全球氣候變化與森林生態系統碳循環第一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二過去100年，大氣中二氧化碳濃度增加55PPm，全球氣溫上升0．6℃。

1860年到1960年的100年間，全球來自工業的二氧化碳排放量增長8倍，而從1960年到1995年的35年間卻增長了3倍，即從8萬億噸增至24萬億噸。1.氣候變暖

Globalwarming全球生態或環境中的十大問題第二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二第三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二臭氧層（約20—40公里高空）保護地球生物免受太陽紫外線照射。1984年南級上空發現臭氧層空洞，最近北極上空臭氧層也日益稀薄。臭氧層破壞的后果極為有害：1)皮膚癌患者每年增加30萬，白內障患者每年增長170萬；2)農作物產量和質量下降；3)水體浮游生物生長受破壞；4)引起光化學煙霧污染。2.臭氧層破壞

Ozoneissue第四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二3.生物多樣性減少

Biodiversityloss1)物種多樣性減少Speciesdiversity：世界物種總數約500～3000萬種（已被陳述140萬種），近百年獸類減少150種。2)生態系統多樣性減少Ecosystemdiversity：森林、草原、濕地、水生生境遭受破壞。3)遺傳多樣性減少Geneticdiversity。生物多樣性減少的后果為：

(1)破壞生態系統的結構與功能；

(2)影響人類食物來源；

(3)影響人類對疾病斗爭（人類60％主要依據野生植物為藥品）；

(4)影響生產原料供給。第五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二第六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二第七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二國家一級保護植物------紅豆杉第八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二4.酸雨蔓延

AcidRain

硫和氮的氧化物與水蒸汽結合，在高空形成高度腐蝕性的硫酸和硝酸，沉降到地面形成酸雨（Ph＜5）。目前，全世界已形成三大酸雨區，其中北美和歐洲酸雨區正在治理中，而中國西南、華南酸雨區卻尚未治理。酸雨給人類帶來直接危害是：

1、農作物減產；

2、建筑物腐蝕；

3、樹木枯萎；

4、湖泊酸化；

5、魚類死亡。第九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二AcidRainDamagesForests第十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二5.

森林銳減Forestdecreasing森林的主要功能是：1)供給氧氣；2)吸收二氧化碳；3)調節氣候；4)保持水土；5)動植物棲息地；6)提供木材。現在，全球森林平均每年消失4000平方公里。森林消失的主要原因為農業開墾、生產木材，用作燃料。森林減少的危害為：

l、涵養水源功能破壞；2、物種減少；3、水土流失；4、二氧化碳吸收減少導致溫室效應。第十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二

6.土地荒漠化

DesertedLand

全球陸地面積為地球表面積30％，其中沙漠及沙漠化土地占29％。全球每年有600萬公頃土地變成沙漠，相當一個斯里蘭卡。經濟損失每年約為423億美元。全球共有干旱、半干濕地50億公頃，其中三分之二33億公頃遭到荒漠化威脅。荒漠化的原因是：

1、過度墾殖；

2、過度放牧；

3、毀壞森林；

4、灌溉不善。荒漠化的危害是直接的巨大的，它致使全世界每年600萬公頃農田，900萬公頃牧區失去生產力。人類文明的搖籃之一的兩河流域（即底格里斯河和幼發拉底河流域）由沃土變成了沙漠。

第十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二7.大氣污染AirPollution

大氣污染主要因子是懸浮顆粒物、一氧化碳、臭氧、二氧化硫、氮氧化物和鉛。大氣污染來源是能源使用、車輛徘放和工業生產。大氣污染危害為為：

1)二氧化碳導致氣候變暖；

2)二氧化硫導致酸雨；

3)危害人類健康。

全世界每年有30—70萬人因煙塵污染提前死亡，2500萬兒童患慢性喉炎.第十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二第十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二8.水體污染

Waterpollution水體污染的來源為工業廢水、生活廢水和地表徑流水(農藥化肥)污染。發展中國家約95％的城市污水未經處理而直接排放至江河湖泊，受污染的水體溶解氧水平過低，重金屬含量高，大腸桿菌含量高。水體污染直接危及人類身體健康。全球每年水污染導致10億人患病，全球每年300萬兒童因腹瀉死亡，全球2億人成為血吸蟲病患者。第十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二第十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二9.海洋污染Oceanpollution

人類活動使近海區的氮、磷增加50～200％，過量營養物導致沿海藻類大量生長、波羅的海、北海、黑海、東中國海等出現赤潮。海洋污染來源為污水排放，大氣污染物沉降、石油泄漏、工業廢物、放射性物質。1990一1991年，全球海洋污染物入海量分別為：1)石油354萬噸／年；2)船舶的塑料容器63.9萬個／天；3)漁船的塑料漁網等15.2萬個／天；4)放射性物質9萬噸／年；5)危險化學廢物10萬噸／年；6)河流淤泥廢物93萬噸／年。海洋污染造成危害極大，使赤潮頻繁發生（1991

