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第十章 土壤生态系统与全球气候变化

引言 第一节 土壤生态系统中环境气体的特点、产生和转移途径 第二节 影响环境气体排放的因素 第三节土壤生态系统环境气体排放的调控

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引言

大气化学组成影响太阳辐射和地球热辐射的传输、吸收和反射； 占大气99%的氮气和氧气既不吸收也不发射热量 大气中组分不足1%的水汽、二氧化碳和微量气体则吸收地球热辐射，确 保地球的热平衡。所有这些微量气体背称为温室气体。 与土壤生态系统关联的温室气体种类很多，由CO2、CO、CH4、N2O、 NOx、NH3、H2S 和有机硫等

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第一节 土壤生态系统中环境气体的特点、 产生和转移途径

一、土壤生态系统中碳氮储量 1、土壤生态系统中碳储量 全球碳库由三部分构成：大气中二氧化碳和甲烷、陆地生态系统中碳和海 洋中碳。海洋总量达39 000Gt、大气最少750Gt，陆地中光土壤生态系统 有2500Gt。 不同类型土壤有机碳含量差异：见表 不同地区土壤中有机碳含量差异：见表

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2、土壤生态系统中氮的储量

空气中的氮气不能背生物直接利用，必须转化微氨、亚硝酸态及硝酸态才 能为植物所吸收。 大气中氮被固定有三种方式： 自然界中的光电化学反应，如雷电作用将氮分子固定为硝酸； 人工合成氮肥； 生物固氮作用

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二、土壤中环境气体产生和氧化

1、甲烷产生和氧化 （1）甲烷产生机理： 甲烷是在厌氧条件下产甲烷菌作用于产甲烷基质的结果； 产甲烷反应的临界氧化还原电位为-150mV，并且产生甲烷量随氧化还原 电位降低而增加。 基质在产甲烷菌的作用下被转化为甲烷，目前已知途径有二： 一是专性矿质营养产甲烷菌的参与下，以H2作为电子供体还原CO2或直 接利用HCOOH和CO形成甲烷，反应式为：

CO2 + 4 H2

4 HCOOH CO + 2H2O

CH4 + 2H2O CH4 + 3 CO2 + 2H2O CH4 + 3 CO2

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二是在甲基营养产甲烷菌的参与下，对含有甲基的化合物进行脱甲基作用， 基质主要是乙酸，因为乙酸是有机物厌氧分解的主要中间产物，反应式 CH3COO— + 2H2O （2）甲烷氧化 土壤中甲烷的氧化既可以发生在非淹水土壤，例如林地、旱地、沙漠、雪 地等，也可发生在湿地，例如沼泽、水稻田等。前者主要氧化大气中的甲 烷，以降低大气中甲烷的浓度，后者主要氧化湿地的内源甲烷，以减少向 大气排放。 详细机理很复杂，略去 CH4 + 3 HCO3-

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N2O的产生

土壤中四条途径产生N2O：硝化作用、反硝化作用、硝态氮异化还原铵作 用和化学反硝化作用

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三、土壤中环境气体向大气转移的途径

土壤中产生的甲烷、二氧化碳和N2O主要通过三种途径进入大气：扩散、 气泡和植物传输，以甲烷为例说明： 1、气或液相扩散 土壤向大气层

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