生物地球化学循环讲义

生物地球化学循环讲义第1页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月要求掌握的内容什么是生物地球化学循环（What）研究生物地球化学循环的重要性（Why)生物地球化学循环的驱动力（Who）生物地球化学循环的主要研究方法和特点(hoW)常见的生物地球化学循环(WorldfocusedBGC)碳循环问题（GlobalWarmingproblemBGC）“迷失的碳汇”生物圈在全球碳循环中的作用海洋在全球碳循环中的作用京都议定书第2页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容什么是生物地球化学循环（What）研究生物地球化学循环的重要性（Why)生物地球化学循环的驱动力（Who）生物地球化学循环的主要研究方法和特点(hoW)常见的生物地球化学循环(WorldfocusedBGC)碳循环问题（GlobalWarmingproblemBGC）第3页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月什么是生物地球化学循环？什么是地球系统

大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈和人类构成的相互作用着的系统

地球系统是封闭系统（为什么？），但非孤立系统（为什么？）什么是封闭系统

与外界没有物质交换（或净交换为零）的系统

只有在封闭系统中才能讨论物质循环问题什么是孤立系统

与外界既无物质交换又无能量交换的系统什么是生物地球化学循环物质在地球系统中在各圈层中互相传输或转化，使物质总量不变的过程之和第4页，共97页，2023年，2月20日，星期六大气圈光合作用太阳辐射输入植物藻类自养细菌化石燃料岩石圈土壤圈风搬运风输、沉降、排放第5页，共97页，2023年，2月20日，星期六氮气氧气水汽氩气二氧化碳氖气氦气甲烷氪气氢气氧化亚氮一氧化碳二氧化硫臭氧氙气氮氧化物其它物种体积丰度来源数量特征大气化学组成第6页，共97页，2023年，2月20日，星期六地壳中的元素丰度元素重量百分率Oxygen46.6Silicon27.7Aluminum8.1Iron5.0Calcium3.6Sodium2.8Potassium2.6Magnesium2.1Allothers1.5氧硅铝铁钙钠钾镁其它所有第7页，共97页，2023年，2月20日，星期六ElementMassofelement

ina70-kgpersonVolumeof

purifiedelementoxygen43kg37L33.5cmcarbon16kg7.08L碳：22hydrogen7kg98.6L46.2cmnitrogen1.8kg2.05L12.7cmcalcium1.0kg645mL8.64cmphosphorus780g429mL7.54cmpotassium140g162mL5.46cmsulfur140g67.6mL4.07cmsodium100g103mL4.69cmchlorine95g63mL3.98cmmagnesium19g10.9mL2.22cmiron4.2g0.53mL8.1mmfluorine2.6g1.72mL1.20cmzinc2.3g0.32mL6.9mmsilicon1.0g0.43mL7.5mmElement70-kg动物或人体中元素含量Volumeof

purifiedelementoxygen43kg37Lcarbon16kg7.08Lhydrogen7kg98.6L46.2cmnitrogen1.8kg2.05L12.7cmcalcium1.0kg645mL8.64cmphosphorus780g429mL7.54cmpotassium140g162mL5.46cmsulfur140g67.6mL4.07cmsodium100g103mL4.69cmchlorine95g63mL3.98cmmagnesium19g10.9mL2.22cmiron4.2g0.53mL8.1mmfluorine2.6g1.72mL1.20cmzinc2.3g0.32mL6.9mmsilicon1.0g0.43mL7.5mm重量百分率氧：61％碳：21.8%氢：10%氮:2.6%钙：1.4%磷：1.1%钾：0.2%硫：0.2%钠：0.14%氯：0.13%镁：0.03%铁：0.006%氟：0.004%锌：0.003%硅：0.001%人体中元素含量70-kg动物或人体中元素含量第8页，共97页，2023年，2月20日，星期六全国土壤(A层*)化学组成(μg/kg)元素均值标准差元素均值标准差元素均值标准差元素均值标准差As11.27.86K1.860.463Ni26.914.36Ge1.700.30Cd0.0970.079Ag0.1320.098Pb26.012.37Sn2.601.54Co12.76.40Be1.950.731Se0.2900.255Sb1.210.676Cr61.031.07Mg0.780.433V82.432.68Bi0.370.211Cu22.611.41Ca1.541.633Zn74.232.78Mo2.02.54F478197.7Ba469134.7Li32.515.48I3.764.443Hg0.0650.080B47.832.55Na1.020.626Fe2.940.984

