碳循環的主要形式精選(九篇)
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第1篇：碳循環的主要形式范文
關鍵詞：水環境；噬菌體；碳循環；可溶性有機碳
中圖分類號：Q939.48
文獻標識碼：A
文章編號：1007-7847（2014）03-0269-06
水環境面積約占地球表面的71%，可分為海洋、湖泊、河流等，是眾多生物賴以生存的一類重要生態系統。在這個生態系統中碳循環是其中非常重要的一環，它支配著系統中其它物質的循環，也深刻影響著人類的生存環境，因此碳循環研究是生態系統能量流動的核心問題。目前的研究結果表明，在水環境的碳循環中除了化學平衡、物理泵參與了碳循環外，生物泵也是必不可少的一個重要環節，在生物泵環節中病毒尤其是噬菌體的重要作用逐步為人所知[1～4]。
病毒廣泛分布于地球的各種生境中[1～4]，它們不僅影響著宿主的生存狀況和進化歷程[5，6]，而且通過裂解宿主快速釋放有機碳而影響著系統中其他物質循環和能量流動[7，8]。當前，病毒（尤其是噬菌體）在維持可溶性有機碳（dissolved organic car-bon，DOC）平衡中的作用已成為生態學、微生物學和海洋生物學等研究領域關注的熱點，其最新研究成果及評論紛紛登載在諸如NATURE、SCI-ENCE等國際著名學術刊物上[9～13]。
本文針對噬菌體在海洋、湖泊、冰塵穴及濕地有機碳循環中的作用進行簡單介紹。
1噬菌體在海洋有機碳循環中的作用
海洋是地球上最大的碳庫，含碳量為大氣的50倍，生物圈的15倍，同時海洋還對調節大氣中的含碳量起著非常重要的作用。由于海洋儲碳對于應對全球變暖具有重要意義，生物泵儲碳過程研究已成為近30年來海洋碳循環研究的焦點之一：海洋中的有機碳更主要的是以溶解有機碳（dissolved organic carbon，DOC）形式存在的，從過濾分離角度看，DOC占總有機碳的95%。病毒是海洋中數量和種類最多的生物，總量約l030個，是海洋微生物群落的重要組成部分，在全球生態系統調控、生物地球化學循環，特別是碳循環中具有重要的作用，也是一類不可忽視的戰略生物資源。
“微食物環”是指海洋中溶解性有機物被異養浮游細菌攝取形成微生物型次級生產量，進而又被原生動物和橈足類所利用的微型生物攝食關系，海洋病毒主要通過“微食物環”介導了這一過程中的物質循環和能量流動。病毒通過裂解浮游植物和異氧細菌加速了顆粒性有機物（POM）向可溶性有機物（DOM）的轉化，從而影響海洋系統的物質循環；而噬菌體半衰期很短，其死亡后又會形成溶解態的營養物質，在“微食物環”中形成一個“病毒回路（viral shunt）”，加快碳、氮等元素在微生物間的循環（圖1）[9]。因此，噬菌體導致的細菌溶解成為初級生產者與消費者參與C、N循環最重要的途徑之一[14]。
Shuttle等[9]在研究海洋病毒作用時發現：作為物質和能量流動的樞紐，病毒可以將碳和其他營養物質分流到可溶性有機物中。水體沉積物能較好保存環境中的有機物質存在信息，為探索古氣候變化、追蹤有機質來源、了解生態系統狀況等提供了重要的線索。Danovaro等[10]對大西洋、南太平洋、地中海海底沉積物及覆水病毒的生態功能進行研究時發現：在深海沉積物中由于病毒的感染和裂解可以促使原核生物量減少80%以上，而在超過1000m深度時甚至可接近100%，將大量可溶性有機碳釋放到深海中，從而大大縮短該生態系統的食物鏈，加快有機碳的循環和使用效率。在海洋中近70%的藍藻和60%的游離異養菌及淡水中90%～l00%的細菌裂解死亡與病毒（噬菌體）密切相關[15，16]。據統計地球上約26%的有機碳循環是由海洋病毒完成的[l7，18]。因此海洋病毒直接或間接參與陸地生物碳循環、海洋碳固定以及大氣間的碳交換[19]。
Evans等[20]測定了2007年夏季塔斯馬尼亞島亞南極帶（SAZ）和澳大利亞南極海極前鋒帶（PFZ）的病毒豐度及病毒裂解產物總量。南極洋由兩個明顯的區域――亞南極帶（SAZ）和極地前鋒帶（PFZ）組成：SAZ的硅酸鹽、葉綠素含量低，而且是大氣中CO2的碳匯，PFZ為低溫、低鹽、高營養鹽和低葉綠素含量。結果發現：病毒感染導致的細菌裂解生物量在SAZ和PFZ西部很接近，分別為23.5%和23%，每天可溶性有機碳的釋放量為3.3μg/L和2.3μg/L；而在SAZ東部，病毒感染導致的細菌裂解生物量可達39.7%，每天可溶性有機碳釋放量為26.5μg/L。這些數據表明在SAZ和PFZ這些相互分割的區域中，病毒感染導致細菌裂解釋放的可溶性有機碳是碳循環的重要途徑。由于SAZ是大氣中主要的CO2碳匯[21]，因此對于研究病毒對碳循環的影響是很有意義的。Evans等對南極洋不同區域的裂解性和溶原性噬菌體的感染進行了調查，研究表明病毒感染導致細菌裂解每天釋放的碳為0.02～7.5μg/L，病毒活性是滿足微生物，尤其是威德爾海原核生物和SAZ浮游生物基本需求的主要貢獻者[22]。
因此，病毒尤其是噬菌體在海洋生物地球化學循環尤其是碳循環和深海代謝方面扮演了重要角色。
2噬菌體在湖泊有機碳循環中的作用
噬菌體在海洋及其沉積物中的功能及作用，并不一定能反映其在大陸環境中的功能與作用。湖泊作為連接陸地與淡水環境的自然綜合體，不僅是多種沉積礦藏賦存的場所，而且與大氣、生物、上壤等多種要素密切相關，對氣候、環境系統的變化史為敏感。
鑒于噬菌體對內陸湖泊日益重要生態功能的凸顯，近年對大江（河）、湖泊（淡水及咸水）的噬菌體、細菌及其與DOC關系的研究也逐步受到人們的關注。Thomas等[23]對法國Bourget湖泊的病毒生態學功能展開了研究，發現病毒通過裂解每天釋放的碳和磷分別可達56.5μg/L和1.4μg/L，這些有機質成為了浮游細菌營養需求的重要來源。在南極寡營養湖（Druzhby湖和Crooked湖）中，噬菌體裂解導致的細菌死亡率極高，可達251%，而釋放的DOC為總DOC的0.8%～69%，其比率會隨季節變化有所不同，在黑暗的冬季，病毒裂解造成的有機碳的釋放量對總DOC的貢獻率超過60%[24]。Fischer等[16]對多瑙河地區富營養湖泊中噬菌體及細菌數量關系的研究中發現：噬菌體感染而導致細菌裂解釋放的碳為每天5～39μg/L，其中有29%～79%的有機碳能被細菌再利用，重新進入微生物環。因此病毒在湖泊中具有重要生態作用，尤其是細菌溶解產生的有機C的流動和再同化。
由此可見，雖然湖泊生態系統復雜，但病毒尤其是噬菌體在有機碳循環中同樣扮演著非常重要的角色。
3噬菌體在冰塵穴有機碳循環中的作用
大陸上約10%的土地為冰川所覆蓋，其中1%～6%被冰塵所沾染，冰川表面的無機和有機顆粒等統稱為冰塵[25，26]，而冰塵穴（croconite holes）就是指被冰塵沾染后導致冰川溶解后形成的圓柱形冰融水洞。冰塵穴廣布于冰川及其消融地帶，如南極、北極、格陵蘭島、加拿大、和喜馬拉雅山脈等。由于冰塵的顏色較深，使得冰塵穴吸收的太陽射線也隨之增加，促進了冰雪的融化，形成季節性的融水洞[27]（圖2）。當然，冰塵穴并不僅僅局限于大陸冰川，海洋冰川和湖泊冰川同樣有冰塵穴的存在。
冰塵穴是在冰川生態系統中生命活動最活躍的棲息地，據估算僅北極冰川冰塵沉積物中生物含量就可達36g/m2。謝菲爾德大學、布里斯托爾大學和因斯布魯克大學研究團隊的學者發現格陵蘭島、斯瓦爾巴群島和阿爾卑斯山冰塵穴中的微生物豐度甚至可與溫帶地區普通生態系統相當[25，26，28，29]，比如每克冰塵中的微生物豐度與地中海每克土壤中的微生物豐度幾乎是一致的，冰塵穴中的微生物主要包括病毒、細菌和微觀植物。Sawstrom研究組也得到同樣的研究結果，他們在研究北極冰川斯瓦爾巴特群島Midre Lovenbreen冰塵穴中微生物時發現冰塵中的細菌豐度遠高于冰塵穴中上覆水的細菌豐度。冰塵中細菌豐度為4.67×104/mL～7.07xl04/mL，是上覆水細菌豐度的2～6倍；其噬菌體的豐度規律也與細菌豐度類似[30]。Midtre Love-nbreen冰川冰塵穴上覆水和冰塵中病毒的豐度分別為0.6xl06/mL和20x106mL[31]。斯瓦爾巴特群島冰塵穴噬菌體感染而導致細菌裂解比例（約l3%）遠高于常溫水域中噬菌體對細菌的裂解率（2%）[32]。因此，該研究團隊認為：隨著冰川的消退、融化，生物扮演的角色越來越重要。
