土壤侵蚀对陆地生态系统碳循环的影响过程与机理

土壤侵蚀对陆地生态系统碳循环的影响过程与机理

碳是地球上储量最丰富的元素之一，它广泛地分布于大气、海洋、地壳沉积岩和生物体中，总的来说，地球上主要有大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库以及岩石圈碳库四大碳库，并在各大碳库之间不断循环变化。碳是有机化合物的基本成分，是构成生命体的基本元素，碳循环还与生命活动紧密相联。亿万年来,在地球的生物圈和大气圈中,碳通过生命的新陈代谢，往复循环，生生不息。无疑，碳在各种生态过程以及人类活动过程中的重要角色决定了其成为最佳研究载体的地位。

碳的蓄积、储量、潜力甚至受人类活动的影响程度在不同生态系统中都存在较大差异。陆地生态系统包括农田生态系统、湿地生态系统、森林生态系统、草地生态系统以及荒漠湿地系统。在陆地生态系统中,大部分碳主要蓄积在森林之中,它们主要以2种形式储存:一是以树干、树枝、树叶和树根等生物量的形式储存；二是以土壤有机碳的形式储存。在农田生态系统中,碳的储存主要是以地表以下植物有机质和土壤蓄积的形式,大部分具有很高的碳年吸收率,农田生态系统吸收的大部分碳通常以农产品及其副产品或废弃物的形式运走或很快释放到大气中。当然下一个作物生长季,碳又被蓄积,如此循环往复。当前,农业土壤经常是一个净碳源,然而如果通过良好的农业措施,如免耕、休耕等,又可以减缓农田碳源的排放,甚至变源为汇。草地生态系统中的绝大部分碳储存在土壤中。这些碳蓄积长期处于稳定状态,但也受人类活动及外来扰动的影响,如果载蓄量超过其承载能力,或者火灾频发,都会使碳大量丢失。湿地生态系统中的碳几乎全部作为死的有机物存储在土壤中,且受人类活动的影响很大,如排水可使碳释放,而造林又可以抵消其排放。在副极地附近的湿地,由于全球气候变暖造成的永冻土融化也可能使土壤碳释放进入大气

陆地生态系统碳循环过程是指植物通过光合作用吸收CO2，将碳储存在植物体内，固定为有机化合物，形成总初级生产量，同时又通过在不同时间尺度上进行的各种呼吸途径或扰动将CO2返回大气。其中一部分有机物通过植物自身的呼吸作用(自养呼吸)和土壤及枯枝落叶层中有机质的腐烂(异氧呼吸)返回大气，未完全腐烂的有机质经过漫长的地质过程形成化石燃料储藏于地下；另一部分则通过各种(包括人为和自然的)扰动释放CO2，形成大气——植被——土壤——岩石——大气的碳库之间的往复循环过程（如图1所示）。

图1 陆地生态系统碳循环示意图

土壤是陆地生态系统的第一大碳库。陆地生态系统碳循环是全球碳循环和全球气候变化中及其重要的一个环节。有研究表明，全球植被每年光合作用能固定550亿吨CO2，土壤微生物分解释放到大气中的CO2量也大致相当。全球植被和土壤的有机碳储量是大气中的3倍；土壤有机碳库的碳储量约是植被碳库的2倍左右。陆地生态系统是一个复杂的大系统，内部各子系统之间及其与大气之间存在着复杂的相互作用和反馈机制，它也是全球碳循环中受人类活动影响最大的部分。土壤侵蚀是在人类活动影响基础上产生的世界性的主要环境问题之一，全球水土流失面积1600多万km2，约占全球陆地面积的11%。土壤侵蚀包括陆地表面在水力、风力冻融和重力等外力作用下土壤、土壤母质及其它地表物质被破坏、剥蚀、搬运和沉积的全部过程，所以，土壤侵蚀会对土壤的理化性质产生极大的影响（包括土壤有机碳储量），进而影响陆地生态系统碳循环过程。

4、影响过程

一般认为,冻融侵蚀是高寒地区由于温度变化,导致土体或岩石中的水分发生相变,体积发生变化,以及由于土壤或岩石不同矿物的差异胀缩,造成土体或岩石的机械破坏并在重力等作用下被搬运、迁移、堆积的整个过程。冻融侵蚀严重威胁着耕地及各种建筑物,然而

,并非所有冻融作用对土体的改变都是以冻融侵蚀的形式表现出来的。已有研究结果表明:反复的冻融过程会影响土壤的物理性质,如团聚体稳定性、水分传导率、抗剪切力、可蚀性

等,进而加重土壤侵蚀[2-4;冻融作用对土壤性质的破坏也可以增加水力、风力、重力侵蚀等的物质来源,并以水力、风力、重力侵蚀等形式表现出来;同时,土壤冻融作用还具有时间和空间的不一致性,进而影响坡面土体的稳定[5];冻融侵蚀多发生在高纬度、高海拔、气候寒冷的区域。然而,通过冻融作用对土体的破坏,进而为其他侵蚀类型区增加了侵蚀物质来源的情形却更为广泛。在这些区域内,冻融作用与水力、风力、重力等外营力复合作用带来的土壤侵蚀问题远超过冻融侵蚀本身的危害。多年冻土活动层季节冻融过程的变化对陆地生态系统及其与大气间温室气体交换具有很大的影响,多年冻土区是全球碳循环的重要组成部分,多年冻土含有大量的有机碳,几乎是目前大气碳储量的两倍【22】。据估计,全球1/3的碳固定在活动层和多年冻土中【2】,活动层和多年冻土是CO2碳源,变暖将加速碳的排放【23】。向大气释放温室气体导致气候变暖，对全球气候变化产生正反馈效应【24】。冻土融化和多年冻土的退化导致的即使很小量的碳排放也将使大气中CO2和CH4浓度发生很大变化。多年冻土退化是通过生态系统的生物化学和生物物理反馈机制从而影响气候变化的【25】。生物物理反馈主要是指高寒冻土地区对升温引起的陆地能量收支变化【2627】；而生物化学反馈是将目前存储在冻土中的有机碳转化成CO2和CH4等温室气体释放到大气中【2829】。这些生物物理和生物化学过程将对寒区生态系统碳循环产生重要影响。温室气体的排放导致全球气候变暖，进而导致多年冻土退化，多年冻土退化增加了活动层和新形成的融化层中的有机物质含量，使原来冻结在多年冻土中的碳暴露在地气间，进入生态系统碳循环过程，经微生物降解而释放大量的CO2和CH4等温室气体，从而增强了气候变暖趋势。研究表明，土壤的冻结与融化过程是影响微生物分解释放出植物可利用营养物质形式的重要因子【3031】，植物生长常受营养物质可利用性的强烈影响。因此冻融过程对土壤营养物质转换的控制将对寒区生态系统的季节碳平衡产生潜在的影响【8】。土壤冻融的起始日期、持续时间及冻融深度是确定植被生长和陆气间温室气体交换的主要因素。土壤冻融状况反映了温度的变化。土壤冻结，由于温度低，土壤微生物的呼吸作用也较低，此时大气与地表系统温室气体交换量也较小，而随着温度的上升，春季土壤融化以后，植被开始生长，植被和土壤微生物的呼吸作用逐渐增强，地气间温室气体交换也大幅度增加，冻土区域植被生长季节长度以及陆地碳平衡与土壤冻融过程密切相关，Goul-den等研究表明，土壤碳库的稳定性对冻土融化的深度和持续时间比较敏感，气候变暖加速冻土融化将可能造成该区域净的碳排放。

