碳循环的主要形式
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篇碳循环的主要形式范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
碳循环的主要形式范文第1篇
“生态系统中的物质循环和能量流动”是苏教版八年级《生物》下册第25章第二节，本节内容综合性较强，既涉及光合作用、呼吸作用、生态系统、食物链、食物网等方面的知识，又涉及能量流动和物质循环;不仅与生活和生产密切相关，又与全球的环境、资源密不可分。能量流动是一个比较抽象的过程，各营养级中能量的来源和去路比较复杂，学生理解难度相对较大。但八年级学生已具有一定的分析问题能力，又学过水(氧)循环以及生态系统组成等基础知识。另外，生活经验也提供给他们大量相关的信息，学生对生物学主题中与实际应用和社会问题相关的内容兴趣较浓，这是学习本节内容的有利条件。为此，本节教学以生态系统的能量流动及特点和碳循环过程作为重点，将生态系统能量流动的特点分析及能量流动和物质循环的关系作为难点，应用问题情境、阅读、小组讨论、比较和师生谈话等多种教学方法，引导学生主动学习，建构自己的认知体系。在教学过程中学习分析、总结，学会思考。教学设计如下。
2教学目标
2．1知识目标
描述生态系统中的能量流动和物质循环;描述生态系统中的能量流动和物质循环的特点;说出生态系统中能量的最初来源。
2．2能力目标
通过分析总结，培养运用科学知识分析和解决实际问题的能力;通过图片的观察，培养识图、观察和分析能力;通过讨论、交流，培养语言表达能力、小组合作能力。
2．3情感态度和价值观
正确认识人类作为生态系统中的一员在物质循环和能量流动中的作用，增强环境、资源意识，更加热爱大自然和保护大自然。
3教学过程
课前教师准备多媒体课件，学生预习本节课本内容，并搜索相关资料。
3．1引入
播放纪实视频“实拍灰狼欲捕食羊群，遭到牧民策马驱逐”片段，学生观察:在草原上，一只野兔遭灰狼的追逐最终被捕食，狼欲捕食羊群，遭到牧民策马驱逐。精彩、直观的视频展示引入新课，以激发学生兴趣。创设问题情境:能否说出草原上一条食物链?学生很容易回答:“草兔狼;草羊狼”等。进一步提问:兔(羊)的能量从哪里来?兔(羊)的能量到哪里去了?学生思考后回答……，那么生态系统的能量是怎样输入的呢?又是怎样传递和散失的呢?让我们一起来共同探究。
3．2生态系统的能量流动
提出问题:从上述的食物链中，大家知道了兔(羊)靠吃草获得能量，那么草的能量又从哪里来的?按以下步骤展开教学:(1)第一步指导学生阅读教材第一自然段文字，设置问题①生态系统的能量最初来源是什么?②能量进入生产者的途径是什么?③能量来源的起点是什么?④流动的渠道是什么?设置问题情境导读，引导学生思考、分析，可以提高阅读效率，教师鼓励学生大胆发言，激发竞争意识。(2)第二步尝试分析“草兔狼”食物链中的各个营养级以及所属的生物组成，学生分析后作汇报(如下)，明确“营养级”概念。(3)第三步呈现课件“生态系统能量流动的示意图”并提出问题:能量是怎样流动的?有何规律?指导学生阅读教材第二自然段并分组讨论，教师可作为参与讨论者，与学生一起讨论。师生交流:输入第一营养级的能量，一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖。在后一部分能量中，一部分被分解者利用，还有一部分被植食性动物摄取，这样能量就从第一营养级流人第二营养级，以此类推……教师再问:能量从一种生物传到另一种生物，是不是百分之百传递?为什么?(不是，因为有一部分散失了)能量从哪种生物又流向哪种生物?(由被取食者流向取食者)在食物链中，能量流动能不能倒流过来?教师引导学生观察这条食物链中各营养级的排序是否可以变动(不能，单一方向)。能否总结能量流动特点?学生:逐级递减，单向传递。接下去，可展示“生态系统的能量流动”动画(配解说)，丰富学生的感觉视觉，加深学生对能量流动的理解，有突破教学难点;继续展示“能量金字塔”，阐明其含义及特点……通过层层递进，引导和分析，使学生获得新知，进一步完善认知结构。
3．3生态系统的物质循环
过渡:生态系统能量流动伴随物质的循环，能量由太阳提供，物质由地球提供的，为什么生态系统中的大量物质，亿万年来没有被耗尽呢?是因为物质可以被循环利用的。教师引导学生写出光合作用和呼吸作用的公式，说明二氧化碳在此过程中的作用，从回顾旧知入手，通过知识迁移把新旧知识融会贯通。课件呈现“碳循环示意图”并指导学生分组讨论，思考每一个箭头代表的生理过程及物质名称，可设置思考题:①碳在大气中以什么形式存在的?②碳在生物体内以什么形式存在的?③大气中二氧化碳的主要来源?④地球上无数的生物每天都要消耗大量氧气并产生大量的二氧化碳，为什么我们没有缺氧?⑤尝试描述碳循环的过程。通过图片观察提高学生的识图能力，培养学生的观察、分析能力，在讨论和交流中，也锻炼学生的语言表达和小组合作能力。接着，播放“生态系统中的物质循环”动画，然后师生共同归纳碳循环的含义:碳(元素)循环是指生物(群落)与无机(非生物)环境之间进行的循环;碳循环的范围是全球性的，特点是全球性往复循环。引导学生继续探讨:物质是可以循环利用的，那么地球上的资源是不是用之不竭?乱砍滥伐和大量燃烧化石燃料对生态系统的碳循环有没有影响?你有什么建议?谈谈自己的看法。同学们各杼己见。课堂延伸引导学生利用新知识去解决实际问题，学以致用，同时也增强了学生的环境、资源意识。
碳循环的主要形式范文第2篇
关键词 森林生态系统；碳储量；碳循环；作用
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，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。虽然目前我们尚不能准确地预测其生态后果，但最终的结果必将危害人类自身。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，森林生态系统与其他部分碳的交换量(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，它贮有1 146Pg碳，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。
1.森林及地球各部分的碳储量
当前，对全球碳库及库与库之间的转移量以及转移速率等关键性数值的估计差异较大。大气层中的碳总量约为7.0×1017～7.5×1017g。由于大气层的二氧化碳浓度正处加速上升阶段，因而其碳储量的估计值显然与估算的时间有一定的关系。地壳碳储量最大，估计值相差也大，不过它们与其他库的交换很小，因此一般不会给碳流量的估算带来大的误差。海洋是仅次于地壳的大碳库，也是最大的一个汇。通常估计海洋中的碳储量时将其分为表层和深层2个亚库，前者与大气有较频繁和较稳定的碳交流。陆地生物群落包含的碳量约为5.5×1017～5.6×1017g。
