森林生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)中的作用

1、森林生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)中的作用摘要：本文描述了碳循環(huán)及其過程以及森林生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)及其在全球碳循環(huán) 中的作用，說明了森林生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)中的作用主要取決于森林生態(tài)系統(tǒng)的生 物量、林產品、植物枯枝落葉和根系碎屑以及森林土壤。關鍵字：碳循環(huán)的過程森林生態(tài)系統(tǒng)森林生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)中的作用一、碳循環(huán)地球上有 五個碳庫，最 大的兩 個碳庫是巖石圈和化石燃料，但是這兩 個庫中的碳活動緩慢，實際上起 著貯存庫的作用。還有三個碳庫：大氣圈 庫、水圈庫和生物庫。這三個庫中的碳在生物和無機環(huán)境之間迅速交換 ，容量小而活躍，起著交換庫的 作用。碳在巖石圈中主要以碳酸鹽的形式存在，在大氣圈中以 二氧化碳和一氧化碳的形

2、式存在，在水圈中以多種形式存在 ，在生物庫中則 存在著幾百種被生物合成的有機物。根據生態(tài)學原理，一個系統(tǒng)中的自然過程總是有利于系統(tǒng)的結構穩(wěn)定和功能最大化 ，而非自然過程總是降低 或破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)的不確定性。顯然,大量開采化石燃料以及開 采森林等活動都是非自然過程。這些活動導致了大氣二氧化碳濃度的不斷上升。 鑒于大氣二氧化碳上升可能引起的嚴重生態(tài)后果，科學家對于全球碳循環(huán)進行了 廣泛的研究。具體內容包括地球各部分（大氣、海洋和森林等）碳儲量估算，森林 生態(tài)系統(tǒng)與其它部分碳的交換量 （流）的估算，以及人類干擾對各個庫和流的影 響。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，森林是最大的有機碳的貯庫，占整個陸

3、地碳庫的56%因 此了解森林生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)中的作用，對于研究陸氣系統(tǒng)的碳循環(huán)乃至全球碳 循環(huán)都是一個基礎，具有重要的意義。二、碳循環(huán)的過程大氣中的二氧化碳被陸地和海洋中的植物吸收,然后通過生物或地質 過程以及 人類活動，又 以二氧化 碳的形式返回大氣中。綠色 植物從 空氣中 獲得二氧化碳，經過光合作用轉化為葡萄糖，再綜合成為植物體的碳化合 物，經過食物鏈的傳遞，成為動物體的碳化合物。植物和動物的呼吸作用 把攝入體內的一部分碳 轉化為二 氧化碳 釋放入 大氣，另一部 分則構成生物 的機體或在機體內貯存。動、植物死后，殘體中的碳,通過微生物的分解作 用也成為二氧化碳而最終排入大氣。一部分動、植物

4、殘體在被分解之前即被沉積物所掩埋而成為有機沉積 物。這些沉積物經過悠 長的年代，在熱能和壓 力作用下轉變成礦物 燃料， 當它們在風化過程中或 作為燃料 燃燒時，其中的碳氧化成為二氧化碳排入 大氣。人 類燃燒礦物燃 料以獲得 能量時，產生 大量的二氧化 碳。由于燃燒 礦物燃料 以及其他工業(yè) 活動，二 氧化碳的生成 量每年遞增，使得大氣中二 氧化碳濃度升 高，這樣就破壞了自然界原有的平衡。植物通過 光合作用從大 氣中吸 收碳的速率，與通過動植物 的呼吸和微 生物的分解作用將碳釋放 到大氣中的速率大體相等,根據生態(tài)學原理，一個 系統(tǒng)中的自然過程總是有利于系統(tǒng)的結構穩(wěn)定和功能最大化，而非自然過 程總是

5、降低或破壞生態(tài)系 統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)的不確定性。顯 然,大量開 采化石燃料以及開采森 林等活動 都是非自然過 程，這些活動導致了大氣二 氧化碳濃度的不斷上升。三、森林生態(tài)系統(tǒng)森林是一種主要的植物群落類型，約占地球陸地面積的i/3(4.ix io9hm2)o森林生物量約占整個陸地生態(tài)系統(tǒng)生物量的90%，生產量約占陸地生態(tài)系統(tǒng)的70%。森林生態(tài)系統(tǒng)也是一種主要的生態(tài)系統(tǒng)， 在全球碳循環(huán)過程中起著重要的 作用。在自然狀態(tài)下，森林進行光合同化二氧化碳，固定于生物量中，同時以根生物 量和枯落物碎屑形式補充土壤的碳量。在同化二氧化碳的同時，存在林木呼吸和枯落物分解釋放二氧化碳進入大氣這一逆過程，同時固定