第9页，共97页，2023年，2月20日，星期六中国森林土壤背景第10页，共97页，2023年，2月20日，星期六

中国植物器官中元素含量％（常绿阔叶林）第11页，共97页，2023年，2月20日，星期六

常量元素(g／kg)微量元素(mg／kg)NPKCaMgFeNaZnMnCrTiCuPbBaSr乔木层湿地松7.660.292.012.830.760.4117.317.72462.112.035.241.0312.93.53马尾松10.10.432.493.780.790.1922.322.66452.062.827.041.7324.911.7草本层湿地松12.40.974.802.331.132.1949.134.91992.6725.519.75.0624.25.13马尾松15.30.434.942.651.544.0457.857.06655.5863.919.812.137.68.79土壤层湿地松5.400.1822.52.3110.442.777.487.441395.2485127.737.8123061.3马尾松7.360.2021.70.569.9053.181.833.024298.0557136.944.3125652.4中国植物器官中元素含量（人工常绿针叶林）第12页，共97页，2023年，2月20日，星期六

湖河名PNaKCaMgMnAlZnFeSi

PbCu

后海

0.1

46.47.0233.730.80.020.070.10.461.90前海

0.24

45.97.2343.329.50.060.440.450.642.510.01北海

0.06

29.45.6330.624.30.020.410.210.50.730昆玉河

0.06

67.49.713829.900.010.020.010.56八一湖

2.62

70.914.431.633.60.0100.020.010.41玉渊潭

0.17

62.715.385.235.50.090.060.050.15140.2动物园

0.16

52.611.433.525.600.010.020.010.670.290北护城河

3.5488.4434229.80.080.060.060.233.130.15亮马河

6.8172.137.54926.80.010.030.030.0211.3朝阳公园

2.147634.524.833.70.08.0.380.320.4210.10.120.01柳荫公园

1.0544.715.732.735.20.070.40.241.173.250.01红领巾公园

2.4185.82849.740.70.070.110.420.2310150.04陶然亭

0.117812.418.127.40.010.10.160.14.90圆明园

0.0918.95.254422.80.110.140.560.832.970北京河湖中元素含量（％）第13页，共97页，2023年，2月20日，星期六大气沉降输入陆面第14页，共97页，2023年，2月20日，星期六

氧(O)

857.0氢(H)

108.0氯(CI)

19.0钠(Na)

10.00镁(Mg)

1.350硫(S)

0.885钾(K)

0.380碳(C)

0.028硅(Si)

0.003氮(N)

0.0005磷(P)

0.00007铝(Al)

0.00001海洋中主要元素含量（g/kg）海水与生命中元素含量比较类似！第15页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容什么是生物地球化学循环（What）研究生物地球化学循环的重要性（Why)生物地球化学循环的驱动力（Who）生物地球化学循环的主要研究方法和特点(hoW)常见的生物地球化学循环(WorldfocusedBGC)碳循环问题（GlobalWarmingproblemBGC）第16页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月为什么研究生物地球化学循环？许多物质及对于生命的存在和持续具有决定性的作用决定生命能否存在决定生命存在的最大数量不同物质的生物地球化学循环的特征差别巨大与能量的单向流动不同，生物地球化学循环使物质通过生物圈过程重复使用人类已经显著地改变了地球的生物地球化学循环改变了通量产生出新的物质转移路径可能使某些储库储量改变量巨大可导致循环链断裂第17页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月缓解和控制的机制和方法探索与生物地球化学循环有关的主要人类活动影响：温室效应酸雨农药富集水生生态系统富营养化第18页，共97页，2023年，2月20日，星期六

不同物质的生物地球化学循环特征差别巨大Chemical

Atmosphere

Oceans

Biosphere

Land(crust)SminorlargesmalllargeNlargeminorsmallmodestOsmallsmallminorlargeCminorsmallminorlarge第19页，共97页，2023年，2月20日，星期六

