碳循环的主要过程精选(九篇)

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第1篇：碳循环的主要过程范文

关键词：海洋溶解有机碳 循环

中图分类号：S153.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0165-02

碳作为构成生命的基本元素，是生物圈物质和能量循环的载体。工业革命以来，化石燃料燃烧、森林砍伐等人类活动向大气排放大量的“温室气体”CO2，已有的证据表明，全球变暖、海平面上升、冰川融化等一系列的环境问题可能均与大气CO2的升高有关。因此，全球碳循环日益受到科学家们的关注（图1）。

海洋约占地球表面积的71%，是地表最大的碳储库之一，通过海气交换过程直接调节大气中CO2的浓度。有研究表明，每年约30%的人为CO2被海洋吸收（Feely et al， 2004；Raven and Falkowski，1999），从而缓和了全球气候的变化，所以海洋碳循环一直是全球碳循环的焦点和热点。

溶解有机碳（Dissolved Organic Carbon， DOC）是海洋碳循环的重要组成部分，它构成了海洋中最重要的碳储库之一。海洋中DOC的储量达到685 Gt（1015 g），与大气中CO2的碳储量相当（Hansell and Calson， 1998）。DOC的生产与消耗过程发生微小的波动，都可能影响到海洋与大气间CO2的平衡。因此，了解DOC在海洋中产生、迁移、转化与去除的循环过程，已经成为海洋学家关注的热点和面临的挑战之一。（如图1）

随着DOC测定技术的不断发展与完善，以及全球海洋联合通量计划（JGOFS）、全球海洋生态动力学（GLOBEC）、陆海相互作用（LOCIZ）和上层海洋与低层大气研究（SOLAS）等重大国际合作计划的实施，人们对海洋DOC的研究取得了长足的进步。

1 海洋溶解有机碳的分布特征

水平分布上，海洋DOC的分布特点为近岸、陆架区浓度较高，大洋区浓度较低，即呈现河口高于近岸高于大洋的分布趋势。这是由于通常情况下，近岸受到陆源有机物的影响，此外，由于人为和近岸河流输入大量的营养盐，由此造成浮游植物生长旺盛，近岸区域中的DOC含量通常要比远岸区域高一些。垂直方向上，全球海洋都呈现相似的特点，即100 m以上水体中DOC较高，100～200 m有一个大的跃层，跃层以下的深层水中DOC较低，变化范围小，性质较稳定。

DOC的季节变化主要与浮游植物的水华相关。高纬度海域由于冬季混合层加深，深层低的DOC被混入表层，造成表层DOC浓度较低；而到了春季水体层化，浮游植物发生水华，DOC浓度显著升高。例如，罗斯海，冬季由于垂直混合强烈，DOC浓度最低为42 mol/L；而到了春季水体层化，发生水华时，DOC浓度升高到65～70 mol/L，DOC浓度升高了15～30 mol/L。中、低纬度海区由于水体较为稳定，没有水华发生，DOC的季节变化不明显。

2 海洋溶解有机碳的来源和去除过程

第2篇：碳循环的主要过程范文

《生态系统的物质循环》人教版是必修三第五章第三节的内容。在课程标准的具体内容标准中，《生态系统的物质循环》具体内容标准为分析生态系统中的物质循环基本规律及其应用，立足于生态系统的结构与功能，推进学生从宏观层面理解“稳态”的涵义。针对高二学生合作学习与自主探究学习素养差异多元的实际，采用自主选择学习方式、小组合作学习方式、教师引导探究学习方式式，在教学过程中教师以设疑为主线，以问题驱动式引导学生为主体形式，以多媒体手段为载体，在师生互动、生生互动中，梯次以问题冲突循环冲击学生认知，激发学生的学习相关知识的兴趣，推动学生在合作学习中拓宽自身的思维维度，将培养提升学生的表达能力、交流能力，合作学习的能力融入教材知识内容体系中去。

[教学目标]

1 以概念辨析、模型建构为师生课堂交流载体，推动学生围绕物质循环的概念经历了解――理解――简单应用――较熟练应用过程，帮助不同层次的学生感受到成功的愉悦，增进学习生物的情感。

2 围绕“碳循环”多维设置信息呈现形式，通过学生自主选择，小组互助交流，教师收敛测评方式，引领不同层次学生融入“展示自己”“生生互动”“师生互动”“合作交流”氛围中，一方面渐次提升理解分析生态系统中的物质循环不同维度的认知，另一方面培养学生团队合作精神，协同、对比、感受“知识生成”所需的各个层面的能力素养。

3 以社会热点信息为载体，以“物质循环”概念要素为思维收敛点，以师生交流为依托，引领学生关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。

4 以概念要素对比分析为主要载体，通过师生协作，生生协作，围绕由粗到精、由模糊到清晰、由具体到抽象的过程，引领不同层次学生说明能量流动和物质循环的关系。

5 以“实验信息读取”“实验步骤设置”“数据统计分析方法”为重点，引领学生尝试探究土壤微生物的分解作用。

[教学重点和难点]

1 教学重点：分析生态系统中的物质循环。

2 教学难点：说明能量流动和物质循环的关系。

3 教学方法：主题探讨法、问题归纳法、典型案例法、多维思辨法

[教学过程]

1 复习回顾：围绕“生态系统的能量流动”设置框架式问题信息――依托教师设置的信息，领会“流程”“要素”――引导学生为后续学习阅读分析新知做好思维发展铺垫

2 创设情境导入新课：教师设疑――所需为什么维持生态系统大量物质，例如氧、水、氮、碳和许多其他物质，亿万年来却没有被生命活动所消耗完？你自己所呼出的二氧化碳都去了哪里？原因是什么？然后围绕教师设疑，融入新课。

3 问题导学，师生协作，丰富概念知识细节支点：（1）出示“物质循环概念”问题界面。构建“模型”，关注“生物群落”和“无机环境”的相应关联。（2）概念要点设疑：概念中的“物质”具体是指什么？概念中的“循环具体是指在那些主体中往返出现？其范围具体是指什么？“物质循环”具备哪些特点？（3）在教师引导下，逐渐关注“物质循环概念”生成的各个细节点，交叉矛盾点，冲击自我“浅阅读”缺失细节。利用多媒体课件增加教学的直观性，把抽象的知识以细节问题形式展现在学生面前。

4 问题导学，主题探讨，小组协作经历知识生成的过程：（1）出示教材图5-11碳循环示意图。（2）教师出示三种学习方式：文字纲领式、对应教材简单图文代换式、变换幅度较大的示意图式资源信息，供学生自主选择学习，时间5分钟，教师巡堂辅导和确定收敛时间。（3）以小组为单位，学生互相点评对方的疑惑点和出错点。（4）以小组为单位，教师发放答案。（5）教师出示变式测评问题，总体检查学生学习效果。

5 问题导学，师生协作，感悟知识与社会实践的关联：（1）出示问题：“在我们生活中，生态系统的碳循环平衡吗？如果不平衡的话，导致了什么结果？怎么造成的？有没有解决方法呢？”（2）在发散学生思维的同时，依据“CO2增多的原因”“温室效应的危害”“如何解决温室效应”等主题逐渐收敛学生思维。在教师的引领下，体会分类、归纳、演绎、对比等思维转换方式。

第3篇：碳循环的主要过程范文

【关键词】地震灾害 生态系统 修复 可持续发展

一、灾后生态重建

灾后重建是面对结构遭到重创的生态系统，按照生态碳循环理论实施的一项以建设低碳均衡结构为目标的生态重建工程。在灾区开展生态重建低碳工程，比在其他地区打破原有生态系统再重建低碳生态更节约成本。这项系统工程涉及到灾区生态的各个层次，需要按照统一的指导思想，遵循生态碳循环的规律，在多方协调与合作的基础上建立生态低碳均衡结构。

（一）统筹思想。

低碳重建作为一种新型的、特殊的恢复方式，就是在灾后重建的实践中运用低碳均衡理论组织生态重建，实现生态恢复的低碳发展模式。这一创造性的重建模式，必须基于综合集成与统筹优选的思想，对灾后生态系统进行统筹恢复重建，寻找新均衡，实现灾区生态从简单恢复提升为科学发展式修复重建。

二、生态重建工程的运行模式

生态系统作为典型的开放系统，在受到地震破坏后，可以通过自身动态调节达到平衡，但时间非常漫长。低碳生态重建是以低碳方式定向加速生态系统改善并达到生物群落和谐共存的演替过程。这种演替过程是不可逆的，但可以在关键环节实现突破性的进展，加快演替速度，缩短演替进程。

