碳循环定义
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇碳循环定义范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
碳循环定义范文第1篇
关键词：水环境；噬菌体；碳循环；可溶性有机碳
中图分类号：Q939.48
文献标识码：A
文章编号：1007-7847（2014）03-0269-06
水环境面积约占地球表面的71%，可分为海洋、湖泊、河流等，是众多生物赖以生存的一类重要生态系统。在这个生态系统中碳循环是其中非常重要的一环，它支配着系统中其它物质的循环，也深刻影响着人类的生存环境，因此碳循环研究是生态系统能量流动的核心问题。目前的研究结果表明，在水环境的碳循环中除了化学平衡、物理泵参与了碳循环外，生物泵也是必不可少的一个重要环节，在生物泵环节中病毒尤其是噬菌体的重要作用逐步为人所知[1～4]。
病毒广泛分布于地球的各种生境中[1～4]，它们不仅影响着宿主的生存状况和进化历程[5，6]，而且通过裂解宿主快速释放有机碳而影响着系统中其他物质循环和能量流动[7，8]。当前，病毒（尤其是噬菌体）在维持可溶性有机碳（dissolved organic car-bon，DOC）平衡中的作用已成为生态学、微生物学和海洋生物学等研究领域关注的热点，其最新研究成果及评论纷纷登载在诸如NATURE、SCI-ENCE等国际著名学术刊物上[9～13]。
本文针对噬菌体在海洋、湖泊、冰尘穴及湿地有机碳循环中的作用进行简单介绍。
1噬菌体在海洋有机碳循环中的作用
海洋是地球上最大的碳库，含碳量为大气的50倍，生物圈的15倍，同时海洋还对调节大气中的含碳量起着非常重要的作用。由于海洋储碳对于应对全球变暖具有重要意义，生物泵储碳过程研究已成为近30年来海洋碳循环研究的焦点之一：海洋中的有机碳更主要的是以溶解有机碳（dissolved organic carbon，DOC）形式存在的，从过滤分离角度看，DOC占总有机碳的95%。病毒是海洋中数量和种类最多的生物，总量约l030个，是海洋微生物群落的重要组成部分，在全球生态系统调控、生物地球化学循环，特别是碳循环中具有重要的作用，也是一类不可忽视的战略生物资源。
“微食物环”是指海洋中溶解性有机物被异养浮游细菌摄取形成微生物型次级生产量，进而又被原生动物和桡足类所利用的微型生物摄食关系，海洋病毒主要通过“微食物环”介导了这一过程中的物质循环和能量流动。病毒通过裂解浮游植物和异氧细菌加速了颗粒性有机物（POM）向可溶性有机物（DOM）的转化，从而影响海洋系统的物质循环；而噬菌体半衰期很短，其死亡后又会形成溶解态的营养物质，在“微食物环”中形成一个“病毒回路（viral shunt）”，加快碳、氮等元素在微生物间的循环（图1）[9]。因此，噬菌体导致的细菌溶解成为初级生产者与消费者参与C、N循环最重要的途径之一[14]。
Shuttle等[9]在研究海洋病毒作用时发现：作为物质和能量流动的枢纽，病毒可以将碳和其他营养物质分流到可溶性有机物中。水体沉积物能较好保存环境中的有机物质存在信息，为探索古气候变化、追踪有机质来源、了解生态系统状况等提供了重要的线索。Danovaro等[10]对大西洋、南太平洋、地中海海底沉积物及覆水病毒的生态功能进行研究时发现：在深海沉积物中由于病毒的感染和裂解可以促使原核生物量减少80%以上，而在超过1000m深度时甚至可接近100%，将大量可溶性有机碳释放到深海中，从而大大缩短该生态系统的食物链，加快有机碳的循环和使用效率。在海洋中近70%的蓝藻和60%的游离异养菌及淡水中90%～l00%的细菌裂解死亡与病毒（噬菌体）密切相关[15，16]。据统计地球上约26%的有机碳循环是由海洋病毒完成的[l7，18]。因此海洋病毒直接或间接参与陆地生物碳循环、海洋碳固定以及大气间的碳交换[19]。
Evans等[20]测定了2007年夏季塔斯马尼亚岛亚南极带（SAZ）和澳大利亚南极海极前锋带（PFZ）的病毒丰度及病毒裂解产物总量。南极洋由两个明显的区域――亚南极带（SAZ）和极地前锋带（PFZ）组成：SAZ的硅酸盐、叶绿素含量低，而且是大气中CO2的碳汇，PFZ为低温、低盐、高营养盐和低叶绿素含量。结果发现：病毒感染导致的细菌裂解生物量在SAZ和PFZ西部很接近，分别为23.5%和23%，每天可溶性有机碳的释放量为3.3μg/L和2.3μg/L；而在SAZ东部，病毒感染导致的细菌裂解生物量可达39.7%，每天可溶性有机碳释放量为26.5μg/L。这些数据表明在SAZ和PFZ这些相互分割的区域中，病毒感染导致细菌裂解释放的可溶性有机碳是碳循环的重要途径。由于SAZ是大气中主要的CO2碳汇[21]，因此对于研究病毒对碳循环的影响是很有意义的。Evans等对南极洋不同区域的裂解性和溶原性噬菌体的感染进行了调查，研究表明病毒感染导致细菌裂解每天释放的碳为0.02～7.5μg/L，病毒活性是满足微生物，尤其是威德尔海原核生物和SAZ浮游生物基本需求的主要贡献者[22]。
因此，病毒尤其是噬菌体在海洋生物地球化学循环尤其是碳循环和深海代谢方面扮演了重要角色。
2噬菌体在湖泊有机碳循环中的作用
噬菌体在海洋及其沉积物中的功能及作用，并不一定能反映其在大陆环境中的功能与作用。湖泊作为连接陆地与淡水环境的自然综合体，不仅是多种沉积矿藏赋存的场所，而且与大气、生物、上壤等多种要素密切相关，对气候、环境系统的变化史为敏感。