酸沉降导致的生态和环境问题人类健康生态退化水生生物产量和品质下降森林草地生长衰退第20页，共97页，2023年，2月20日，星期六

元素的生物地球化学循环对环境的影响第21页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月碳的生物地球化学循环影响气候工业革命改变了的碳循环工业革命改变碳循环原理：大气中二氧化碳升高具有施肥效应大气中二氧化碳升高会加强温室效应，通过温度升高影响碳循环气候变暖第22页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容什么是生物地球化学循环（What）研究生物地球化学循环的重要性（Why)生物地球化学循环的驱动力（Who）生物地球化学循环的主要研究方法和特点(hoW)常见的生物地球化学循环(WorldfocusedBGC)碳循环问题（GlobalWarmingproblemBGC）第23页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月生物地球化学循环的驱动力太阳辐射：自然驱动力太阳辐射光合作用生物圈人类：另一驱动力燃烧化石土地利用改变矿物开发利用第24页，共97页，2023年，2月20日，星期六生态系统中的物质和能量的循环过程C,H20,P,N...生物地球化学循环的驱动力：太阳辐射第25页，共97页，2023年，2月20日，星期六大气圈光合作用太阳辐射输入植物藻类自养细菌化石燃料岩石圈第26页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容什么是生物地球化学循环（What）研究生物地球化学循环的重要性（Why)生物地球化学循环的驱动力（Who）生物地球化学循环的主要研究方法和特点(hoW)常见的生物地球化学循环(WorldfocusedBGC)碳循环问题（GlobalWarmingproblemBGC）第27页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月生物地球化学循环的特点地球系统组成、格局、过程、复杂大气、土壤、水、生物、岩石地理分布分异涉及物理、化学、生物和人文过程地球系统过程时间尺度和演化过程多样地质运动（亿－十亿年）生物演化（百万－千万年）人类进化（万－十万年）生物、物理、化学过程（秒－万年）人文过程（年－千年）第28页，共97页，2023年，2月20日，星期六生物的非生物的有机的动物自养生物（植物和细菌等）生物残体微生物大气圈土壤水沉积物泥炭

媒石油等岩石无机的易利用的难利用的同化、光合固定,死亡,呼吸,排泄,淋洗侵蚀、燃烧高压地质过程沉积变岩石抬升、侵蚀风化第29页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月生物地球化学循环的主要研究方法调查和实验库量、通量过程机制数学模型库量通量周转时间和平均停留时间系统动态模型第30页，共97页，2023年，2月20日，星期六储库库量M总输出E总输入I周转时间：平均停留时间：库量变化速率：第31页，共97页，2023年，2月20日，星期六生物X3土壤X2岩石X1大气X4海洋X5人为施加通量Io生物地球化学循环模型的一个例子第32页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容什么是生物地球化学循环（What）研究生物地球化学循环的重要性（Why)生物地球化学循环的驱动力（Who）生物地球化学循环的主要研究方法和特点(hoW)常见的生物地球化学循环(WorldfocusedBGC)碳循环问题（GlobalWarmingproblemBGC）第33页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月水的生物地球化学循环太阳能驱动下的水循环人类活动改变水循环原理：不同植被具有不同的蒸腾率不同陆面具有不同的蒸发率第34页，共97页，2023年，2月20日，星期六第35页，共97页，2023年，2月20日，星期六第36页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenterImpactsofGlobalChange《IntroductionGlobalChangeScience》Chapter8延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年2月人类活动通过生态系统对水循环的影响原理G1>G;F1>F;S1<S;d1<d;U<U1;R1<R降水P温度T草地蒸腾G森林蒸腾F土壤水分土壤蒸发S地下水U径流R降水P温度T人工植被蒸腾G1人工植被蒸腾F1土壤水分土壤蒸发S1地下水U1径流R1抽水o1入渗d入渗d1调水土地利用变化第37页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月氮的生物地球化学循环人类活动干预的局地循环为主，但影响全球环境的氮循环人类活动改变氮循环原理：农业施肥工业排放引起的的大气氮沉降第38页，共97页，2023年