在各个库中，陆地生物群落最容易受到人类活动的干扰，因此也是对大气二氧化碳浓度变化影响最大的分库。海洋碳储量虽大，但与大气处于相对稳定的碳交换状态，目前估计海洋与大气的交换是每年吸收约2.0×1015～3.0×1015g的碳。陆地生物群落在未受干扰状态，以吸收固定二氧化碳为主，一旦受破坏，则要向大气排放大量的二氧化碳。
森林是一种主要的植物群落类型，约占地球陆地面积的1/3(4.1×109hm2)。森林生物量约占整个陆地生态系统生物量的90%，生产量约占陆地生态系统的70%。森林生态系统在全球碳循环过程中起着重要的作用。
在自然状态下，森林进行光合同化二氧化碳，固定于生物量中，同时以根生物量和枯落物碎屑形式补充土壤的碳量。在同化二氧化碳的同时，存在林木呼吸和枯落物分解释放二氧化碳进入大气这一逆过程，同时固定于木质部分的二氧化碳也会在一定的时间后腐烂或被烧掉，以二氧化碳的形式归还大气。因此，从很长的时间尺度（1 000～10 000a）考察森林对大气二氧化碳浓度变化的作用，其影响是很小的，只能是一个不很大的汇。但在短时间程度（＜300a）来考察，由于单位森林面积中的碳储量很大，林下土壤中的碳储量更大，因此森林变化（人类干扰）就有可能引起大气二氧化碳浓度大的波动。
2.森林生态系统的碳循环
森林生态系统是陆地中重要的碳汇和碳源，在这个系统中，森林的生物量、植物碎屑和森林土壤固定了碳素而成为碳汇，森林以及森林中微生物、动物、土壤等的呼吸、分解则释放碳素到大气中成为碳源。如果森林固定的碳大于释放的碳就成为碳汇，反之成为碳源。在全球碳循环的过程中，森林是一个大的碳汇，但随着森林破坏、退化的加剧以及一些干扰因素（如火灾）的影响，森林生态系统就可能成为碳源，这将更加剧全球的温室效应，导致生态环境的进一步恶化。通过国内外的一些研究表明，温带和北部寒带森林是碳汇，如北方森林每年净吸收碳量为0.4～0.6Pg碳，俄罗斯森林每年固碳0.36～0.45Pg碳。在温带，森林每年净吸收碳量为0.17～0.35Pg碳，美国东南部的森林生态系统每年固碳0.07Gt碳。而热带森林地区由于过度砍伐森林以及土地利用方式的改变已成为碳源，在1980年向大气净释放了1.0×105～2.6×105g碳。
在森林生态系统中，植物首先通过光合作用吸收二氧化碳生成有机质贮藏在体内（Gp），这是森林吸收碳素的过程。而后，通过植物自身的吸收作用要释放出一部分碳素（Ra）。另外，植物还会以枯枝落叶、根屑等形式把碳贮藏在土壤中，而土壤中的碳有一部分会被微生物和其他的异养生物通过分解和呼吸释放到大气中（Rh）。森林生态系统和大气之间的碳通量是森林生长过程中固定的碳和干扰过程中释放碳之间的差值。森林生态系统的净生产量（NEP）可用下面的公式表示：NEP=Gp-Ra-Rh，如果在自然生长状态下，按上面这个公式计算，一般森林生态系统的NEP为正，是个碳汇。然而，由于人类活动的干扰和破坏，尤其是对热带森林的乱伐或把其变成为农业用地等行为就会使森林生态系统的NEP为负，从而成为碳源，这应该引起人类的关注，采取有效措施防止森林变成碳源，从而缓和和扭转全球气温变暖的趋势。我国森林生态系统在陆气系统碳循环中表现为碳汇，其NEP值为0.48Pg碳。
3.森林生态系统在碳循环中的作用
从人类认识到温室气体尤其是二氧化碳浓度的升高会使全球气温变暖，从而带来一系列严重生态环境问题时，就展开了对碳素循环的研究。而森林生态系统作为吸收二氧化碳释放氧气的一个大碳汇，在碳循环中起着非常重要的作用。全球森林面积为41.61亿公顷，其中热带、温带、寒带分别占32.9%、24.9%和42.1%。全球陆地生态系统地上部的碳为562Gt，森林生态系统地上部的含碳量为483Gt，占了86%。全球陆地生态系统地下部含碳量为1 272Gt，而森林地下部含碳约927Gt，占整个世界土壤含碳量的73%。森林生态系统在碳循环中的作用主要取决于以下几个方面：
（1）生物量。森林生态系统的生物量贮存着大量的碳素，如按植物生物量的含碳量为45%～50%计，那么整个森林生态系统的生物量将近一半是碳素含量。森林的生物量与其成长阶段的关系最为密切，一般森林据其年龄可分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林/过熟林，其中碳的累积速度在中龄林生态系统中最大，而成熟林/过熟林，其中碳的累积速度在中龄林生态系统中最大，而成熟林/过熟林由于其生物量基本停止增长，其碳素的吸收与释放基本平衡。从森林的年龄结构来估算吸收碳素的潜力是决定森林生态系统碳汇功能的一个主要方面。目前，我国森林的结构以幼龄林、中龄林居多，因此我国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力很大。据王效科等估算，我国森林生态系统潜在的植物总碳贮量为8.41Pg，现有的实际碳贮存总量只是潜在的植物总碳贮量的44.3%。因此，如果我国的森林生态系统得到切实有效地保护，那么它将是中国一个重要的碳汇。
（2）林产品。森林生态系统林产品的固碳量是个变化很大的因子。一般林产品根据其使用寿命可分为短期产品和长期产品。像燃料用木、纸浆用木等属于短期产品，而胶合板、建筑用木则属于长期产品。林产品使用寿命的长短在很大程度上也决定着森林生态系统的碳汇功能。使用寿命长的林产品可以延缓碳素释放，缓解全球大气碳浓度的增加，一般来说，耐用林产品的使用寿命可达100～200a，在这么长时间里，通过再造林完全可以实现碳素的良性循环。因此，应尽量加工耐用、使用寿命长的林产品。
（3）植物枯枝落叶和根系碎屑。这一部分含碳量在整个森林生态系统中占的比例虽少，但也是一个不容忽略的碳库，减缓它的沉淀和分解对于森林生态系统的固碳量也起到一定的作用。
（4）森林土壤。这是森林生态系统中最大的碳库。不同的森林其土壤含碳量具有很大的差别，在北部森林中森林土壤占有84%总碳量；温带森林土壤中的碳占到其总碳量的62.9%；在热带森林中，土壤中的含碳量占整个热带森林生态系统碳贮量的一半。全球森林土壤的含碳量为660～927Gt，是森林生态系统地上部的2～3倍。国内外很多学者都认识到森林土壤碳库的重要作用，纷纷对其展开研究。目前，研究土壤碳库及其碳循环和全球变化已成为土壤学的一个新的发展方向。
4.参考文献
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[3] 周玉荣，于振良.我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡[J].植物生态学报，2000，24（5）：518-522.