鉴于噬菌体对内陆湖泊日益重要生态功能的凸显，近年对大江（河）、湖泊（淡水及咸水）的噬菌体、细菌及其与DOC关系的研究也逐步受到人们的关注。Thomas等[23]对法国Bourget湖泊的病毒生态学功能展开了研究，发现病毒通过裂解每天释放的碳和磷分别可达56.5μg/L和1.4μg/L，这些有机质成为了浮游细菌营养需求的重要来源。在南极寡营养湖（Druzhby湖和Crooked湖）中，噬菌体裂解导致的细菌死亡率极高，可达251%，而释放的DOC为总DOC的0.8%～69%，其比率会随季节变化有所不同，在黑暗的冬季，病毒裂解造成的有机碳的释放量对总DOC的贡献率超过60%[24]。Fischer等[16]对多瑙河地区富营养湖泊中噬菌体及细菌数量关系的研究中发现：噬菌体感染而导致细菌裂解释放的碳为每天5～39μg/L，其中有29%～79%的有机碳能被细菌再利用，重新进入微生物环。因此病毒在湖泊中具有重要生态作用，尤其是细菌溶解产生的有机C的流动和再同化。
由此可见，虽然湖泊生态系统复杂，但病毒尤其是噬菌体在有机碳循环中同样扮演着非常重要的角色。
3噬菌体在冰尘穴有机碳循环中的作用
大陆上约10%的土地为冰川所覆盖，其中1%～6%被冰尘所沾染，冰川表面的无机和有机颗粒等统称为冰尘[25，26]，而冰尘穴（croconite holes）就是指被冰尘沾染后导致冰川溶解后形成的圆柱形冰融水洞。冰尘穴广布于冰川及其消融地带，如南极、北极、格陵兰岛、加拿大、和喜马拉雅山脉等。由于冰尘的颜色较深，使得冰尘穴吸收的太阳射线也随之增加，促进了冰雪的融化，形成季节性的融水洞[27]（图2）。当然，冰尘穴并不仅仅局限于大陆冰川，海洋冰川和湖泊冰川同样有冰尘穴的存在。
冰尘穴是在冰川生态系统中生命活动最活跃的栖息地，据估算仅北极冰川冰尘沉积物中生物含量就可达36g/m2。谢菲尔德大学、布里斯托尔大学和因斯布鲁克大学研究团队的学者发现格陵兰岛、斯瓦尔巴群岛和阿尔卑斯山冰尘穴中的微生物丰度甚至可与温带地区普通生态系统相当[25，26，28，29]，比如每克冰尘中的微生物丰度与地中海每克土壤中的微生物丰度几乎是一致的，冰尘穴中的微生物主要包括病毒、细菌和微观植物。Sawstrom研究组也得到同样的研究结果，他们在研究北极冰川斯瓦尔巴特群岛Midre Lovenbreen冰尘穴中微生物时发现冰尘中的细菌丰度远高于冰尘穴中上覆水的细菌丰度。冰尘中细菌丰度为4.67×104/mL～7.07xl04/mL，是上覆水细菌丰度的2～6倍；其噬菌体的丰度规律也与细菌丰度类似[30]。Midtre Love-nbreen冰川冰尘穴上覆水和冰尘中病毒的丰度分别为0.6xl06/mL和20x106mL[31]。斯瓦尔巴特群岛冰尘穴噬菌体感染而导致细菌裂解比例（约l3%）远高于常温水域中噬菌体对细菌的裂解率（2%）[32]。因此，该研究团队认为：随着冰川的消退、融化，生物扮演的角色越来越重要。
冰尘中微生物的定殖加深了冰表而的颜色，其原因在于冰尘穴中的光合作用率远高于呼吸作用率，净吸收CO2，是一种负反馈机制，因此冰川表面能不断累积有机质，形成自我维持的生态系统，吸收的太阳射线进一步增加，促进冰的溶解，为微生物生长提供了必需的水份，并通过物理和生物活动将水和有机质进一步分散到冰川的其他部分，促进了微生物、有机质和碎屑转移到周边（如冰川底部），促进了其他生态系统的生命活动[26]。
冰尘穴中的光合作用率高于呼吸作用率，从而可以维持高的细菌种群丰度，而许多湖泊的光合作用低于呼吸作用，使得它们必须接收外源有机物质的输入才能得以维持平衡。从光合作用率分析，普通冰川融水的光合作用率为每小时释放碳0.60～8.33μg/L，而斯瓦尔巴特群岛MidreLovenbreen冰尘的光合作用率最高可达到每小时释放碳156.99μg/L，冰尘穴中上覆水的光合作用率则与普通冰川差不多[30]。考虑到冰尘穴的密度（约6%的冰川表面积或每m2 12个洞），那么可以确定冰尘微生物相关的碳固定和营养物质代谢是冰川生态系统物质循环的一个重要环节。
对于较简单封闭的生物地球化学微循环系统，如南极麦克马多干河谷冰川的冰尘穴，那里仅含有水、冰、矿物和有机碎屑，但也能长期维持微生物种群结构的平衡；Bagshaw等[33]系统研究了其中溶解物随季节变化而产生的化学演变过程。通过对DIC、DOC、K+和SO42-的检测发现：冰尘穴中DOC的产生速率为每年释放碳0.75μg/cm2，冰尘中代谢初级产物的溶解、周期性沉淀、次级碳酸盐的溶解、夏季的净光合作用和秋季冰冻时期净呼吸作用是左右冰尘穴中季节性变化和年溶解浓度的主要过程。
通过对格陵兰和阿尔卑斯山冰尘穴中微生物（噬菌体、细菌和藻类等）进行的研究表明：仅该地区微生物每年释放的有机碳就高达6400t[34]。所以在冰川生态系统中冰尘穴扮演着非常重要的角色。冰川覆盖了地球l5xl06km2的表面积，其生态系统同样对全球碳循环影响巨大。
因此，噬菌体感染而导致细菌裂解对冰尘穴生态系统中营养物质和有机质的循环起着重要作用。
4噬菌体在湿地有机碳循环中的作用
湿地狭义是指陆地与水域之间的过渡地带，广义上则被定义为地球上除海洋（水深6m以下）外的所有大面积水体。按照湿地的广义定义，它覆盖了地球表面的6%，却为地球上约20%的物种提供了生存环境，在维持全球生态系统平衡中具有不可替代的生态功能，享有“地球之肾”的美誉。湿地也是连接生物圈、大气圈、水圈、岩石（土壤）圈的重要纽带，位于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带，具有独特的生态功能。
湿地是地球上能量流动和物质循环最活跃的场所，也是陆地DOC最大的储库。湿地面积虽只占陆地面积的2%～3%，但其储存的DOC却占到陆地土壤碳量的18%～30%[35]。在已知的湿地生态类型中，高原（或高纬度）湿地由于具有较高的生产力和较低的分解速率（由于温度较低所致），使之成为有机碳储备最丰富的碳库。我国科学家在对青藏高原和东北三江平原低温沼泽湿地释放的CO2/CH4观测研究中也发现其碳释放量巨大，并呈逐年上升的趋势，这充分表明高原（高纬度）湿地在全球碳循环中作用非常巨大[36，37]。然而，随着全球湿地的退化，其碳储备能力也正在下降，这一现象应该引起人们足够的重视。