（一）运行演化。

地震打破了原有生态系统碳均衡结构，土壤、动植物残骸、人类社会等排放出大量CO2，生态系统瞬间跃迁高碳区间振荡。在3―5年内，生态将处在高碳区间振荡。生态系统与外部环境进行能量、物质和信息的交换，系统内各要素相互作用，将形成新的生态有序结构。通过低碳技术对生态进行重构，将引导生态系统朝着低碳均衡方向演化，逐步形成低碳均衡生态新结构。树木尚需十年，动物的回归、食物链的修复、生态系统的恢复、低碳生态均衡的建立，则是一个更长久过程。发挥人类主观能动性，开展生态低碳重建工程，将会大大缩短生态系统结构调整时间，加速实现生态系统低碳均衡结构。

（二）重建工程。

生态重建系统工程就是基于现有的社会经济基础及背景，充分发挥已经确立的或潜在的社会经济优势，对灾后重建过程中的社会物质和能量投入进行统筹优化，达到灾区生态系统效果最优化。它是以灾区人类生态系统整体优化为目的，通过在关键环节投入物资和能量，对灾区生态系统和人类社会经济系统进行整理和重组，形成一种有利于人类的、良性循环的生态系统的过程。灾区的植被、动物活动、人类生产生活规律被地震打破，生态系统的CO2等温室气体排放量远远大于CO2吸收量；通过植被恢复工程、节能减排工程、城市改造工程，建设低碳生态工业、低碳生态农业、低碳生态城市，实现灾区生态环境、生态社会、生态制度和生态文化的重建，最终达到灾区生态系统碳循环的低碳均衡。

（三）生态城市低碳化 。

四川广元位于川陕甘三省交汇处，是5・12大地震的重灾区之一，是明确提出低碳重建的城市。依靠丰富的天然气资源，广元提出了能源转化行动，35家大中型企业的能源供应将逐渐从煤转化为天然气，预计每年可减少CO2排放123万t。到2015年，广元九成的出租车和公交车动力能源也将采用天然气。为增加碳汇，广元市计划到2015年，全市森林覆盖率从2009年的48％增加到53％，未来的产业结构也将向旅游业、茶产业、电子业等低碳产业转型。广元市对污水处理重建采用了蚯蚓生物滤池，数百条经过特殊培育的蚯蚓“清洁工”对进入滤池的污水和污泥进行生物净化，净化后的清水排入江河，处理后的污泥则变成了无害的蚯蚓粪，用作农田肥料。

（四)政策保障。

在灾区开展低碳均衡模式实践，应该结合灾区生态的实际情况，长远规划，统筹安排，在尊重自然规律的前提下，坚持以自然恢复为主，人工重建为辅的原则，制定相关政策制度，保障低碳生态的实现。

(1)总体规划，综合恢复，实施低碳政策。以可持续发展思想为指导，把灾区江河作为一个整体的大系统，从自然、社会、经济综合考虑低碳化进程，统筹安排、综合治理、宏观调控；建立相应的碳汇管理和经营体制，引导灾区群众在尊重自然的基础上过低碳生活。

(2)退耕修养，还林还草，实现低碳生产。阿坝州、山州、甘孜州、雅安、广元等灾区山多坡陡，在坡度大于25度的陡坡和水土流失严重的地段，应坚决杜绝开荒，已开垦的地段应尽快退耕还林；在绵阳、德阳、都江堰等成都平原西北部地区，土壤和水利条件较好、坡度较缓、水土流失潜在威胁较小，应实行林业和农业综合规划，推行农林复合经营体系，实行低碳生产。

(3)发展林木，建管结合，构建碳汇基地。大力发展灾区林木业，林木建设和管理相结合。对灾区，主要是尽可能多地保护现存森林碳库，改变天然林的采伐机制；在无林地上营造人工林；促进次生林的天然或人工更新，并加以保护；在农田和牧场上增种树木，发展农林综合经营系统；扩大人工植树造林，提高森林碳汇功能；发展速生丰产林，加强人工林的集约经营、提高生产力、增加碳汇，增加耐久木材产品；开展群众性的造林绿化，加快防护林和公益林建设。

第4篇：碳循环的主要过程范文

关键词：土壤呼吸；碳、氮循环；陆地生态系统

中图分类号：S 15文献标识码：A文章编号：10095500（2013）06008707

在过去的一个世纪里，化石燃料的燃烧和人工施肥的增加使得陆地生态系统的氮素添加增加了3～5倍[1]，而且在全球的很多区域这种氮素添加还会增强。因氮素添加模型的研究结果表明本世纪末大气氮沉降将会是现在的2.5倍。这种氮沉降对陆地生态系统有着不同的作用，例如低浓度的大气氮沉降能够刺激植物的生长和固碳能力[2-4]；高浓度的氮沉降会导致生物多样性的降低，土壤酸化以及养分的流失[5，6]。

碳、氮循环作为生物地球化学循环和能量流动的重要基础过程，紧密相连。陆地生态系统碳循环在全球碳收支中占有重要的地位，大约吸收了30%人为排放的碳，是最为有效的自然碳汇[7]。研究陆地碳循环机制及其对全球变化的响应是预测大气CO2 含量及气候变化的重要基础。人类活动导致生态系统中氮含量增加[1]，影响土壤和植物体中碳的积累与重新分配，对陆地生态系统不同碳过程产生不同的影响。

土壤是陆地生态系统中最大的有机碳库，拥有比植被和大气更多的碳，土壤中碳的微弱变化都会引起大气中碳的巨大变化，影响陆地生态系统碳循环和大气中的碳浓度，并因此对全球的气候变化产生深远影响[7]。土壤呼吸把植被通过光合作用所固定的碳的14返还到大气中，是土壤、大气、植被中碳交换的重要过程，对陆地生态系统碳循环有巨大的作用[7]。此外，土壤呼吸也是土壤中有机碳周转的一个重要体现，然而对于氮沉降或人为施肥对土壤呼吸的影响一直没有确定的结论。一种观点认为全球碳循环中所存在的失去的碳库可能就是由于这种增强的氮沉降对生态系统固定碳的正反馈作用从而降低土壤呼吸；而另一种观点认为大气氮沉降会促进土壤中的碳分解从而加速土壤呼吸 。通过整合分析了近年陆地生态系统（森林生态系统、草地生态系统和农田生态系统）土壤呼吸对氮素添加的响应结果，并对未来的研究做了展望。

1氮素添加对土壤CO2呼吸的影响

土壤呼吸是生物圈碳循环的重要组成部分，土壤CO2呼吸大约占到土壤呼吸的34，是地下碳循环的重要体现。土壤呼吸是根呼吸、土壤动物呼吸、土壤微生物降解和土壤有机质分解产生CO2的生态学过程，可分为异养呼吸和自养呼吸。从森林生态系统、草地生态系统和农田生态系统分别讨论氮素添加对土壤呼吸的影响。

1.1森林生态系统

森林生态系统是陆地最大碳储存库，所拥有的碳占全球植物碳库的86%，占全球土壤碳库的73%。氮素添加对不同森林生态系统的土壤呼吸有着不同的影响。首先氮施加促进了森林生态系统土壤呼吸，例如对哈佛森林的氮施加试验得到氮素添加增加了土壤呼吸[8]；对我国华西雨屏区苦竹林进行不同浓度的氮施加试验都促进了土壤呼吸，并且在一定浓度范围内随施加氮浓度的增加，其促进作用也在增强[9]；对加拿大坎贝尔河西南部58年生的花旗松林施氮肥后，在施肥后的最初4个月显著的增加了土壤呼吸，对土壤的异养呼吸也有增加[10]。其次氮施加也会抑制森林生态系统的土壤呼吸，例如对森林生态系统长达6年的CO2通量的监测得出，无机氮的施入降低了土壤呼吸[11]；对枫树林模拟大气氮沉降，除了施氮后的第1年外，施氮都显著的降低了土壤呼吸[12]；对哈佛森林中的红松林进行长期不同浓度的氮施加降低了土壤呼吸和微生物呼吸[13]；对热带森林生态系统每年施氮肥150 kghm2，试验进行了3年，显著增加了土壤CO2通量，但实验室的培养却得到了相反的结果[14]；对我国东北地区落叶松和水曲柳人工林的氮施加试验也抑制了土壤呼吸[15]。但是也有一些研究结果得出氮施加对森林生态系统土壤呼吸没有影响。近期的整合结果表明：无论是间歇式高浓度的氮施加或是长期的低浓度的氮施加都会引起森林土壤呼吸尤其是土壤异养呼吸的降低，对于不受氮素限制的森林生态系统，这种负作用会更强[16]。