冰塵中微生物的定殖加深了冰表而的顏色，其原因在于冰塵穴中的光合作用率遠高于呼吸作用率，凈吸收CO2，是一種負反饋機制，因此冰川表面能不斷累積有機質，形成自我維持的生態系統，吸收的太陽射線進一步增加，促進冰的溶解，為微生物生長提供了必需的水份，并通過物理和生物活動將水和有機質進一步分散到冰川的其他部分，促進了微生物、有機質和碎屑轉移到周邊（如冰川底部），促進了其他生態系統的生命活動[26]。
冰塵穴中的光合作用率高于呼吸作用率，從而可以維持高的細菌種群豐度，而許多湖泊的光合作用低于呼吸作用，使得它們必須接收外源有機物質的輸入才能得以維持平衡。從光合作用率分析，普通冰川融水的光合作用率為每小時釋放碳0.60～8.33μg/L，而斯瓦爾巴特群島MidreLovenbreen冰塵的光合作用率最高可達到每小時釋放碳156.99μg/L，冰塵穴中上覆水的光合作用率則與普通冰川差不多[30]。考慮到冰塵穴的密度（約6%的冰川表面積或每m2 12個洞），那么可以確定冰塵微生物相關的碳固定和營養物質代謝是冰川生態系統物質循環的一個重要環節。
對于較簡單封閉的生物地球化學微循環系統，如南極麥克馬多干河谷冰川的冰塵穴，那里僅含有水、冰、礦物和有機碎屑，但也能長期維持微生物種群結構的平衡；Bagshaw等[33]系統研究了其中溶解物隨季節變化而產生的化學演變過程。通過對DIC、DOC、K+和SO42-的檢測發現：冰塵穴中DOC的產生速率為每年釋放碳0.75μg/cm2，冰塵中代謝初級產物的溶解、周期性沉淀、次級碳酸鹽的溶解、夏季的凈光合作用和秋季冰凍時期凈呼吸作用是左右冰塵穴中季節性變化和年溶解濃度的主要過程。
通過對格陵蘭和阿爾卑斯山冰塵穴中微生物（噬菌體、細菌和藻類等）進行的研究表明：僅該地區微生物每年釋放的有機碳就高達6400t[34]。所以在冰川生態系統中冰塵穴扮演著非常重要的角色。冰川覆蓋了地球l5xl06km2的表面積，其生態系統同樣對全球碳循環影響巨大。
因此，噬菌體感染而導致細菌裂解對冰塵穴生態系統中營養物質和有機質的循環起著重要作用。
4噬菌體在濕地有機碳循環中的作用
濕地狹義是指陸地與水域之間的過渡地帶，廣義上則被定義為地球上除海洋（水深6m以下）外的所有大面積水體。按照濕地的廣義定義，它覆蓋了地球表面的6%，卻為地球上約20%的物種提供了生存環境，在維持全球生態系統平衡中具有不可替代的生態功能，享有“地球之腎”的美譽。濕地也是連接生物圈、大氣圈、水圈、巖石（土壤）圈的重要紐帶，位于陸生生態系統和水生生態系統之間的過渡性地帶，具有獨特的生態功能。
濕地是地球上能量流動和物質循環最活躍的場所，也是陸地DOC最大的儲庫。濕地面積雖只占陸地面積的2%～3%，但其儲存的DOC卻占到陸地土壤碳量的18%～30%[35]。在已知的濕地生態類型中，高原（或高緯度）濕地由于具有較高的生產力和較低的分解速率（由于溫度較低所致），使之成為有機碳儲備最豐富的碳庫。我國科學家在對青藏高原和東北三江平原低溫沼澤濕地釋放的CO2/CH4觀測研究中也發現其碳釋放量巨大，并呈逐年上升的趨勢，這充分表明高原（高緯度）濕地在全球碳循環中作用非常巨大[36，37]。然而，隨著全球濕地的退化，其碳儲備能力也正在下降，這一現象應該引起人們足夠的重視。
濕地的儲備的DOC往往通過季節性的融水或常年積水以及與小溪相連而向外部環境輸出，DOC輸出是濕地通過水文過程實現向土壤碳輸出的一個主要途徑。研究表明，在加拿大北部濕地，通過小溪遷移輸出的溶解性有機物中，DOC大約為每年5～40g/m2[38]。濕地生態系統中的DOC是細菌及其他微生物養料的主要來源，DOC含量的變化將深刻影響濕地內所有微生物的生活及生長狀況，而噬菌體不僅與細菌的活動密不可分，而且還可以通過裂解作用有效釋放DOC進而影響濕地微生物的種群結構和組成，最終影響整個濕地生態系統的物質循環和能量流動。因此，探尋濕地中噬菌體、細菌與DOC的相互關系，也是未來研究的一個重要方向。
綜上所述，病毒作為海洋中數量最多的生命粒子，一個重要的生態作用是作為其他微型生物的消費者，使得許多浮游生物細胞成為無內容物的“ghost”，同時把微生物POC轉化為DOC，形成“病毒回路”，進而改變了海洋生態系統中物質循環和能量流動的途徑，而病毒回路的存在可使系統中的呼吸和生產力較無病毒的系統高出約1/3 [39，40]。病毒尤其是噬菌體在在湖泊生態中對細菌溶解產生的有機C的流動和再同化過程起到重要生態作用。而在冰川生態系統中生命活動最活躍的棲息地一冰塵穴，噬菌體感染而導致細菌裂解對冰塵穴生態系統中營養物質和有機質的循環起著重要作用。所有的證據表明噬菌體在不同生態系統中對DOC的循環均起著舉足輕重的作用，但在不同的系統中它們的貢獻率和作用機制和調節方式又有著顯著差異，因此，系統研究噬菌體在不同生態系統中對DOC的調節作用，將有利于全面理解和揭示噬菌體（病毒）在整個地球物質循環和能量流動中所起的作用。
5結語
水環境是人類社會賴以生存和發展的重要場所，碳循環的關鍵在于過程與機制，其中的生物過程機制是焦點之一。維持全球碳平衡的關鍵不應儀僅關注各個庫的碳貯存總量，而應更多地研究碳的流向問題，以及“源”、“匯”不平衡的問題。噬菌體由于結構簡單、基因組小、便于操作等優點，常常被用作生物基因復制及表達調控研究的模型，對近現代生物化學與分子生物學的發展做出了突出的貢獻。盡管目前的研究已表明噬菌體廣泛分布于各生境中，對全球的碳、氮循環均有重要影響，但對于噬菌體在水環境中的分布及生態功能方面的了解仍然非常有限。我國科學家開展了影響南海深海碳循環的底棲微生物氮營養鹽補充過程和機制研究，以及南海水體中古菌的分布及生物地球化學功能的研究，但對水環境中噬菌體對有機碳循環的作用鮮有報道。昆明理工大學生命科學與技術學院對騰沖熱海高溫噬菌體和云南高原湖泊低溫噬菌體多樣性進行了研究，表明高溫噬菌體和低溫噬菌體均存在多樣性，并對部分嗜極微生物噬菌體進行了全基因組解析和功能蛋白的高效表達及其熱不穩定性分析，對云南高原湖泊低溫噬菌體與有機碳循環的作用研究正在進行中。
對嗜極微生物噬菌體（尤其是嗜冷和嗜熱微生物噬菌體）的研究有助于豐富人們對生命起源與進化、生命本質及環境適應策略的認識，而對嗜極微生物噬菌體中重要功能蛋白的開發與應用也將帶來巨大的社會和經濟效益。
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第2篇：碳循環的主要形式范文
中國是全球陸地碳循環研究的重點區域，探明其生態系統碳收支不僅具有非常重要的全球意義，而且對保障中國國家安全和有關環境問題的外交談判具有重要作用。凈初級生產力(Net Primary Productivity, NPP)是指在植物光合作用所固定的光合產物或有機碳(Gross Primary Productivity, GPP)中，扣除植物自身呼吸消耗部分(Autotrophic Respiration，)后，真正用于植物生長和生殖的光合產物量或有機碳量，也被稱為凈第一性生產力[1]。它反映植被生產力狀況，是生態系統能量與物質循環的基礎，在研究區域乃至全球碳循環和碳存儲中扮演著重要角色。模型模擬是當前在區域和全球尺度上進行陸地生態系統碳循環過程模擬和碳收支評估的主要研究方法。陸地生態系統過程模型的發展為系統分析、定量表達和預測陸地生態系統生產力、碳循環對氣候變化和人類活動的響應等提供了有力支撐[2]。在過去幾十年中，科學家相繼開發了眾多適用于陸地碳循環的動力學模型，這些模型主要分為生物地理模型、生物地球化學模型、陸面生物物理模型、全球動態植被模型和遙感模型等[3]。中國學者先后從國外引進和改良了CEVSA[4-5]、CASA[6-8]、GLO-PEM[9-11]、BEPS[12-13]等多個陸地生態系統碳循環模型，同時也自主開發了適用于中國陸地生態系統的AVIM2[14-15]、Agro-C[16]、FORCCHN[17]、DCTEM[18]等模型，對當前氣候狀態下中國自然陸地生態系統的凈初級生產力和碳儲量、未來氣候變化和土地利用變化對中國陸地生態系統碳循環的影響等問題進行了模擬分析。