[4] 王效科，冯宗炜.中国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力[J].生态学杂志，2000，19（4）：72-74.
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碳循环的主要形式范文第3篇
关键词： 全球气候变化；草原生态系统；碳储量；高寒草甸
中图分类号： S 812.3文献标识码： A文章编号： 10095500(2011)06007508
在过去的200年中，化石燃料的燃烧、土地利用方式的改变，已经有405±30 Pg的CO2释放到大气中，导致大气CO2浓度急剧增加，地球温度不断升高。干旱、洪水、风沙等灾害性天气频繁出现。应对气候变化,实现可持续发展,是人类面临的一项紧迫而艰巨的任务。有效地利用陆地生态系统植被和土壤对碳存储积累的优势来降低大气CO2的增高，被学术界普遍认为是在全球绿色经济、循环经济、低碳经济的背景下一种低成本固碳减排的有效措施[1,2]。大力发展草原碳汇，重视草原固碳研究,系统分析草原生态系统在全球气候变化中的生态价值和贡献，对增强草原生态系统碳储量、发挥草原固碳潜力具有重要意义。
1草原生态系统的碳汇功能
在所有生物群系中，森林存储了陆地的大部分碳量，不仅以生物量的形式(树干、树枝、树叶、根等)，而且以土壤有机质的形式存储。根据德国全球变化咨询委员会(WBGU) 的估计,全球陆地生态系统的碳储量有46%在森林,23%在热带及温带草原,其余的碳储
收稿日期： 20110603； 修回日期: 20111017
基金项目： 国家重点基础研究发展规划项目
（2006AA10Z250）资助
作者简介： 赵娜 （1980），女，在读博士，草地生态与植被恢复。 Email:
王为通讯作者。
存在耕地、湿地、冻原和高山草地。目前,国际上主要通过提高森林覆盖率来抵消工业碳排放，森林的碳汇能力已经得到世界各国的广泛重视。然而，草原碳汇并未像森林碳汇一样得到应有的关注。主要是因为缺乏对草地生态的系统研究和全面规划，从而导致对草原生态的忽视以及对碳汇评估的缺失。草原是世界上分布最广的植被类型之一，主要分布于热带和温带，覆盖陆地面积的25%～50%[3]。全球草地面积约44.5亿hm2，碳贮量达7 610亿t，占世界陆地生态系统碳储量的34%，仅次于森林碳汇。草地生态系统作为一种自然资源，具有保持水土、涵养水源、防风固沙、净化空气以及控制温室气体排放等多方面的功能，对地区的气候变化和全球碳循环发挥着重大的作用[4-13]。我国拥有各类天然草原面积约4亿hm2，分别占世界草地面积的13%和我国国土面积的40%，也是我国耕地面积的3.2倍，森林面积的2.5倍，因而,草原是光合作用最大的载体,也是我国面积最大的碳库[14]。作为最重要的绿色生态屏障和绿地植被碳库，草原和草产业在生态系统碳汇功能方面的能力不容小视。概算我国天然草地每年能够固碳达到1～2 t/hm2，年总固碳量约为6亿t，约占全国年碳排放量的1/2。草原生态系统碳收支对我国乃至世界陆地生态系统的碳汇功能发挥着不可替代的作用。为此，国内外开展了相关研究，但由于技术和方法的差异，全球草原生态系统碳汇评估方面存在着较大的不确定性。
2草原生态系统的固碳潜力
2.1草原生态系统的碳储量估算
草地生态系统碳储量和碳沉降在全球陆地生态系统碳蓄积和碳循环中占有十分重要的地位。不同学者或机构对全球草地生态系统碳储量进行了估算[3-5，8-13，14-17]，世界草地生态系统的碳蓄积平均占到陆地生态系统碳蓄积量的1/5。Olson，et al[18]利用碳密度的方法估算后报道，全球草地生态系统植被储量为50.4 Pg。Post，et al[19]基于常规土壤调查后估算出全球不同草地综合体中土壤碳储量为435.7 Pg。Prentice，et al[17]仍然利用碳密度的方法对全球草地生态系统碳储量进行了较为全面的评估，研究报道全球草地生态系统的总碳储量约为279 Pg,植被储量为27. 9 Pg, 土壤储量为250.5 Pg。另外，也有学者研究认为，全球草地生态系统总碳储量约为569.6 Pg ,其中，植被储量为72.9 Pg , 土壤储量为496.6 Pg[19-22]。同时有研究报道，在热带地区的碳储量和碳沉降可能已经被低估[3]。由此可见，全球草地碳储量估算存在着很大的不确定性，特别是对于土壤碳库的评估[3，5，23]。然而，中国草地生态系统的碳储量和碳循环的研究相对比较少[22，24-26]。Fang，et al[24]基于植被地上、地下生物量比例的关系第1次评估了中国草地的碳储量。他通过研究8个草地类型最终得出中国草地的总碳储量为58.38 Pg，其中植被层为1.23 Pg，土壤层为74.74 Pg。由于田间取样测量的局限性，研究者往往通过地上通量部分的平衡来估计地下内部转移的碳量和组成；通过地下通量部分的平衡大致地估计土壤碳库净变化的组成。然而，利用地上生物量来估测其他组分的碳量的方法，精确度很低，存在相当大的误差(特别是对地下部分的估测)，因此，通过这种比例的关系估计出的数据，变异性很大[24，27]。有学者应用碳密度的方法对中国11个草地类型的碳储量进行了估算，分析后指出11个草地类型的总碳储量为58.38 Pg Ni；Zinke，et al[22,28] ,其中,植被层为4.66 Pg ,土壤层为53.72 Pg。