，2月20日，星期六第39页，共97页，2023年，2月20日，星期六氮循环：氧化和还原途径众多大气是最大的氮库：79%N2岩石和沉积中很少海洋中缺乏人类活动包括：合成氨和化肥施用生物学传输机制最主要的N2还原为氨态氮的途径：固氮菌固氮氨态氮被生物转化为有机氮：同化氨态氮氧化成硝态氮：硝化有机氮分解为氨态氮：氨化硝态氮还原为气态氮：反硝化第40页，共97页，2023年，2月20日，星期六NitratesNO3NitritesNO2AmmoniaNH3GaseousN2人类活动自然Water第41页，共97页，2023年，2月20日，星期六第42页，共97页，2023年，2月20日，星期六植被对氮循环起着重要的控制作用，没有植被的地方氮将逐渐减少第43页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月磷的生物地球化学循环地质作用为主的磷循环人类活动改变磷循环原理：农业施肥人类生活水生生态系统磷循环改变水体富营养化第44页，共97页，2023年，2月20日，星期六第45页，共97页，2023年，2月20日，星期六磷循环传输机制最大储库：海洋沉积和陆地土壤主要传输机制：大陆抬升岩石风化水中溶解生物同化溶解磷酸盐生物间传输传输沉降侵蚀人类开发和农业施用第46页，共97页，2023年，2月20日，星期六第47页，共97页，2023年，2月20日，星期六硫的生物地球化学循环主要储库为岩石圈和沉积物人类活动影响剧烈通过陆气交换对环境施加影响生物循环过程复杂厌氧自养菌生长化能自养菌生长（能源多样）第48页，共97页，2023年，2月20日，星期六深海化能自养（利用H2S）第49页，共97页，2023年，2月20日，星期六第50页，共97页，2023年，2月20日，星期六第51页，共97页，2023年，2月20日，星期六第52页，共97页，2023年，2月20日，星期六第53页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容提要主要发生在海洋中生物循环强烈河流输入为主深海输出为主硅的生物地球化学循环第54页，共97页，2023年，2月20日，星期六第55页，共97页，2023年，2月20日，星期六第56页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter生物地球化学循环讲义IntroductiontoBiogeochemicalCycles延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容什么是生物地球化学循环（What）研究生物地球化学循环的重要性（Why)生物地球化学循环的驱动力（Who）生物地球化学循环的主要研究方法和特点(hoW)常见的生物地球化学循环(WorldfocusedBGC)碳循环问题（GlobalWarmingproblemBGC）第57页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容温室效应与全球碳循环missingcarbonsink陆地生态系统与全球碳循环海洋与全球碳循环环境因素与碳循环全球碳循环模型《京都议定书》中国的碳收支未来全球碳循环展望第58页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月温室效应与全球碳循环：CO2浓度上升的主要原因－化石燃料燃烧和人类活动排放第59页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月温室效应与全球碳循环：排放出的碳不是都储在大气圈中年大气中CO2浓度ppm大气中储C量GtC累积排放量GtC备业革命前2000369782480当前包括其它排放差值89188292?第60页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月温室效应与全球碳循环：碳循环是认识未进入大气中碳去向的基础岩石圈第61页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月温室效应与全球碳循环：碳循环基础碳通过大气圈，生物圈，土壤圈，岩石圈和水圈的变化和传输的总过程碳的生物地球化学循环为大气中氧气的产生提供了必要条件碳在生物圈中存在的形式：有机物（OC)碳在水圈中存在的形式：DIC,DOC,POC,OC碳在岩石圈中存在的形式:OC(包括化石燃料），碳酸盐碳在土壤圈中存在形式：OC(活生物，死生物物质）碳在大气圈中存在形式：CO2,CH4,CO第62页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容温室效应与全球碳循环missingcarbonsink陆地生态系统与全球碳循环海洋与全球碳循环环境因素与碳循环全球碳循环模型《京都议定书》中国的碳收支未来全球碳循环展望2Missingcarbonsink第63页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月Missingcarbonsink:问题的提出