湿地的储备的DOC往往通过季节性的融水或常年积水以及与小溪相连而向外部环境输出，DOC输出是湿地通过水文过程实现向土壤碳输出的一个主要途径。研究表明，在加拿大北部湿地，通过小溪迁移输出的溶解性有机物中，DOC大约为每年5～40g/m2[38]。湿地生态系统中的DOC是细菌及其他微生物养料的主要来源，DOC含量的变化将深刻影响湿地内所有微生物的生活及生长状况，而噬菌体不仅与细菌的活动密不可分，而且还可以通过裂解作用有效释放DOC进而影响湿地微生物的种群结构和组成，最终影响整个湿地生态系统的物质循环和能量流动。因此，探寻湿地中噬菌体、细菌与DOC的相互关系，也是未来研究的一个重要方向。
综上所述，病毒作为海洋中数量最多的生命粒子，一个重要的生态作用是作为其他微型生物的消费者，使得许多浮游生物细胞成为无内容物的“ghost”，同时把微生物POC转化为DOC，形成“病毒回路”，进而改变了海洋生态系统中物质循环和能量流动的途径，而病毒回路的存在可使系统中的呼吸和生产力较无病毒的系统高出约1/3 [39，40]。病毒尤其是噬菌体在在湖泊生态中对细菌溶解产生的有机C的流动和再同化过程起到重要生态作用。而在冰川生态系统中生命活动最活跃的栖息地一冰尘穴，噬菌体感染而导致细菌裂解对冰尘穴生态系统中营养物质和有机质的循环起着重要作用。所有的证据表明噬菌体在不同生态系统中对DOC的循环均起着举足轻重的作用，但在不同的系统中它们的贡献率和作用机制和调节方式又有着显著差异，因此，系统研究噬菌体在不同生态系统中对DOC的调节作用，将有利于全面理解和揭示噬菌体（病毒）在整个地球物质循环和能量流动中所起的作用。
5结语
水环境是人类社会赖以生存和发展的重要场所，碳循环的关键在于过程与机制，其中的生物过程机制是焦点之一。维持全球碳平衡的关键不应仪仅关注各个库的碳贮存总量，而应更多地研究碳的流向问题，以及“源”、“汇”不平衡的问题。噬菌体由于结构简单、基因组小、便于操作等优点，常常被用作生物基因复制及表达调控研究的模型，对近现代生物化学与分子生物学的发展做出了突出的贡献。尽管目前的研究已表明噬菌体广泛分布于各生境中，对全球的碳、氮循环均有重要影响，但对于噬菌体在水环境中的分布及生态功能方面的了解仍然非常有限。我国科学家开展了影响南海深海碳循环的底栖微生物氮营养盐补充过程和机制研究，以及南海水体中古菌的分布及生物地球化学功能的研究，但对水环境中噬菌体对有机碳循环的作用鲜有报道。昆明理工大学生命科学与技术学院对腾冲热海高温噬菌体和云南高原湖泊低温噬菌体多样性进行了研究，表明高温噬菌体和低温噬菌体均存在多样性，并对部分嗜极微生物噬菌体进行了全基因组解析和功能蛋白的高效表达及其热不稳定性分析，对云南高原湖泊低温噬菌体与有机碳循环的作用研究正在进行中。
对嗜极微生物噬菌体（尤其是嗜冷和嗜热微生物噬菌体）的研究有助于丰富人们对生命起源与进化、生命本质及环境适应策略的认识，而对嗜极微生物噬菌体中重要功能蛋白的开发与应用也将带来巨大的社会和经济效益。
参考文献（ References）：
[l]BETTAREL Y.SIME-NGANDO T，AMBLARD C，et al.Viralactivity in two contrasting lake ecosystems[J]. Applied and En-vironmental Microbiology， 2004，70（5）：2941-2951.
[2]BREITBART M，ROHWER F.Here a virus， there a virus， ev-erywhere the same virus？[J]. Trends in Microbiology， 2005，13（6）：278-284.
[3]ACKERMAN H W. 5500 Phages examined in the electron mi-croscope[J]. Archives of Virology， 2007， 152（2）：227-243.
[4]SAWSTROM C， LISLE J， ANESIO A M， et al. Bacteriophagein polar inland waters[J]. Extrcmophiles， 2008， 12（2）：167-175.
[5]SUTTLE C A. Viruses in the sea[J]. Nature， 2005， 437（7057）：356-361.
[6]LOPEZ-BUENO A， TAMAMES J， VELAZQUEZ D， et al. Highdiversity of the viral community from an Antarctic lake[J]. Sci-ence， 2009， 326（5954）：858-861.
[7]ANESIO A M， BELLAS C M. Are low temperature habitats hotspots of microbial evolution driven by viruses[J]. Trends in Mic-robiology， 2011，19（2）：52-57.
[8]WEITZ J S， WILHELM S W. Ocean viruses and their effectson microbial communities and biogeochemical cycles[J]. F1000Biology Reports， 2012，（4）：17.
[9]SUTTLE C A. Marine viruses--major players in the global e-cosystem[J]. Nature Reviews Microbiology， 2007， 5（10）：801-812.
[10]DANOVARO R， DELL'ANNO A， CORINALDESI C，et al.Major viral impact on the functioning of benthic deep-sea e-cosystems[J]. Nature， 2008， 454（7208）：1084-1087.