不久，Ni[22]再一次应用碳密度方法对中国18个草地类型进行了碳储量估算。然而此次的研究结果较先前的结果总体上偏低，总碳储量为44. 09 Pg ,植被层碳储量为3.06 Pg ,土壤层碳储量为41. 03 Pg 。另外，Fan 根据中国17 种草地类型中实测的地上、地下生物量样方数据估算出我国草地植被碳储量约为3. 32 Pg [29]。综合大量的研究后发现，中国草地生态系统植被层碳蓄积占到世界草地生态系统植被层碳蓄积量的3%～11%[17,19,22]，占到中国陆地生态系统植被层碳蓄积量的54.4%[29,30]。由于资源调查数据、遥感数据、草原面积差异、以及所采用的估算方法的不同，使得无论全球或者是地区内的草地生态系统碳储量估算存在着较大的不确定性。另外，人类活动对于草原的影响也在很大程度上决定着碳评估的精度[22]，其中，草原面积的差异是影响陆地生态系统碳估算的重要因素。随着生态学、土壤学、遥感学、统计学等多学科的发展与深入，使用碳密度的方法，同时结合改进的草地分级标准以及更加准确的草原面积评估体系，为精确估算中国乃至世界草地的碳储量提供了一定的依据。然而，目前对于碳储量的评估主要还是聚焦在对温带和高寒草地的研究。
2.2不同草地类型的固碳能力
从世界范围来看,大约有1.5亿km2的草地分布于热带地区，有900百万km2的草地分布于温带地区[15]。然而，不同地区、不同气候类型条件下的不同类型草地生态系统的碳储量差异非常大 (表1)[31]。热带草原的净生产力和碳的固定能力要大于温带草原。在温带草原区，欧洲和俄罗斯草地群落的碳素固定能力又高于中国，我国典型草原的碳固定量水平最低，这种现象主要受降水量的时空变异决定。对于不同草地类型的土壤生态系统而言，草甸土壤具有较大的有机碳通量和有机碳容量，但同时具有较低的无机碳通量和无机碳容量。相反，荒漠土壤生态系统的有机碳通量、碳容量最低，但其具有较高的无机碳储量[32]。一般认为，土壤无机碳通量变化不大，有机碳通量却经常受到各土壤生态系统内部物质和能量转化的影响，具有较大的变异性。生态系统中土壤有机碳通量和碳容量越高则土壤无机碳通量就越低。从地区上分析，寒冷地区的土壤比温暖地区的土壤具有更高的土壤有机碳储量[33]。
中国草地主要广布在北部温带半干旱和干旱地区，以及西部青藏高原的高寒地区，只有少数零星地分布在暖温带和热带地区[34-36]。不同草地类型的面积、分布区域、物种组成以及不同草地类型的固碳能力分布极不均衡，不同草地固碳能力异质性很大(表2、3)。从地区上分析发现，高寒地区拥有中国最大的碳储量，占到全国草地生态系统总碳储量的54.5%，其次是温带地区，中国草地生态系统85%以上的全碳储量分布于高寒地区和温带地区。从草地生态类型分析，草原具有最高的植被和土壤碳储量，草甸是仅次于草原生态系统类型的第2大碳库。全国草地生态系统总碳储量的2/3以上是分布于草甸和草原这2个草地生态系统类型[26]。综合不同地区和草地类型来分析研究,高寒草甸拥有最大的植被和土壤碳储量，占到中国草地总碳储量的25.6%，其次，高寒草原和温性草原的碳储量也比较高，分别占到中国草地总碳储量的14.5%和11.0%，这3类草地碳储量总和占到全国草地总碳储量的1/2。然而，暖温带和热带灌丛草原以及湿地由于利用面积比较低，再加上植被和土壤的碳密度比较低，所以决定了这3种草地类型具有最低的碳储量[26]。
草原生态系统的碳汇格局
陆地生态系统碳库主要包括植物碳库、凋落物(残落物)碳库和土壤有机碳库(腐殖质)。生态系统各碳库的大小组成和规模体现了生态系统碳分配（资源分配）的格局，同时反映了植物对资源供给响应的平衡对策。碳分配的变化不仅影响到植物的生存，生长和生产，也会影响到生态系统的生物地理化学循环过程[29]。所以，研究生态系统各组成要素的碳蓄积在空间上的分布规律是碳循环研究的基础，也是研究生态系统碳素在各碳库之间的流通和交换的依据。为此，各国生态学家已经进行了大量的研究[19，20，27，37，38]。分析估计认为，全球陆地生态系统植物碳库在420～830 Pg，土壤有机质碳库在1.2×103 ～1.6 ×103Pg，凋落物碳库在70～150 Pg。土壤碳库也是陆地生态系统中最大的碳库，通常地，土壤碳库大约为大气碳库的两倍[39]，因此，土壤碳库的损失对于大气中CO2浓度的变化具有显著的影响。而且，全球土壤碳存储总量也远大于植被中的碳储量，两者的比例平均为3∶1，所以陆地土壤碳库较植被碳库在全球碳平衡中具有更重要的作用，在每个生物群系中，单位表面积上植被和土壤碳量所占比例存在着广泛的区域差异。从热带森林的1∶1到北方针叶林的1∶5，草地和湿地的比率更大，所以，对于草地生态系统来说，它不具有固定而明显的地上碳库,其碳储量绝大部分集中在地下土壤中[26]。这在很大程度上有力地说明了土壤碳库在草原生态系统的碳储量中所发挥的巨大作用。中国草原土壤碳储量约在200～300 Pg，占到世界土壤碳储量的30%，草原土壤代表着一个巨大的碳库[3，40]。目前为止，草地和热带稀树大草原的大部分碳量被存储于土壤中。这些土壤碳蓄积量在长时间范围内是稳定的。湿地的碳也几乎完全蓄积在土壤中，由于土壤长期处于一种缺氧的状态，所以湿地的碳主要以死有机物质(腐殖质)的形式存储。在中国,高寒草地中95%的碳储藏在土壤中，约占全国土壤碳储量的49% [41]，占全国土壤有机碳储量的23.44%，占全球土壤有机碳储量的2.5%[42]。在通常的自然植被条件下，土壤中的有机碳储量绝大部分直接来源于土壤上生长的植物凋落物和根系分泌物[43]。由于高寒地区低温低蒸发这种特有的气候特征，导致土壤中储藏的大量有机质很难分解，从而长时间驻留在土壤中成为一个稳定的碳库。但是随着人类活动干扰的加剧和全球气候变暖所带来的水热格局的再分配，可能对高寒草地生态系统的碳蓄积和碳收支带来难以预测的危害。