1.2草地生态系统

草地生态系统占陆地生态系统的13，在碳、氮循环中有重要的地位。氮是大多数草地生态系统中的限制性因子，因此，氮素添加会强烈影响到草地生态系统的土壤呼吸。研究报道，对高寒草地的施肥试验得出氮素添加增加了土壤呼吸[17]；对温带草地进行施肥试验处理后也得到相似的结果，适度的氮素添加增加了土壤呼吸，尤其是土壤异养呼吸[18]；对东北湿地草地生态系统的氮素添加研究表明，氮素添加通过增加凋落物的分解速率而增加土壤呼吸[19]；对内蒙古温带草地进行不同浓度的施肥得出，施肥没有改变土壤呼吸的季节变化规律，但却在施肥后的第1年促进了土壤呼吸，同时施肥也改变了土壤呼吸和不同气候要素之间的关系，比如增加了土壤呼吸对水分的依赖性，降低了土壤呼吸温度敏感系数[20]，相关的研究还表明，对内蒙古高原的荒漠化草原的施肥作用没有明显的增加土壤呼吸[21]。

1.3农田生态系统

农业生态系统中的碳库是全球碳库中最活跃的部分之一，农业生产对土壤呼吸的影响巨大。自20世纪90 年代以来世界各地十分关注农田土壤碳库变化。 由于农田系统操作的复杂性和受人为因素干扰较多等原因，目前，关于氮素添加对农田生态系统的土壤呼吸的研究并不多。研究结果报道，美国爱荷华州玉米和大豆轮作土地进行4种不同浓度的施肥处理后得到，在种植玉米的时期施肥降低了土壤CO2的排放，在种大豆期施肥对土壤呼吸没有影响，但实验室的培养结果得到氮素添加明显地降低了土壤CO2排放[22]；对中国河南玉米地进行不同浓度的氮施肥试验得出，氮素添加降低了土壤呼吸，而土壤呼吸在不同浓度间的差异只有在拔节期才达到显著水平[23]，相关的研究还表明，施加氮肥导致玉米根际呼吸温度敏感性明显增强，而土壤基础呼吸的温度敏感性则无明显变化[24]，室内相关的实验还证明土壤施氮不仅影响土壤呼吸速率和呼吸量，也影响土壤呼吸在各生长阶段的分配，还影响到土壤呼吸与温度的关系[25]。总之，由于农田生态系统的复杂性，关于氮素添加对土壤呼吸的影响以及其机理还没有一致的结果。

2对土壤呼吸影响的潜在机制

土壤呼吸是生态系统的生物、化学与物理因素共同作用的结果，不仅受土壤内部各因素（温度、水分、pH、孔隙度等）的影响，更受生物量、凋落物等外部因素的影响。笔者讨论了生态系统的地上地下生物量、凋落物、微生物对外界氮素添加的响应及其对土壤呼吸的影响（图1）。

2.1地上、地下生物量的变化

植物地上地下生物量的变化不仅是植物对外界环境的响应，更能影响到物质在生态系统中的循环，改变碳在不同生态系统中的分配，生物量的变化体现了生态系统所固定的碳，影响到土壤呼吸。氮素添加总体上增加了地上生物量和地下生物量，但相比之下这种增加对地上生物量的分配大于对地下生物量的分配。一方面，氮素添加导致土壤中可利用性氮增加，减少了植株对碳的吸收，这意味着碳的分配会发生转变，即更多的碳会分配到地上植被组织中；研究表明碳向地下分配的减少对根际土壤呼吸以及土壤CO2通量都有负作用[26]；土壤可利用性氮的降低会降低土壤呼吸速率，增加土壤中碳的累积[27]；细根尤其是菌根能够分泌出大量的可溶性有机物质，这些物质是腐生生物的碳源和能源，促进了腐生生物对土壤有机物质的分解[28]，氮素添加引起碳向地下分配的减少，阻碍了土壤中有机物质的分解，从而抑制了土壤呼吸。

研究报道，氮添加促进了植物组织的周转，如叶和细根就更能优先利用氮，氮添加导致的细根生长和周转的加速会对因氮施加而导致的碳向地下分配的减少形成负作用[29]；对湿地生态系统的氮素添加增加了植被生产力，改善了凋落物，使其易于被分解，因此也就增加了土壤呼吸的底物从而增加了土壤呼吸[30]；模型的结果得出，氮施肥促进了细根的周转，这也会导致碳向地下分配的增加，氮的增加刺激了碳向地下的分配，从而加速了土壤呼吸，至少会在施肥后的最初几个月会是这样[10]。

2.2凋落物

凋落物的分解不仅是陆地生态系统中营养物质循环的关键过程，更是全球碳循环的关键组成部分，Raich等[31]估计凋落物的矿化对土壤总碳通量的贡献大约为70%，因此，凋落物分解的变化在地方、区域以及全球尺度上都能影响到土壤呼吸甚至碳循环过程。

氮施加引起的土壤呼吸的变化通过凋落物的分解方式和速率得到解释。氮素添加会改变凋落物的碳、氮含量，一方面对湿地生态系统的氮施加增加了凋落物中氮含量，从而降低了凋落物中的碳氮比，加速了凋落物的分解[19]，其他对湿地生态系统的相关研究也得到了类似的结果[32]；另一方面也有研究发现，凋落物中氮含量在氮施加试验中并没有增加，是由于活性氮的增加促进了植物的生长从而降低了枯萎组织中氮的含量[33]，Aerts等[34]也发现氮素添加对凋落物的分解有负作用。凋落物中氮含量的增加会促进凋落物的分解，也有研究表明，向低氮含量的凋落物中增加氮并没有加速它的分解[35]。即氮施加能够加速那些产生容易被分解的凋落物的降解，抑制那些不易被分解的凋落物的分解[16]；即氮施加能够对木质素含量较低的凋落物的分解起促进作用[36]。

此外，不同的施氮浓度也会对凋落物的分解产生影响，Knorr等[36]整合前人的研究报道结果得出，每年氮施加小于75 kghm2会抑制凋落物的分解（-5%），氮施加在75～125 kghm2会促进凋落物的分解（+17%），氮施加大于125 kghm2也会抑制凋落物的分解（-9%）[36]。

2.3微生物

微生物是陆地生态系统中重要的分解者，对物质循环和能量流动都有巨大的作用。微生物对凋落物和土壤有机质的分解决定着陆地生态系统的物质循环；微生物为维持自己的活性也会消耗物质与能量，因此强烈地影响着土壤呼吸。

一方面，氮素添加增加了土壤微生物的呼吸，当氮为一种限制条件时。这种增加作用是由于土壤中稳定群落的微生物活性，或者是由于增加了土壤中微生物的生长。对阔叶林生态系统进行长期氮施肥增加了土壤微生物固定的矿化氮，施氮肥导致了微生物活性和周转的增加[37]。对高山草甸进行长期氮施肥试验得出，施氮促进土壤中新形成的有机质的分解，而对比较稳定的碳没有影响，而这种碳分解的机制是由于微生物的作用[38]；对东北湿地生态系统的氮素添加研究也得到类似的结果[19]。

同时，氮素添加也会抑制微生物的活性。已有的研究表明，氮素添加导致的地上凋落物的分解速率降低可归因于微生物活性降低和生长受限，微生物活性和凋落物的纤维素和木质素的分解有关 。有研究表明，对枫树林模拟氮沉降后导致的土壤呼吸降低，主要原因为土壤微生物呼吸的降低[12]；对内蒙古3种不同类型的草地进行施肥处理后抑制了土壤呼吸、氮的矿化和减少了微生物氮含量，这种抑制作用在长期的氮施肥试验中表现的更为明显[37]。此外，也有研究得出，氮素添加后的第1个生长季对微生物活性和微生物量都没有影响[39]，并且土壤呼吸与微生物数量之间没有显著的相关关系。

3不足与展望

3.1不同生态系统对氮沉降响应的研究

有关氮沉降对土壤呼吸的研究绝大部分集中于对森林生态系统的研究，也有一部分涉及到草地生态系统和农田生态系统，但对其他生态系统尤其是一些脆弱生境条件下的生态系统的研究还较少。如对泥炭地生态系统，在千年尺度上泥炭地生态系统因为它的净初级生产力大于其分解速率而积累了大量的碳，以3%的陆地面积储存了全球土壤碳的13，在全球变化的背景下成为温室气体的重要潜在排放源。对于大多数泥炭地生态系统来说都受到氮素的限制而有着比较低的生态系统净初级生产力和比较低的凋落物分解速率，然而在氮沉降的基础上这一系统的净初级生产力和凋落物分解速率都会有所增加[40]，在氮沉降的作用下这一生态系统的土壤呼吸极有可能大大增强，甚至使这一系统从碳库转变成将来的一个重要碳源，然而关于这一系统的土壤呼吸以及碳循环还依然未知。对于湿地生态系统，由于凋落物和土壤有机质的缓慢分解使得湿地生态系统储存了大量的有机碳，氮素添加势必会对凋落物的分解和土壤呼吸产生强烈的影响。对三江源湿地生态系统进行人工施肥后得出，施肥通过改变凋落物的碳、氮含量和微生物活性从而加速了土壤呼吸，加速了碳排放[19]。不同湿地生态系统在未来更长时间上如何响应全球的氮沉降还依然是未知。对于这类较脆弱的生态系统，氮沉降的影响或许能超过我们的估计，不仅对土壤中新形成的碳有影响而且也会对土壤中比较老的稳定性的碳也产生影响[16]。