土壤侵蚀对碳循环过程的影响

土壤侵蚀可以通过土壤理化性质的改变、土地生产力下降而间接改变生态系统的结构(物种组成、生物量)和功能(生物多样性、能量平衡、碳、氮、水循环等)，进而影响生态系统碳循环过程。土壤侵蚀对于生态系统的结构能够产生很大影响，生态系统的物种组成和生物多样性也会产生很大变化。土壤侵蚀也会显著影响生态系统各部分(比如地上部分、土壤、根系、凋落物等)的碳分配状况,比如土壤侵蚀引起的土地质量下降，进而影响地上部分植物的生长甚至森林变荒漠，地上部分的碳将会大量减少,而地下部分碳含量(根系和土壤)也会逐渐降低,从而造成碳在生态系统中的分配发生变化。土壤侵蚀也会影响陆地生态系统的功能,改变生态系统的小气候状况以及物理化学性质,从而影响凋落物的质量(碳氮比、单宁和纤维素含量等)和分解速率、土壤生物(动物和微生物)组成、土壤物理结构(砂砾、粘粒、粉粒组成以及土壤粘聚体结构)、土壤碳、氮、水含量、土壤有机质质量(易分解和不易分解的有机质比例)等。这些因素进而都会影响生态系统碳循环过程,进一步影响到生态系统的碳储存和释放。因此,土壤侵蚀将会对生态系统的碳循环产生巨大影响。

陆地生态系统碳循环研究进展

文章编号:100020585(2001)0520564212 收稿日期:2001206201;修订日期:2001208230 基金项目:中国科学院地理科学与资源研究所知识创新工程主干科学计划(CXIO G -E01-02-04) 作者简介:陶波(1972-),男,黑龙江省哈尔滨人,博士研究生。主要研究方向为全球变化与环境演变。 陆地生态系统碳循环研究进展 陶　波,葛全胜,李克让,邵雪梅 (中科院地理科学与资源研究所陆地表层系统开放实验室,北京　100101) 摘要:近年来,碳循环问题日益成为全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,其中 陆地生态系统碳循环又是全球碳循环中最复杂、受人类活动影响最大的部分。本文结合IG BP 和IPCC 中有关碳循环的最新报告,介绍了全球碳循环中大气、海洋和陆地生态系统等几个主 要碳库的大小及特点,并重点介绍了陆地生态系统碳循环及其基本过程。总结了当前陆地生 态系统碳循环研究的四种主要方法:清单方法、反演模拟、涡度相关技术和陆地碳循环模式, 介绍了它们的各自特点以及存在的问题,并对陆地碳过程中的不确定性进行了详细分析。此 外,还简要叙述了当前碳循环研究中待解决的问题和今后的发展趋势。 关　键　词:碳循环;碳汇;碳库;陆地生态系统;模式 中图分类号:P467;P593 文献标识码:A 工业革命以来,人类正以前所未有的速度和强度在全球尺度上对地球系统产生着巨大影响[1]。大气中CO 2浓度已从1850年的285±5ppmv 上升到1998年的约366ppmv ,即近150年内增长了大约28%[2]。从20世纪初至今,全球地面气温已经上升了013～016℃,最近10年已成为自1860年以来最暖的时期[3]。进入90年代,随着温室气体和温室效应等各种气候与环境问题的日益突出和国际气候谈判中对碳源、碳汇评价的客观需要,碳循环问题日益受到人们的普遍关注。大量研究表明,全球碳循环的动态变化与气候变化及人类活动影响(尤其是化石燃料的燃烧和土地利用/土地覆被变化)有着密切关系[2,4]。作为大气中CO 2的源和汇,陆地生态系统碳循环是全球碳循环中的重要环节,在全球气候变化中扮演着重要角色[5]。更好地了解陆地生态系统碳循环的动态机制是全面理解全球碳循环、正确预测未来气候变化的一个重要前提。 1　全球碳库与碳过程 碳是生命物质中的主要元素之一,是有机质的重要组成部分。概括起来,地球上主要有四大碳库,即大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库和岩石圈碳库。碳元素在大气、陆地和海洋等各大碳库之间不断地循环变化。大气中的碳主要以CO 2和CH 4等气体形式存在,在水中主要为碳酸根离子,在岩石圈中是碳酸盐岩石和沉积物的主要成分,在陆地生态系统中则以各种有机物或无机物的形式存在于植被和土壤中。 第20卷　第5期 2001年11月地 理 研 究GEO GRAPHICAL RESEARCH Vol 120,No 15Nov 1,2001

土壤生态学

土壤生态学 二、土壤生态系统的结构和功能 土壤生态系统的结构 主要包括构成系统的生物组成（种类）及其数量，生物组成在系统中的时空分布和相互之间的营养关系，以及非生物组成分的数量及其时空分布。 生物组份：初级生产者：根系、藻类光能和化能自养细菌； 消费者：植食、菌食和肉食性土壤动物； 分解者：土壤微生物、土壤动物；土壤酶和其他生物活性物质。 非生物组份是土壤生态系统的重要构成部分，是土壤生物的栖居环境和生命活动的物质基础。 土壤生态系统的生物组分和非生物环境之间的相互作用不但赋予了土壤生态系统的机构特质，而且决定着系统的功能。因此，土壤生态系统结构分析是功能研究的基础。 结构方面的具体研究内容详见下表（人类活动干扰对土壤生态系统机构的影响非常重要，未单独列出）。

土壤生态系统的功能 1、生态系统的功能可以简单地理解为保持生态系统运行的过程。有时生态系统的功能 又称为生态系统过程； 2、和其它生态系统一样，土壤生态系统系统的功能也主要包括能流、物质循环和信息 流等过程，它们是生态系统得以保持和发展的动力； 3、结构与功能的关系密不可分：一定的生态系统结构决定了其具有特定的功能或过程 格局，而功能又反作用于结构。因而生态系统机构和功能的演进或退化总是相伴进行的； 能量流 生物与环境之间，生物与生物之间能量的传递和转化的过程称为生态系统能量流，简称能流。 土壤生态系统的能流以植物和土壤藻类等初级生产者光合作用固定太阳能为开端，然后这些生物或其残体中的能量进一步沿食物链向下传递，同时伴随着向环境的消散：

土壤生态系统能流的研究内容 1、初级生产者的能量（光能）同化量、呼吸量、总初级生产力和净初级生产力及其分配； 2、次级生产者的能量摄取量、同化量、排泄分泌量、呼吸量和次级生产力； 3、能量的输入和输出，在各隔室中的流通量和现存量，最终建立能流模型，揭示能量沿土壤碎屑食物网的流动规律； 4、土壤生物群落或系统演替中的能流特征以及干扰对能流过程的影响。 物质循环 物质通过一定的途径进入到生物体，再从生物体返回到环境的过程称为物质循环。物质循环是生物与环境相互作用形成的复杂过程，是生态系统的重要功能。 养分循环的概念 生物生命必需的营养元素的循环叫做养分循环。水分是养分循环的重要载体，往往是相互伴随的过程。

(整理)973计划：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究.