3高寒草地生态系统面临的危机
陆地生态系统的碳循环包括光合作用（碳汇）和呼吸作用（碳源）2个环节。森林、海洋、草原等非工业源生物呼吸作用排放的CO2量，以及由于土地利用的变化所释放出的CO2量已经加剧了全球CO2浓度的增高。青藏高原草地面积占到世界陆地面积的1.02%，中国陆地面积的16.9%。而且，青藏高原又是亚洲大陆最大的地理形态学单位，它是世界上陆地生态系统的重要组成部分，同时也是世界上低纬度地区中拥有永久冻土层的主要区域之一[43]。这个地区广泛分布着高寒草甸、高寒草原以及高寒沼泽，也是欧亚大陆最典型的3种草地类型之一[44]。青藏高原的草地类型拥有全国各种草地类型中最高的有机碳密度[45]，而且，高达95%的碳是储存在土壤中。在全球气候变暖的大趋势下，青藏高原的气温也在持续上升，由于冻土的热力敏感性很大,对全球气候变化非常敏感，因此，寒带地区各种生态系统将有可能成为巨大的碳排放源[46，47]，所以，这个地区在调节亚洲地区，乃至全球气候变化中充当着非常活跃的角色[47]。
Wang，et al[42]对青藏高原草地土壤碳库的研究表明，青藏高原草地中土壤的有机碳储量大约为49.00 Pg，占到中国全部土壤有机碳储量的23.44%，占到世界土壤碳库的2.5%。从青藏高原的占地面积和土壤碳储量的比较来看，青藏高原的土壤碳库在中国甚至世界上来说都是非常重要的。其实，早在20世纪80年代已经有学者意识到青藏高原在全球碳循环中的重要地位，先后开展了大量有关青藏高原地区碳循环的研究。在评价1个草地生态系统碳循环规律时，首先需要考虑碳循环的时间尺度。一般认为，在1天的时间内，白天碳被积累，夜晚碳损失。在1年的时间中，在生长季碳被积累，冬季碳被消耗[32]。然而，一些研究者对青藏高原地区的碳循环研究却发现，当夜间土壤温度较低时，青藏高原草地生态系统中土壤到空气碳的净通量为负值，表现出一种碳积累的过程[48,49]。在寒冷的冬季，青藏高原草地生态系统发挥着碳汇的作用[50,51]。产生这一现象的主要原因在于青藏高原特有的极低的土壤温度，能够抑制土壤微生物的活动。然而，全球大气CO2浓度增加，温度升高的严峻气候背景下，势必会促进青藏高原地区草地生态系统CO2的排放。已经有研究报道，在过去50年中，青藏高原平均温度每10年上升0.45 ℃[46,47]。地表温度的上升已经增加了季节性解冻土层的深度，甚至导致了永久冻土层的消失[52]。Wang，et al[42]研究报道，目前，每年青藏高原地区由于土壤呼吸导致的CO2排放量为1.17 Pg，这个值占到本地区草地生态系统0～65 cm土壤层有机碳储量的3.32%，中国陆地生态系统土壤呼吸排放量的26.40%，全球生态系统土壤呼吸排放量的1.73%，其中，高寒草甸土壤每年的CO2排放占到本地区所有草地类型CO2排放总和的1/2[42]。从面积和排放量比例的角度来分析，目前这个地区的CO2排放量已经处于非常高的水平，超过了国家的CO2平均年排放量，甚至也超过了全球CO2排放的平均值。因此，密切关注青藏高原地区的高寒草地，特别是高寒草甸土壤碳库的变化，在评估青藏高原地区生物地球化学循环对全球气候变化的响应具有重要的科学和现实意义[53]。保护高寒草地资源将会对全球碳的保存、CO2的减排具有极其深远的影响。
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Preliminary analysis of carbon sequestration
of grassland ecosystem
ZHAO Na1,2,SHAO Xinqing1 ,LV Jinying1，WANG Kun1
(1. College of Animal Science and Technology,China Agricultural University,Beijing 100193,China;
2. Guyuan State Key Monitoring and Research Station of Grassland Ecosystem,Guyuan 076550,China)
碳循环的主要形式范文第4篇
笔者有幸听了湖州八中郎莉萍老师执教的一节生态系统复习课《神奇的生态瓶》。课中，郎老师引导学生思维的教学给笔者留下了十分深刻的印象。以下笔者从对这堂课的感受出发，谈谈在科学复习课教学中应该如何引导学生进行思维。
一、思维基于知识，产生于问题
知识与思维的关系非常密切，“没有知识经验就不会有人类的思维活动……知识经验是以内容的资格参加到思维问题中去的”[2]236。可见，重视学生对于科学知识的把握是必须的，因为这是培养学生科学思维的前提。但是，知识的把握却又不等于思维的发展，特别是依靠机械地反复强化去巩固记忆性知识的教学过程，并不能促进学生分析与综合能力的发展，因为“知识的多少不能成为衡量思维能力强弱的标准”，教学中更为重要的是需要培养学生“对知识的理解、运用和转化的能力”[1]。简言之，科学思维的培养需要以知识为基础，但是又不可停留在具体的知识点上，而是需要通过思维在一系列知识点上不断地深入。那么，科学课教学怎样才能在已有的知识基础上引发学生的思维呢？