3.2氮素添加对土壤呼吸其他气体的研究

CH4和N2O作为温室气体分别于25和298倍CO2的作用，是全球变暖过程中的巨大隐患物质，然而，关于氮沉降对土壤呼吸的研究大多都集中在对土壤CO2呼吸的研究，涉及到N2O和CH4的有对海岸地进行氮施肥的研究得出，施氮肥显著的减少了土壤对CH4的吸收，增加了对N2O的排放，并且对土壤呼吸有持续弱促进的作用；对加拿大坎贝尔河西南部58年生的花旗松林施氮肥后，在第1年显著的增加了土壤N2O的排放，但在处理后第2年对N2O的释放没有任何影响却有了较弱的吸收，他们总结到氮施加促进了土壤呼吸直到N2O的排放开始下降[10]；对东北湿地生态系统的氮施加促进了地上植物的生长和土壤N2O的排放[41]。灌溉良好的未经干扰的生态系统是大气CH4的天然库，能够固定10%的大气CH4，温带森林土壤是N2O的天然库，伴随着全球氮沉降的增加，森林的生产力得到增加这将会对土壤吸收N2O产生巨大的影响，甚至使土壤成为N2O库源[42]，因为氮施加强烈的影响到了土壤中硝化和反硝化作用[10]。由于CH4和N2O对全球气候变暖的重要性，为了全面评价全球变化对生态系统土壤呼吸的影响，需要通过研究确定不同成分土壤呼吸气体之间是否有着某种相关性，在应对未来氮沉降尤其是加剧的氮沉降时的具体响应方式。

3.3氮素添加与其他外界条件的共同作用研究

全球变化背景下的土壤呼吸是多因子的共同作用，例如气候变暖、CO2浓度增加、降水质量和模式的改变以及氮沉降等。近一个世纪以来，温度的缓慢升高导致了土壤呼吸的增强，而氮沉降的作用在生态系统中尤其是森林生态系统中会导致土壤呼吸的降低，在自然生态系统中其相互作用共同对陆地生态系统土壤呼吸产生影响，然而对它们共同作用下陆地生态系统的响应机制研究知之较少。氮、磷、钾是生物生长所必须的大量元素，同时也是生态系统中的限制因素，氮、磷、钾对土壤呼吸的研究则较少。仅有的研究报道氮、磷、钾的施加能够改变土壤温度和水分从而影响土壤呼吸[40]。

3.4模型

碳、氮相互作用的机制尚不够明确，Chen等[43]对Jassal等[42]的实验的模拟却得到了相反的结果，氮素添加引起的碳向地上分配比向地下分配的增多，表明氮的施加并没有使土壤碳库发生很大的变化，因此，陆地生态系统的模型应该综合考虑到氮素添加导致碳在地上、地下的不同分配，尤其是土壤呼吸所利用到的那部分活性碳的不同分配[44]；碳氮比是体现氮素添加对微生物影响的一个重要指标，不同的碳氮比决定不同的微生物活性并因此影响陆地生态系统中凋落物和土壤有机质的分解速率[45]，因此，将来的模型也应该考虑到氮素添加后这一比值的变化对陆地生态系统土壤呼吸的影响。

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第5篇：碳循环的主要过程范文

A. 1983年我国人口的出生率是1.862%

B. 某草原每公顷有10只黄鼠

C. 盐钩虾在5℃下后代雄性为雌性的5倍，而在23℃下后代雌性为雄性的13倍

D. 瓢虫的成群分布

2.关于生态系统的叙述，正确的是（ ）

A.生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大

B.生态系统中的信息传递对所有捕食者都必然是有利的

C.生态系统中生产者得到的能量必然大于消费者得到的

D.生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越小

3. 在下图食物网中，a表示动物性食物所占比例，若要使鸟体重增加x，至少需要生产者量为y，那么x与y的关系可表示为（ ）

A. y=90ax+10x B. y=25ax+5x

C. y=20ax+5x D. y=100ax+10x

4. 将A、B两种单细胞生物分别放在两个容器中培养，得到图a所示结果。将这两种生物放在一个容器中混合培养，得到图b所示结果。从实验结果中可知，这两种生物的种间关系是（ ）

A. 竞争 B. 捕食 C. 互利共生 D. 寄生

5. 下列关于生态系统的叙述中，错误的是（ ）

A. 生态系统的结构由非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者组成

B. 生态系统中的能量最终都以热量形式散发到大气中

C. 森林生态系统的自动调节能力大于草原生态系统

D. 生态系统的物质循环是通过食物链、食物网这种渠道进行的

6. 下图为野生绵羊种群在1800年早期被引入某岛屿后种群数量变化。下列对1850年前种群数量增长方式的判断及1850年后种群数量变化趋势的理解与分析正确的是（ ）

A. S型种群将超过K值，因为在1850年以后，种群数量呈现波动状态

B. J型1850年后趋于稳定，因为主要受密度制约因素的凋节

C. S型种群数量趋向灭绝，因为在1930年出现了种群“爆炸”

D. J型受非密度制约因素的调节，因为种群大小每10年呈现快速下降趋势

7. 某岛屿有海底火山喷发形成，现已成为旅游胜地，岛上植被茂盛，风景优美。下列叙述不正确的是（ ）

A. 该岛屿不同地段物种组成上的差异是群落水平结构的体现

B. 该岛屿形成后最初进行的群落演替属于次生演替

C. 旅游可能使岛上的群落演替按照不同于自然演替的速度进行

D. 该岛屿一定发生过漫长的群落演替过程

8. 下列调查活动或实验中，实验所得到数值与实际数值相比，可能偏大的是（ ）

A. 标志重捕法凋查池塘中鲤鱼的种群密度时，部分鲤鱼身上的标志物脱落

B. 探究培养液中酵母菌种群数量时，从试管上层吸出培养液汁数且没有震荡试管

C. 调查土壤小动物丰富度时，用诱虫器采集小动物没有打开电灯

D. 样方法调查草地中的蒲公英时，不统计正好在样方线上的个体

9. 下图表示某物种迁入新环境后，种群增长速率随时间的变化关系，在t1时经调查该种群数量为N，下列有关叙述正确的是（ ）

A. 在t2时种群个体的数量与在t0时种群个体的数量相等

B. 在t0～t2时间内，种群数量呈“S”型增长

C. 该种群在此环境中的环境负荷量约为N

D. 在t1～t2时，该鱼的种群数量呈下降趋势

10. 对某地区新引入的一种鸟的种群增长速率[增长速率=（出生率-死亡率）/时间]1～7年的调查研究，得到的数据。下列对该鸟种群描述正确的是（ ）

A. 种群的年龄结构是稳定型

B. 种群的数量呈“J”型增长

C. 种群密度是制约种群增长的因素之一

D. 第3～4年中种内斗争最激烈

11. 群落演替的过程中，不可能的是（ ）

A. 群落演替主要有初生演替和次生演替两种类型

B. 在群落演替过程中，不同时期群落中的优势种群在发生更替

C. 发生在裸岩上的演替过程：裸岩阶段地衣阶段苔藓阶段草本阶段灌木阶段森林阶段

D. 人类活动对群落演替的影响与自然演替的方向、速度基本相同

A. 建立自然保护区，改善其栖息环境，可使K值提高

B. 对该种群密度的取样调查可以采用样方法和标志重捕法

C. bc段种群增长率逐渐下降，出生率大于死亡率

D. 比较曲线Y与曲线X表明自然状态下种群无法超出理想状态下的最大增长率

13. 下列有关生态系统能量流动的叙述，正确的是（ ）

A. 兔子吃了1公斤的草，则这1公斤草中的能量就流入到了兔子体内

B. 一只狼捕食了一只兔子，则这只兔子中约有l0%―20%的能量流入到狼的体内

C. 生产者通过光合作用合成有机物，能量就从无机环境流入到生物群落

D. 生态系统的能量是伴随物质而循环利用的

14. 下图表示某农田生态系统一年中CO2的释放和消耗状况，其中各数字序号表达的含义分别为：①生产者呼吸释放量；②分解者呼吸释放量；③消费者呼吸释放量；④生产者光合作用消耗总量。有关叙述正确的是（ ）