本文收集了不同學者利用過程模型和遙感模型模擬的中國陸地生態系統凈初級生產力及其對未來氣候變化的響應情況，旨在系統分析中國陸地生態系統凈初級生產力的變化特征，進而為中國的碳收支研究、區域和全球尺度的碳循環模型模擬與發展提供數據支持。
2 中國陸地生態系統凈初級生產力及其時間變化
自20世紀90年代末開始，中國學者利用生態系統過程模型和遙感模型就中國陸地生態系統NPP的估算先后開展了大量研究工作(表1)。由于所應用的模型、研究數據和研究時段等有所不同，不同研究結果間存在差異。但NPP的估算結果主要集中在1.43～3.30 之間，占表1中所有研究結果總數量的77.78％。年均NPP在3.30～4.00和＞4.00 的數值個數分別只有4個。就不同研究所應用的模型來看，模擬結果的低值區主要集中在CASA、BIOME-BGc和BEPS等模型。綜合不同研究者的研究結果可以得到，中國陸地生態系統NPP平均為(2.828±0.827)。
表1中加粗標記的研究結果除了樸世龍等研究指出，N沉降以及對農作物施加N肥兩者可以共同解釋1961-2005年中國陸地生態系統凈碳增長的61％，同時大氣增加和土地利用對碳儲存起促進作用；但臭氧污染和氣候變化降低了這一時期的碳匯儲量。
3 中國陸地生態系統不同植被類型凈初級生產力
由于采用的植被類型圖和模型等存在差異，不同學者利用過程模型和遙感模型對中國陸地生態系統同一植被類型單位面積NPP的估算結果差別較大。本文對收集到的相關研究結果進行了匯總分析(圖2)。結果顯示，常綠闊葉林單位面積NPP為745.12 ，顯著高于其他植被類型，但不同研究結果間變化范圍很大，介于417.9～1086。之間。落葉針葉林、常綠針葉林和落葉闊葉林相差較小，變化在415.62～513.67之間。不同學者估算的農作物單位面積NPP差別很大，最低值不足最高值的1/4，其均值為458.25，低于闊葉林，但高于針葉林。灌叢與落葉針葉林較為接近，前者為365.08 ，后者為415.62。草地和荒漠均位于低值區，但前者顯著高于后者，分別為217.90和16.52。森林生態系統單位面積NPP隨林齡的變化而變化。Wang等[51]研究表明，落葉針葉林、常綠闊葉林、熱帶和亞熱帶常綠針葉林和落葉闊葉林單位面積NPP分別在54、40、13和122林齡時達到最大值，數值分別為462、889、620和625。由此可見，中國森林生態系統凈初級生產力具有較大的增長潛力。
由于不同研究者在進行模型模擬時所用的植被類型圖不同，因此相同植被類型所占面積存在差異。本文統一采用中國1∶100萬植被類型圖中不同植被類型的面積數據應用DLEM模型研究表明，如果綜合考慮、氣候、和土地利用的影響，1961-2000年中國草地NPP僅增 加了0.0003 PgC，但是去除的影響后，NPP則增加0.0143 PgC。同時，Ren等[47]指出，要想更全面地了解森林生態系統碳固持能力的變化及其應對氣候變化和空氣污染的能力，在未來研究中應考慮對流層濃度。
4 未來氣候變化對中國陸地生態系統凈初級生產力的影響
IPCC模擬了8種氣候情景下中國陸地生態系統NPP到本世紀末的變化情況，結果顯示，NPP將先增加，到2090年左右達到最大值，此后開始下降，其可能的原因是由于干旱的壓力。
不同植被類型對未來氣候變化的響應存在差異。Ju等應用Crop-C模型預測了2000-2050年中國農田NPP在A1B情景下將以0.0006 的速度增長。
圖3 不同植被類型NPP總量
Fig.3 The total amount of NPP in different vegetation types
5 結語
綜合分析表明，中國陸地生態系統NPP平均為(2.828±0.827) ，但不同研究者的估算結果差異較大，主要集中在1.43～3.30 之間。其中，CASA、BIOME-BGC和BEPS模型的模擬結果偏低。1982-1998年，NPP總體上呈現在波動中不斷上升的趨勢，從2.542 增加到2.976，平均每年增加0.027 ，增長率為1.07％。其中，80年代NPP的變化趨勢較之90年代平緩。由于各植被類型所占面積不同，其單位面積NPP和NPP總量的大小分布存在顯著差異。單位面積NPP表現為常綠闊葉林顯著高于其他植被類型，但其估算結果的變化范圍較大，平均為745.12。落葉針葉林、常綠針葉林和落葉闊葉林相差較小，變化在415.62～513.67。之間。不同學者對農作物單位面積NPP估算結果的最低值不足最高值的1/4，其均值高于針葉林，但低于闊葉林。灌叢與落葉針葉林的數值較為接近？草地和荒漠則均位于低值區，但前者顯著高于后者，分別為217.90和16.52 。基于1∶100萬中國植被圖計算得到的不同植被類型NPP總量表現為農作物和草地居于前兩位，兩者之和高達總NPP的58.34％。其他植被類型中除灌叢和常綠針葉林外均不足總量的10％，其中，以荒漠和混交林的數值為最低。各森林類型NPP總量之和為0.779，占總NPP的29％。
在未來氣候情景下，中國陸地生態系統NPP總體上可能呈現出先增加后減小的趨勢，但不同研究結果間差異很大，甚至是完合相悖的結果。不同植被類型對未來氣候變化的響應同樣存在差異。
盡管過程模型和遙感模型在模擬陸地生態系統凈初級生產力方面具有諸多優勢，如：適用于區域和全球尺度的時空連續分析、有利于對未來氣候情景的模擬預測等，但在模型應用中還存在著一定的不足，如：
(1)模型的不確定性分析
模型的構建是基于對現實過程的簡化，在此過程中眾多的假設和主觀判斷給模型帶來了很多隱藏的誤差。并且，模型參數和輸入數據的不確定性同樣影響著模型模擬結果的精度。但是，這些誤差因素在傳統的不確定性研究中往往被忽略[64]。盡管人們已經認識到對模型模擬結果進行不確定性分析的重要性，但是在目前的碳收支研究中，定量分析其模擬結果的不確定性仍然是一個亟待解決的問題。如表1中不同模型對NPP的估算結果差別較大，主要原因可能是模型結構、模型參數和輸入數據的不同，但由此引起的NPP差異卻可能掩蓋真實NPP的大小，因此，對模型模擬結果的不確定性分析對模擬結果的準確性具有重要意義。
(2)模型過程機理的深入刻畫
雖然目前的過程模型可以模擬出不同環境條件下植被冠層生理生態過程的動態變化，但是對這些變化的認識多停留在經驗水平，并且我們對一些生態系統的過程機理還不是很清楚。如現有模型對生態系統碳、氮、水循環的耦合關系還沒有較深入的描述，這需要建立在對這一關系的現實機理有較充分認識的基礎上；對生態系統呼吸的模型構建往往受限于我們對其復雜過程的理解，因此，往往采用簡化的方程形式[65]。
(3)碳循環模型與氣候模式、水文模式的耦合
現有的陸地生態系統碳循環模型只考慮了垂直方向的通量，在空間上是相互獨立的，并沒有考慮水平方向的通量，如物質在大氣中的平流傳輸、土壤水和營養物質在水平方向的移動等，這些不足均會給陸地生態系統碳收支模型的模擬結果帶來很大的不確定性。
(4)遙感數據的準確性
由于遙感數據具有易獲取，時空分辨率高，一些大尺度難于測量的數據信息可以通過遙感反演方式獲得等特點，目前區域和全球尺度的過程和遙感模型多采用遙感數據作為模型的部分或全部驅動參數。但隨著遙感技術不斷發展的同時也暴露出以往遙感數據的質量問題，如，基于不同精度或質量的遙感數據可能會獲得完全相反的結果。因此，基于遙感參數計算得到的凈初級生產力同樣存在著較大的不確定性，這需要我們在深入了解遙感數據的基礎上對以往的模型模擬結果進行校正或剔除。而本文在對不同研究結果進行匯總 分析時，并沒有考慮這一因素的影響，這將是下一步研究工作關注的一個主要問題。
第3篇：碳循環的主要形式范文
前言
自18世紀工業革命以來，尤其二戰之后，全球經濟以科學技術為源動力，經濟建設成就取得了飛速的發展。經濟發展的同時給生態環境帶來了嚴重的隱患，尤其是重工業的發展，化石燃料的燃燒排出大量的溫室氣體二氧化碳，超出了生態系統的承受能力，導致全球氣溫上升，各種極端天氣出現。據研究，過去一百年來，全球地表平均溫度(1906—2005年)升高了0.74℃，預計到2l世紀末仍將上升1.1-6.4℃。中國近百年來(1908—2007年)地表平均氣溫升高了1.1℃，自1986年以來經歷了21個暖冬。近30年來，中國沿海海表溫度上升了0.9℃，沿海海平面上升了90毫米。更令人憂慮的是，未來的氣候變暖趨勢將進一步加劇[1]。