6、于木質部分的二氧化碳 也會在一定的時間后腐爛或被燒掉，以二氧化碳的形式歸還大氣。因此，從很長的 時間尺度(103104年)考察森林對大氣二氧化碳濃度變化的作用，其影響是很小的，只能是一個不很大的匯。但在短時間尺度(<3 x 102年)來考察,由于單位森林面 積中的碳儲量很大，林下土壤中的碳儲量更大，因而森林變化(人類干擾)就有可能 引起大氣二氧化碳濃度大的波動。森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地中重要的碳匯和碳源，在這個系統(tǒng)中，植物首先通過光 合作用吸收CO2生成有機質貯藏在體內，這是森林吸收碳素的過程，成為碳匯；而后，通過植物自身的呼吸作用要釋放出一部分碳素，同時以枯枝落葉、根屑等 形式把碳貯藏在土壤

7、中，而土壤中的碳有一部分會被微生物和其它的異養(yǎng)生物通 過分解和呼吸釋放到大氣中，成為碳源。森林生態(tài)系統(tǒng)和大氣之間的碳通量是森 林生長過程中固定的碳和干擾過程中釋放碳之間的差值。在自然生長狀態(tài)下，森林生態(tài)系統(tǒng)的凈生產量為正，是個碳匯。然而,由于人類活動的干擾和破壞，尤其是 對熱帶森林的亂伐或把其變?yōu)檗r業(yè)用地等行為就會使森林生態(tài)系統(tǒng)的凈生產量 為負,從而成為碳源，這應該引起人類的關注，采取有效措施防止森林變成碳源，從 而緩和和扭轉全球氣溫變暖的趨勢。四、森林生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)中的作用從人類認識到溫室氣體尤其是二氧化碳濃度的升高會使全球氣溫變暖，從而帶來一系列嚴重生態(tài)環(huán)境問題時，就展開了對碳素循環(huán)的研

8、究。而森林生態(tài)系統(tǒng) 作為吸收C02釋放02的一個大碳匯，在碳循環(huán)中起著非常重要的作用。 全球森林 面積為41.61億hm?,其中熱帶、溫帶、寒帶分別占 32.9%、24.9%和42.1%。全 球陸地生態(tài)系統(tǒng)地上部的碳為 562Gt，森林生態(tài)系統(tǒng)地上部的含碳量為 483Gt，占 了 86%。全球陸地生態(tài)系統(tǒng)地下部含碳量為 1272Gt,而森林地下部含碳約927Gt, 占整個世界土壤含碳量的73%。森林生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)中的作用主要取決于以下 幾個方面：(1) 生物量。森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量貯存著大量的碳素，如按植物生物量的含 碳量為45% 50%計,那么整個森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量將近一半是碳素含量。森

9、 林的生物量與其成長階段的關系最為密切，一般森林據其年齡可分為幼齡林、中 齡林、近熟林、成熟林/過熟林，其中碳的累積速度在中齡林生態(tài)系統(tǒng)中最大，而成 熟林/過熟林由于其生物量基本停止增長，其碳素的吸收與釋放基本平衡。從森林的年齡結構來估算吸收碳素的潛力是決定森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的一個主要方 面。目前，我國森林的結構以幼齡林、中齡林居多，因此我國森林生態(tài)系統(tǒng)中植物 固定大氣碳的潛力很大。據王效科等估算我國森林生態(tài)系統(tǒng)潛在的植物總碳貯量 為8.41Pg現有的實際碳貯存總量只是潛在的植物總碳貯量的44.3%。因此，如果我國的森林生態(tài)系統(tǒng)得到切實有效地保護，那么它將是中國一個重要的碳匯。林產品。森林生

10、態(tài)系統(tǒng)林產品的固碳量是個變化很大的因子。一般林產 品根據其使用壽命可分為短期產品和長期產品。像燃料用木、紙漿用木等屬于短期產品，而膠合板、建筑用木則屬于長期產品。林產品使用壽命的長短在很大程 度上也決定著森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能。使用壽命長的林產品可以延緩碳素釋放 緩解全球大氣碳濃度的增加，一般來說，耐用林產品的使用壽命可達 100 200年, 在這么長時間里，通過再造林完全可以實現碳素的良性循環(huán)。因此應盡量加工耐 用、使用壽命長的林產品。(2) 植物枯枝落葉和根系碎屑。這一部分含碳量在整個森林生態(tài)系統(tǒng)中占的 比例雖少，但也是一個不容忽略的碳庫。減緩它的沉淀和分解對于森林生態(tài)系統(tǒng) 的固碳量也起到一定的作用。(3) 森林土壤。這是森林生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫。不同的森林其土壤含碳量具有很大的差別，在北部森林中森林土壤占有84%總碳量;溫帶森林土壤中的碳占 到其總碳量的62.9%;在熱帶森林中，土壤中的含碳量占整個熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳 貯量的一半。全球森林土壤的含碳量為660 927Gt,是森林生態(tài)系統(tǒng)地上部的2-3 倍。國內外很多學者都認識到森林土壤碳庫的重要作用，紛紛對其展開研究。目前研究土壤碳庫及其碳循環(huán)和全球變化已成為土壤學的一個新的發(fā)展方