A. 流经该农田生态系统的总能量可用④表示

B. ②的量越小，说明该农田生态系统施用的有机肥料越多

C. 消费者同化作用的大小可用③表示

D. 该农田生态系统一年中CO2的释放量与消耗量相等

15. 以下关于生态系统的叙述中，正确的是（ ）

A. 进入第一营养级的能量一部分储存在有机物中，一部分经过呼吸以热能形式散失了

B. 能量流动与物质循环均可以单独进行

C. 成分包括生产者、消费者和分解者

D. 生态系统的营养结构是食物链，但是不包括食物网

16. 下列关于生态学问题的叙述中不正确的是（ ）

A. 大力植树造林，改善能源结构，提高能源效率，是缓解温室效应的最佳途径

B. 被有机物轻度污染的流动水体中，距排污口越近的水体中溶解氧越多，N、P等无机盐也越多

C. 保护生物多样性，是维持生态系统稳定性的措施之―，体细胞克隆等为之提供了技术支持

D. 当水和土壤被重金属污染时，营养级越高的消费者体内的重金属含量越高

17. 2009年哥本哈根世界气候大会所倡导的低碳生活获得普遍认同，大气中CO2过多与碳循环失衡有关，根据下图做出的判断不正确的是（ ）

①增加自养生物种类和数量有利于降低大气中的CO2含量

②大气中CO2的增加主要与异养生物b的数量增加有关

③该生态系统中的自养生物与所有异养生物构成了生态系统

④该图能表示物质循环过程，不能准确表示能量流动方向

⑤图中少一个箭头，异养生物a指向无机环境，异养生物b的代谢类型不一定相同

A. 一项 B. 两项 C. 三项 D. 四项

18. 微山湖是山东境内的一个面积较大的湖泊，二十年前这里是碧波万顷、鱼儿满湖、野鸭成群，还有“接天莲叶无穷碧，映日荷花别样红”的美丽景象。二十年来，湖区四周县市的工业快速发展，城市居民急增，因而大量的工业废水、生活废水、垃圾涌入该湖。湖水变得不仅很浑浊，而且腥臭难闻。据有关专家说，近几年来，微山湖中已消失了一些物种，例如，四鼻孔鲤鱼、野鸭、水螅等。上述的现象说明的道理主要是（ ）

A. 环境污染是破坏生物多样性的重要原因

B. 掠夺式的开发是破坏生物多样性的主要原因

C. 外来物种入侵破坏了生物多样性

D. 环境教育缺乏是破坏生物多样性的根本原因

19. 下图表示A、B两个特殊生态系统的能量金字塔。下列有关解释正确的是（ ）。

①吃玉米的人所获得的能量比吃牛肉的人获得的能量多 ②能量沿食物链单向流动，传递效率随营养级的升高而逐级递减 ③若A和B中玉米的数量相同，A能养活10000人，则B最多能养活2000人 ④若土壤中含相同浓度的难降解污染物，则A中的人比B中的人体内污染物浓度低

A. ①③④ B. ①②③ C. ①②③④ D. ③④

20. 下列有关生态学原理或规律的叙述，正确的是（ ）

A. 蜜蜂找到蜜源后，通过跳圆圈舞向同伴传递信息，这属于物理信息

B. 低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡

C. 生态系统中的能量流动和信息传递都是单向的

D. 森林生态系统具有调节气候的能力体现了生物多样性的直接使用价值

21. 如图表示生态系统中各成分之间的联系。

①图中能构成群落的是 （填字母）。

②流入D的总能量小于F获得的总能量，主要原因是F获得的能量除了被自身呼吸消耗以及未被利用外，还有部分能量被 （填生物成分）所利用。

③若D还能以E为食物，则B的数量会 （填“增加”或“减少”或“不变”）。

④若图表示冬季某温带森林生态系统的碳循环，进入A的二氧化碳总量为M，由A进入E的二氧化碳量为N，则M和N的数量关系为 。

（2）下表是五个种群在一个相对稳定的水域生态系统中所含有的总能量和污染物X的平均浓度。已知水中X的质量分数为0.003mg/L，请分析说明：

若每一种生物都可被相邻的下一个营养级的所有生物捕食，请你用箭头表示出这个生态系统的营养结构： 。

22. 薇甘菊是多年生藤本植物，能攀爬树冠迅速生长，繁殖能力强，植株覆盖密度大。薇甘菊入侵后，以其入侵点为圆心向外扩散，划分出薇甘菊入侵区、群落交错区和本土植物区三类样区。在入侵区，薇甘菊覆盖度大于90%，入侵年龄在5年以上；群落交错区，薇甘菊与当地植物竞争生长，薇甘菊的覆盖度在10%～30%，入侵年龄在3年左右；本土植物区没有薇甘菊生长，优势种群为本土植物类芦，其覆盖度大于80%。读下表分析回答：

（1）从表中数据可知，在不同样区捕获到的中小型土壤动物个体数量不尽相同，动物个体数量最多的样区是 。薇甘菊入侵后对中小型土壤动物的 变化影响不大，而对土壤中动物的 变化影响较大。

（2）在该生态系统的成分中，薇甘菊属于 ，土壤中的小动物属于 。

（3）薇甘菊入侵5年后，本土植物成片枯萎死亡的主要原因是 ，植物大量死亡会使该生态系统中 的数量增加。因薇甘菊入侵引起的一些物种取代另一些物种等的一系列变化称 。

23. 下图中甲图表示一个海滩湿地生态系统中部分生物的食物关系。请据图回答问题：

[沼蟹][蜘蛛][线虫][藻类][大米草][食草虫][ 螺 ][细菌][个体存活数][一龄幼虫][二龄幼虫][三龄幼虫][四龄幼虫][卵][蛹成虫][甲乙][丙]

（1）在该生态系统中，既是分解者又可作为消费者食物的生物是 。

（2）请根据甲图中的生态系统，写出乙图中能量金字塔各营养级的所有生物名称

（3）有人研究该生态系统中食草虫个体存活数与发育期的关系，结果如丙图所示。从中可推知食草虫死亡率最大的时期是 。

（4）沼蟹会破坏大米草根系，土壤中的磷可促进藻类生长。若在食草虫幼虫期喷洒只杀死该虫的含磷杀虫剂，则蜘蛛数量将 。一段时间后大米草数量不增反降，造成此结果的可能原因是大米草死亡导致细菌数量增加，通过甲图的 食物关系，引起沼蟹数量增加；同时因含磷杀虫剂的使用，导致藻类数量增加，通过食物链 也会引起沼蟹数量增加，从而造成大米草数量不增反降。

（5）上述事实说明，人类活动会引起生态系统中生物种类减少，从而导致生态系统的自动调节能力 ， 容易受到破坏。

24. 分析下面碳循环示意图并据图回答问题：

[尸体][尸体][碳化][动物][绿色植物][化石燃料][水圈][大气圈][岩石圈]

（1）从微观上看，过程①是在细胞内 中进行的；过程③主要是在细胞内 中进行的。

（2）岩石圈中的碳以 形式储存，故不直接参与碳循环。水圈中碳的存在形式是 。

（3）由图中可见，碳循环带有 性，属于气体型循环。

（4）碳从无机环境中进入生物群落的途径①是 ，除此之外，某些特殊的生态系统还可通过 进入生物群落；②表示的是 关系，其②内部之间还可存在 关系；④表示 。

（5）参与过程④的生物的新陈代谢类型是 ，它们与同区域中的动植物共同构成了 。

（6）如果大气层中的CO2增多，则产生 ，效应。

（7）从上图可知，减缓温室效应的关键措施是：

（8）碳循环的进行伴随着 ，但由于生物体不能在代谢中利用 ，因而能量流动具有 的特点。

25. 下图a为某地建立的人工生态系统示意图，图b为该生态系统中四个种群和分解者的能量相对值，图c表示某种鱼迁入此生态系统后的种群数量增长率随时间的变化曲线。请分析回答下列问题：

（1）在一个人工生态系统中最基本的生物因素是 。要使人工生态系统长期稳定发展，除了有稳定的能量来源外，各种生物的 要保持相对稳定。

（2）蚕粪、蔗叶进入鱼塘经过 的作用后可被桑基、蔗基所利用。蚕粪中的氨经过 的作用形成的 可被植物利用。

第6篇：碳循环的主要过程范文

笔者有幸听了湖州八中郎莉萍老师执教的一节生态系统复习课《神奇的生态瓶》。课中，郎老师引导学生思维的教学给笔者留下了十分深刻的印象。以下笔者从对这堂课的感受出发，谈谈在科学复习课教学中应该如何引导学生进行思维。