1碳排放
碳排放即二氧化碳排放量。生態系統中的碳元素處于動態系統的碳循環中。地球上的碳99.9%以上來自于巖石圈和化石燃料。碳循環的主要過程：大氣中的二氧化碳主要被海洋中藻類植物和陸地上的植物通過光合作用，形成植物體本身的碳化合物，然后通過生物、地質作用和人類活動，使得碳化合物又重新以二氧化碳氣體的形式回到大氣層中。然而，由于人類活動導致大量溫室氣體排放到大氣中，碳循環的動態平衡被打破，大量固結在化石燃料中的碳元素最終以二氧化碳的形式被釋放到空氣中，而植物的光合作用又無法對過量的二氧化碳進行有效“吸收”，致使過量溫室氣體釋放到大氣中。
2溫室效應
溫室效應主要是指現代工業社會對化石燃料的消耗，致使大量的二氧化碳氣體排放到大氣中。而二氧化碳氣體又有吸熱和隔熱的性質，使太陽輻射到地球上的熱量無法向外發散，對波長比較長的紅外線進行反射，最終導致地球表面溫度升高起來。地球表面溫度的升高帶來了一系列問題，直接威脅著人類的生存空間。南極的冰川正在大幅度消融，過去的20世紀全球海平面上升了17cm。世界各地各種極端天氣出現。在全球變暖的大背景下,中國氣候變化的趨勢與全球氣候變化的總體趨勢基本一致,近100年來中國年地表平均氣溫明顯增加,升溫幅度約為0.5-0.8℃,比同期全球平均值(0.6℃±0.2℃)略強。在最近的50年,我國平均地表氣溫增溫速率為0.22℃/10年,明顯高于全球或北半球周期平均增溫速率[2]。如果這種情況不能妥善解決，到2050年左右，海平面會上升4℃，一些島嶼和沿海城市將永遠的沉沒在大海中。土地干旱進一步加劇，沙漠化面積增大，直接威脅人類糧食生產安全。一些病毒有條件滋生，并在全球蔓延。為了給子孫后代提供更大的生存空間，為了人類社會的可持續發展，減少碳排放已經刻不容緩。溫室氣體的過量排放引起了全球氣候的變化日益引起關注，已經成為21世紀人類社會的最大挑戰之一。1992年6月4日，在巴西里約熱內盧通過了《聯合國氣候變化框架公約》，規定發達國家采取有效措施限制溫室氣體的排放，同時向發展中國家提供技術和資金支持。1997年12月，在日本京都通過了《京都議定書》，發達國家從2005年開始承擔減少碳排放量的義務，而發展中國家則從2012年開始承擔減排義務。我國1998年5月簽署并在2002年8月核準了該議定書。目前，全世界已經有142個國家和地區簽署了該議定書，為了人類免受氣候變暖的威脅而努力。
3低碳經濟
中國只有走低碳經濟道路才能促進經濟社會的可持續發展，也是建設資源節約型、環境友好型以及節能減排型的社會的必然要求。同時有助于我國樹立負責任大國的國家形象，還可以為子孫后代創造更大的生存空間。在保持我國國民經濟健康發展，人民生活水平不斷提高的前提下，我們科學合理的減少碳排放，追求綠色GDP，走低能耗、低污染、低排放的低碳經濟道路。下圖為1975年至2010年我國GDP總能耗和萬元GDP能耗走勢圖。隨著我國政府和人民日益對低碳經濟的重視，我國萬元GDP能耗有了顯著下降，然而近幾年隨之GDP的兩位數增長，總能耗也隨之增長，我們的碳排放總量也在不斷增長，給生存環境造成了巨大壓力。我們只有探索新的經濟增長模式，探索新科技才能從根本上扭轉這種局面。我國能源結構是以煤炭為主的，占我國能源結構68.7%。中國電力結構中，火力發電占77%發電量，也是我國碳排放的主要來源之一。這種情況迫使我們必須尋找新能源代替以煤炭為主的火力發電，開發清潔能源，有效控制緩解碳排放。粗放的工業技術是降低碳排放的最大瓶頸。我國鋼鐵、水泥和建材產量全世界第一，但是這些行業的能源消耗量占總能源消耗量六成以上。在滿足國民經濟發展的同時，必須依靠先進的技術降低產品能耗，促進企業向低碳環保型轉變。對低碳經濟的工業企業進行有效的財政補貼。構建低碳生產生活試驗區，探索低碳生產生活模式，并向全國推廣。低碳經濟需要在高度發達的東部地區試點，淘汰更新一些高污染、高能耗、高排放的企業，引進先進的低碳技術調節產業結構，讓廣大人民感受到低碳經濟給社會帶來的益處。大力宣傳推廣公民節能環保意識，學做一個負責任的大國公民。大力開展植樹造林項目，森林對氣候有調節作用，可以通過光合作用吸收空氣中的二氧化碳氣體，形成碳匯集。森林每生長1立方米蓄積量，平均能吸收1.83噸二氧化碳，釋放1.62噸氧氣。據國際能源機構測算，用木結構代替鋼筋混凝土結構，單位能耗可從800降到100[3]。大力發展可再生能源，優先發展風力和太陽能作為可再生資源，可再生能源占能源消費總量的比例將從目前的10％大幅增加2020年的15％。積極推進核電建設與科學發展替代能源。
第4篇：碳循環的主要形式范文
一、相似概念，舉例辨析
描述生物群體的概念有“種群”、“群落”、“生態系統”、“生物圈”，如何有效區分不混淆？我們可以嘗試以下步驟，首先將這些概念按照描述對象從小到大的順序排列出來：種群―群落―生態系統―生物圈，然后引導學生舉例進行辨析，如一個池塘里所有的鯉魚屬于一個種群，池塘里所有的生物屬于群落，一個池塘就是一個生態系統，而全球所有的生態系統就構成生物圈.通過舉例辨析，學生能了解生態系統就是由生物群落和無機環境共同組成的一個系統，這只是一個表觀認識，我們還需要在此基礎上進一步深入.
二、構建概念模型，逐步深入
生態系統的類型有草原生態系統、森林生態系統、濕地生態系統、海洋生態系統、農田生態系統等等，這些生態系統里的生物和環境、生物和生物之間并不是互不影響的，它們之間相互作用，相互影響，構成了一個統一的整體.我們可將學生嘗試分成多組，讓每組以不同的生態系統為例，以概念圖模型的方式畫出生物之間及生物與環境之間的關系.為防止學生畫圖時不能確定方向，教師應提出以下要求：①因各生態系統里的生物種類眾多，只要寫出各種類型的代表生物即可；②物質和能量是生命活動存在的最基本條件，要求畫出每種生物的物質和能量來源；③生物和其生存的環境是不可分割的統一整體，要求圖中體現出生物與環境中的關系.
對于各小組完成的概念圖模型，可通過設計問題組來進行概念的深入，第一組：①生態系統包括哪些成分？②生態系統中哪些成分是必不可少的？③捕食鏈包含生態系統中的哪些成分？通過第一組的問題學生會了解生態系統包含非生物的物質和能量、生產者、消費者、分解者四大成分，其中生產者能把無機物合成有機物，為其他生物提供了物質和能量，分解者能把有機物分解成無機物，可見，如果沒有生產者和分解者，生態系統的物質循環功能將停止，生態系統就會崩潰.捕食鏈是食物鏈的常見類型，由生產者和消費者組成.食物鏈和食物網是生態系統的營養結構，是生態系統物質循環和能量流動的渠道.第二組問題串：①生產者所需要的物質和能量來自哪里？②流經生態系統的總能量是什么？③能量在生物之間傳遞的形式是什么？傳遞效率是100%嗎？④生態系統的物質循環具有什么特點？⑤生態系統的物質循環和能量流動可單獨進行嗎？⑥生態系統中存在信息傳遞嗎？通過此組問題，主要是讓學生掌握生態系統的物質循環和能量流動是同時進行、不可分割的，能量主要通過生產者的光合作用輸入群落，并以化學能的形成隨有機物在營養級之間傳遞，但每種生物都會通過呼吸作用散失部分能量，這樣能量流動具有單向傳遞、逐級遞減的特點；物質循環中的物質是指組成生物體的各種化學元素，可通過碳循環的例子簡要說明物質循環具有循環利用、全球性的特點.另外，生態系統中的信息傳遞可發生在生物與環境之間、生物與生物之間，它能決定能量流動和物質循環的方向和狀態.第三組問題串：①生態系統是一個靜止的封閉系統嗎？②不同的生態系統的穩定性相同嗎？與什么有關？③嘗試構建生態系統概念的通用模型.第三組問題旨在讓學生了解生態系統是一個開放的保持動態平衡的系統，生態系統的開放性決定了系統的動態和變化，開放給生態系統提供了可持續發展的可能性.最后將各組繪制的模型整合成生態系統概念的通用模型，在通用模型里包含了生態系統的四大成分，展示了生態系統是生物群落與環境之間通過物質循環、能量流動、信息傳遞所形成的統一的整體.