[11]ROHWER F，THURBER R V. Viruses manipulate the marineenvironment[J]. Nature， 2009， 459（7244）：207-212.
[12]CHIARA S， LUCIANO N， ALFREDO S. DOC dynamics in themeso and bathypelagic layers of the Mediterranean sea[J].Deep-Sea Research II， 2010， 57（16）：1446-1459.
[13]ZHANG R， WEINBAUER M G， TAM Y K， et al. Response ofbacterioplankton to a glucose gradient in the absence of lysis andgrazing[J]. FEMS Microbiology Ecology， 2013， 85（3）：443-451.
[14]周玉航，潘建明，叶瑛，等.细菌、病毒与浮游植物相互关系及其对海洋地球化学循环的作用[J].台湾海峡（ZHOU Yu-hang， PAN Jian-ming， YE Ying， et al.Relationship betweenbacterium， virus and phytoplankton and their effects to geo-chemical cycling in ocean[J]. Journal of Oceanograaphy in TaiwanStrait）， 2001， 20（3）：340-345.
[15]FUHRMAN J A. Marine viruses and their biogeochemical andecological effects[J]. Nature， 1999， 399（6736）：541-548.
[16]FISCHER U R， VELIMIROV B. High control of bacterial pro-duction by viruses in a eutrophic oxbow lake[J].Aquatic Micro-bial Ecoogy， 2002， 27（1）：1-12.
[17]WEINBAUER M G. Ecology of prokaryotic viruses[J]. FEMS Mi-crobiology Reviews， 2004， 28（2）：127-181.
[18]CORINALDESI C， DELL'ANNO A， MAGAANINI M， et al.Viral decay and viral production rates in continetal-shelf anddeep-sea sediments of the Medilerranean sea[J]. FEMS Microbi-ology Ecology， 2010， 72（2）：208-218.
[19]DANOVARO R， CORiNALDeSI C， DELL'ANNO A， et al.Marine viruses and global climate change[J]. FEMS MicrobiologyReviews， 2011， 35（6）：993-1034.
[20]EVANS C， PEARCE I， BRUSSAARD C P. Viral-mediated ly-sis of microbes and carbon release in the sub-Antarctic andPolar Frontal zones of the Australian Southern Ocean[J].Envi-ronmental Microbiology， 2009， 11（11）：2924-2934.
[21]MARINOV I， GNANADESIKAN A， TOGGWEILER J R，et al.The Southern Ocean biobeochemical divide[J]. Nature， 2006， 441（7096）：964-967.
[22]EVANS C， BRUSSAARD C P. Regional variation in lytic andlysogenic viral infection in the Southern Oman and its contribution to biogeochemical cycling[J]. Applied and EnvironmentalMicrobiology， 2012， 78（18）：6741-6748.
[23]THOMAS R， BERDJEB L， SIME-NGANDO T， et al. Viralabundance， production， decay rates and life strategies （lysoge-ny versus lysis） in Lake Bourget （France）[J]. EnvironmentalMicrobiology， 2011， 13（3）：616-630.
[24]SAWSTROM C， ANESIO A M， GRANELI W，et al.Seasonalviral loop dynamics in two large ultraoligotrophic Antarcticfreshwater lakes[J].Microbiology Ecology， 2007， 53（1）：1-11.
[25]EDWARDS A， ANESIO A M. RASSNER S M， et al， Possibleinteractions between bacterial diversity， microbial activity andsupraglacial hydrology of cryoconite holes in Svalbard[J]. Inter-national Society for Microbial Ecology Journal， 2011， 5（1）：150-160.
[26]ANESIO A M， MINDL B， LAYBOURN-PARRY J， et al. Viraldynamics in cryoconite holes on a high Arctic glacier （Svalbard）[J].Journal of Ceophysical Research， 2007， 112（G04S31）：10.
[27]SHELLEY M， SEAN F. The formation and hydrological significance of cryoconite holes[J]. Progress in Physical Geography， 2008，32（6）：595-610.
[28]FOUNTAIN A G， TRANTER M， NYLEN T H， et al. Evolutionof cryoconite holes and their contribution tomeltwater runofffromglaciers in the McMurdo DryValleys， Antarctica[J]. Journalof Glaciology， 2004， 50（168）：35-45.
[29]PORAZINSKA D L， FOUNTAIN A G， NYLEN T H， et al. Thebiodiversity and biogeochemistry of cryoconite holes from Mc-Murdo Dry Valley glaciers， Antarctica[J]. Arctic Antarctic andAlpine Research， 2004， 36（1）：84-91.
[30]SAWATROM C， MUMFORD P， MARSHALL W， et al. Themicrobial communities and primary productivity of cryoconitesholes in an Arctic glacier （Svalbard 79 degrees N）[J]. PolarBiology， 2002， 25（8）：591-596.
[31]SAWATROM C. GRANELI W， LAYBOURN-PARRY J， et al.High viral infection rates in Antarctic and Arctic bacterio-plankton[J]. Environmental Microbiology， 2007， 9（1）：250-255.
[32]HODSON A J， ANESIO A M， TRANTER M， et al. Glacial e-cosystems[J]. Ecological Monographs， 2008， 78（1）：41-67.
[33]BACSHAW E A， TRANTER M， FOUNTAIN A G， et al. Bio-geochemical evolution of cryoconite holes on Canada Glacier，Taylor Valley， Antarctica[J]. Journal of Geophysical Research，2007， 112（G04S35）：8
[34]ANESIO A M， HODSON A J，FRITZ A，et al.High microbialactivity on glaciers： importance to the global carbon cycle[J].Global Change Biology， 2009，15（4）：955-960.
[35]SMITH L C，MACDONALD G M， VELICHKO A A，et al.Siberian peatlands a net carbon sink and global methanesource since the early Holocene[J]. Science， 2004， 303（5656）：353-356.
[36]王德宣，丁维新，勇若尔盖高原与三江平原沼泽湿地CH4排放差异的主要环境影响因素[J].湿地科学（WANG De-xuan， DING Wei-xin， WANG Yi-yong. Influence of major en-vironmental factors on difference of methane emission fromZoige plateau and Sanjiang plain wetlands[J]. Wetland Science），2003， 1（1）：63-67.