项目编号：2002CB412500 项目名称：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究起止年月：2002年12月-2007年8月 项目首席科学家： 刘纪远中国科学院地理科学与资源研究所 项目依托部门：中国科学院 经费预算：2000万元

一、主要研究内容 项目以中国科学院重大项目为基础，以国家科学创新为主导，以环境外交谈判战略需求为总目标，瞄准陆地生态系统碳汇/源的时空格局、碳循环的调控和驱动机制及未来情景3大前沿性科学问题，采用陆地生态系统碳通量/储量与碳循环过程的综合观测、生物过程适应性实验研究以及典型河流碳通量及碳输运过程研究为支撑系统的自下而上途径，与以土地利用/土地覆被变化和遥感数据库为基础的自上而下研究途径的有机结合的研究思路。综合研究中国陆地生态系统碳循环的自然调控机理、人为因素驱动机制、生物过程对环境变化的适应机制以及碳汇/源时空格局形成的生物地理学机制；综合评价中国陆地碳汇/源的时空格局及其历史演变过程和未来情景；分析评估中国陆地生态系统的增汇潜力、碳库间循环周期、生态系统管理的增汇效果和成本效益、重大林业工程的固碳效应以及河流碳输运在陆地碳循环中的作用；跟踪国际谈判焦点问题，探讨碳汇项目的计量方法学、中国农林业活动碳吸收汇的潜力及其增汇技术的可行性。建成初具规模的中国陆地生态系统碳循环综合研究的科学平台，发展基于地学空间信息的现代地球系统科学方法论，为中国社会经济的可持续发展和生态系统管理以及参与环境外交活动和履约提供科学依据和技术支撑。 二、预期目标 1.建立一个初具规模的中国陆地生态系统碳通量/储量和循环过程的综合观 测网络(ChinaFlux)，揭示中国陆地生态系统碳通量和储量的生物地理规律， 构建中国陆地生态系统碳循环研究的数据信息系统。 2.初步阐明中国主要类型陆地生态系统(森林、农田、草地和湿地)碳循环过 程的生物物理机理，确定驱动碳循环的关键控制因子，揭示全球气候变化 对陆地生态系统碳循环的影响及生态适应机制；构建我国陆地生态系统碳 循环动力学模型和遥感反演模型，实现两种模型的综合集成。 3.阐述中国陆地生态系统碳循环的历史演变规律，评价土地利用/土地覆被变 化对碳循环过程的驱动作用，重建过去50年中国陆地生态系统碳汇和碳源 的时空格局，预测未来50年的变化趋势，辨析自然扰动和人为活动的贡献 及调控机理。 4.阐述典型河口向近海碳输运的生物地球化学过程，评价人为活动对河流碳 输运的影响；阐明以多沙和物理输运为主的碳输运规律，揭示河口重点沉 积区的碳的早期沉积作用；定量认识河口碳输运过程在陆地生态系统碳循 环中的作用。 5.评估中国陆地生态系统固碳潜力及其成本效益、重大生态环境建设工程对

全球氮循环

亚热带盐沼湿地土壤氮循环关键过程对全球变化的响应

摘要 河口盐沼湿地受到了陆地和海洋相互作用的影响，可以认为是生物活动较为活跃的地区，同时也是地球化学过程最为活跃的地区，对人类和社会有着重要的影响。氮在大气组分占78%，是大气圈中最丰富的元素，其在环境介质中的含量会直接影响到周围生物的生长。由于目前大量的人为输入氮源对河口的盐沼湿地已经产生了巨大的影响，河口地带出现赤潮、河口溶解氧含量锐减,以及大量的温室气体从河口溢出等环境效应。本研究以福州闽江河口盐沼湿地为研究对象，充分的研究了土壤氮循环的关键过程对全球变化的响应，通过野外采集、实验室模拟的方式，定量的研究了闽江河口盐沼湿地土壤-水体界面的氮循环过程，分别研究了盐入侵、植物入侵、酸沉降和盐沼湿地改为养虾塘后，土壤中硝化、反硝化和矿化作用的变化情况，探讨了氮在河口湿地的变化，及其在河口湿地扮演的重要角色。主要得到的研究结果如下： 1、植物入侵对氮循环的影响 无机氮和总氮：（1）互花米草入侵改变了土壤NO3--N含量在不同土层含量，可显著降低土壤的NO3--N含量，但整体增加了土壤的NH4+-N含量。（2）互花米草不同入侵过程土壤TC、TN含量以及C/N比的垂直变化特征均比较一致，入侵整体增加了土壤的碳氮含量和C/N比和土壤的碳氮储量。（3）闽江口互花米草入侵对短叶茳芏湿地土壤碳氮含量的影响相对于江苏盐城、长江口以及杭州湾湿地的影响可能更为显著，主要与其对闽江口湿地植物群落格局、养分生物循环以及强促淤作用引起的土壤颗粒组成等的显著改变有关。互花米草入侵亦改变了土壤中陆源和海源有机质的来源比例，使得入侵后湿地土壤养分的自源性增强。 硝化和反硝化：（1）闽江河口湿地土壤的反硝化速率远高于硝化速率，且呈现明显的季节变化，夏季的硝化-反硝化作用最强。不同季节条件下，土壤硝化-反硝化速率由大到小顺序，硝化速率：夏季>春季>秋季>冬季，反硝化速率：夏季>秋季>冬季>春季；按不同植被类型下土壤硝化-反硝化速率由大到小顺序，硝化速率：入侵边缘>互花米草>短叶茳芏，反硝化速率：互花米草>交汇处>短叶茳芏。（2）闽江河口湿地不同植被类型下沉积物-水界面N2O交换通量呈现明显的季节变化。土著物种短叶茳芏的土壤仅春季对上覆水N2O有微量吸收，夏、秋两季均对水体释放N2O，表现为水体中N2O的净源；由于互花米草的入侵，入侵边缘的土壤为春季释放N2O，而夏、秋两季土壤均吸收N2O，与土著物种短叶茳芏完全相反；互花米草入侵成功后的土壤，其夏季的沉积物-水界面N2O交换通量达到最大，表现为向水体释放较多的N2O，而其春、秋两季都为吸收N2O，但吸收总量小于释放量。（3）闽江口湿地互花米草入侵后，增强了土壤的硝化-反硝化作用，促进了N2O对大气的释放。