第5篇：碳循環的主要形式范文
論文關鍵詞 循環經濟 法制建設 經濟增長模式
循環經濟是符合可持續發展理念的一種經濟增長的模式。循環經濟發展法制建設，是我國經濟發展的必要保障。如果說國家在發展循環經濟的過程中，沒有相關的法律法規予以規范和制約，那么循環經濟的發展就猶如水中月、鏡中花。強化循環經濟法制建設，涉及每一個公民的衣食住行，是轉變經濟發展方式，調整產業結構的必要途徑，關系到我國社會主義現代化建設進程，是實現中華民族偉大復興的必然選擇。隨著經濟發展，我國建設法治國家的步伐加快，依法治國理念日益深入人心，經濟發展與環境保護、追求當前利益與長遠利益的矛盾日益突出，這給我國環境保護方面的法制建設提出了新的要求。本文擬從我國循環經濟發展法制建設的現狀入手，分析原因，并提出相關對策。
一、循環經濟的涵義
1970年，A.克尼斯等人基于生態系統的危機，即物質代謝結構的崩潰而撰文提出了“物質循環分析論”，認為人類的經濟活動應當包括資源、能源的投入生產加工分配流通最終消費排放廢棄物的全過程，這是首次在經濟學理論中提出經濟循環與物質循環相適應的思想。
以物質循環分析論為基礎，物質循環全過程管理理念逐漸形成，即對物質從生產直至廢棄各個階段實施全過程管理的過程，除了回收、再生循環和再商品化外，還必須促進和管理全社會的物質循環，體現了循環經濟的內涵和外延。
二、我國循環經濟法制建設現狀及問題
在改革開放初期，我國開始建設中國特色的環境保護法律體系。到目前為止，我國已出臺十余部環境保護法律，包括《環境保護法》、《礦產資源法》、《節約資源法》、《水法》、《清潔生產促進法》、《水土保持法》等。在《清潔生產促進法》中首次提到“循環經濟”，這在我國循環經濟發展歷程中是一次嘗試。《固體廢物污染環境防治法》中規定了國家對固體廢棄物污染的防治的內容，該法中的這項規定充分體現了實施減量化的基本理念，為固體廢物的處理提出了法律依據。而《循環經濟促進法》為循環經濟發展創造了基本的法律構架，但是我國并沒有相關的行政法規對循環經濟做出規定，只以有《報廢汽車回收管理辦法》、《水污染防治法實施細則》、《退耕還林》細則中有所規定。
下面從我國法律體系方面具體分析存在的問題：
第一，我國法律規定不夠完善，有許多領域法律沒有涉及，而在一些領域又存在規定上的重疊，給執法者帶來許多麻煩，同時也不利于普及法律知識，例如我國環境保護法并沒有對循環經濟做出明確的規定，一些污染物存在跨行業的特性，對于這些特殊的物質，沒有法律明確規定。
第二，立法過度集中在工業領域而忽視農業方面的立法，第三產業更是少之又少，同時工業立法因缺少相應配套措施也變得舉步維艱，可反映出在產業結構的調整并沒有在立法上給一、三產業相應的重視。
第三，環境立法存在的效力較低的固有問題，常常流于表面形式，沒有相應的配套措施，提倡和口號比較多，沒有規定權利和義務，因此在現實生活中實現的可能性較小。
第四，建設主體規定的并不明確，法律只規定政府部門的公開信息義務，對于企業及其他主體沒有明確規定，造成具體執行不暢。
第五，對生產責任延伸方面沒有相關的監管保障，在發展循環經濟的下，建立的生產者責任延伸制度，在責任主體上規定了生產者不僅對本企業的產品負責，企業有對產品進行回收和清除的責任，看似完備的制度設計其實缺乏相關法律責任的規定和政府的執行監督文件。
三、我國循環經濟法的基本原則和對策
（一）循環經濟法的基本原則
確立循環經濟法律原則，在促進經濟發展的過程中，使國家、企業時刻保持正確的方向，明確保護環境的義務和責任，更加注重發揮政策的引導作用，同時強調清潔生產和提高資源利用率和廢物合理排放的重要性。
1.預防原則
預防原則，是針對粗放型經濟發展模式造成環境破壞提出的，環境污染、生態破壞、資源短缺已成為我國乃至世界各國面臨的突出環境問題，亟待尋求合適途徑解決。環境污染包括水污染、大氣污染、土壤污染等，嚴重威脅人類生命健康及各種生物的生存環境的安全，不利于實現人類及經濟社會的可持續發展。
從源頭上分析、解決環境問題產生的原因，是落實預防原則的根本，特別要注意減少二氧化碳的排放，針對汽車尾氣和燃放煙花爆竹、工業生產排放的廢氣也要格外關注，通過制定限制排放量等具體的措施，運用相關的獎懲機制，鼓勵公民和企業為保護環境做出一份貢獻，同時更是造福人類和實現人類永續發展的必然選擇。
2.公眾參與原則
公眾參與原則，是實現政府管理與公眾參與相結合，充分發揮群眾的力量，廣泛凝聚群眾智慧，實現經濟社會可持續發展的必然要求。在低碳循環經濟領域只依靠政府力量力量是單薄的，效果是不顯著的，通過政府制定政策辦法指示，并在企業許可、監督管理等方面發揮引導作用，提高公民對參與低碳循環經濟的積極性，往往能起到事半功倍的效果。歐洲國家經歷了第一次和第二次工業革命，工業生產的滯后性，使歐洲各國在上世界中期都不同程度地出現了環境問題。歐盟各國在經濟政治地理文化等方面存在各種相似，在解決環境問題的過程中，各國協同合作，特別注意發揮群眾的積極性，要提高群眾的環保意識，通過公益廣告、志愿者講解等宣傳模式形成良好的氛圍。
3.“3R”原則
3R原則即再利用、再循環、減量化的簡稱，是面對我國正處在經濟高速發展，資源總量急劇減少，人口增長與資源消耗矛盾突出的現狀應堅決貫徹的原則。我國人均資源嚴重不足，同時資源的利用率相對低下，能耗太高，污染物排放量超過環境的承載能力，由此產生的環境與資源問題成為循環經濟發展的瓶頸。再利用即面對資源利用率低、資源浪費、為解決資源短缺與資源不能滿足人類經濟發展和人類生存的問題而提出的。要實現再利用，首先要政府加大科技投入，研發開采資源和利用資源的先進設備，同時要求不斷提高各類社會主體節約資源的意識，堅持走綠色低碳循環的發展道路。再循環，是與資源的再利用一脈相承的原則，通過對剩余資源和廢物的再利用延長產業鏈，提高資源的利用率，既能克服廢物排放的難題，又可以增加經濟總量，是一種一舉兩得的措施。減量化，是指通過減少排放實現環境可持續發展的措施，通過企業清潔生產，特別注意生產流程的低碳化和無污染，減少廢氣廢水廢物的排放。
4.分擔責任原則
循環經濟責任原則是指作為社會主體的國家、企事業單位、社會團體和公民對環境應盡的義務以及破壞環境承擔的社會責任。嚴格區分不同主體的責任，使環境保護落到實處，如政府主要發揮引導和監督作用；企業要更加注重清潔生產和減少排放；公民培養從小處著手，從點滴做起的意識，要按照有關規定對生活垃圾進行排放，堅持綠色消費和低碳生活模式。通過各方努力，使環境保護保護有章可循，有法可依，有條不紊地推進。循環經濟責任原則就是更加明確了各個主體在環境資源的開發利用保護改善以及管理過程中的責任，使國家、政府、企業和公民共同配合，形成密切聯系的整體。通過確立政府、企業和公民在資源綜合利用、廢料回收再利用、清潔生產、生態保護、綠色消費等方面的權利、義務，最大限度地實現環境資源分配方面的公平與正義，實現經濟社會的永續發展。
（二）循環經濟法的基本對策
我國循環經濟起步較晚，發展比較緩慢，本身缺乏經驗可循，并且面臨技術、人員、管理、資金等諸多難題。因此，在法律法規和制度方面有較大空間可待提高。
首先，要進一步完善法律法規。隨著經濟發展，法律往往顯示出其滯后性和保守性，必須通過建立完善的法律體系和政策，將保護環境的各項要求落實到實處，使百姓和社會享受到循環經濟的好處，比如在修訂的《反不正當競爭法》加入保護環境的具體規定，作為約束競爭主體的一項準則，同時，其它法律中也要更加明確主體的權利和義務，特別是關于垃圾處理和廢物利用等具體環節缺乏具體規定，在執行過程中難免存在各種問題，因此要從法律的角度給予充分的重視。
第6篇：碳循環的主要形式范文
目前常用的穩定碳同位素測定方法有：質譜法、核磁共振法和光譜法，其中質譜法是穩定同位素分析中最通用、最精確的方法。穩定同位素質譜分析法是先使樣品中的分子或原子電離，形成各同位素的相似離子，然后在電場、磁場的作用下，使不同質量與電荷之比的離子流分開進行檢測。穩定同位素質譜儀不僅能用于氣體，也可用于固體的研究，能用于幾乎所有元素的穩定同位素分析。近年來，隨著生物地球化學元素循環研究的發展，借助同位素質譜（EA－IRMS），多用途氣體制備及導入裝置－同位素質譜（GasBenchII－IRMS）及痕量氣體預濃縮裝置－同位素質譜（PreCon－IRMS）聯用技術的興起，碳穩定同位素的研究有了更快的發展。穩定同位素質譜儀測定同位素比率大致分3個步驟（見圖2）：（1）樣品的收集、制備和前處理；（2）將材料轉化成具有所測元素的純氣體，（3）進入質譜儀檢測。