一、思维基于知识，产生于问题

知识与思维的关系非常密切，“没有知识经验就不会有人类的思维活动……知识经验是以内容的资格参加到思维问题中去的”[2]236。可见，重视学生对于科学知识的把握是必须的，因为这是培养学生科学思维的前提。但是，知识的把握却又不等于思维的发展，特别是依靠机械地反复强化去巩固记忆性知识的教学过程，并不能促进学生分析与综合能力的发展，因为“知识的多少不能成为衡量思维能力强弱的标准”，教学中更为重要的是需要培养学生“对知识的理解、运用和转化的能力”[1]。简言之，科学思维的培养需要以知识为基础，但是又不可停留在具体的知识点上，而是需要通过思维在一系列知识点上不断地深入。那么，科学课教学怎样才能在已有的知识基础上引发学生的思维呢？

“人们通常假设，人的思维和问题解决是紧密联系的”[3]，“思维基于知识，却又由问题产生，并因为问题而得到持续不断深入的发展。思维的最终目的也不停留于知识，而在于使问题得以解决，做出有所创新的发现”[1]，而且，“教育的最终目的就是教学生解决问题”[4]。可见，有问题才有思维，有思维的课堂必然是有问题的课堂。上好复习课的关键就是要把机械的“重复”变成生动积极的“再现”和“运用”，而将“重复”变生动的路径就是精心设计问题，引导学生运用知识去解决问题。

郎老师的《神奇的生态瓶》（后面简称《瓶》）这节课，首先体现了“从问题进，又从问题出”的设计思想。她教学设计的第一个环节是“观看视频，引发思考”，视频是一个自制生态瓶的过程，需要学生思考的是：生态瓶有什么作用？生态瓶中有哪些成分？要让小鱼活下去哪些成分是必须有的？她设计的最后一个环节是“再看生态瓶，引发新思考”。这样的安排，正如杜威所言：“在每一堂课终了的时候，要检查学生已经完成的作业和学到的知识，在学生的思想中，对某些未来的课题，应有针对地寻问，到底是什么，许多问题仍然是悬而未决的，这正如结构清晰的故事或戏剧中的每一片段，都会使人期待着，渴望循着线索继续看下去。”

其次，《瓶》这节课教学核心部分的设计思路是“链接问题，展开复习”，用如下三个大问题呈现了与生态系统有关的三块内容：

问题1：你能理清种群与群落、生态系统与生物圈等容易混淆的概念吗？

问题2：你知道生态瓶中的成分吗？

问题3：什么样的生态瓶能使小鱼生活的时间最长？

问题1要解决的是生态系统的基本概念；问题2要解决的是生态系统的结构与成分；问题3要解决的是生态系统的物质循环和能量流动。然而，每一个大问题的解决都有一系列小问题作为脚手架，前面一个大问题又是后面一个大问题的脚手架。例如在问题2的解决中，在学生呈现生态瓶中的成分之后，郎老师不断追问“细菌属于生态系统成分中的什么”“可不可以说是微生物”“为什么”等。巩固练习之后再次追问：“上题中提到微生物对自己的物质循环起到重要的作用，是怎么回事呢？”然后出示生态瓶中的碳循环示意图，让学生指出分解者。有了碳循环为基础，氧循环的建模迎刃而解，解决问题3所要运用的知识也已经储备好了。有效教学的奥秘就在于，教师清楚地知道学生的认知水平与教学目标之间的距离，并清楚地知道从学生现有水平出发，到达教学目标之间要架设的脚手架的位置与个数。正是由于脚手架选择的适切，整堂课中大部分学生都处在积极思考并努力解决问题的状态中。绝大部分时间都是学生在争着表述，而教师只是一个不断有问题发现的引导者和倾听者。

二、思维产生于问题，拓展于变式

思维产生于问题，但常见的问题又容易产生思维定势。很多学生的答题错误往往不是由于知识的欠缺，而是由于思维定势造成的，如何克服学生的思维定势是教学中必须面对的问题。避免重复机械的题海战术是克服思维定势的一条路径，《瓶》这节课正是呈现了如何在日常课堂教学中克服学生思维定势的一条有效路径――课堂例题教学中的充分变式。“所谓‘变式’即指从不同角度、不同方面变换事物的非本质属性，揭示事物的本质特性，从而更好地掌握概念。” [2]236在问题1的解决中，郎老师准备了这样一道练习题：

杭州西溪国家湿地公园内生活着许多水生、陆生植物和野生植物，园内河流交汇，鸟语花香，形成了独特的湿地景观，该湿地公园属于（ ）

A.种群 B.生态系统 C.群落 D.生物圈

接着郎老师利用这个题目进行了一系列的变式：

如果选项是A（或C），题目该如何提问？

该湿地公园内所有的青蛙属于 ；

该湿地公园内所有的生物属于 ；

该湿地公园内所有的植物属于 。

这是一个非常经典的横向变式，同一个题干不同的问题将生态系统的基本概念尽收其中。这不仅节约了学生读取题干信息的大量时间，也通过变式有效提醒学生一定要审题仔细，切不可因思维定势而盲目答题。解题教学不需要太多的题目，要的是思维含量，这应该成为我们的共识。

变式训练不仅可以克服思维定势，其中的纵向变式还可以实现思维的正向迁移和拓展。例如，生态系统的物质循环是重点也是难点，为了有效突破这个重难点，郎老师首先直接给出了生态瓶中的碳循环示意图（如图1），图中A、B、C、D分别代表生态系统的成分，①～⑦代表碳元素的传递过程，请学生根据图回答：

（1） B是指 ，D是指 。

（2）碳元素在无机环境与生物之间以 形式进行循环的；碳元素通过 作用由生物进入无机环境。碳元素从B到C是以 形式传递的。

（3） 从物质循环的观点看，生物的碳元素究其根源来自于 。

经过这样横向纵向的多次变式，学生的思维得到了充分的拓展。

三、思维拓展于变式，提升于建模

教师在教学过程中有意识地适度超越学生的认知水平，引导学生在其学习的过程中逐步从一个个具体的案例所呈现的知识技能中跳出来，挣脱具体问题的束缚，努力地“跳一跳”去把握隐藏在现象背后的规律性认识，那么，学生仅仅依靠原有的认知就不能解决问题了，这样便引发了学生原有认知基础和当前学习所要求的思维水平之间的不平衡，这种“不平衡状态的产生酝酿了心智发展的可能”[5]，学生在解决这种不平衡的过程中，思维水平也就能够获得进一步发展，从而为更好地学习新知提供了心智基础。科学课程标准强调要“帮助学生学习建立科学模型，由此培养学生的分析、概括能力和逻辑思维能力”，而学生建立模型的过程，正是把原有的认知提高到一个新水平的思维过程。

模型，中文原意即规范。按照我国著名物理学家钱学森的观点：“模型就是通过我们对问题的分析，利用我们考察来的机理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所创造出来的一幅图画。”简单地说，模型是人们对认识对象所作的一种简化的概括性的描述，它是通过思维活动而对特定知识所作出的一种本质性规律性的反映。

对有些科学问题的探究既无法用真实模型，也无法找到替代模型，此时，科学家们想出了用人工模拟的方法来开展研究，如生物圈Ⅱ号、探究性状分离比的实验模型、探究生态系统稳定性的小生态瓶等。《瓶》这节课充分展示了建模思想，充分利用了生态系统的物质模型――小生态瓶，郎老师通过问题3“什么样的生态瓶能使小鱼生活时间最长”引发了学生对生态系统稳定性的一个思考。实际上，整节课郎老师都在通过小生态瓶帮助学生疏通思路，都是在用小生态瓶模拟真实的生态系统。

在复习课中，教师的任务不应是替学生找出各部分知识的现成结构，而是需要引导学生对前面所学的知识、规律、方法进行归纳整理，让学生通过自己的理解和加工建构可用的思维模型，因为“学习是一个把新旧信息结合在一起，构建出一个人自己独特的知识基础的过程”[6]。这也体现在了《瓶》这节课中：（1）以生态系统为核心，将生态因素、种群和生物群落等基本概念，生态系统的成分与结构，生态系统物质循环和能量流动“分割”成三个知识块，并有序布局；（2）连接三大知识块相互联系的知识线，自然形成一个生物与环境的知识网；（3）纵观全局，再现整体，最后一个环节“再看生态瓶，引发新思考”的任务之一，就是通过三大知识块概念之间的内在联系构成生物与环境的知识网络，形成思维导图，建立了关于生物与环境关系的思维模型，使学生更好地理解了相关知识内容所构成的体系。

总之，《瓶》的教学设计理念是以学生熟悉且非常感兴趣的生态瓶为切入口，以解决学生疑难问题为准则，展开一系列有关生态系统的问题讨论，并在问题的讨论和解决中理清生态系统基本概念、组成成分、结构功能，感知物质循环和能量流动的重要性，解释生态平衡的现象和意义。在教学中，郎老师通过学生感兴趣的问题引发思维，通过充分变式顺利完成了建模，通过建模使学生的思维水平得到了有效的提升。这真正是“为思维而教”的令人难忘的一课。

参考文献：

[1] 郅庭瑾.为思维而教[J]. 教育研究，2007：44～46.