土壤侵蚀对陆地生态系统碳循环的影响过程与机理

土壤侵蚀对陆地生态系统碳循环的影响过程与机理 碳是地球上储量最丰富的元素之一，它广泛地分布于大气、海洋、地壳沉积岩和生物体中，总的来说，地球上主要有大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库以及岩石圈碳库四大碳库，并在各大碳库之间不断循环变化。碳是有机化合物的基本成分，是构成生命体的基本元素，碳循环还与生命活动紧密相联。亿万年来,在地球的生物圈和大气圈中,碳通过生命的新陈代谢，往复循环，生生不息。无疑，碳在各种生态过程以及人类活动过程中的重要角色决定了其成为最佳研究载体的地位。 碳的蓄积、储量、潜力甚至受人类活动的影响程度在不同生态系统中都存在较大差异。陆地生态系统包括农田生态系统、湿地生态系统、森林生态系统、草地生态系统以及荒漠湿地系统。在陆地生态系统中,大部分碳主要蓄积在森林之中,它们主要以2种形式储存:一是以树干、树枝、树叶和树根等生物量的形式储存；二是以土壤有机碳的形式储存。在农田生态系统中,碳的储存主要是以地表以下植物有机质和土壤蓄积的形式,大部分具有很高的碳年吸收率,农田生态系统吸收的大部分碳通常以农产品及其副产品或废弃物的形式运走或很快释放到大气中。当然下一个作物生长季,碳又被蓄积,如此循环往复。当前,农业土壤经常是一个净碳源,然而如果通过良好的农业措施,如免耕、休耕等,又可以减缓农田碳源的排放,甚至变源为汇。草地生态系统中的绝大部分碳储存在土壤中。这些碳蓄积长期处于稳定状态,但也受人类活动及外来扰动的影响,如果载蓄量超过其承载能力,或者火灾频发,都会使碳大量丢失。湿地生态系统中的碳几乎全部作为死的有机物存储在土壤中,且受人类活动的影响很大,如排水可使碳释放,而造林又可以抵消其排放。在副极地附近的湿地,由于全球气候变暖造成的永冻土融化也可能使土壤碳释放进入大气 陆地生态系统碳循环过程是指植物通过光合作用吸收CO2，将碳储存在植物体内，固定为有机化合物，形成总初级生产量，同时又通过在不同时间尺度上进行的各种呼吸途径或扰动将CO2返回大气。其中一部分有机物通过植物自身的呼吸作用(自养呼吸)和土壤及枯枝落叶层中有机质的腐烂(异氧呼吸)返回大气，未完全腐烂的有机质经过漫长的地质过程形成化石燃料储藏于地下；另一部分则通过各种(包括人为和自然的)扰动释放CO2，形成大气——植被——土壤——岩石——大气的碳库之间的往复循环过程（如图1所示）。

生态系统的物质循环概念

高二生物教学案（16） 第5章生态系统及其稳定性 第3节生态系统的物质循环 学习目标： 1、分析生态系统的物质循环的过程与特点。 2、概述研究物质循环的意义。 3、理解物质循环和能量流动的关系。 4、探究土壤微生物的分解作用 自学导引： 一、生态系统的物质循环 物质循环概念：___________________ _____________ 碳循环 氮循环 物质循环的特点 二物质循环和能量流动的关系

重点分析： 1、碳循环 例1：下图是生态系统的碳循环示意图。先填写示意图，再回答有关问题 1、C在无机环境中以_____ 或______________的形式存在。 2、在生态系统中，碳元素主要以 ________________状态进行循环，碳 循环始终_____________结合在一起。 3、产生CO2的途径有三条： 一是_______________ 二是_________________ 三是_________________ 4、由此可见，生态系统的物质循环具有如下特点： (1)_________________ (2)_________________ 2、氮循环 例2、阅读下面短文，回答有关问题： （1）N是构成生物体的重要化合物－－蛋白质．核酸的必需元素，（2）一般植物由根吸收土壤中的NH4＋和NO3－与光合作用产生的化合物合成氨基酸等有机物，（3）动物以所摄取的食物中的有机物为原料．合成有机N化合物，（4）并且将不需要的有机N化合物中的N转化为其它N化合物排出，（5）生物遗体和排泄物中的有机N化合物在微生物等的作用下转变为NO2－，NO3－，再被植物吸收，（6）另外，生活于豆科植物根瘤中的根瘤菌还能将大气中的N2固定为NH3或NH4＋，（7）再经硝化细菌转变为NO2－，NO3－供植物吸收利用。 （1）文章中叙述了生态系统的功能之一是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ （2）动物能合成有机N化合物，却属于异养型。这是因为＿＿＿＿＿＿＿＿＿ （3）经常松土．土壤中NH4＋／NO3－的比例会变＿＿＿，原因是＿＿＿＿＿＿ （4）其中（4）必须经过蛋白质代谢中的＿＿＿＿＿＿作用 （5）由（6）．（7）可看出，豆科植物与根瘤菌的种间关系______ 小结：氮的固定是指_________________________________的过程 ②固氮的途径一般有三条：________________________________ ③生物群落中的氮素传递是以＿＿＿＿形式通过生物的＿＿＿作用实现的。 ④无机氮被植物吸收后转变为有机氮（主要是__________），然后沿着___________传递。 ⑤______________的活动会降低土壤中的肥力，但对氮循环来说是必不可少的。 ⑥动植物遗体．排泄物中的有机氮是通过微生物的＿＿＿作用及＿＿＿作用转变为植物再度利用的形式。＿＿＿＿条件下，土壤中的硝酸盐被＿＿＿细菌等多种微生物还原为＿＿＿＿，最终还原为＿＿＿＿返回大气中。

最新973计划：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究汇总

973计划：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究

项目编号：2002CB412500 项目名称：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究 起止年月：2002年12月-2007年8月 项目首席科学家： 刘纪远中国科学院地理科学与资源研究所 项目依托部门：中国科学院 经费预算：2000万元

一、主要研究内容 项目以中国科学院重大项目为基础，以国家科学创新为主导，以环境外交谈判战略需求为总目标，瞄准陆地生态系统碳汇/源的时空格局、碳循环的调控和驱动机制及未来情景3大前沿性科学问题，采用陆地生态系统碳通量/储量与碳循环过程的综合观测、生物过程适应性实验研究以及典型河流碳通量及碳输运过程研究为支撑系统的自下而上途径，与以土地利用/土地覆被变化和遥感数据库为基础的自上而下研究途径的有机结合的研究思路。综合研究中国陆地生态系统碳循环的自然调控机理、人为因素驱动机制、生物过程对环境变化的适应机制以及碳汇/源时空格局形成的生物地理学机制；综合评价中国陆地碳汇/源的时空格局及其历史演变过程和未来情景；分析评估中国陆地生态系统的增汇潜力、碳库间循环周期、生态系统管理的增汇效果和成本效益、重大林业工程的固碳效应以及河流碳输运在陆地碳循环中的作用；跟踪国际谈判焦点问题，探讨碳汇项目的计量方法学、中国农林业活动碳吸收汇的潜力及其增汇技术的可行性。建成初具规模的中国陆地生态系统碳循环综合研究的科学平台，发展基于地学空间信息的现代地球系统科学方法论，为中国社会经济的可持续发展和生态系统管理以及参与环境外交活动和履约提供科学依据和技术支撑。 二、预期目标 1.建立一个初具规模的中国陆地生态系统碳通量/储量和循环过程的综合观测 网络(ChinaFlux)，揭示中国陆地生态系统碳通量和储量的生物地理规律， 构建中国陆地生态系统碳循环研究的数据信息系统。 2.初步阐明中国主要类型陆地生态系统(森林、农田、草地和湿地)碳循环过 程的生物物理机理，确定驱动碳循环的关键控制因子，揭示全球气候变