“人们通常假设，人的思维和问题解决是紧密联系的”[3]，“思维基于知识，却又由问题产生，并因为问题而得到持续不断深入的发展。思维的最终目的也不停留于知识，而在于使问题得以解决，做出有所创新的发现”[1]，而且，“教育的最终目的就是教学生解决问题”[4]。可见，有问题才有思维，有思维的课堂必然是有问题的课堂。上好复习课的关键就是要把机械的“重复”变成生动积极的“再现”和“运用”，而将“重复”变生动的路径就是精心设计问题，引导学生运用知识去解决问题。
郎老师的《神奇的生态瓶》（后面简称《瓶》）这节课，首先体现了“从问题进，又从问题出”的设计思想。她教学设计的第一个环节是“观看视频，引发思考”，视频是一个自制生态瓶的过程，需要学生思考的是：生态瓶有什么作用？生态瓶中有哪些成分？要让小鱼活下去哪些成分是必须有的？她设计的最后一个环节是“再看生态瓶，引发新思考”。这样的安排，正如杜威所言：“在每一堂课终了的时候，要检查学生已经完成的作业和学到的知识，在学生的思想中，对某些未来的课题，应有针对地寻问，到底是什么，许多问题仍然是悬而未决的，这正如结构清晰的故事或戏剧中的每一片段，都会使人期待着，渴望循着线索继续看下去。”
其次，《瓶》这节课教学核心部分的设计思路是“链接问题，展开复习”，用如下三个大问题呈现了与生态系统有关的三块内容：
问题1：你能理清种群与群落、生态系统与生物圈等容易混淆的概念吗？
问题2：你知道生态瓶中的成分吗？
问题3：什么样的生态瓶能使小鱼生活的时间最长？
问题1要解决的是生态系统的基本概念；问题2要解决的是生态系统的结构与成分；问题3要解决的是生态系统的物质循环和能量流动。然而，每一个大问题的解决都有一系列小问题作为脚手架，前面一个大问题又是后面一个大问题的脚手架。例如在问题2的解决中，在学生呈现生态瓶中的成分之后，郎老师不断追问“细菌属于生态系统成分中的什么”“可不可以说是微生物”“为什么”等。巩固练习之后再次追问：“上题中提到微生物对自己的物质循环起到重要的作用，是怎么回事呢？”然后出示生态瓶中的碳循环示意图，让学生指出分解者。有了碳循环为基础，氧循环的建模迎刃而解，解决问题3所要运用的知识也已经储备好了。有效教学的奥秘就在于，教师清楚地知道学生的认知水平与教学目标之间的距离，并清楚地知道从学生现有水平出发，到达教学目标之间要架设的脚手架的位置与个数。正是由于脚手架选择的适切，整堂课中大部分学生都处在积极思考并努力解决问题的状态中。绝大部分时间都是学生在争着表述，而教师只是一个不断有问题发现的引导者和倾听者。
二、思维产生于问题，拓展于变式
思维产生于问题，但常见的问题又容易产生思维定势。很多学生的答题错误往往不是由于知识的欠缺，而是由于思维定势造成的，如何克服学生的思维定势是教学中必须面对的问题。避免重复机械的题海战术是克服思维定势的一条路径，《瓶》这节课正是呈现了如何在日常课堂教学中克服学生思维定势的一条有效路径――课堂例题教学中的充分变式。“所谓‘变式’即指从不同角度、不同方面变换事物的非本质属性，揭示事物的本质特性，从而更好地掌握概念。” [2]236在问题1的解决中，郎老师准备了这样一道练习题：
杭州西溪国家湿地公园内生活着许多水生、陆生植物和野生植物，园内河流交汇，鸟语花香，形成了独特的湿地景观，该湿地公园属于（ ）
A.种群 B.生态系统 C.群落 D.生物圈
接着郎老师利用这个题目进行了一系列的变式：
如果选项是A（或C），题目该如何提问？
该湿地公园内所有的青蛙属于 ；
该湿地公园内所有的生物属于 ；
该湿地公园内所有的植物属于 。
这是一个非常经典的横向变式，同一个题干不同的问题将生态系统的基本概念尽收其中。这不仅节约了学生读取题干信息的大量时间，也通过变式有效提醒学生一定要审题仔细，切不可因思维定势而盲目答题。解题教学不需要太多的题目，要的是思维含量，这应该成为我们的共识。
变式训练不仅可以克服思维定势，其中的纵向变式还可以实现思维的正向迁移和拓展。例如，生态系统的物质循环是重点也是难点，为了有效突破这个重难点，郎老师首先直接给出了生态瓶中的碳循环示意图（如图1），图中A、B、C、D分别代表生态系统的成分，①～⑦代表碳元素的传递过程，请学生根据图回答：
（1） B是指 ，D是指 。
（2）碳元素在无机环境与生物之间以 形式进行循环的；碳元素通过 作用由生物进入无机环境。碳元素从B到C是以 形式传递的。
（3） 从物质循环的观点看，生物的碳元素究其根源来自于 。
经过这样横向纵向的多次变式，学生的思维得到了充分的拓展。
三、思维拓展于变式，提升于建模
教师在教学过程中有意识地适度超越学生的认知水平，引导学生在其学习的过程中逐步从一个个具体的案例所呈现的知识技能中跳出来，挣脱具体问题的束缚，努力地“跳一跳”去把握隐藏在现象背后的规律性认识，那么，学生仅仅依靠原有的认知就不能解决问题了，这样便引发了学生原有认知基础和当前学习所要求的思维水平之间的不平衡，这种“不平衡状态的产生酝酿了心智发展的可能”[5]，学生在解决这种不平衡的过程中，思维水平也就能够获得进一步发展，从而为更好地学习新知提供了心智基础。科学课程标准强调要“帮助学生学习建立科学模型，由此培养学生的分析、概括能力和逻辑思维能力”，而学生建立模型的过程，正是把原有的认知提高到一个新水平的思维过程。
