。4、水分状况土壤中分解有机物的微生物种类及其活性同水分状况密切相关。一般好氧条件下一种微生物可以直接把有机物转化为二氧化碳，而厌氧条

8、件下需要一系列微生物来接力完成。因此好氧环境中有机物分解速率远快于厌氧环境5、温度土壤中微生物活性发挥最佳的温度是35度。有机物质随土壤温度生高分解速率也提高。二、甲烷排放的影响因素1、地表水状况地表水位决定了湿地的类型及其植物种类，水位波动可使湿地由产生甲烷环境边为氧化甲烷