酸雨对土壤生态环境系统的影响综述

酸雨对土壤生态系统的影响综述 酸雨是人类当前面临的最严重的环境问题之一。酸性强、持续时间长的酸雨不仅会使鲜花凋谢，树叶脱落，农作物枯萎，建筑物和文物古迹受到腐蚀，人体健康受到威胁，而且还会导致江、河、湖泊逐渐酸化，浮游生物死亡。酸雨还会导致土壤中营养物质不断溶出，造成Al及其他金属对生物的危害。在生产林区，酸雨降落，使土壤的酸性增强，养分下降，森林的生长缓慢，树木的树叶枯黄，甚至死亡。这些问题的出现，引起了世界上许多科学家的关注。 土壤是陆地生态系统中酸雨的最终接受处，因而酸雨对土壤影响的大小直接关系到整个生态环境的质量。因此，这方面的研究早为人们所重视。1978年在加拿大的多伦多市首次召开的酸雨对农作物和土壤影响的国际会议之后，这方面的研究工作逐渐在世界范围内广泛开展起来。酸雨对土壤生态系统的影响主要是因为酸性物质的输入改变了土壤的物理、化学及生物性质，从而对土壤生态系统产生危害。 1、酸雨对土壤盐基离子的淋洗 阳离子的淋洗与土壤的组成和性质有很大的关系。矿物和腐殖质含量高的土壤，因其阳离子交换量高，土壤对酸的缓冲能力亦高，但是其淋洗的进程相对较缓慢。而对于阳离子交换量低、缓冲能力弱的土壤，不仅其交换点低，交换点上的碱性阳离子也很容易进入到土壤溶液中，并被淋洗掉。 在酸雨的作用下土壤元素的迁移具有阶段性,土壤酸化的阶段性决定着元素迁移的阶段性。盐基离子的淋失量随模拟酸雨PH值的降低而增加。尤其当PH≤3.5时，增加最明显。在PH为3.0的酸雨淋溶下，红壤、赤砂土盐基淋出量占交换性盐基总量的61.4%。土壤交换性K+、Na+, Ca2+, Mg2+的总量有随PH降低而降低的趋势。 土壤阳离子的淋溶强度主要取决于与酸雨有关的阴离子迁移率，淋失速度在很大程度上受阴离子〔主要是SO42-)被土壤吸附强度的影响，而SO42-吸附量与土壤Fe、Al氧化物含量呈正相关。在增加阳离子活动性方面，硫酸盐的作用要比硝酸盐大得多。这是因为大部分土壤都N素含量不足，所以硝酸盐能很快被植物吸收。仅在降雨量很大的情况下，N03-来不及被植物和土壤吸收时才对阳离子的活动性有明显的作用。而土壤中的SO42-则极易随酸雨所增加，因而其对阳离子的淋洗作用就很大。如在灰化土上，酸雨输入的硫酸可使土壤阳离子淋洗速率达到自然淋洗速率的3倍。 2、酸雨对土壤重金属及微量元素的影响 不同上壤中都含有一定量的微量元素，在这些元素中有些是作物生长所必需的，如B、 Cu、 Fe、 Mo、Mn。而另一些则可能是环境毒害元素，如Cd、 A1等。正常情况下这些元素仅有极少部分进入生物循环，而在酸雨的影响下，特别是有硫酸雨的影响下，会有越来越多的金属元素包括有毒元素被淋溶出土壤。 Al是地壳中除Si和O以外最丰富的元素。在中性或偏碱性的土壤溶液中，Al几乎是不溶解的，Al也极易与腐殖质物质作用而沉淀。土壤中的腐殖质往往不可能使所有溶解的A1完全沉淀，这些过剩的Al会渗入湖泊和下水道，如果此时它流过的土壤、水道或湖泊的PH值≥5, Al就会在那里水解，并引起更强的酸化，其结果使更多的Al和其他重金属迁移。 土壤溶液中的Al绝大部分来源于土壤固相Al的活化，土壤中固相Al(有机结合态Al以及铝硅酸盐等)在强酸性酸雨活化过程中，不同结合形态的固相Al

陆地土壤碳循环的研究动态

陆地土壤碳循环的研究动态＊ 汪业勖　赵士洞　牛　栋 (中国科学院自然资源综合考察委员会,北京100101) Research State of Soil C arbon Cycling in Terrestrial Ecosystem .Wang Yexu ,Zhao Shidong ,Niu Do ng (Commission for Integrated Survey of Natural Resources ,Academia Sinica ,Beijing ,100101).Chines e Journal of Ecology ,1999,18(5):29-35. Soil carbo n pools and respiration play an impo rtant role in the g lobal carbon budget ,and they are also essential to understand the soil carbon cycling fo r the prediction of future atmospheric CO 2concentra -tio n and understanding the structure and function of soil ecosystem .T he key aspects in the research o f soil carbon cycling were presented ,including the different w ay s of estimate of soil carbon pools ,the relationships betw een soil carbon cy cling and global chang e ,and the basic methods for the mod -eling of soil carbon cycling . Key words :soil ecosy stem ,carbon pools ,carbon cycling . ＊中国科学院“九五”重大项目(KZ95T -04-02-09)和国家自然科学基金资助项目(49571030)。 作者简介:汪业勖,男,32岁,助研。1993年毕业于南京林业大学,获硕士学位。现于中科院自然资源综合考察委员会攻读生态学博士学位,从事森林生态系统研究,发表论文数篇。 1　引　言 陆地碳循环不仅关系到陆地生态系统生产力的形成,同时也影响到整个地球系统的能量平衡,是陆地生态系统结构和功能的综合体现。近几十年来,由于人类活动引起大气CO 2浓度的急剧上升,并可能导致全球气候变化,而且这种变化与陆地碳循环之间存在复杂的相互反馈机制,陆地碳循环已成为生态学、气候学、土壤学、生理学及地质学等众多学科研究的共同目标。在国际地圈-生物圈研究计划(IGBP )中,碳循环也是全球尺度模型化工作最初集中的主要目标[13]。然而由于陆地生态系统的多样性和复杂性,目前在陆地碳循环研究中仍存在很大的不确定性。例如80年代期间,在全球碳源与碳汇之间的不平衡为每年1.9±1.2PgC ,这部分“失踪”的碳汇被认为是北方中纬度森林每年吸收的0.5±0.5PgC 以及尚未观测到的陆地生态系统中每年贮存的1.4±1.5PgC [8]。应该指出这只是80年代期间的全球碳平衡的年平均值,而实际上碳循环中的生物 地球化学过程是与环境变化相关的,如大气CO 2浓度、温度和降水的变化都会影响到陆地植被的生理反应和土壤有机质的分解过程,因此气候变化等诸多因素的影响会导致陆地生态系统在碳源与碳汇之间出现年际波动,影响陆地生物圈的碳平衡。目前陆地碳循环的研究已经从理论分析和文献研究发展到建立全球性监测网络的系统研究[22]。 土壤是陆地生态系统中重要的组成部分。土壤不仅是陆地植物及土壤动物和微生物生存的养分库,同时也是在一定气候条件下生物物理和生物化学过程对母岩进行改造的产物。因此土壤在各种元素的生物地球化学循环中都发挥着重要的作用。在生物地球化学碳循环研究中,陆地土壤生态系统的意义和重要性体现在以下几个方面: 生态学杂志　1999,18(5)∶29-35 Chinese Journal of Ecology