一般樣品通過前處理后，同位素質譜聯用裝置可以完成后續的氣體轉化和測定。通常，穩定同位素質譜儀在計算機輔助下直接給出同位素比值，更先進的儀器已可以進行自動化分析，如美國熱電公司的Thermosci－entificMAT253，德國元素公司的Isoprime100穩定同位素質譜儀等。植物和土壤等固體樣品，在進行同位素質譜分析之前必須進行干燥、粉碎、稱量等處理。如果采集的土壤樣品中含有無機碳，在干燥前應該進行酸處理。制備好的樣品稱量后通過固體自動進樣器送入到元素分析儀－同位素質譜（EA－IRMS）進行碳氮同位素測定。測定土壤樣品中碳酸鹽δ13C的樣品稱量后放入樣品管，置于GasBenchII儀的恒溫樣品盤中通過酸泵滴加100％磷酸，生成的CO2氣體通過氣體自動進樣器送到同位素質譜進行碳同位素測定。
液體樣品包括土壤DOC和微生物生物量碳（MBC）等浸提液在進行同位素質譜分析之前要進行分離轉化、冷凍干燥等前處理。其中土壤DOC和微生物MBC按照參考文獻方法用0．05mol／LK2SO4溶液提取，浸提液經冷凍離心濃縮或者凍干機干燥獲得的粉末稱量后通過固體自動進樣器送入到元素分析儀－同位素質譜（EA－IRMS）進行碳氮同位素測定。氣體樣品包括空氣和培養富集氣體，用已抽真空的頂空樣品瓶采集，其中CO2氣樣需采集20～30mL，樣品中的碳同位素比值可直接通過多用途氣體制備及導入裝置－同位素質譜聯用儀（GasbenchII－MS）測定。對于空氣中的CH4需采集100～150mL，樣品中的C同位素比值可通過帶有全自動氣體預濃縮裝置－同位素質譜聯用儀（如，美國熱電公司的PreCon－IRMS）測定。
二、穩定同位素技術應用
土壤是地球表層最為重要的碳庫也是溫室氣體的源或匯，但對關鍵過程及其源或匯的研究卻十分有限。隨著全球變化趨勢的日趨明顯，農田生態系統在碳素的吸收、轉移、貯存和釋放過程中所起的作用越來越受到人們的關注。農田土壤碳的動態變化和循環特征及其微生物驅動機理研究，成為當今生態學、生物地球化學和環境科學研究的共同熱點。
1.穩定同位素技術與Keeling曲線法
土壤呼吸是農田土壤碳循環的重要組成部分，也是其排放CO2到大氣中的主要途徑。土壤呼吸以根系呼吸和土壤微生物呼吸為主。利用微氣象法能夠測定生態系統CO2通量，但是不能精確量化和區分根系呼吸和土壤微生物呼吸作用。應用穩定碳同位素技術，通過脈沖標記法（13C－CO2標記示蹤）和持續標記法（自然豐度或FACE），造成根呼吸和土壤微生物呼吸CO2碳同位素組成的差異，然后分別測定土壤總呼吸、土壤微生物呼吸和根呼吸的δ13C值，追蹤土壤呼吸的來源，并根據碳同位素質量守恒原理即可區分根系呼吸和土壤微生物呼吸，定量土壤呼吸中根系呼吸和土壤微生物呼吸的比例。目前用于測定土壤呼吸CO2碳同位素組成的取樣方法包括靜態箱（KeelingPlot）法、靜態箱平衡狀態法和動態箱連接紅外分析儀法等，其中靜態箱法相對比較成熟，而且成本低廉。Buchmann和Ehleringer采用靜態箱研究了冠層尺度C3（紫花苜蓿）和C4（玉米）作物光合作用和土壤呼吸通量及其δ13C同位素組成變化規律，通過土壤有機碳及土壤呼吸的δ13C同位素組成差異，區分了輪作系統土壤呼吸及作物光合作用對凈通量的貢獻。隨著靜態箱方法經過不斷的修改和完善，通過Keeling曲線法測得的農田生態系統呼吸釋放CO2的碳同位素組成（δ13C）能夠反映作物土壤根系和微生物呼吸釋放CO2的δ13C同位素組成，以較好地理解生態系統的同位素鑒別。
2.土壤有機碳來源及其周轉規律研究
2.1C3／C4植物變遷自然豐度法
碳、氮、氧、氫這些輕元素在自然環境中的循環和周轉過程中，其同位素比值間的差異較大，同位素分餾效應比較明顯，利用13C／12C、15N／14N、18O／16O和D／H同位素豐度比的變異攜帶有環境因素的信息，具有原位標記特性。通過測定土壤或者植物中δ13C，可以研究植物－土壤生態系統碳來源及其周轉規律。穩定碳同位素比值（δ13C）分析方法在土壤有機質分解程度評估、土壤有機質來源探討、C3／C4植被變化歷史研究等領域中得到日益廣泛的應用。由于不同植物類型具有不同的δ13C值，C3植物δ13C的變化范圍為－9‰～－17‰。；C4植物δ13C的變化范圍為－10‰～－22‰，當C3植物被C4植物所取代時就會導致土壤有機質δ13C值的改變。因此，可以通過土壤有機碳δ13C值相對于參考土壤（未改變種植作物的土壤）的變化來探討土壤有機碳的周轉速度，及不同C3和C4植物來源碳占土壤碳庫各組分及氣體CO2中的比例。Balesdent和Mariotti最早通過C3和C4植物類型的變遷來研究土壤碳庫各組分的穩定性及周轉規律，研究發現，長期耕種小麥（C3作物）的農田土壤在連續13年種植玉米（C4作物）后，22％的土壤有機碳獲得了更新，而且不同粒徑土壤有機碳的周轉速率不同，其中＞50μm和＜2μm團聚體中含有更多的新碳，而粘粒中土壤有機碳的更新速度最慢。
Dignac等通過C3和C4植物類型變遷長期定位試驗，采用銅氧化法結合穩定同位素質譜分析技術進一步研究了植物根系殘留物（木質素）的穩定性及其對土壤有機碳庫的貢獻，結果發現，連續9年種植玉米（C4作物）對土壤有機碳含量、木質素及其生物降解程度（分解和周轉）雖未產生顯著影響，但其碳同位素組成發生了顯著變化，其中有機碳中9％而木質素有47％來源于玉米（C4作物），木質素大分子的周轉速率較土壤有機碳庫更快。作為土壤碳庫中的活性組分，MBC的穩定性和周轉速率也可以通過土壤碳自然豐度δ13C值的變化進行研究。Blagodatskaya等通過54d室內培養實驗研究了C3和C4植物類型的變遷后各碳組分的周轉速率、新老碳對土壤有機碳（SOC）、微生物碳（MBC）和CO2氣體的貢獻以及微生物在碳分餾過程中的作用。研究結果發現，土壤SOC及MBC的周轉時間分別為16．8年和29～30d，而且隨著種植年限的增加，周轉時間將會延長。新老碳庫對SOC、MBC和CO2氣體的貢獻不同，其中MBC中20％碳來源于老碳（C3），CO2氣體中60％來源于老碳（C3），由于微生物對土壤老碳的偏好利用，土壤中SOC中新碳貢獻將逐年增加。13C自然豐度法靈敏度和分辨率較低，而且C3／C4植物更替，限制了應用。
2.2穩定碳同位素示蹤法
碳的穩定同位素（13C）示蹤技術能有效地闡明地下碳動態變化和土壤碳儲量的微小遷移與轉換，以及定量化評價新老土壤有機碳對碳儲量的相對貢獻。利用13C標記秸稈研究作物秸稈、殘茬或作物根系在土壤中的分解動態或對土壤有機質的貢獻，可為闡明土壤碳轉化過程及土壤肥力演變過程提供新的技術支撐。以植物殘體形式輸入的作物光合碳對土壤有機碳庫的貢獻及轉化規律已有大量的研究。竇森等在室內培養條件下，研究了添加13C玉米秸稈后，土壤有機碳庫中胡敏酸和富里酸含量隨時間的動態變化，發現在培養期間內，原有土壤有機碳較新形成的有機質的分解速度慢；同時也證明該方法用于研究短期培養條件下新加入有機質在土壤中的分解動力學是可行的。
隨著同位素技術的發展和應用，研究者開始了對生育期內植物—土壤體系中碳分配的量化研究，定量化評價根際沉積對土壤碳儲量的相對貢獻。比如，Li－ang等通過13C穩定同位素培養試驗研究了玉米根際沉積碳在土壤碳庫中的分配，認為水溶性有機碳（DOC）和MBC是“新碳”的主要去向。而Yevdokimov等的研究表明燕麥根際沉積碳的主要去向為MBC、呼吸碳和SOC，而土壤DOC并不主要來源于“新碳”。何敏毅等應用13C示蹤技術研究表明，玉米在其生育期內輸入到地下的總碳量為4．6t•hm－2，其中42％存在于根系中，7％轉化為土壤有機碳，剩下的41％通過根際呼吸進入大氣。不同研究結果的差異可能由于不同學者采用的研究方法、作物及土壤類型不同造成。
3.穩定同位素探針技術（SIP）