模型，中文原意即规范。按照我国著名物理学家钱学森的观点：“模型就是通过我们对问题的分析，利用我们考察来的机理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所创造出来的一幅图画。”简单地说，模型是人们对认识对象所作的一种简化的概括性的描述，它是通过思维活动而对特定知识所作出的一种本质性规律性的反映。
对有些科学问题的探究既无法用真实模型，也无法找到替代模型，此时，科学家们想出了用人工模拟的方法来开展研究，如生物圈Ⅱ号、探究性状分离比的实验模型、探究生态系统稳定性的小生态瓶等。《瓶》这节课充分展示了建模思想，充分利用了生态系统的物质模型――小生态瓶，郎老师通过问题3“什么样的生态瓶能使小鱼生活时间最长”引发了学生对生态系统稳定性的一个思考。实际上，整节课郎老师都在通过小生态瓶帮助学生疏通思路，都是在用小生态瓶模拟真实的生态系统。
在复习课中，教师的任务不应是替学生找出各部分知识的现成结构，而是需要引导学生对前面所学的知识、规律、方法进行归纳整理，让学生通过自己的理解和加工建构可用的思维模型，因为“学习是一个把新旧信息结合在一起，构建出一个人自己独特的知识基础的过程”[6]。这也体现在了《瓶》这节课中：（1）以生态系统为核心，将生态因素、种群和生物群落等基本概念，生态系统的成分与结构，生态系统物质循环和能量流动“分割”成三个知识块，并有序布局；（2）连接三大知识块相互联系的知识线，自然形成一个生物与环境的知识网；（3）纵观全局，再现整体，最后一个环节“再看生态瓶，引发新思考”的任务之一，就是通过三大知识块概念之间的内在联系构成生物与环境的知识网络，形成思维导图，建立了关于生物与环境关系的思维模型，使学生更好地理解了相关知识内容所构成的体系。
总之，《瓶》的教学设计理念是以学生熟悉且非常感兴趣的生态瓶为切入口，以解决学生疑难问题为准则，展开一系列有关生态系统的问题讨论，并在问题的讨论和解决中理清生态系统基本概念、组成成分、结构功能，感知物质循环和能量流动的重要性，解释生态平衡的现象和意义。在教学中，郎老师通过学生感兴趣的问题引发思维，通过充分变式顺利完成了建模，通过建模使学生的思维水平得到了有效的提升。这真正是“为思维而教”的令人难忘的一课。
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碳循环的主要形式范文第5篇
关键词：农田；土壤有机碳；储量；影响因素
中图分类号：S154 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170432050
土壤有机质（SOM）中所含的碳称为土壤有机碳（SOC）。目前，全球气候变化中碳循环的研究受到越来越多的关注，成为当前全球变化研究的三大热点之一。陆地生态系统碳循环是全球碳循环的重要组成部分，土壤碳库是最大的碳库。据Eswaran 等人初步估计，全球以SOM形式储存在土壤中的碳大约有1400Pg左右，是大气碳素总量的2倍，其中，农田中的土壤碳储量占土壤碳储量的9%左右[1]。
虽然全球范围内土壤碳库的储量还相对较多，但只有陆地生态系统中农业土壤碳库易受人类行为影响。因此，若要研究CO2在农业生态系统中的源汇效应，必须从研究农业土壤碳库着手。合理并有效地利用农业SOC库成为了诸多科研工作者研究的新领域。要有效地利用土壤碳库，揭示土壤碳动态变化过程，就需先对影响SOC储量的因素进行研究。
陆地生态系统农田碳库的变化主要取决于SOC输入与输出的相对数量，而决定农田SOC分解量和生成量的主要因素可分为自然因素（气候、地形、土壤理化性状）和人为因素（农田管理措施、土地利用变化）。
1 影响农田土壤有机碳储量的自然因素
1.1 气候
温度。温度主要通过影响土壤呼吸的进程和微生物活性而影响SOC含量。农田生态系统SOC库随温度增加表现出指数下降趋势。年均温较高的时期，土壤呼吸和土壤微生物生物量碳也相对较高。不同区域SOC对温度变化的呈不同的敏感性，如西北生态脆弱区，对温度变化较敏感，而南方变幅较小。
水分。土壤含水量通过影响土壤透气性，改变外源碳的分解和矿化。较高的年降水量易形成较低的土壤呼吸，进而产生较少的微生物碳。另外，降水季节分布不均匀的地方，易干湿交替，破坏团聚体，在短时间内大幅度提高呼吸强度，使SOC的矿化分解量增加。南方水田和北方旱地SOC分解存在明显差异，前者属于厌氧型分解，释放能量少，有机碳降解慢，后者刚好相反。因此，水稻土SOC含量比旱地高，具有较大的固碳潜力。
温度和水分对SOC的作用不是独立的，它们互相影响、互相制约。因此，在研究农田土壤固碳的^程需综合考虑这两个方面的因素。
1.2 地形和海拔
地形。地形对SOC的影响机理较为复杂。国外对坡耕地SOC进行动态研究，结果表明从坡顶到坡脚，坡地水溶性有机碳与总有机碳的分布呈显著相关。在排水不良的部位各层胡敏酸含量相对较少。反之，在排水条件较好的坡顶和坡肩胡敏酸相对积累。另外，降雨会加速土壤碳在不同坡位中分布的差异，说明地形对SOM的分布和迁移有显著影响。
海拔。海拔高度对SOC矿化的影响也存在一定的差异。虽然海拔对SOC矿化率会产生一定影响，但未表现出海拔高度上的规律变化，客观说明了影响SOC矿化的因素比较复杂。因此，不能片面地从海拔因子的角度对土壤的CO2释放进行单一研究，应将其与其他因素综合考虑，正确认识土壤CO2释放机理。