陆地生态系统中生物对碳氮水耦合循环的影响机制重大

“陆地生态系统中生物对碳-氮-水耦合循环的影响机制”重大项目指南 陆地生态系统碳循环过程机制的认识是科学指导增强陆地固碳功能、控制温室气体排放的理论基础。陆地生态系统碳循环是驱动生态系统变化的关键过程，它与生态系统水循环、养分循环和生物多样性有着密切的耦合关系。深入理解生态系统碳-氮-水耦合循环过程及其生物影响机制，能够解析全球变化背景下陆地生态系统固碳机理，提高固碳减排评估的精确性，为加强陆地生态系统管理提供科学依据，是全球变化生态学研究领域前沿性的科学问题。 一、科学目标 解析陆地生态系统碳-氮-水循环的相互关系，揭示生物因子对碳-氮-水耦合循环过程的调控机制，阐明生物调控过程对全球变化的响应和适应规律。 二、研究内容 （一）植物对生态系统碳-氮-水循环的作用机制。 （二）土壤微生物对生态系统碳-氮耦合循环过程的影响。 （三）生态系统碳-氮-水交换通量计量平衡及其时空变化规律。 三、资助期限 5年（2013年1月至2017年12月） 四、资助经费 1500万元 五、申请注意事项 1. 申请人应当认真阅读本项目指南和通告，不符合项目指南和通告的申请项目不予受理。 2. 申请书的附注说明选择“陆地生态系统中生物对碳-氮-水耦合循环的影响机制”（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。 3. 本项目要求项目申请人围绕核心科学问题，做好顶层设计，按三个研究内容设置3个课题，3个课题要紧紧围绕“陆地生态系统中生物对碳-氮-水耦合循环的影响机制”这一主题开展深入、系统研究，课题间要有紧密的联系，研究内容互补，充分体现合作攻关及其研究平台和科学数据共享。 4. 项目整体申请课题设置不超过3个，项目承担单位数合计不超过3个。 5. 本项目由生命科学部和地球科学部联合提出，由生命科学部负责受理。

环境生态工程复习

1.生态工程：应用生态系统中物种共生和物质循环再生的原理，结合系统工程的最优化 方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统。 2.生态工程的原理是生态系统的“整体、协调、再生、循环”。 3.环境工程与生态工程：环境工程的目的就是通过开发技术及工艺解决经济系统的污染 问题，并保障环境的健康安全。基本的做法是把污染物集中到系统外进行处理。生态工程则寻求一条系统内解决的思路，通过生态工程的自设计和其他工艺的结合，实现系统污染的零排放或最小排放。生态工程的边界要大于环境工程。环境工程研究对象是自然系统，而生态工程的对象是生态系统。环境工程的理论基础是环境科学，而生态工程的理论基础是生态学。生态工程与环境工程相比，均以解决环境问题为目的，但着重点不同。一般认为，生态工程是利用生物多样性和活的生态系统及技术来解决环境问题，而环境工程则依赖新的化学、机械或物质技术来解决这些问题。 4.生态工程的意义主要表现在以下几个方面:①生态工程与我国的农业持续发展②生态 工程与我国的生态环境的保护与治理③生态工程与我国的工业与城市发展 5.生态工程的主要类型：①物质能量的多层分级利用系统②水陆交换的物质循环系统③ “废物”再生利用和环境调节工程系统④多功能污水自净工程系统⑤多功能农工联合生产系统。 6.生态工程的特点：①以生态学理论为指导，以活的生物为主体，强调利用生物与生物 的共生功能、生物物质的循环再生功能、食物链以及生物与环境之间的相互适应原理，来进行多层次、多方向的生产工艺设计。②利用生态系统的反馈控制和稳态机制等稳定性特点，生态工程重视培育和利用生态系统自我修复、自我调节功能。③生态工程强调经济效益和生态效益的高度统一。④生态工程尤其是农业生态工程是在石化农业逐渐走入死胡同的形势下提出来的，目的是为了克服石化农业的种种弊端。⑤生态工程包括生态工程系统和生态工程技术两个方面。 7.我国现代生态工程研究 ㈠我国的农业生态工程研究的内容：①生态农业②无公害农业和绿色食品③有机农业我国的农业生态工程研究的特点：①研究对象以农业生态系统为主，内容广泛，综合性更强。②我国的农业生态工程的研究目标注重生产效益、经济效益和生态效益的结合。③注重传统农业技术和现代技术的结合④政府重视、政策导向、广泛开展。⑤存在的主要问题是理论研究和实践发展的结合还不紧密。 ㈡我国环境保护生态工程研究的特点：①以整体观为指导，其研究和处理对象是生态系统或复合生态系统，全面规划一个区域，而并非某些局部环境，其目的是多目标，即同步取得生态环境效益、经济效益和社会效益②以调控生态系统内部结构与功能为主，来提高生态系统的自净能力与环境容量③将生产与净化结合起来④其技术措施主要为层次优化组合。 环保生态工程的按物质迁移、转化途径分为：①无废工艺系统②分层多级利用废物生态工程 ③复合生态系统内的废物循环、再生系统④污水自净与利用生态工程⑤城乡结合生态工 程。 8.我国生态工程研究发展战略的基本原则：①必须紧密为工农业生产和国民经济建设服务② 应加强理论性的研究③应吸取国外经验教训的同时，突出我国的特色和先进性。 我国发展生态工程研究的基本对策：①制定发展规划，加强组织管理②设立重大项目，组织协作攻关③培养人才④开展国际交流。 9.生态工程是在生态学原理的指导下，对生态系统进行设计和建设的生产工艺体系和技术， 目的是使经济效益和生态效益实现高度的统一，使农业、工业、城市及区域经济得到稳定、持续的发展。

森林生态系统在碳循环中的作用

森林生态系统在碳循环中的作用 摘要： 本文描述了碳循环及其过程以及森林生态系统的碳循环及其在全球碳循环中的作用,说明了森林生态系统在碳循环中的作用主要取决于森林生态系统的生物量、林产品、植物枯枝落叶和根系碎屑以及森林土壤。 关键字： 碳循环的过程森林生态系统森林生态系统在碳循环中的作用 一、碳循环 地球上有五个碳库，最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，但是这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。还有三个碳库：大气圈库、水圈库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换,容量小而活跃，起着交换库的作用。碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在,在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，在水圈中以多种形式存在，在生物库中则存在着几百种被生物合成的有机物。根据生态学原理,一个系统中的自然过程总是有利于系统的结构稳定和功能最大化,而非自然过程总是降低或破坏生态系统的稳定性,增加系统的不确定性。显然,大量开采化石燃料以及开采森林等活动都是非自然过程。这些活动导致了大气二氧化碳浓度的不断上升。鉴于大气二氧化碳上升可能引起的严重生态后果,科学家对于全球碳循环进行了广泛的研究。具体内容包括地球各部分(大气、海洋和森林等)碳储量估算,森林生态系统与其它部分碳的交换量(流)的估算,以及人类干扰对各个库和流的影响。在陆地生态系统中,森林是最大的有机碳的贮库,占整个陆地碳库的56%。因此了解森林生态系统在碳循环中的作用,对于研究陆气系统的碳循环乃至全球碳循环都是一个基础,具有重要的意义。 二、碳循环的过程 大气中的二氧化碳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，又以二氧化碳的形式返回大气中。绿色植物从空气中获得二氧化碳，经过光合作用转化为葡萄糖，再综合成为植物体的碳化合物，经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。植物和动物的呼吸作用