農田系統是半開放的人工系統，進入土壤的新鮮有機物質包括自然歸還的植物殘體和根系分泌物、人為歸還的有機肥等，而系統碳輸入是影響土壤有機碳動態的最主要因素之一。土壤微生物是土壤有機質、土壤養分轉化和循環的動力，是土壤有機質轉化的執行者。外源有機質（“新碳”）進入礦質土壤基質后，發生由微生物介導的物理–化學–微生物的轉化過程。“新碳”輸入土壤，經土壤微生物作用轉化為有機質，影響土壤有機碳含量及其組分的變化，或轉化為CO2和CH4等氣體返回大氣。應用同位素示蹤技術結合微生物分子生物學技術（PLFA／DNA／RNA－SIP）能夠定量化“新碳”在土壤碳庫中的轉化動態及其對土壤碳儲量的相對貢獻，闡明微生物種群結構與“新碳”轉化及穩定性之間的關系。Lu等用13CO2對水稻進行脈沖標記，通過13C－PLFA圖譜分析發現，不同根際微生物對植物光合作用產物有不同的吸收特征，證明了水稻根際微生物種群與植物光合作用密切相關。進一步對土壤13C－DNA進行分析，發現水稻ClusterIArchaea類群的核糖體RNA中含有13C，表明此類細菌可能在由植物碳源產生甲烷的過程中起重要作用，對全球氣候變化具有重要影響。
Bastian等定量研究了土壤外源添加小麥秸稈后，參與秸稈分解過程的（共168d，8個時間點）微生物種群結構動態變化，結果發現在秸稈降解的前期（14～28d）和后期（28～168d）細菌和真菌群落結構差異明顯，這主要是秸稈降解過程中養分由豐富向貧瘠轉化誘導的微生物r選擇和k選擇的結果。另外，農田土壤除作物光合碳根際輸入外，還存在大量的光合自養微生物，通過卡爾文循環固定大氣CO2合成有機物，并轉化為土壤有機碳，對農田土壤有機碳累積的貢獻不可忽視。而農田土壤中參與了“新碳”的輸入、分配與轉化的主要微生物種群，及其與“新碳”轉化的相互關系如何，有待進一步研究。SIP能夠將功能和種群分類聯系起來，在微生物生態學研究中有著巨大的應用潛力，隨著可用底物種類的增加（N、H），SIP技術將有可能鑒定出更多在碳、氮及其他元素循環中發揮重要作用的微生物。
三、展望
穩定碳同位素技術已在土壤有機質的轉化、土壤中碳素的來源及其影響因素等方面得到了較廣泛的應用。然而，我國農田土壤碳同位素研究大多集中于對C3和C4植物碳同位素、土壤CO2和土壤有機碳的同位素組成的測定與分析，對于農田土壤管理方式以及土壤質地、溫度等環境條件對土壤碳周轉過程的影響機理研究還很少。另外，土壤微生物是土壤有機質和土壤養分轉化和循環的動力，是土壤有機質轉化的執行者，但有關微生物種群結構和數量與農田土壤碳轉化及穩定性之間的關系尚知之甚少。因此，有以下幾方面的問題有待進一步的研究：
（1）利用13C自然豐度法和示蹤技術相結合，定量土壤有機碳的周轉速度，確定土壤有機碳的來源，深入研究不同農田管理方式對農田土壤碳素累積和轉化的影響；
（2）分析土壤13C有機碳富集的基本機制、闡明土壤13C豐度與植被類型、土壤溫度、質地之間的關系，進一步評價不同農田生態系統碳貯存潛力；
第7篇：碳循環的主要形式范文
內蒙古大興安嶺林區擁有強大的碳匯優勢，森林與濕地固碳能力強。全林區森林覆蓋率76．55%，森林面積0．08億hm2、森林活立木蓄積8．87億m3，全林區濕地面積120多萬hm2，因此，固碳能力巨大;并且由于天然林保護工程的有效實施，森林面積和蓄積持續增長，使得林區固碳能力在不斷地提高;加之我國陸續推出了《中國綠色碳基金碳匯項目管理暫行辦法》、《中國綠色碳基金碳匯項目造林技術暫行規定》等政策措施，為林區建立碳匯交易市場提供了必備的政策與技術條件。目前，碳排放交易在全國已經起步，為此，應加強林區森林生態系統碳循環的研究，獲取相關的權威機構認可并且可核證的森林與濕地生態系統的碳匯數據，盡早摸清家底，同時，利用國家出臺的政策，制定增加碳匯的具體辦法，成立專門機構研究此項工作，包括基礎研究和政策研究，逐步建立碳匯基金，碳匯評估機構和交易平臺，制定一套與國際接軌、切實可行的交易規則，建立林區碳匯產業并且引導其健康發展，以此，使林區獲取新的經濟增長點和發展空間。
2開發好林區水資源優勢
林區有著豐富的淡水資源，據有關資料記載每年約161121m3的淡水流向大海，合理開發利用淡水資源將給林區帶來就業機會和經濟效益。一是圍壩建庫進行淡水養殖和發電;二是充分利用林區天然純凈水、礦泉水資源，建立規模化加工生產基地，不斷加大宣傳力度和競爭力，將林區生產的天然飲用水推向國內外市場。
3搞好林區礦產資源開發
聘請國內知名專家，進一步探明林區礦產儲備。積極招商引資，規模建礦開采，利用林區巨大的森林碳匯優勢，讓外方出錢買排放，林區提供“可核證的排放減量”，在不破壞生態環境的前提下有序地開發林區礦產資源。
4科學合理開采、利用野生經濟植物資源
林區野生經濟植物資源豐富，種類繁多，分布集中，資源蘊藏量巨大。目前，以個人零散形式進行野果、山野菜、中草藥采集，近乎掠奪性采摘，資源浪費嚴重。應出臺相應政策，加強管理，建立入山采摘許可制度，有組織開采。建立主要林下資源精深加工綜合生產基地，統一收購等，形成采集、收購、儲運、生產及銷售規模化、產業化。加工、生產出特色系列產品，開拓銷售渠道，強化宣傳，為林區人民提供更多的就業機會，推動林區經濟快速發展。一是分析市場，針對林區可采野生經濟植物資源現狀，確立林區深加工產業的開發目標，集中建立有長期發展潛力的深加工產業。以現代企業管理模式來提升野生經濟植物資源的利用價值。二是林區野生經濟植物資源豐富，合理開發野生植物資源，具有重要社會、經濟意義。林區今后要在野生經濟植物資源開發利用上加大力度。在保護“生態平衡”的基礎上，建立以野果資源加工為主的綜合加工廠。加大林下資源的有效管理，要有專業技術人員指導，遵循“適時采摘、合理開發”原則，建立入山采摘許可制度。保障產品產量及質量。利用林區豐富的林副產品和野生植物資源優勢，發展食用，藥用等高價值產品，形成林區規模化經濟。
5發展森林生態旅游，著力打造林區旅游業品牌
第8篇：碳循環的主要形式范文
關鍵詞：高考復習；生物課教學；方法策略
中圖分類號：G630 文獻標識碼：A 文章編號：1003-2851（2012）-10-0180-01
一、復習計劃與方法策略制定的依據
根據對近年來《教學大綱》和理科綜合《考試說明》的學習與分析，以及對各省市生物學高考試題的研討，把握生物學高考命題思路——“遵綱不循本”，即知識點的考查遵循“雙綱”的規定和不超出課本知識的范圍，而能力水平的考查可以超出課本知識具體體現的層次水平。由此可知，《教學大綱》和理科綜合《考試說明》生物部分是高中生物高考復習計劃與方法策略制定最主要的依據。認真分析近年的生物學高考試卷既有助于把握復習備考的方向，又有利于收集高考訓練的基本素材，揭示生物學高考命題的新走勢，有助于我們發現教學和復習過程存在的薄弱環節，及時地調整復習計劃和方法策略。
二、復習計劃安排
第一輪：以教材為主，強化基礎知識。按照考綱知識框架安排順序，以基礎知識、基本方法的復習為主線，以夯實基礎為目的，主要是解決知識點問題。復習時應該和老師的步伐保持一致，進行逐章逐節地細致復習。
第二輪：專題復習階段的時間安排在2月到3月初，該階段的復習任務是加強學科內綜合，使知識系統化和形成命題網絡（即知識塊）。這個階段的復習實際上是在分章復習和夯實基礎的前提下引導學生從新的維度對知識進行歸類和重新組合，從而達到熟練掌握知識的程度。為確保任務按時完成，我們可以確定一般每周一個專題的復習進度，大一點的專題可在兩周左右完成，對于一輪中遺留的問題，在哪一個專題中，要對這塊知識進行突擊強化，徹底完善知識網絡體系，不留漏洞。另外，3月份新考綱已出臺，要進行一些適當的調整，同時對照考綱，將復習重點向重點章節、缺陷章節傾斜。
第三輪：加強高考的實戰訓練，同時要注意回歸課本，查漏補缺，既要注重高考的重點難點，也不能忽視高考的冷點；研究和領會各地名校模擬試題的新思路與新趨向，在模擬考試中提升應試的經驗，增強應試的信心。由于進入高三后往往還要有很多考試安排，時間耽擱。因此可適當對復習時間進行調整。
三、復習學習方法