[37]HIROTA M， TANG Y H Hu Q W， et al.Carbon dioxide dy-namics and controls in a deep-water wetland on the Qinghai-Tibetan plateau[J]. Ecosystems， 2006， 9（4）：673-688.
[38]SHURPALI N J，VERMA S B，KIM J，et al.Carbon dioxideexchange in a peatland ecosystem[J]. Journal of Geophysical Re-search， 1995， 100（7）：14319-14326.
碳循环定义范文第2篇
关键词：城市森林 城市生态系统
在目前以国际地圈生物圈计划(IGBP)、国际人文因素计划(IHDP)、世界气候研究计划(WCRP)和生物多样性计划(DIVERSITES)为核心的全球范围内广泛开展的全球变化研究中，有关碳循环与温室气体的研究是主要焦点之一。
自工业化革命以来，人类对环境的影响已经超过了人类历史上的任何时期，一方面人类的生产活动每年将大量的碳排放到大气中；另一方面，人类对自然界的一些改造活动(如森林砍伐)使得碳排放量增加、吸收能力降低。这两方面的人类活动导致全球大气中CO2浓度呈不断升高的趋势，CO2质量分数已由工业化前(1750年)的(280±10)μg/g增加至当前的367μg/g。随之而来的是温室效应增强。据IPCC 2001年的第三次评估报告，全球大气的平均温度在过去的100年中上升了约0.6℃，而且在未来几十年内人为的增暖率将保持在每10年增加0.1～0.2℃的幅度。
1 城市森林的内涵
1.1城市森林概念的提出
1962年，美国肯尼迪政府在户外娱乐资源调查报告中，首次使用了“城市森林”(UrbanForest)这一名词。1965年，加拿大多伦多大学的ERICJORGENSEN教授首次完整提出“城市林业”(Urban Forestry)的概念。美国林业工作者协会对于城市森林的定义为“城市森业是林业的一个专门分支，是一门研究潜在的生理、社会和社会福利学的城市科学，目标是城市树木的栽培和管理，任务是综合设计城市树木和有关植物及培训市民”。中国有关学者将城市周围或附近一定范围内以景观、旅游、运动和野生动物保护为目的的森林称为城市森林。
1.2城市森林的指标
城市森林应有其相应的指标，如果没有指标，城市只有较少树木都可称为城市森林，那么城市森林就失去了其基本内涵。城市森林的指标应包含以下5个方面：
（1)生物量的主体地位。绿地生态系统中5m以上的乔木生物量达到和超过城市绿地总生物总量的50%。
（2)生态效益的主体地位。森林的吸碳制氧、调节气温、净化环境、保持水土等方面功能居主体地位，功能大于或等于城市绿地总功能的50 %。
（3）枝叶覆盖率的优势地位。乔木覆盖面积大于或等于城市绿地总面积的40 %。
（4)景观格局的合理性。景观分布合理，大、中、小型斑块分布均匀，并有绿色廊道连接为一个整体，有利于物种的交流及生物运动。
（5)经营的可持续性。大小森林斑块应保持地面土壤裸露，防止任何形式的人工硬化，保证城市森林的可持续发展。使叶落归根，形成枯落物层，促进物质循环，保持水土，促使林木天然更新。
2 城市森林建设对城市生态系统的影响
随着我国城镇化建设的快速发展，城市森林已成为我国森林的重要组成部分，并且对城市生态系统起到了重要且直接的调节作用。目前，通过在全国12个示范点的城市森林建设，以及对城市森林的建设理论、发展规划、构建模式、树种选择、城市森林功能与效益、评价指标等方面的系统研究，对我国城市森林的发展起到了巨大示范和推动作用。
城市森林的建设对于城市生态系统的影响要体现在以下5方面：
（1)维持碳氧平衡。研究表明，一个没有受过污染的区域内人均有10m2的森林或25m2的草坪，空气就能保持新鲜。据日本科学家测算，1hm2常绿阔叶林每年可吸收29tCO2放出22tO2。针叶林为22tCO2和16tO2，落叶阔叶林为14tCO2和10tO2。另据管东生等人对广州城市绿地的研究计算，广州城市绿地植物光合作用的固碳量相当于人口呼吸释放碳量的1.7倍，而绿地的放氧量为2242788t/a，相当于城市人口耗氧量的1.9倍。
（2)净化空气，削减噪音。城市森林对粉尘颗粒有着很好的过滤、吸附和阻挡作用，故能减少城市空气的粉尘污染。据测定，在居住区墙面种有五爪金龙的地方与没有绿化的地方相比，室内空气含尘量减少了22%。在用大叶榕树绿化的地段则含尘量减少18.8%。各种植物对于一些如SO2、HF、Cl2等有毒有害气体都有不同程度的吸收作用。城市中的森林植物带还能消减城市噪声，提供舒适安静的生活环境。绿篱、乔灌草混合结构带可以降低噪音3至5分贝或6至8分贝。
（3）调节城市小气候，消除城市“热岛效应”。由于植物叶子吸收、反射和散射太阳辐射的作用，再加上植物的蒸腾作用能够有效地降低温度、调节湿度，减轻或消除城市“热岛效应”。有研究表明，在片林和林荫道下，夏季能够降低气温3℃左右，缩短高温持续时间3-8小时。
（4)防风固沙，保持水土。城市人为开发建设活动，使城市的风沙和水土流失问题日益突出。据统计，深圳、珠海、中山等三个城市，人为造成的水土流失面积达845.7km2，直接经济损失达9.5亿元。城市森林的阻挡、截留雨水，减弱风速和根系的固土功能，起到贮水保土的作用。据有关资料，松树树冠可拦截雨水40%，阔叶树可拦截20%。
（5)保护生物多样性。由于人类不合理的开发建设活动，尤其是各种生物赖以生存的生态环境的破坏，再加上日益严重的环境污染，全球的生物多样性呈持续性下降趋势。城市在人才、技术、设施和资金等方面都具有优势，有义务也有条件保护生物多样性。由于城市森林范围较广，所以它能够较好地保护生物多样性，从而真正体现人与自然、人与生物的和谐相处。
3结语
“城市森林”这门学科的出现时间不长，但其发展速度和所受到的重视却是空前的。这说明人类已经意识到与自然和谐相处的重要性。目前世界上越来越多的国家重视城市森林的发展和建设。波兰的华沙在市郊营造了6.7万hm2的城市森林；阿根廷的布宜诺斯艾利斯，引进我国的泡桐树作为城市绿化树种，建成了长150km、宽115km的环城森林绿带；朝鲜的平壤和我国的香港城市森林面积已分别达到城市总面积的86%和40%。据全国绿化委员会公布的《中国国土绿化状况公报》表明，2001年我国城市的绿化覆盖率和绿地率分别已达到28.15%和23.67%，人均公共绿地面积6.83m2。城市森林的这种发展形势无疑是非常积极的，但是它所面临的问题也是较多的。今后如何更好地建设和发展城市森林，仍是需要政府部门和科学工作者共同关心和研究的重点问题。
参考文献：
[1]张志强，孙成权.全球变化研究十年新进展[J].学通报，1999，44 (5)：464-477.