年中國38起），破壞紅樹林、珊瑚和海草，使近海魚蝦銳減，漁業損失慘重。第十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二第十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二10.固體廢物污染

Wastepollution

固體廢物包括危險廢物和城市垃圾。發達國家九十年代初每10億美元GDP產生5000噸危險廢物，每年約產生8000萬噸，部分發展中國家每年僅產生幾百噸。城市垃圾已然成災。東京每天生產3000萬公斤，紐約1400萬公斤，巴黎900萬公斤。上述城市垃圾均被處理，而北京每天為1200萬公斤，只有部分被處理。固體及危險廢物危害是：

1、污染大氣；(流動性-無國界)2、污染土壤；(隱蔽性,滯后性,不可逆性)3、污染水源；(流動性,持久性)4、垃圾傳播疾病；

5、危險廢物誘發癌癥。第十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二全球變化的概念全球變化（globalchange）:全球變化是地球環境中所有的自然和人為因素引起的能夠改變地球承載生命能力的變化。主要包括氣候變化、大氣組成變化，生物多樣性的喪失、荒漠化以及由于人口、經濟、技術和社會的壓力引起土地利用的變化和土地覆蓋變化等。全球氣候變化（globalclimatechange）：全球氣候變化是全球變化的核心，主要是指由于大氣CO2等溫室氣體濃度的上升所引起的全球變暖，以及由此引發的降水格局變化、冰川退化、海平面上升等一系列變化。第二十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二全球變化的熱門話題氣候系統的演變及其預測氣候變化與人類活動氣候變化對農業生態的影響大氣臭氧層和臭氧空洞全球碳循環冰川沙塵暴減緩氣候變化的經濟分析氣候變化與荒漠化太陽風暴溫室氣體與溫室效應全球水循環與水資源厄爾尼諾干旱洪澇第二十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二13．1溫室氣體與氣候變化在影響和決定氣候形成和變化的因子中，人類活動可改變大氣成分和下墊面性質。許多科學家根據近代的氣象觀測記錄認為，隨著溫室氣體排放量增加，氣溫隨之升高，得出全球氣候將持續變暖的結論，這也是比較主流的看法。最新的IPCC科學評估報告認為：地球正在變暖，并隨氣候系統其它要素的變化而變化，地球平均氣溫將每10年上升0.2℃。

第二十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二全球變暖的事實1、平均地表溫度升高2、大氣層溫度升高3、冰雪面積減少4、平均海平面升高5、氣候系統的某些要素發生了重要變化

為了防止全球氣候變暖，1997年12月，149個國家和地區的代表在日本京都通過了旨在限制發達國家溫室氣體排放量以抑制全球氣候變暖的《京都議定書》。第二十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二第二十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二第二十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二13.1.1溫室效應與溫室氣體溫室效應（greenhouseeffect)：由于大氣對太陽短波輻射吸收很少，易于讓大量的太陽輻射透過而到達地面，同時大氣又能強烈吸收地面長波輻射，使地面輻射不易逸出大氣，大氣還以逆輻射返回地面一部分能量，從而減少地面的失熱，大氣對地面的這種保溫作用，稱為“大氣保溫效應”，習慣上稱溫室效應。

大氣中溫室氣體的增暖效應首先是由法國科學家傅里葉在1927年發現的，他指出大氣中溫室氣體的增暖效應與花房溫室玻璃的作用相似，這就是“溫室效應”名稱的由來。第二十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二溫室氣體（greenhousegas)：是指大氣中那些對太陽光幾乎是透明的，但卻強烈吸收地表輻射的紅外熱輻射、對地表有遮擋作用的氣體。第二十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二主要溫室氣體及其作用(1)水汽(H2O)：(2)二氧化碳(CO2)：(3)甲烷(CH4)：(4)氧化亞氮(N2O):(5)氟里昂類物質(CFCs):第二十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二13.1.2溫室氣體的源與匯

溫室氣體的源(source)：是指溫室氣體成分從地球表面進入大氣或者在大氣中由其他物質經化學過程轉化為某種氣體成分。溫室氣體的匯(sink)：是指一種溫室氣體移出大氣到達地面或逃逸到外部空間或者是在大氣中經化學過程不可逆轉地轉化為其他物質成分。第二十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二碳循環是一個涉及多學科的綜合動態過程，它的動態變化可用以下方程來表示：

dCO2／dt=C+D+R+S+O-P-I-B，其中方程左邊表示的是大氣CO2的動態變化率，右邊各項代表大氣CO2的源和匯(正號項為碳源，負號項為碳匯)主要碳源包括：