1.3 土壤理化性状
在影响SOC库容量的自然因素中，土壤的理化性状的影响最大，其中又以土壤质地表现最突出。
土壤质地。SOC含量受土壤质地的影响较明显。粘粉质土壤比砂土含有更多的SOC，产生这一现象的原因可能是土壤粘粒能吸附SOC，二者可形成有机―无机复合体，对SOC起到物理保护作用，即SOC含量与粘粒多少呈显著的正相关。但有人研究得出，在非石灰性土壤中SOC含量与粘粒相关，而在石灰性土壤中二者关系不大[2]。因此，粘粒含量对SOC的影响会因土壤类型的不同而不同。
土壤结构。大多数的研究者认为土壤结构是陆地生态系统中最能影响微生物分解过程的因素之一。同时，也是影响土壤碳固定及其稳定性的重要因素。土壤结构中的团聚体通过物理保护机制对SOC进行吸持，还可通过钙键或铁铝键与有机碳化学键合，并协调土壤中的水、肥、气、热来影响微生物活性、SOC的稳定及分解。因此，SOC含量会随团聚体粒径增加而增大。
黏土矿物类型。SOC含量也受黏土矿物类型的影响。2：1型黏土矿物类型比1：1型的阳离子交换量和比表面积更大，故2：1型矿物对SOC的吸附强度较高，SOC的稳定性也较高。
土壤pH。不同土壤pH值存在差异，土壤微生物的活性不同，导致土壤有机碳矿化分解的速率存在差异。过高或过低的pH值都会降低微生物的活性，抑制其活动，减缓有机碳的周转。在我国，SOC储量的分布随纬度增加而增加，其与纬度的相关性达到显著水平（0.70），即北方地区相对高，南方相对低，其中一个原因是pH值基本呈北高南低。
土层深度SOC储量和土层深度存在显著相关性，随土层深度增加逐渐下降。
2 影响农田土壤有机碳储量的人为因素
2.1 农田管理方式和管理措施
耕作方式。大多数研究结论表明，耕作方式的差异会显著影响SOC储量。常规耕作方式会经常扰动土体，破坏良好的土体结构，使SOC脱离土壤结构体的束缚，加速SOC分解矿化过程。过度耕作能显著减低SOC数量和质量，尤其是降低活性SOC数量。而将常规耕作方式转变为以免耕或少耕为主的保护性耕作，超过10a实施后，可增加7%～10%表层SOC含量，亦可增加土壤固碳潜力。
轮作制度。作物轮作通过影响作物根系和植物残体归还的数量和质量，从而影响SOC的矿化和固定过程，最终影响碳储量。国外的定位试验结果表明，豆科与玉米轮作相较单作玉米，地上部分植物生物量较大，有机物质的归还量和SOC含量显著提高，同时，土壤地力和生物生产力也有所增加。
施肥。在农业管理措施中，施肥对SOC储量的影响最大。肥料的特性、施肥量和施肥方式等都会引起SOC含量的变化。马成泽[3]等关于施肥对SOC影响的研究结果显示，有机肥单施或有机―无机配施，不但可以改善土壤理化性状，而且能增加SOC总量。秸秆还田也能显著改良土壤结构，增加SOC含量。秸秆焚烧可直接导致土壤碳释放、加快SOC储量的损失。
灌溉。合理灌溉，可以提高土壤含水量，降低盐渍化程度，增加土壤生物量，提高生物生产力，有利于固定SOC，进而增加SOC储量。
休闲和撂荒。休闲和撂荒主要通过地表植被的自然演替达到地力恢复的效果。但也有研究发现，夏季休闲，会因温度高、土壤微生物活性强，导致SOC分解加速、含量下降。Knops等[4]的研究结果显示：休闲或撂荒时，进行秸秆还田或者增加地面覆盖可有效减少土壤侵蚀，改善土壤养分循环，增加碳储量，最终为植物提供更好的生长环境。
2.2 土地利用方式转变
土地利用方式转变通过影响SOC矿化，进而影响SOC储量。一般研究认为，林地或草地转变为耕地会使SOC的含量降低，而退耕还林还草可以增加SOC积累。毛艳玲等[5]的研究结果表明，亚热带地区林地转变为农田后会大幅度降低SOC含量。另有研究显示，将小麦―玉米轮作转变为种植苜蓿后，其农田SOC含量会有一个显著的提高。
3 讨论与结论
目前，越来越多的研究集中在农田SOC库的变化和碳库动态变化对陆地生态系统及大气的源汇效应。因此，为了揭示土壤碳库的源汇效应，需要对影响SOC的因素和机制进行分析阐明，这样才能为维持并提高SOC储量和土壤固碳潜力提供科学的理论依据。SOC转化和固定既受自然因素（温度、水分、土壤理化性状）的影响，又受农田管理措施等多种因素的交互影响。相较自然因素的影响，农田管理措施尤其是不同的耕作措施和的施肥水平对SOC积累的影响更大，二者单独对SOC的影响已经有了诸多研究，但二者的综合效应及机理还不清楚，需在今后的研究中重点探讨。
在农业可持续发展的时代背景下，如何平衡增加农业输出与减少土壤退化之间的关系是一个极大的挑战。目前，我国主要的耕作制度和农田管理措施已引起了农田SOC储量的减少，且造成质量上的损失。SOM的损失在一定程度上既能加剧耕地质量的退化，又能增大碳排放。基于本文提到的SOC的影响因素，我们应注重秸秆还田，增加有机物料的输入，如种植绿肥、增施有机肥等，同时，通过合理轮作、坡改梯、退耕还林还草并结合保护性耕作措施，进而提高SOC储量，提高土地生产力，促进农业健康可持续发展，确保国家粮食安全。
参考文献
[1]方A军，杨学明，张晓平.农田土壤有机碳动态研究进展[J]. 土壤通报，2003（06）：562-568.
[2]林心雄，文启孝，程励励.土壤中有机物质分解的控制因素研究[J].土壤学报，1995（增）：41-47.
[3]马成泽，周勤，何方.不同肥料配合使用土壤有机碳盈亏分布[J].土壤学报，1994（01）： 34-41.