[2]聂道平，徐德应，王兵.全球碳循环与森林关系的研究——问题与进展[J].世界林业研究，1997，5：33-40.
碳循环定义范文第3篇
关键词：工业生态；循环产业链；综合代谢系统；绿色生产方式
1 基于自循环思想的分区规划
高度专业化分工是现代工业社会存在的事实基础之一。规模化生产要求产业链上下游的企业通盘考虑成本组成，在政策环境、物流配套、技术资源互补方面作出最优决策。政府规划主管部门及其合作设计机构同样认识到了企业日益增长的空间需求，因此生态工业园区成为近年来沿海地区政府重点推介培植的规划概念，继经济开发区、高新技术开发区之后，它被定义为我国的第三代产业园区，战略意义十分重大。一个具备成熟规划思路的生态工业园区必然是能源利用率较高、环境友好型的工业协同体，其内部人流、物流、能源流、信息流均衡分布循环，人作为使用者及生产者在其中工作居住时，能够清晰而全面地感受到设计者为追求低能耗高效率的运转模式所投入的思索及心血。
企业在市场生态系统中必然存在投入与产出，展现出作为有机体的种种特征。企业间的资源交换及贸易行为导致了海量资源的流动。依据诺贝尔经济学得奖主科斯(Coase, R.H)提出的交易成本理论，产品或服务从一个单位转移到另一个单位过程中产生的所有成本和代价称为交易成本。容易发现，市场不完善会导致交易成本升高。例如在信息革命到来之前，企业通过市场自由竞争，形成各自为政的单元，从宏观角度看也形成了数以亿计的交易费用，此费用亦与交易场所在时间与空间上的差异成正比。空间距离形成物流成本，时间距离形成风险成本。企业在工业生态学角度中也可看作是经济人的一种，经济人的行为不可避免地存在自利倾向。故而将自利从个体扩大到以园区为单位的协同体，就形成了以自循环为特征的生态工业园区。从产业链扁平化分布的角度去看待规划设计，将同一行业上下游企业有意识地配置在工业园区接近区域，令其在现有政策环境下参与市场竞争，则企业作为市场中的微观个体将会自动形成共存秩序，产品和原料、人力资源、信息资源流向充沛，依靠“看不见的手”来调节市场资源的分配。以上设想强调了企业在一个自组织体系中的主观能动性，我国沿海地区的行业竞争环境相对较为成熟，这意味着企业比较容易在优化设计的园区规划下获得良性的生存空间。
2 建立综合代谢系统有利于生态工业园区高效运行
无可否认，生态工业园区必须执行产出物品及服务的职能，从而也必然会输出生产性副产品及废水、废气等边缘性物质，同时园区又是大批基层一线劳动者长期居留生活的场所，因此在前期规划设计中及时全面周到地考虑生产废料的回收利用与劳动者身心健康的保障是生态工业园区区别于之前几类开发区的重要特性。沿海地区人口往往相对稠密，工业园区规模日新月异，人群集中，所以在建筑概念设计时便应当将人员快速疏散和厂房通风纳入首要考虑。另外在园区内设置安全防灾系统也十分必要。如果园区设置在山地或者丘陵间抑或湖边，亦可因地制宜，适当规划园区内部的开放式绿地，一方面可供园区内员工业余休闲游憩之用，另一方面若发生险情，也可作为员工紧急避难地点。不可忽视的是，在园区内设置足够的绿化带及花池也能够对工业污染起到一定阻挡和净化的防护作用。除此之外，设计规划者在配置园区内企业制造生产方向时亦可有意识地将产废互补消化的企业配置在相邻地块，令其交换产品与废料投入二次生产，这样做既在一定程度上缓解了企业的原料供给问题，又在环境保护层面减少了污染的总体绝对值。生态工业园区的综合代谢系统能够将负面输出以及内部耗损减少到相对较低的程度，增进园区平稳运行的社会效益。 此外，生态工业园区的能源配给设计也应当体现绿色生产之思路。例如在园区照明系统配置中，不妨根据园区厂房或研发建筑的屋顶及立面特性安装光伏设备，将太阳能转化为电能；以备夜晚景观照明之用。园区路灯也可安装太阳能电池供电，公园绿地内也可考虑设置太阳能景观灯具，将绿色循环能源的设计思路贯彻到园区规划设计的每一个细微环节。工业生产，节能为上。重复高效利用能源，积少成多，是生态园区建设的突出优点之一。
3 举例：某光电产业园区生态规划设计思路概述
此园区位于珠江三角洲地区，其中产业用房与行政办公用房建筑面积比约为7∶1。多个模数化体块组成的生产及行政管理建筑由高至低层层递进成梯田状，大面积的绿化渗透其中，为城市天际线制造了一个有力的绿色焦点。连续统一的基座由折坡相连，与环境融为一体，折线蜿蜒其中，使光与电形成一种抽象的类比。绿色台地也是本项目的一大特色。利用三层大面积绿化屋面和折坡，围合园区中心园林，创造出一个向城市自由开放的多层次大尺度台地景观。
本工业园区采用了多种有效生态节能措施，如屋面太阳能光伏发电，太阳能热泵系统，雨水回收及水体循环系统，中心庭院设置的水池可同时兼作景观水体和消防水池之用，一举两得。
为了促进园区物流人流的高效循环运转，设计确定了人行优先，人车分流，社会人员与内部人员分流，办公车辆与货运车辆分流的组织原则。园区内部的居民生活区需要建设足够的公共交通设施、人流集散点、停车场以及步行街；在生产区域和厂房周边内应当建立便捷的运输线路、设置足够停车位。同时也应确保生活区和生产区之间覆盖全天全园区的公共交通网络，以便配合物资和人力随时调动。
4 结束语
综上所述，生态工业园区的规划设计融建筑设计、景观环境设计、工业区块功能规划于一体，是综合考虑经济效益与社会效应、环境保护等多种因素的理性决策行为。二十一世纪初叶，我国沿海地区必将面临转换经济发展方式的挑战，面向低碳绿色经济这一未来发展的方向，规划建设生态工业园区是实现可持续发展的必经之路。
参考文献
［1］综合类生态工业园区标准（试行）.国家环境保护总局,2006.6.