C：化石燃料燃燒釋放到大氣中的CO2；

D：土地利用(包括森林砍伐、森林退化、開荒等)釋放到大氣中的CO2；

R：陸地植物的自養呼吸；

S：陸地生態系統植物的異養呼吸(包括微生物、真菌類和動物)；

O：海洋釋放到大氣中的CO2；主要碳匯包括：

P：陸地生態系統通過光合作用固定的CO2；

I：海洋吸收大氣中的CO2；

B：沉積在陸地和海洋中的有機和無機碳．第三十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二13.2全球碳循環及相關過程全球碳循環（globalcarboncycle）：指碳素在地球各個圈層（大氣圈、水圈、生物圈、土壤圈、巖石圈）之間的遷移轉化和循環周轉的過程。其主要過程包括陸地和海洋生物圈的碳固定與呼吸排放，土壤圈的碳平衡，河流的碳運輸以及海底和巖石圈的碳沉積等。就流量來說，全球碳循環中最重要是是CO2的循環，CH4和CO是較次要的循環。第三十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二碳循環途徑：（1）在光合作用和呼吸作用之間的細胞水平上的循環；（2）大氣CO2和植物體之間的個體水平上的循環；（3）大氣CO2─植物─動物─微生物之間的食物鏈水平上的循環。以上這些循環均屬于生物小循環。（4）此外,碳以動植物有機體形式深埋地下，在還原條件下，形成化石燃料，于是碳便進入了地質大循環。第三十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二第三十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二大氣碳庫：海洋碳庫：陸地生物圈碳庫：巖石圈碳庫：13.2.1地球上的主要碳庫第三十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二碳的生物地球化學循環主要有三條途徑：

1、始于綠色植物并經陸生生物與大氣之間的碳交換；

2、海洋生物與大氣間的碳交換；

3、人類對化石燃料的應用是碳循環的第三途徑。這三條不同路徑的相互連結、相互作用就構成了全球碳循環。

13.2.2全球碳循環第三十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二第三十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二碳失匯現象碳失匯（missingcarbonsink）：指人類活動如礦物燃料燃燒與毀林等釋放到大氣中的CO2超過同期地球大氣CO2的增量及海洋吸收量的現象。在20世紀70年代末，由Wood—well等人(1978)提出。人類活動凈釋放到大氣中的7.0PgC／a的CO2，有3.4PgC／a用于增加大氣中的CO2濃度，2.0PgC被海洋吸收，剩下的1.6PgC的CO2則去向不明。第三十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二導致碳失匯的原因1、氣候變化：一方面提高植物的呼吸作用，另一方面提高氮的礦化，刺激植物生長固碳；2、植物生長：增加碳的積累。3、CO2的施肥效應：影響光合作用，增加碳匯；4、氮沉降：促進光合作用；5、土壤利用方式改變：碳貯量減少，排放增加；6、海洋：有近1/3的碳失匯可能存在于海洋中；7、巖石圈：碳酸鹽的溶蝕。目前研究認為“碳失匯”最合理的解釋是在陸地生態系統中。第三十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二13.2.3陸地生態系統碳庫陸地生態系統碳庫（terrestrialecosystemcarbonpool）：生態系統以有機物質的形式暫時或永久性地貯存碳的功能稱為生態系統的碳庫功能，具有貯存碳功能的各生態系統的組分或類型都可以稱為不同名稱的碳庫。按植被類型劃分：森林碳庫（forestcarbonpool)、農田碳庫(agriculturecarbonpool)、濕地碳庫swampcarbonpool)、水體碳庫(aquaticcarbonpool)等；按生態系統的組分劃分：土壤碳庫(soilcarbonpool)、植被碳庫(vegetationcarbonpool)、凋落物碳庫(littercarbonpool)、近地大氣碳庫(nearearthatmosphericcarbonpool)等。第三十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二陸地表層碳庫是最復雜的碳庫，受人類活動的影響最大。陸地碳庫主要以三種形式存在：植物碳庫、凋落物（殘落物）碳庫、土壤有機碳庫（腐殖質）。

1、植物碳庫：陸地表層生態系統中，包括森林、草地和農田等植被系統大約貯存了466PgC的碳，約相當于大氣中碳貯存量的62％。

2、土壤：土壤和腐殖質中碳的貯量更大，約為2011PgC，約為大氣碳貯量的2.6倍。第四十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二土壤(包括凋落物)碳庫是陸地生態系統中最大的碳庫，約為植被碳庫的4.3倍。因此，土壤碳庫在全球碳平衡中具有更重要的作用。土壤碳量=土類總面積×土壤平均深度×土壤平均密度×平均有機碳含量陸地生態系統是一個土壤—植被—大氣相互作用的復雜系統，其碳庫容量的估算目前存在著相當大的不確定性，根據不同的估算方法得出的結果差距很大。

