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涨知识:土壤中的碳循环

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学社皮皮 发表于 2019-7-8 11:16 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
1. 地球上的碳分布情况4 K: s' W  {+ O6 s6 x3 V
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碳 ( Carbon ) 是构成生物的基本元素, 是一切有机物的核心。) Z5 r6 u$ ~/ w" D+ b2 s

) P- W1 W4 |4 f% ~9 X6 _碳以有机物或无机物的形态, 存在于大气、海洋、地壳、动植物之中,反复进行无机化与有机化,变化成各种物质,不断循环。
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1 T3 H  R$ `( q碳可能以二氧化碳 ( CO2 ) , 一氧化碳 ( CO ) , 甲烷 (CH4), 碳酸根 (CO₃2﹣), 碳酸氢根(HCO3-), 有机体, 化石燃料, 堆积物, 岩石等形态存在于自然界中.
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0 ]" u/ E7 q$ S- X- T据说以石灰质岩石的形态存在于地壳的碳量,是全地球最高的,共有 75,000,000 Pg  (P = Peta = 1x 10 15;  1 Pg = 10亿吨). 含碳量次高的是水系统(海洋、湖泊), 共有 36,000 Pg;  而大气中的含碳量只有 750 Pg.+ c8 v8 g5 s8 h* U9 S% V
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土壤中所含的碳, 有 2,400 Pg, 覆盖于地表上的植物所含的碳量是 550Pg。不过这样的量, 不过是古代动植物遗体所形成的化石燃料的十分之一。
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( d" Y% ]* a% n% b2 P" d. g* n全地球的碳循环
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1 Pg = 10亿吨1 s5 L& Z! W8 r3 Y

2 i) \7 J' z: w: V5 _2. 植物所吸收与排放的碳量" V2 \  _: L: U
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植物在一年间会从大气中吸收 110 Pg 的碳, 但是因为呼吸而排放出的量为 50 Pg。因此固定量为 60 Pg。然而落叶或残根等植物遗体回到土壤圈的量,也是 60 Pg。因此, 从整个地球的观点看, 通过植物生成与排放的碳量是处于平衡状态的。像植物这种碳收支平衡的状态,被称为 “碳中和 ( carbon neutral) ".  但实际上,碳的处理或移动,仍然需要消耗能量, 因此也不能算是完全达到平衡。7 j2 g# U. ~, J" T9 n  c! E
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3. 碳与全球变暖、酸雨+ J9 C' a1 w# M! t! {2 q: N% v
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全球变暖的原因之一,就是原本稳定存在于地底的化石燃料, 被当作能源燃烧后, 使得大气中的二氧化碳浓度上升。化石燃料所排放的二氧化碳量为每年 5.5 Pg,占所有植物固定量的十分之一。: k- r  u0 ^  Z8 w

) {& a- x! Z2 c, m大气中的二氧化碳会随着雨水回到地面。% k; r1 F; D5 [  W( f; a( C. ^; K

9 j& A" U8 B/ L5 T; K( P1 w大气中的二氧化碳溶解在雨水中时,因为碳酸根处于溶解平衡状态, pH值约为5.6。一旦雨水的pH值低于此数值, 其它的酸性物质便可能溶解在雨水中,而这种pH值低于5.6的雨,就是所谓的酸雨。2 @) G5 j! r! R4 C6 X! s  w# r: d

  m) t; q( L% l3 V4. 以土壤为中心的碳循环
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, r( l3 _9 `, L+ Y7 C. P+ A4 |1 r! |让我们来看看以土壤圈为中心的碳移动。
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植物会通过光合作用,固定空气中的二氧化碳。据研究, 平均一公顷的稻田,每年可以通过光合作用固定12吨的碳。8 x3 D8 j2 H+ Z3 [- P. U" {$ p' K
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大气中的二氧化碳被植物的光合作用固定后,可能直接在土壤中被分解, 或是被动物食用, 成为能源, 接着再次变成二氧化碳, 被排放至大气中。土壤中有种类极为繁多的小动物与微生物可以分解二氧化碳, 而一部分的二氧化碳则会变成碳酸根。另外,没有被分解的二氧化碳, 也会成为土壤的腐殖质,蓄积在土壤之中。
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以土壤为中心的碳循环0 ?5 H1 ^: D# O5 Z0 p( ~7 N

9 w/ G# E( d! i& H  r$ b) X( ?5. 旱田蓄积二氧化碳, 水田蓄积甲烷% M! E$ K& g5 @2 K5 H
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在旱田里,有机物会被分解为二氧化碳。但是在水田这种水分含量高,容易呈现厌氧状态的土壤里, 在分解有机物的过程中所产生的有机酸,可能不会变成二氧化碳,而成为甲烷。
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8 {" W* @( e' P7 w7 ~; X换言之,土壤中有机态碳的最终形态,可能是二氧化碳或者甲烷。4 j- U: R. B) C7 A1 }
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大部分的二氧化碳都被排放至空气中, 但有一部分则会形成碳酸根,蓄积在土壤里。碳存在于土壤中时,比以植物形态存在时还要不容易变化。根据计算,碳在植物体内的平均滞留时间约为10年, 在土壤中则约为50年。/ L1 [( I+ }  o! e1 l+ B. P) F1 S6 c
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