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森林生态系统在碳循环中的作用

摘要：

本文描述了碳循环及其过程以及森林生态系统的碳循环及其在全球碳循环
中的作用,说明了森林生态系统在碳循环中的作用主要取决于森林生态系统的生

物量、林产品、植物枯枝落叶和根系碎屑以及森林土壤。
关键字：

碳循环的过程森林生态系统森林生态系统在碳循环中的作用
一、碳循环

地球上有五个碳库，最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，但是这两
个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。还有三个碳库：大气圈

库、水圈库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换,容
量小而活跃，起着交换库的作用。碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在,
在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，在水圈中以多种形式存在，
在生物库中则存在着几百种被生物合成的有机物。根据生态学原理,一个系统
中的自然过程总是有利于系统的结构稳定和功能最大化,而非自然过程总是降低

或破坏生态系统的稳定性,增加系统的不确定性。显然,大量开采化石燃料以及开
采森林等活动都是非自然过程。这些活动导致了大气二氧化碳浓度的不断上升。
鉴于大气二氧化碳上升可能引起的严重生态后果,科学家对于全球碳循环进行了
广泛的研究。具体内容包括地球各部分(大气、海洋和森林等)碳储量估算,森林
生态系统与其它部分碳的交换量(流)的估算,以及人类干扰对各个库和流的影

响。在陆地生态系统中,森林是最大的有机碳的贮库,占整个陆地碳库的56%。因
此了解森林生态系统在碳循环中的作用,对于研究陆气系统的碳循环乃至全球碳
循环都是一个基础,具有重要的意义。
二、碳循环的过程

大气中的二氧化碳被陆地和海洋中的植物吸收,然后通过生物或地质
过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。绿色植物从空气中
获得二氧化碳，经过光合作用转化为葡萄糖，再综合成为植物体的碳化合
物，经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。植物和动物的呼吸作用

把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则构成生物
的机体或在机体内贮存。动、植物死后,残体中的碳,通过微生物的分解作
用也成为二氧化碳而最终排入大气。

一部分动、植物残体在被分解之前即被沉积物所掩埋而成为有机沉积
物。这些沉积物经过悠长的年代，在热能和压力作用下转变成矿物燃料，
当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时，其中的碳氧化成为二氧化碳排入
大气。人类燃烧矿物燃料以获得能量时，产生大量的二氧化碳。由于燃烧
矿物燃料以及其他工业活动，二氧化碳的生成量每年递增，使得大气中二

氧化碳浓度升高，这样就破坏了自然界原有的平衡。
植物通过光合作用从大气中吸收碳的速率，与通过动植物的呼吸和微
生物的分解作用将碳释放到大气中的速率大体相等,根据生态学原理,一个
系统中的自然过程总是有利于系统的结构稳定和功能最大化,而非自然过
程总是降低或破坏生态系统的稳定性,增加系统的不确定性。显然,大量开

采化石燃料以及开采森林等活动都是非自然过程，这些活动导致了大气二
氧化碳浓度的不断上升。
三、森林生态系统

森林是一种主要的植物群落类型，约占地球陆地面积的1/3(4.1×109hm2)。
森林生物量约占整个陆地生态系统生物量的90%,生产量约占陆地生态系统的
70%。森林生态系统也是一种主要的生态系统，在全球碳循环过程中起着重要的
作用。在自然状态下,森林进行光合同化二氧化碳,固定于生物量中,同时以根生物
量和枯落物碎屑形式补充土壤的碳量。在同化二氧化碳的同时,存在林木呼吸和

枯落物分解释放二氧化碳进入大气这一逆过程,同时固定于木质部分的二氧化碳
也会在一定的时间后腐烂或被烧掉,以二氧化碳的形式归还大气。因此,从很长的

时间尺度(103～104年)考察森林对大气二氧化碳浓度变化的作用,其影响是很小

的,只能是一个不很大的汇。但在短时间尺度(<3×102年)来考察,由于单位森林面
积中的碳储量很大,林下土壤中的碳储量更大,因而森林变化(人类干扰)就有可能

引起大气二氧化碳浓度大的波动。
森林生态系统是陆地中重要的碳汇和碳源,在这个系统中,植物首先通过光
合作用吸收生成有机质贮藏在体内,这是森林吸收碳素的过程，成为碳汇；
CO2

而后,通过植物自身的呼吸作用要释放出一部分碳素，同时以枯枝落叶、根屑等
形式把碳贮藏在土壤中,而土壤中的碳有一部分会被微生物和其它的异养生物通
过分解和呼吸释放到大气中，成为碳源。森林生态系统和大气之间的碳通量是森

林生长过程中固定的碳和干扰过程中释放碳之间的差值。在自然生长状态下，森
林生态系统的净生产量为正,是个碳汇。然而,由于人类活动的干扰和破坏,尤其是
对热带森林的乱伐或把其变为农业用地等行为就会使森林生态系统的净生产量
为负,从而成为碳源,这应该引起人类的关注,采取有效措