陸地生態系統碳庫存在著明顯的區域差異，并受植被、土壤類型與氣候帶的顯著影響。第四十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二第四十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二陸地生態系統除上述三個活動性較強的碳庫以外，還存在一個比較穩定的地質碳庫（化石燃料煤、石油、天然氣）。這部分碳較穩定，在自然狀態下不參與各圈層間的碳循環。但隨著人類開發利用化石燃料的量不斷增加，使該碳庫中的大量非活性碳不斷燃燒后被排放到大氣中，轉換成大氣中的CO2，參與了全球碳循環的過程。人類活動對陸地生態系統碳庫的影響和干擾日趨嚴重，這正是當今和未來全球氣候變暖的根源。第四十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二13.2.4土壤呼吸13．2．4．1全球土壤呼吸速率土壤呼吸：是指土壤釋放CO2的過程，嚴格意義上講是指未經擾動的土壤中產生CO2的所有代謝作用，包括三個生物學過程（植物的根系呼吸、土壤微生物呼吸、土壤動物的呼吸）和一個非生物學過程（含碳化合物的化學氧化作用）。它所釋放出的CO2是生物圈向大氣圈釋放CO2的主要來源之一。土壤呼吸速率：單位面積、單位時間內土壤CO2的凈呼吸量。第四十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二13．2．4．2影響土壤呼吸的因素氣候（光、溫、水）

植物（植被類型、覆蓋度、生長發育、光合產物分配、凋落物）

人為活動（土地利用方式、耕翻、施肥、灌溉）

土壤環境（土壤質地、微生物、有機質、溫度、濕度、pH值）CO2第四十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二13．3森林生態系統碳循環一、森林在全球碳循環中的作用（1）森林光合和呼吸作用與大氣之間的年碳交換量高達陸地生態系統總量的90%，控制著全球陸地碳循環的動態。（2）與其他植被系統比較，森林生態系統具有較高的碳貯存密度。（3）森林植被具有較強的生存持續性以及結構和功能的穩定性，在生物地球化學循環中起著重要的調節作用，它與海洋是大氣中CO2的兩個重要的調節器。第四十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二二、森林生態系統碳循環的基本過程外界環境因子葉面積指數總初級生產力樹種遺傳特性凈初級生產力葉生物量

莖和枝生物量

根生物量凋落物腐殖活性土壤有機碳惰性土壤有機碳異養大氣碳庫光合作用呼吸作用碳分配土攘呼吸人為、動物干擾第四十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二三、全球森林碳庫和碳通量全球植被共貯存4660×108t碳，在地表1m厚土壤中貯存20110×108t碳，大約是植被貯存的4.3倍。在全球植被中，面積占28％的森林約蓄積了77％的碳，其中又以低緯度熱帶森林貯存最多，而在土壤碳庫中，近一半貯存在北方、溫帶森林及溫帶草地土壤中。第四十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二碳通量（Carbonflux）：指單位時間通過一定面積輸送的CO2氣體物理量的速度；單位為Pg·a-1。碳通量密度（fluxdensity）：指單位時間通過單位面積界面輸送的CO2氣體物理量；單位為mg·m-2·h-1。碳通量觀測法是全球碳循環的一個主要的研究方法，但在對不同類型的森林生態系統碳通量的估算中尚有很多不確定因素。第四十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二碳通量的研究方法1、箱式法：包括靜態箱式法和動態箱式法；2、微氣象法：通過測量近地面層的湍流狀況和被測氣體的濃度變化計算被測氣體通量的方法，主要包括渦相關法、能量平衡法、空氣動力學法和質量平衡法；3、化學法：通過化學反應對CO2的吸收進行間接測定CO2通量的方法，如堿液吸收法。第五十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二13．3．2中國森林生態系統碳庫的分配特征我國森林生態系統的碳庫總量約為15.9PgC(不包括凋落物層碳庫)，其中森林植被總碳庫約為5.4PgC，約占森林生態系統碳庫的34％；土壤總碳庫為10.5PgC，約占66％。土壤碳庫約為植被碳庫的2倍，土壤碳庫仍是森林生態系統最大的碳庫。第五十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二13．3．3適應全球氣候變化的森林碳管理對策減緩溫室氣體濃度的急劇增加有兩條途徑：一是控制溫室氣體排放，減少釋放源；二是增加吸收匯。適應未來全球氣候增暖的森林碳管理措施：①對現有森林進行保護式管理；②通過管理擴大碳貯存；③替代式管理經營；④發展為適應未來全球氣候增暖的經營管理策略。第五十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期二13．4全球氣候變化對森林生態系統的潛在影響全球氣候變化對森林生態系統的作用主要表現在CO2濃度升高及降低的直接作用和溫室氣體引起全球氣候變化的間接作用兩方