[2] 《心理学百科全书》编辑委员会.心理学百科全书[M]. 杭州：浙江教育出版社，1996.

[3] M.艾森克.心理学――一条整合的途径[M]. 上海：华东师范大学出版社，2005：368.

[4] 罗伯特・加涅，阿妮塔・伍德沃克.教育心理学[M]. 南京：江苏教育出版社，2005：337.

第7篇：碳循环的主要过程范文

水是生命之源，水是支撑地球社会经济系统发展不可替代的资源。但是，由于全球变化、人类活动的负面影响，地球上水的循环在发生变化，许多地区正在发生严重的水的问题与危机，如洪水、干旱和江河水体污染，而成为限制国家河区域可持续发展的关键性因子，水科学问题也成为国际地球科学发展中的一个重要方面。

2001年7月在世界知名海岸水利工程建设的荷兰王国连续举办了两个直接与水科学有关的大型国际科学大会。一个是7月10-13日在荷兰阿姆斯特丹（Amsterdam）由国际地圈生物圈计划（IGBP）、国际人文计划（IHDP）和世界气候研究计划（WCRP）联合举办的“全球变化科学大会(GlobalChangeOpenScienceConference)”。国际地圈生物圈计划（IGBP）是国际著名的全球变化科学研究计划，受到国际地球科学届广泛的关注和参与。在跨入2000后的IGBP首次重要国际学术活动-“全球变化科学大会”云集来自国际的100多个国家的全球变化研究的专家学者、管理者约1600多人。大会主题是：一个变化的地球的挑战（ChallengesofaChangingEarth）。中国派出以科学院为主体的约60多人的代表团，进行学术交流和讨论，其中除了碳循环和土地覆被变化是大会主要议题外，水循环及水资源是大会重要内容之一。

另一个是7月18-27日在荷兰的马丝特里特（Masstricht）举行的第6届国际水文科学大会。(The6thScientificAssemblyoftheInternationalAssociationofHydrologicalScience)。这是一次专门针对国际水文科学进展的回顾和研讨大会，来自国际60多个国家的500名代表出席了大会。第6届国际水文科学大会的主题是：一个干旱地球新的水文学（ANewHydrologyforaThirstyPlanet）。

受国家自然科学基金委员会地球科学部的部分资助，笔者应邀参加这两个大会，并担任第6届国际水文科学大会第二学术研讨会的分会主席。本文是对这两个国际会议中关于水科学研究进展的综述，希望介绍水科学方面一些新的进展，提出我国对国际水科学的贡献和存在的问题与挑战。

二.全球变化与水文科学问题

全球环境变化（简称全球变化）是目前和未来人类和社会发展面临的共同问题。全球变化既包涵全球气候变化又包括了人类活动造成环境变化的影响。了解自然变化和人类活动的影响是国际地球科学发展最为关系的问题。

7月10-13日在荷兰阿姆斯特丹举办的“全球变化科学大会”，内容十分丰富。但都围绕有两大主专题，即：（1）一个不断变化的地球的挑战：对全球变化的科学理解。（2）展望未来：地球系统科学与全球可持续性。大会邀请若干专家学者做报告，在大会研讨中设立一系列专题研讨会和招贴展示论文。

大会专题报告内容有：

·一个不断变化的地球的挑战：对全球变化的科学理解（BerrienMoore）

·土地变化的集中性与复杂性：虚构与现实（B.L.Turner）

·气候变化与海洋生态系统动力学：可持续资源利用的内涵（MichaelJ.Fogarty）

·21世纪中的粮食：全球气候的差异性（MachendraShah）

·人类时期的大气化学（PaulJ.Crutzen）

·火与薄雾：东南亚空气质量的社会与政治因素上的不均性（SimonS.C.）

·海洋和陆地碳动力学（IanR.Noble）

·碳与科学政策的联系：京都的挑战（RobertT.Watson）

·对CO2挑战的工业响应（CharlesNicholson）

2．水与全球变化的关联：世纪资源的挑战？（LeenaSrivaatava）。

·我们会有足够的高质量的水吗？（HartmutGrassl）

·水会满足人们的需要吗？（PeterD.Tyson）

·大坝对渔业的影响：三峡大坝实例研究。Chen-TungArthurChen教授，台湾，国家SunYat-Sen大学，海洋地理和化学学院。

·澳大利亚大陆上的水，碳和氮：气候和土地利用变化的影响（MichaelRaupach）

3．全球生物地球化学：星球新陈代谢系统的理解（PamelaMatson）

·海洋生物地球化学：变化的海洋（DavidM.Karl）

·陆地上碳的过去、现在和未来（RobertJ）

·大气酸雨、臭氧损耗和气候变化的案例分析（OranR.Young）

4．陆地—海洋的交互作用：区域与全球的联系。（RogerHarris）

·生物地球化学的交互作用与反馈（TimJickells）

·沿海地区的全球变化：东南亚的实例研究（LianaTalaue-McManus）

5．气候系统：预报、变化和可变性

·以前和以后的气候变化：我们究竟去何处（ThomasF.Pedersen）

·气候变化的1000年（RaymondS.Bradley）

·正在变化的寒区：高纬区全球变暖的影响（OlegAnisimov）

·耦合气候系统：可变性和可预测性（AntonioJ.Busalacchi）

6．土地利用变化的热点地区和地球系统：区域和全球的联系

·陆地表面与气候有联系吗？北非：撒哈拉沙漠；

·东南亚1：理解变化的亚洲季风系统：大规模植被和土地利用在水循环和气候中的作用

·东南亚2：人类引导的陆地覆盖的变化能对亚洲季风有多大的改变？

·亚马逊河流域和土地利用的变化：未来能平衡吗？

·陆地表面与气候有联系吗？一种综合。

7．模拟和观测地球系统（DavidCarson）

·处理地球系统的复杂性和不确定性（H.J.Schellnhuber）

·监视地球系统的短期不稳定性和长期的趋势：一个空间的挑战（JoseAchache）

·虚拟现实的过去、现在和未来（JohnMitchell）

8．地球系统需要生物多样性吗？（AnneLarigauderie）

·为什么地球系统科学需要海洋生物多样性？（KatherineRichardson）

·生物多样性是如何影响陆地生态系统的过程与功能（SandraDiaz）

9．科技能够补偿星球吗？（MikeBrklacich）

·自然的回归：为什么和怎样进行（JesseH.Ausubel）

·工业变革：生产与消费中的探测系统变化（PierVellinga）

10．面向全球可持续性（HansOpschoor）

·区域和全球可持续性的挑战和障碍（JuliaCarabias）

·转向可持续性的研究系统（WilliamC.Clark）

·可持续性科学起源讨论：什么是可持续性科学？为什么要可持续性科学？（JaneLubcheno）

·可持续科学和气候变化（BertBolin）

·重新概念化自然-社会的交互作用：将环境和发展结合起来理解（RobertW.Kates）

·雅基盆地资源的可利用性、脆弱性和持续性：环境与社会交互作用中不可持续的发展趋势（P.A.Matson）

·人与环境相互作用的脆弱性：尤卡坦南部事例（B.L.Turner）

·各学科间的可持续性科学（RobertW.Corell）

大会专题讨论内容十分丰富，有：A1-全球碳循环；A2-大城市与全球变化；A3-南厄尔尼诺的摆动同过去、未来气候变化的联系；A4-地球系统的演化；A5-生物多样性的全球变化；A6-全球变化与火；A7-海岸区人类活动；B1-食品生产和环境间的平衡；B2-理解土地利用的变化，以致重建、描述或预测土壤覆盖度；B3-冰雪层和全球变化：制度和指标；B4-地球系统分析；B5-陆地生物圈与全球变化；B6-社会转化过程；B7-海洋与气候变化；C1-水资源对环境变化的脆弱性：一种系统方法；C2-把人放入地球系统中：受害者或是破坏者，扰乱者或是解决者?C3-大气和全球变化;C4-全球变化非线性变化和惊讶;C5-生态系统管理可持续发展的展望;C6-科学和政策过程：IPCC;C7-全球变化与山地区。

大会报告集中在水科学问题的主题有：全球变化中的水问题-21世纪资源的挑战，尤其值得提到的是7月12日下午，大会专门针对水循环水资源问题，举行了“环境变化的水资源脆弱性系统分析”学术研讨会。WCRP/GEWEX北美主席、美国地理学会水文专业委员会主席、亚利桑那大学水文水资源系的SorooshSorooshian教授介绍“WCRP/GEWEX和SAHRA计划中水问题的研究：半干旱区流域水文循环与可持续性”。德国的CharlesVorosmarty教授报告了“地球系统科学对全球水评估的贡献”。WolframMauser教授研讨欧洲GLOWA项目的核心“完整的流域管理”经验。JosephAlcamo教授指出全球“水危机区与脆弱性”。JimWallace教授强调“防洪安全与水资源问题”。ClaudiaPahl-Wostl教授研讨“面向社会经济可持续性：水管理部门职能的转变过程挑战”。