Atmosphericincrease=EmissionsofFossilfuels+EmissionsoflanduseOceanicuptakeMissingcarbonsink

未进入大气中的碳量是逐年积累的储藏入海洋的的碳量是相对易测的年收支计算表明除了大气圈和海洋碳汇外，仍存在另一个碳的去处，迷失的碳汇3.2(±0.2)＝6.3(±0.4)＋1.6(±0.8)－1.7(±0.5)－2.8(±1.2)

3.3(±0.2)＝5.5(±0.5)＋1.6(±0.7)－2.0(±0.8)－1.8(±1.2)

1980’s1990’s第64页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月2Missingcarbonsink:初步回答（1990‘s反推法）第65页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容提要温室效应与全球碳循环missingcarbonsink陆地生态系统与全球碳循环海洋与全球碳循环环境因素与碳循环全球碳循环模型《京都议定书》中国的碳收支未来全球碳循环展望3陆地生态系统与全球碳循环第66页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月3陆地生态系统与全球碳循环:完整循环大气CO2减少化学合成作用光合作用所有生物（动物植物）细菌、病毒等植物分解者食肉者食草者

CO2增加呼吸残渣废物枯枝落叶化石燃料无机碳土壤有机碳第67页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月3陆地生态系统与全球碳循环：主要过程和格局光合作用是CO2从大气中进入生物圈的唯一途径生物圈中CO2释放有4种途径：呼吸，燃烧，凋落和人类利用（包括土地利用变化）进入土壤中的碳有一种途径：凋落土壤释放CO2的途径只有一种：呼吸生态系统中储藏着大量的碳，对其不适当利用或破坏可能导致其释放出大量的碳到大气中CH4和CO量较少，对碳循环作用微小热带雨林中储藏着最大量的碳，由于对其破坏已释放出大量的CO2光合过程与环境温度湿度和CO2浓度密切相关呼吸过程与环境温度和植被结构密切相关第68页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容提要温室效应与全球碳循环missingcarbonsink陆地生态系统与全球碳循环海洋与全球碳循环环境因素与碳循环全球碳循环模型《京都议定书》中国的碳收支未来全球碳循环展望4海洋生态系统与全球碳循环第69页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月3海洋生态系统与全球碳循环：主要库量和通量102070038003第70页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月3海洋生态系统与全球碳循环海洋碳循环是物理、化学和生物综合过程大气与海表的碳物理交换和化学过程大气与海表的生物的碳光合交换表层生物残体体向下层输送富积碳由海底从极地向赤道的洋流输送碳在赤道上升并向极地洋流输送高浓度中层与低浓度中层的碳垂直混合随河流来自陆地的有机物沉积从储量看海洋有一定的碳汇功能，但其能力受到表层海储碳能力较低的限制第71页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容提要温室效应与全球碳循环missingcarbonsink陆地生态系统与全球碳循环海洋与全球碳循环环境因素与碳循环全球碳循环模型《京都议定书》中国的碳收支未来全球碳循环展望5环境因素与全球碳循环第72页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月5环境因素与全球碳循环对陆地生态系统的气候效应改变陆地生态系统的分布格局，进而改变碳收支通过改变水平衡，氮平衡，改变碳收支通过对植物光合和呼吸的影响改变碳收支通过对土壤的呼吸速率的改变影响碳平衡对海洋生态系统的气候效应改变温度影响海洋源汇CO2浓度上升的直接效应CO2的施肥效应问题：短期效应明显，长期效应待深入研究第73页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月5环境因素与全球碳循环第74页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月5环境因素与全球碳循环第75页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月5环境因素与全球碳循环对陆地生态系统的气候效应改变陆地生态系统的分布格局，进而改变碳收支通过改变水平衡，氮平衡，改变碳收支通过对植物光合和呼吸的影响改变碳收支通过对土壤的呼吸速率的改变影响碳平衡对海洋生态系统的气候效应改变温度影响海洋源汇CO2浓度上升的直接效应CO2的施肥效应问题：短期效应明显，长期效应待深入研究第76页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容提要温室效应与全球碳循环missingcarbonsink陆地生态系统与全球碳循环海洋与全球碳循环环境因素与碳循环全球碳循环模型《京都议定书》中国的碳收支未来全球碳循环展望2全球碳循环模型第77页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月3全球碳循环模型（A.BJÖRKSTRÖM）第78页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月3全球碳循环模型第79页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月3全球碳循环模型第80页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月3全球碳循环模型第81页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容提要温室效应与全球碳循环missingcarbonsink陆地生态系统与全球碳循环海洋与全球碳循环环境因素与碳循环全球碳循环模型《京都议定书》中国的碳收支未来全球碳循环展望7《京都议定书》第82页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月7《京都议定书》（KyotoProtocol:1997-12)1992:(TheUnitedNationsFramworkConventiononClimateChange)有143个国家签署1995-3柏林会议；1996-7日内瓦会议；1997-12京都会议对发达工业化国家的限制：2008-2012年间平均排放量比1990年的排放量减少5%；多数欧洲国家减少8%，美国7%，加拿大和日本6%，少数国家可以不减，甚至可以增加净排放之争：如何计算陆地吸收量对发展中国家的要求：不加限制；定期调查并公布源汇清单；与其他国家合作研究探索控制排放的办法；发达国家转让技术其它内容：温室气体类型及其影响系数，CO2,1;CH4,22;N2O,315;HFCs(高氟氢化合物）6000-9000；PFCs(氢氟碳化合物）,141-12000;氟化硫（SF6,24000);清洁发展机制这是控制温室气体排放的国际努力最成功的尝试第83页，共97页，2023年，2月20日，星期六TemperateEastAsiaRegionalCenter全球碳循环GlobalCarbonCycle:《GlobalChange》Chapter4延晓冬YanXiaodong中国科学院大气物理研究所东亚-气候环境重点实验室2006年4月内容提要温室效应与全球碳循环missingcarbonsink陆地生态系统与全球碳循环海洋与全球碳循环环境因素与碳循环全球碳循环模型《京都议定书》中国的碳收支未来全球碳循环展望8中国的碳收支第