土壤水在土壤生态系统中的重要作用

土壤水在土壤生态系统中的重要作用(综述) 土壤水是土壤内部化学、生物和物理过程不可缺少的介质；是土壤、植物与其环境间进行各种物质交换的媒介。 土壤水分是植物吸收水分的主要来源，通过影响土壤肥力、土壤温度和通气状况，对植物的产量和品质有重要作用。 土壤水分移动过程影响生态平衡。 一土壤水的定义及其类型划分 土壤水的概念 土壤水的类型和性质 按照土壤水的受力作用分为： 土壤水的类型和性质（续） 吸附水：受土壤吸附作用保持的水分。 土壤水的类型和性质（续） 几个相关概念 凋萎系数：当土壤水分受到的吸引力超过1.5Mpa，作物便无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎，此时的土壤含水量称凋萎系数。 田间持水量：毛管悬着水达到最大时的土壤含水量。是农田土壤保持的最大水量，是旱地土壤灌溉的上限。 饱和持水量: 当重力水达到饱和，即土壤所有孔隙都充满水分时的含水量。 二土壤水分的状态和运动 土水关系 土壤孔隙中－－－全部充水－－饱和态 土壤孔隙中－－－水排走－－非饱和 土壤水的能量状态 能量梯度：自由水>土壤水>植物细胞水 低能态 水分子：高能态 －－研究确定土壤水能量关系对土壤水运动和它对植物的可给性十分必要 土水势：土壤在各种力（吸附力、毛管力、重力和静水压力等）的作用下，势（或自由能）的变化（主要是降低）。 土水势包括基质势、压力势、溶质势、重力势等分势。 水势的数值可以在土壤—植物—大气(SPAC)之间统一使用 液态水运动 饱和水运动 不饱和水运动(多数田间条件下) 汽态水运动 水汽运动:靠扩散作用进行 三土壤水对土壤基本物理性质的影响 土壤是由固、液、气三相体系，固相颗粒之间的相互作用在水分参与下，产生许多独特性能：土壤膨胀性、收缩性、粘结性和适耕性等； 造成土壤膨胀和收缩 影响土壤粘结性 土壤粘结性：由颗粒之间的引力产生，除了空气－水分界面上弯月面的表面张力外，还有由

《生态系统的物质循环》习题

《生态系统的物质循环》习题 1．生物地化循环是指：组成生物的基本元素（） A．在陆地生态系统中的物质循环和能量流动的复杂过程 B．在能量流经生态系统的各营养级时逐级递减的全过程 C．在生物群落的生物体内反复循环运动 D．在生物圈的生物群落与无机环境之间反复循环运动 2．从生态系统的观点看，人体内碳元素的根本来源是（） A．大气中的二氧化碳B．生产者 C．分解者 D．消费者 3．在生态系统的碳循环中，既能使碳进入生物群落，又能使碳释放到大气中的生物是（）A．绿色植物 B．植食动物 C．肉食动物 D．营腐生生活的真菌4．碳在无机环境与生物群落之间的循环是通过（） A．光合作用 B．呼吸作用 C．呼吸作用和光合作用 D．蒸腾作用和呼吸作用 5．碳循环与生物群落的哪些因素无关（） A．光合作用 B．微生物的分解作用 C．呼吸作用 D．蒸腾作用 6．在自然界的物质循环中，对物质转化必不可少的生物因素是（） A．绿色植物和动物 B．绿色植物和微生物 C．动物和微生物 D．绿色植物或微生物7．在一个处于平衡状态的密闭生态系统内，要使物质循环能长期进行下去，必须提供（）A．氧气 B．水 C．足够的有机物 D．太阳能 8．下列关于物质循环和能量流动的关系叙述不正确的是（） A．物质为能量的载体，使能量在生物群落与无机环境之间循环往复 B．能量作为动力，使物质在生物群落与无机环境之间循环往复 C．先进行物质循环，后发生能量流动 D．二者相互依存，不可分割 9．下面是生态系统的碳循环示意图，请回答 （1）生态系统中碳循环首先依赖于。 （2）图中分解者通过和两种分解方式 将生物组织中的碳放回到大气中。 （3）图中A里的碳，除碳酸盐外，通常通过回到大气中。

第八章 生态系统退化与恢复

第八章生态管理与生态修复 课时安排：4学时 教学目的：通过讲授，让学生全面掌握以下内容，了解自然保护区 1. 环境污染物在生态环境中的迁移和转化 2. 生态环境影响评价的程序和方法 3. 生态系统管理的概念 1.生态规划和设计 教学方法： 1.理论讲解为主，结合事例剖析 2.讨论基础上了解原理 3.幻灯片的使用 重点及难点：难点是环境污染物在生态环境中的迁移和转化、生态规划和设计 重点是生态规划和设计、生态环境影响评价

第一节生态管理及自然保护区的建设 一、生物资源的保护与科学管理 （一）自然资源与生物资源 地球上的空气、水、土地、矿物、动物、植物以及其他可被人类利用的物质，都是人类赖以生存的资源，统称为自然资源，即自然资源是自然界中人类可直接获得的用于生活和生产的物质。按其产生的渊源和可用性，自然资源又可分为两大类： 1．原生性自然资源（primary natural resource）：这类资源是伴随着地球的产生及其运动而形成和存在的。例如太阳能、空气、风等，基本上是持续稳定的，其数量随地球时空变化而异。 2．后生性自然资源（secondary natural rescourees）：这是在地球的自然历史演化过程中某一阶段形成的一类资源，其数量是有限的。此类资源又可分成： （1）非再生自然资源也称非更新自然资源（non-renewable resources），例如各种矿物、煤、石油、泥炭、天然气等。这种自然资源需要经过漫长的地质年代才能形成，在现阶段生产水平条件下，这种资源是不能更新的。 （2）可再生自然资源也称可更新自然资源（renewable resources），是指通过天然作用或人工经营能为人类反复利用的各种自然资源，包括土地资源、水资源、生物资源等。这类资源的特点是，能在较短时间内再生或循环再现。它又可分为生物资源和非生物资源。但不管哪一类都可以持续再生、代谢更新。