1.分類整理法。復習過程中，要學會概括知識要點，弄清各知識要點的來龍去脈。建立良好的知識結構，是提高學習能力的根本。結構化、網絡化，才能在解決問題時迅速地、有效地提取知識，當一條路走不通的情況下，能根據網絡結構找到其他的途徑，尤其對高考試題覆蓋面較廣的主干知識如新陳代謝、遺傳變異、生物與環境幾章應重點復習。形成知識網絡，有利于知識的存貯記憶，提取信息時便于搜索，應用時便于產生聯系，對全面回答問題有重要幫助。構建知識系統，是按知識屬性、知識間的有機聯系，對原有知識進行重組，形成個性化的知識體系，實現對知識的再認識。
2.典例分析法。對典例的剖析，不能流于形式，更不能等同于一般習題，要從多角度、多層次進行深入剖析，體現出典例的價值所在。如從題干信息給予方式、命題視角、命題與生物學理論的切入、潛在的演變方式、應用價值等角度進行分析，并對解題思路進行剖析和拓展。研究近十年全國各地高考試卷，吃透高考經典題，對高考經典題要做到“慢學制勝”，舍得花時間和精力，務求“吃透”，使同類問題規律化，零散知識網絡化，解題思路清晰化。對高考答案和評分標準更要細心加以揣摩、分析，一定要尋找出自己的答案與它的差距。這樣做有助于知識間的遷移與靈活運用，有助于能力的全面提升，特別是表達能力的提高。
3.比較復習法。在復習中，運用比較法進行知識的橫向和縱向比較。如病毒與原核細胞的比較，原核細胞和真核細胞的比較，高等植物細胞和動物細胞亞顯微結構的比較；三大營養物質的來源和去路的比較，三大營養物質均可來自食物，除蛋白質外，均可貯存，均可由其他物質部分轉化；碳循環、氮循環、硫循環的比較，比較它們進入生態系統的途徑、形式及回到無機自然界的途徑、形式；還有光合作用和呼吸作用的比較，三大遺傳規律的比較，各種育種方法的比較等等。
4.關注熱點。生物課程是基礎課程，有很強的實踐性，與我們的生活實際、生產實際和現代科學技術的發展都密切相關。注重考查知識的實用性，在很大程度上代表了今后高考試題的命題趨勢。復習中適當關注國內外發生的重大事件，關注身邊的事物，運用所學知識原理以及正確的思維方法，通過比較分析，評價各種現象，解決各種各樣的實際問題。此外總結歸納老師講課時處理這類問題的基本方法和思路，在平常的訓練中積累解決這類問題的經驗，是提高解決實際問題的有效途徑。
四、調整心態，培養素質
第9篇：碳循環的主要形式范文
1.1綠色建筑的環境效益分析
目前，對綠色建筑環境效益相關的研究并不是很多，主要近幾年才開始發展。李靜和田哲[6]通過構建綠色建筑全生命周期增量成本與效益模型，對綠色建筑節地、節能、節水、節材、室內、運營6個方面的增量成本與增量效益進行了研究；吳俊杰、馬秀琴等[7]通過計算住宅樓全年負荷和CO2減排量及協同效應，計算了天津中新生態城的經濟效益；劉秀杰[3]基于全壽命周期理論、結合外部理論對綠色建筑進行了全面的環境影響評價；楊婉等[8]結合工程實例，分析了節能改造技術的經濟和環境效益；曹申和董聰[9]分析了綠色建筑全生命周期各項成本和效益的內容和特點，定量計算了環境效益和社會效益。《綠色建筑評價標準》GB50378-2006[10]為在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源（節能、節地、節水、節材）、保護環境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。根據定義，綠色建筑的環境效益可以分為節能環境效益、節水環境效益、節地環境效益、節材環境效益和環境質量改善效益。根據綠色建筑效益形式的不同，環境效益又可分為CO2減排效益、健康效益、建材壽命延長效益。隨著我國經濟的快速發展，CO2的排放量必然還將增長[11]。聯合國環境規劃署調查報告顯示，如果不是實現CO2減排，每十年全球的氣溫平均將升高0.3℃，人類的生存和發展將受到嚴重的威脅。綠色建筑以“四節一環保”為目標，結合當今世界的主要環境問題，節能是重中之重，因此本文主要研究綠色建筑的節能環境效益。
1.2綠色建筑的節能環境效益分析
為應對全球氣候變化、資源能源短缺、生態環境惡化的挑戰，人類正在遵循碳循環的概念，以低碳為導向，發展循環經濟、建設低碳生態城市、推廣普及低碳綠色建筑。綠色建筑通過充分利用太陽能，采用節能的建筑圍護結構以及采暖和空調，減少采暖和空調的使用等措施來達到節能目的。綠色建筑的主要節能手段[12]如下：（1）護結構節能護結構是建筑節能設計最主要的內容，護結構節能措施是指從屋面、外墻、門窗等方面采取保溫隔熱有效措施。比如通過增大門窗面積來增加采光和通風面積，改善材料自身的保溫性和隔熱性以及提高門窗密閉性最終達到節能的效果。（2）智能化技術節能智能化技術節能是對空調機組、新風機組、冷凍機組以及照明設施等實行最優化的控制，以最大化地減少建筑的電能消耗。建筑能耗中，照明耗能所占比例較大，室內外照明系統應綜合考慮節能光源、燈具和附件，為了節省電能消耗，綠色建筑通常采用高效的新型節能燈具，公共區域的照明采用高效光源、高效燈具和延時或聲控開關，同時注意自然采光部位的節能措施。除節能燈具外，節能措施還包括設置節能電梯、暖通空調、室溫調節器、能量回收系統等高效節能設備和系統，也需要增量成本投資。暖通空調系統應控制設備的能效化比、管網系統的輸送效率。設置集中采暖或空調系統的建筑可以安裝新風系統對能量加以回收利用，能夠取得相對客觀的經濟效益和環境效益。（3）可再生能源節能可再生能源是指能夠重復產生的自然能源，包括太陽能、風能、水能、地熱能、海洋能、潮汐能、生物質能等，是一種符合可持續發展戰略的新型非燃料型能源系統。綠色建筑利用的可再生能源通常是太陽能和地熱能，是最易獲取的再生能源。
2蘇州市節能環境效益分析
2.1主要研究方法：市場價值法
市場價值法是按市場現行價格作為價格標準，據以確定自然資源價格的一種資源評估方法。它是比照與被評估對象相同或相似的資源市場價格來確定被評估資源價值的一種方法。本文主要通過比較綠色建筑和基準建筑的能耗，計算得到截至2012年底蘇州市綠色建筑節約的能耗量；然后將能耗轉換標準煤以及CO2排放當量；根據CO2市場價格來計算獲得的效益。通過這種方法既可以直觀看到綠色建筑節能導致的CO2減少量，這將減少溫室效應的程度；同時還能得到綠色建筑節能帶來的經濟效益。
2.2CO2交易價格
清潔發展機制（CDM）是京東議定書規定的3種靈活履約機制之一，發達國家與發展中國家實施的一種碳交易機制，也是目前中國唯一的碳交易機制，因此參考目前“清潔發展機制”CDM項目可用于交易的“核證的減排量”（CERs）參考合同價格[13-14]。由于本文研究的是2012年之前的環境效益，所以參考2012年劉秀杰[5]的論文，當年CO2的減排價值約為160元/t。
2.3基準建筑
《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005[1]中將20世紀80年代改革開放初期建造的公共建筑作為比較能耗的基礎，稱為“基準建筑”。
2.4數據處理
本文直接獲取的有用數據包括綠色建筑的申報建筑面積、建筑總能耗、節能率。申報建筑面積有85個有用數據，建筑總能耗有50個數據，節能率有56個數據（由于文章篇幅有限，在此不一一列出）。截止2012年底蘇州市85項綠色建筑總面積為285.075萬m2，具體如表2所示。數據整理后，總共有36組有用數據。經計算，綠色建筑單位面積能耗范圍為13.14kWh/m2a~154kWh/m2a，相應的基準建筑單位面積能耗范圍為37.38kWh/m2a~346.03kWh/m2a。它們在每段范圍的分布如圖5和圖6。其中單位面積能耗和基準建筑總能耗的數據可以通過公式（1）、（2）計算：單位面積能耗=建筑總能耗/申報建筑面積從圖中可以看到，不論是綠色建筑還是基準建筑，單位面積的建筑能耗分布不均勻，因此在本文中采取加權平均的方法獲得綠色建筑和基準建筑的平均單位面積能耗，具體的比例以及能耗見表3。根據表3，則綠色建筑和基準建筑的平均單位能耗分別為：綠色建筑平均單位面積能耗=ΣX·E=48.49kWh/m2a基準建筑平均單位面積能耗=ΣX·E=131.78kWh/m2a則蘇州市2012年底之前綠色建筑比基準建筑節約的總能耗為：（131.78-48.49）×285.075=2.37×108kWh/a相當于減少使用標煤2.9×104t，減少排放CO27.54×104t。根據2012年CO2的減排價值知道截止2012年底，蘇州市綠色建筑的環境效益為1.21億元。
3結論