［2］陈勇俊.循环型社会与生态城市建设［EB/OL］.环境法研究网，2009-04-21.
碳循环定义范文第4篇
1城市森林的内涵
1.1城市森林概念的提出
1962年，美国肯尼迪政府在户外娱乐资源调查报告中，首次使用了“城市森林”(UrbanForest)这一名词。1965年，加拿大多伦多大学的ERICJORGENSEN教授首次完整提出“城市林业”(UrbanForestry)的概念。美国林业工作者协会对于城市森林的定义为“城市森业是林业的一个专门分支，是一门研究潜在的生理、社会和社会福利学的城市科学，目标是城市树木的栽培和管理，任务是综合设计城市树木和有关植物及培训市民”。中国有关学者将城市周围或附近一定范围内以景观、旅游、运动和野生动物保护为目的的森林称为城市森林。
1.2城市森林的指标
城市森林应有其相应的指标，如果没有指标，城市只有较少树木都可称为城市森林，那么城市森林就失去了其基本内涵。城市森林的指标应包含以下5个方面：
（1)生物量的主体地位。绿地生态系统中5m以上的乔木生物量达到和超过城市绿地总生物总量的50%。
（2)生态效益的主体地位。森林的吸碳制氧、调节气温、净化环境、保持水土等方面功能居主体地位，功能大于或等于城市绿地总功能的50%。
（3）枝叶覆盖率的优势地位。乔木覆盖面积大于或等于城市绿地总面积的40%。
（4)景观格局的合理性。景观分布合理，大、中、小型斑块分布均匀，并有绿色廊道连接为一个整体，有利于物种的交流及生物运动。
（5)经营的可持续性。大小森林斑块应保持地面土壤，防止任何形式的人工硬化，保证城市森林的可持续发展。使叶落归根，形成枯落物层，促进物质循环，保持水土，促使林木天然更新。
2城市森林建设对城市生态系统的影响
随着我国城镇化建设的快速发展，城市森林已成为我国森林的重要组成部分，并且对城市生态系统起到了重要且直接的调节作用。目前，通过在全国12个示范点的城市森林建设，以及对城市森林的建设理论、发展规划、构建模式、树种选择、城市森林功能与效益、评价指标等方面的系统研究，对我国城市森林的发展起到了巨大示范和推动作用。
城市森林的建设对于城市生态系统的影响要体现在以下5方面：
（1)维持碳氧平衡。研究表明，一个没有受过污染的区域内人均有10m2的森林或25m2的草坪，空气就能保持新鲜。据日本科学家测算，1hm2常绿阔叶林每年可吸收29tCO2放出22tO2。针叶林为22tCO2和16tO2，落叶阔叶林为14tCO2和10tO2。另据管东生等人对广州城市绿地的研究计算，广州城市绿地植物光合作用的固碳量相当于人口呼吸释放碳量的1.7倍，而绿地的放氧量为2242788t/a，相当于城市人口耗氧量的1.9倍。
（2)净化空气，削减噪音。城市森林对粉尘颗粒有着很好的过滤、吸附和阻挡作用，故能减少城市空气的粉尘污染。据测定，在居住区墙面种有五爪金龙的地方与没有绿化的地方相比，室内空气含尘量减少了22%。在用大叶榕树绿化的地段则含尘量减少18.8%。各种植物对于一些如SO2、HF、Cl2等有毒有害气体都有不同程度的吸收作用。城市中的森林植物带还能消减城市噪声，提供舒适安静的生活环境。绿篱、乔灌草混合结构带可以降低噪音3至5分贝或6至8分贝。
（3）调节城市小气候，消除城市“热岛效应”。由于植物叶子吸收、反射和散射太阳辐射的作用，再加上植物的蒸腾作用能够有效地降低温度、调节湿度，减轻或消除城市“热岛效应”。有研究表明，在片林和林荫道下，夏季能够降低气温3℃左右，缩短高温持续时间3-8小时。
（4)防风固沙，保持水土。城市人为开发建设活动，使城市的风沙和水土流失问题日益突出。据统计，深圳、珠海、中山等三个城市，人为造成的水土流失面积达845.7km2，直接经济损失达9.5亿元。城市森林的阻挡、截留雨水，减弱风速和根系的固土功能，起到贮水保土的作用。据有关资料，松树树冠可拦截雨水40%，阔叶树可拦截20%。
（5)保护生物多样性。由于人类不合理的开发建设活动，尤其是各种生物赖以生存的生态环境的破坏，再加上日益严重的环境污染，全球的生物多样性呈持续性下降趋势。城市在人才、技术、设施和资金等方面都具有优势，有义务也有条件保护生物多样性。由于城市森林范围较广，所以它能够较好地保护生物多样性，从而真正体现人与自然、人与生物的和谐相处。
3结语
“城市森林”这门学科的出现时间不长，但其发展速度和所受到的重视却是空前的。这说明人类已经意识到与自然和谐相处的重要性。目前世界上越来越多的国家重视城市森林的发展和建设。波兰的华沙在市郊营造了6.7万hm2的城市森林；阿根廷的布宜诺斯艾利斯，引进我国的泡桐树作为城市绿化树种，建成了长150km、宽115km的环城森林绿带；朝鲜的平壤和我国的香港城市森林面积已分别达到城市总面积的86%和40%。据全国绿化委员会公布的《中国国土绿化状况公报》表明，2001年我国城市的绿化覆盖率和绿地率分别已达到28.15%和23.67%，人均公共绿地面积6.83m2。城市森林的这种发展形势无疑是非常积极的，但是它所面临的问题也是较多的。今后如何更好地建设和发展城市森林，仍是需要政府部门和科学工作者共同关心和研究的重点问题。
参考文献：
[1]张志强，孙成权.全球变化研究十年新进展[J].学通报，1999，44(5)：464-477.