土壤生态系统试题

西北农林科技大学研究生课程考试试题 （2012 ----2013 学年第 1 学期） 考核对象博士□硕士√农业推广硕士专业学位□兽医硕士专业学位□中职教师□高校教师□ 工程硕士专业学位□同等学力在职申请硕士学位□风景园林硕士专业学位□课程名称土壤生态系统考试方式开卷 命题教师李新平教研组（研究室）主任签字 考释时间2012年12月15日 一、名词解释（每题2分，共20分） 土壤生态系统：是土壤中生物与非生物环境的相互作用通过能量转换和物质循环构成的整体。 土壤生态学：研究土壤环境与生物间相互关系，以及生态系统内部结构、功能、平衡与演变规律的学科。 土壤的净化功能：是指通过物理、化学，以及生物的作用达到降低或消除土壤中的污染物质和毒素的措施和过程。 化感作用：植物分泌某些化学物质对其他植物的生长产生的抑制或促进作用。 土壤污染：指由于人类活动产生的有害、有毒物质进入土壤，积累到一定程度，超过土壤本身的自净能力，导致土壤性状和质量变化，构成对农作物和人体的影响和危害的 现象。 湿地：指暂时或长期覆盖水深不超过2米的低地、土壤充水较多的草甸、以及低潮时水深不过6米的沿海地区。 土壤退化：指在各种自然和人为因素影响下，导致土壤生产力、环境调控潜力和可持续发展能力下降甚至完全丧失的过程。 土壤质量：是在自然或管理的生态系统边界内，土壤具有动植物生产持续性，保持和提高水、气质量以及人类健康与生活的能力。 土壤质量评价：是在研究土壤环境质量变化规律的基础上，按一定的原则、方法和标准，对土壤质量的高低与优劣的定性、定量评价。 土壤酶活性：土壤酶催化物质转化的能力。常以单位时间内单位土壤的催化反应产物量或底物剩余量表示。 二、简述题（8选5，每题10分，共50分） 1. 简述土壤生态系统的结构与特点。 答：土壤生态系统的结构： 第一层：近地面的大气层的光、热、水（能源因素）；

地球化学之氮循环

8.12地球氮循环 8.12.1介绍 8.12.2 生物地球化学反应 8.12.2.1 初始反应：活性氮的产生 8.12.2.2 大气圈 8.12.2.2.1 无机还原氮 8.12.2.2.2 无机氧化氮 8.12.2.2.3 还原有机氮 8.12.2.2.4 氧化有机氮 8.12.2.3 生物圈 8.12.3 氮库及其交换 8.12.3.1 陆地到大气 8.12.3.2 海洋到大气 8.12.3.3 大气到表面 8.12.3.4 陆地到海洋 8.12.4 产生活性氮 8.12.4.1 介绍 8.12.4.2 闪电——自然 8.12.4.3 陆地生物固氮——自然 8.12.4.4 人类活动 8.12.4.4.1 介绍 8.12.4.4.2 食品生产 8.12.4.4.3 能量产物 8.12.4.5 从1860到2000产生活性氮的速率 8.12.5 全球陆地氮收支 8.12.5.1 介绍 8.12.5.2 产生活性氮 8.12.5.3 活性氮的分布 8.12.5.4 活性氮转化成氮气 8.12.6 全球海洋氮收支 8.12.7 区域氮预算 8.12.8 结果 8.12.8.1 介绍 8.12.8.2 大气圈 8.12.8.3 陆地生态系统 8.12.8.4 水生生态系统 8.12.9 展望 8.12.10 总结 致谢 参考文献

8.12.1 介绍 曾几何时，氮气不存在。今天它却存在。在宇宙形成的这段时间里，氮气被创造出来，地球诞生了，它的大气和海洋也形成了！在对地球氮循环的分析中，我首先概述了与氮有关的重要事件，然后继续进行更为传统的氮循环本身的分析以及人类在其变化中的作用。 宇宙有150亿年。即使在形成之后，仍然存在一段不存在氮的时期。在大爆炸发30万年后，宇宙需要足够的冷却来创造原子；氢和氦首先形成。氮通过核合成过程形成在恒星中。当恒星的质量变得足够大以达到必要的压力和温度时，氦气开始融合成更重的元素，包括氮。 在地球形成之前已经过去了100亿年（45亿年前），这是由于多级过程中预装配材料的积累。假设N2是这些材料中占优势的氮物种，并且假定空间温度为-270℃，当地球形成时N2可能是固体，因为它的沸点（b.p.）和熔点（m.p.）分别为-196℃和-210℃。迈向积累的最后期，温度可能足够高使一些材料显著熔化。由此产生的火山活动所释放的火山气体严重影响地表环境。氮从固体转化为气体并以N2排放。碳和硫可能以CO和H2S排放（Holland，1984）。N2仍然现今最常见的氮火山气体，其排放速率为2TgN yr-1（Jaffee，1992）。 一旦排放，气体或者留在大气中或者沉降到地球表面，从而继续进行生物地球化学循环过程。转移率取决于排放物质的反应性。在反应性的最低极端是惰性气体，氖气和氩气。在新形成的地球脱气期间释放的大部分氖气和氩气仍然存在于大气中，基本上没有转移到水圈或地壳。另一个极端是碳和硫。脱气过程中排放的99％以上的碳和硫不再存在于大气中，而是停留于水圈或地壳中。氮是介于中间的。大约6×106 TgN在大气，水圈和地壳中，2/3在大气中以N2形式存在，其余大部分在地壳中。大气圈是一个主要的的氮气储存器，因为N2分子的三键需要大量的能量来断裂。在早期的大气中，这种能量的唯一来源是太阳辐射和放电。 在这一点上，我们有一个主要是N2并且没有生命的地球。我们如何使主要是N2的地球充满生机？首先，必须将N2转化为活性氮（Nr）（术语活性氮（Nr）包括大气圈和生物圈中所有具有生物活性的，光化学反应性和辐射活性的氮化合物。因此活性氮包括无机还原形式（例如NH3和NH4+），无机氧化形式（如NO x，HNO3，N2O和NO3-）和有机化合物（如尿素，胺和蛋白质）。）。早期的大气减少并限制了NH3。然而，NH3是形成早期有机物质的必要成分。NH3生成的一种可能性是海水通过火山岩循环（Holland，1984）。在这样的过程中，NH3可以释放到大气中，当与CH4，H2，H2O和电能结合在一起时，可以形成包括氨基酸的有机分子（Miller，1953）。实质上，放电和紫外线辐射可以将还原气体的混合物转化为有机分子的混合物，然后它沉积到陆地表面和海洋（Holland，1984）。 总而言之，地球形成于45亿年，水凝聚在40亿年，随后形成有机分子。35亿年简单生物体（原核生物）能够在没有O2的情况下生存并产生NH3。几乎与此同时，能够在光合作用中产生O2的第一个有机体（例如蓝细菌）得以进化。直到15-20亿年，O2才开始在大气中积聚。到目前为止，O2已经被化学反应（例如铁氧化）消耗了。通过5亿年，大气中的O2浓度达到了今天发现的相同值。随着O2浓度的增加，在N2和O2反应放电期间在大气中形成NO的可能性也增加了。 今天我们有一个有N2的大气圈，有能量产生一些NO（N2和O2的反应）。降水可以将活性氮转移到地球表面。放电可以产生含氮有机分子。简单的细胞进化大约35 亿年，并在接下来的几年中，包括人类在内的更复杂的生命形式已经进化。自然形成了氮气并创造了生命。那个“生命”是通过什么途径发现氮的？ 为了解决这个问题，我们现在从35亿年跳到2.3×10-6亿年。在1770年代，三位科学家Carl Wilhelm Scheele（瑞典），Daniel Rutherford（苏格兰）和Antoine Lavosier（法国）分别发现氮的存在。他们进行了一些非反应性气体生产的实验。1790年，Jean Antoine Claude