[2]聂道平，徐德应，王兵.全球碳循环与森林关系的研究——问题与进展[J].世界林业研究，1997，5：33-40.
[3]阎志平，秦素玲等.城市森林发展的战略研究[J].河南农业大学学报，2005，1：41.
[4]董文福，管东生.城市生态系统中的森林研究[J].生态经济，2002，8：45.
[5]杨小波等.城市生态学[M].北京:科学出版社.
碳循环定义范文第5篇
关键词：低碳；城市规划
Abstract: with the increase of city and accelerate the process of population, human survival and development environment is constantly changing, social and economic problems of resources, environment, population and also increasingly sharp, environmental problems have become one of the important factors that hinder the sustainable development of social economy. The construction of low carbon ecological city, is an important strategic choice to conform to the trend of development of low carbon city, ecology, is an important measure to transform the mode of development, the implementation of scientific outlook on development.
Keywords: low carbon city planning;
中图分类号：TU984文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
近年来，低碳逐渐成为世界热门话题，城市作为未来人口最主要的聚居地，是碳减排的关键，而城市规划作为建设、管理城市的重要依据，必将担负起建设低碳城市的重要角色。因此，对于如何在城市规划中有效落实低碳城市建设理念，确定低碳城市规划定义、内涵，构建低碳城市规划的理论研究基础，以及怎样具体实施.今后向何种方向发展，都需要进一步深入研究。
1.低碳城市规划研究背景
1.1 CO2排放与全球气候变暖
有学者研究表明：只有在2050年时将大气中CO2浓度控制在工业化前水平的2倍以内，才可能避免发生极端的气候变化。引发温室效应所涉及到的科学问题归纳起来由三部分组成：（1）大气CO2浓度从工业革命前的280ppm增加后全球平均气温上升了2-3℃：（2）全球平均气温上升超出“2℃阈值”后将给人类社会带来灾难性影响；（3）世界各国必须减少化石能源利用，完成2050年将大气CO2浓度控制在560ppm以下目标(丁仲礼， 2008； IPCC， 2007)。根据气象观测资料，过去10多年中，全球平均气温上升了0.74℃。与之伴随的是人类向大气中排放了大量CO2及其他温室气体，大气CO2当量浓度增加了约60％。如果这 0.74℃增温完全因温室气体浓度升高造成，则CO2浓度倍增后升温也将不超过 1.25℃。显然敏感性达不到2-3℃。要控制大气中CO2浓度，首先就要弄清大气中CO2的生成机制。自然过程和人类活动都会排放CO2，例如植物生长和化石燃料的燃烧。德国不来梅大学环境物理研究所的 MichaelBuchwitz研究表明：大气以及地球表面的天然CO2通量一般要大于人为排放量引起的CO2通量。但是，这并不意味着人为来源的通量不重要，并且恰恰相反。人为排放引起的CO2通量只会朝一个方向进行，而天然CO2通量会在两个方都发生——植物生长吸收大气中的CO2，植物腐烂又会将大部分或全部CO2释放到大气中。
1.2 人类活动与全球气候变暖
自工业化以来，CO2、CH4、N2O 等温室气体引起的辐射强度达到了97％。从本质上讲，气候变暖主要是因为太阳活动强度变化、大气气溶胶浓度变化、土地利用与土地覆被状态变化和海洋作用变化等。其中土地利用和大气气溶胶浓度变化与人类活动密切相关，尤其与近百年来由工业化所推进城市化有关，城市化极有可能是全球气候变暖的最主要人类活动因素之一。多年来，尤其是在过去的200年中，工业革命所引起的生产方式转变引起了大量化石燃料的使用，全球CO2排放量和城市化水平一直在同步稳定增长，并且呈现同步加快的趋势。从碳排放源头来看，城市是工业、建筑、交通、物流的集中地，也是碳排放的集中地。根据相关统计，大城市消耗的能源占全球消耗量的75％，温室气体排放量占比80％。从最终使用的角度看，碳排放的主要来源于工业、交通和居民生活。根据美国资料，建筑物排放CO2约占39％，交通工具排放占 33％，工业排放占28％。如果要减少CO2排放，那么人们必须要在下面三个方向做出努力。一是人口增长趋势；二是社会发展阶段；三是能源结构。这三方面都与城市化交织在一起，碳排放与城市化过程存在着紧密的联系。
1.3 低碳成为城市减排关键
为了应对能源危机和气候变暖，国际上已经兴起了低碳经济研究。低碳经济的发展要求是对未来发展所提出的一种约束，要求人们必须利用新技术调整城市发展方针。目前，有关低碳城市以及低碳城市规划的研究已经大量开始。方伟坚等认为排放与城市形态结构存在着一定关系，提倡紧凑的城市空间发展模式；格莱泽和卡恩在研究了碳排放与土地利用的关系后，认为对土地利用的约束和限制越严格，居民生活的碳排放量水平就越低，例如高密度中心区的人均碳排放量要比低密度郊区的少；弗伦奇和克劳福德探讨了空间规划与低碳目标之间的关系，认为实现低碳目标的关键是转变规划师以及相关管理人员观念，在空间规划中强调低碳城市理念和加强低碳技术的运用。
2.低碳型城市发展
2.1 低碳发展模式的内涵
首先，低碳发展模式要求在保障经济发展速度的同时，改善能源利用效率，减少能源消耗，从而减少能源需求达到减少对能源结构占主导地位的化石燃料的依赖。其次，低碳发展模式要求人们必须降低在经济发展中不可或缺能源中的碳含量和各种开发引起的碳排放，实现全球大气环境中温室气体环境容量的高效利用。最后，低碳发展模式还要求调整和改善全球大气环境中的碳循环，通过增加自然固碳来抵消化石燃料燃烧所排放的温室气体，最终使大气中的温室气体浓度得到稳定。