三.水文科学与水资源安全

7月18-27日第6届国际水文科学大会在荷兰的马丝特里特（Masstricht）举行。大会对过去水文水资源研究进行总结，对未来水文科学的发展进行展望。会议由4个专题学术大会（Symposium，简写为S）和6个学术研讨会(Workshop，简写为W)组成。会议主要集中在水文科学基础研究和社会经济发展与水资源研究两个方面：

1.水文学基础研究

S4.土壤-植被-大气转化方式和大尺度水文模拟

WS4.高山地区水文过程与冰圈作用

WS2.水文长期变化与气候影响

S3.人类活动对地下水动态的影响

WS6.海岸湿地水文的演化

2.社会经济发展与水资源研究

S1.社会经济发展与水危机

S2.区域水资源管理

WS1.全球变化与洪水预报

WS3.信息技术在可持续水管理的作用

WS5.GIS&RS在土壤侵蚀和水质变化的应用

特别需要指出，由于全球变化、社会经济发展，水资源问题愈来愈突出，给水文科学研究提出新的课题，即变化环境下的水资源形成与演化规律问题。IAHS会议的S1-S2，主要研讨这些国际国家和区域尺度急迫的问题。关于S1和S2的研讨内容题目摘录如下：

S1：水胁迫下的社会经济发展（E.Servat）

水源丰富，资金缺乏，水工业能否继续生存尚未可知。

·健康部门希望从水文学家那儿得到什么?

·河流生态系统的研究和管理中对水文数据的需求。

·多学科综合研究—对水危机的响应。

·食物保障中的水资源及管理。

·洪水控制与城市排水系统管理。

·全球水协作计划

S2区域水资源管理

S2-1过去水管理的经验与教训（A.SchumannM.C.Acreman，M.Marino）：

·可持续发展的度量及其在实际水管理计划中的实现。

·可持续水库发展—津巴布韦实例研究。

·Yamuna河流域的可持续区域水管理：Delhi区域的实例研究。

·Limpopo河：逐步走向可持续发展和一体化的水资源管理。

·中国新疆博斯腾湖流域的水资源可持续性发展管理经验的启示。

·印度干旱地区过去管理实践经验总结。

·水坝功能新探——一个不应忽略的问题。

·Dehli区域水资源管理的一体化进程：问题与展望。

·北尼日利亚半干旱区域的Hadejia河上建坝的影响：对未来管理的建议。

·可持续发展的特征及供水管理模型。

·澳大利亚富营养化进程的现阶段研究。

·城市水计划书——印度班加罗尔的实例研究。

·水资源系统中相对可持续发展实现的框架。

S2-2可持续发展与水资源管理（夏军，D.Rosbjerg，G.Schultz)

·为保护水生态系统的整合水质与水量的数学生态模型的发展。

·欧洲地下水可持续发展管理的指导方针。

·清除河岸异生植被是否为一种有效的水资源管理策略。

·地表水和地下水的联合管理。

·河流管理可视化中的变换系统边界。

·改善环境中被忽视的因子——监控。

·加入风险基金平衡流域经济、社会、环境压力之间的冲突。

·使用风险分析提高水资源系统模型的效率和精度。

·整合水资源管理中的角色分配。

·Volta流域的水资源竞争。

·复杂水环境管理中的空间适应方法。

S2-3水资源管理的方法（R.Davis，S.Walker）

·流域水平上的水资源管理整合模型。

·提高以决策支持系统为基础的模型的精度——水管理中的一种好的建模实践。

·持续性水系统的水力学标准。

·人工神经网络系统实现的河流洪水预报。

·气候变化影响评估中的不确定因子的概率特征。

·研究城市化对区域水资源影响的一种流域水文模型。

·水、氮循环的一种大尺度评估模型——在Elbe河流域的基础研究。

·基于地形学和土壤水文学的湿地重建计划方法的发展。

·英格兰西南部Dartmour地区放牧对水文的影响。

四.21世纪水文科学的发展机遇与展望

传统的水文学研究只考虑水量的自然变化，现代水文循环需要考虑地球生物圈、全球变化以及人类活动等方面的影响。国际地圈生物圈计划（IGBP）代表国际地球学科发展前沿，水文循环的生物圈方面(BiosphereAspectsofHydrologicalCycle，简称BAHC)是IGBP的核心之一。它注重陆面生态-水文过程与空间格局的变化规律和受人类活动影响的关键问题，以科学地解释：植被是如何与水文循环的物理过程相互作用的？改变陆面生态过程的直接原因是什么？是大尺度人类活动改变了陆面覆盖？还是大气中二氧化碳浓度增加的缘故？这些影响变化的水文后果如何？通过这些研究，为认识自然变化和人类活动影响下的土地利用/土地覆被变化与陆地表层生命物质过程，评估人类对生物圈的影响，保护环境和资源可持续利用提供科学的基础依据。

通过7月在荷兰举行的IGBP和IAHS国际学术大会可以清楚看出，变化环境（即全球变化与人类活动影响）下的水文循环研究成为21世纪水科学研究的热点。根据二十一世纪IGBP发展方向，国际上的BAHC研究重点也相应地进行了调整，主要有以下8个方面：

·小尺度水、热、碳通量研究；

·地下过程作用的评价；

·陆地-大气相互作用的参数化；

·区域尺度土地利用与气候的相互作用；

·全球尺度植被与气候的相互作用；

·气候变化和人类活动对流域系统稳定与传输的影响；

·山区水文学与生态学；

·开发全球数据集；

此外，还有两个交叉研究问题：

·设计、优选和实施综合的陆地系统实验；

·情景发展与风险/脆弱性分析。

变化环境下的水文循环及其时空演化规律研究，是国际国内地学领域积极鼓励的创新研究课题。结合土地利用/土地覆被变化与陆地碳循环过程的水循环研究，是一个新的交叉方向。研究的热点问题有：

问题1：全球变化与水文循环问题

它需要研究回答：全球变化对区域水循环规律？过去对气圈-水圈-生物圈的相互联系/作用是如何认识？现在又是如何认识水资源的演变？其规律是什么？

值得指出的是，过去在气候系统与陆地水文循环之间存在一个误区，即长期以来,水文学者把气候看作是静态:一个地区的气候是指某种统计的平衡,WMO规定系列30年的平均作为准平均,用极差/标准差描述气候变异。对陆地水文过程研究方面，认为长序列水文均值是稳定不变的，年径流出现的丰、枯现象，被看作围绕均值的周期变化。水利（水资源）工程设计：要求的水文计算都是以几十年-几百年时间尺度的水文过程稳定不变为前提。未来被看作是过去的重复或外延。例如，水资源的保证率有W75%，W50%等；设计洪水有千年设计和万年校核等。另一方面，在气候/天气过程研究中，长期以来气候学者把陆地水文看作是静态，气候/天气过程研究仅仅到降水为止，较少研究流域水文循环动力机制与反馈作用。例如，天气模式研究中仅设置若干参数代替水文过程变化和空间分布，认为陆面水文-生态的作用也是稳定不变的。例如，许多GCMs对水文循环作用过程考虑相当粗糙,平面无径流联系与循环过程。但是，现在人们业已认识：一个地区的气候/水文循环过程并不处在统计的平衡状态，而是以不同尺度变化（年际、十年际、百年际-千/万年际变化）。决定气候变化因子不仅仅是大气内部的过程，还有大气上边界（太阳行星系统）和下边界（陆地水文-生态、海洋系统）的各种物理化学过程。20世纪科学研究与进展显示：陆面生态系统对大尺度水文循环有十分重要的反馈作用。因此，全球变化对水文水资源的影响是21世纪水文科学研究的前沿问题之一。因此，特别需要大力加强水文学家与大气物理学家的联系与合作，积极开展“全球-陆地-区域-流域尺度水文循环”科学基础的研究。

问题2人类活动对水循环水资源的影响

人类活动对水循环及水资源有那些主要影响？人类活动如何对水的变化规律产生影响？有什么地区、区域特征规律？如何量化人类活动对水循环水资源的变化及影响？这是近代水科学面临的主要科学问题。在IGBP科学大会上，特别强调土地利用/覆被变化与水循环、碳循环的关系。需要研究从“点”-“典型流域“的水循环机理、水文循环与生态系统的相互作用、地表水与地下水交换的相互作用，“大气-土壤-植被”界面过程中的物质与能量转化规律；开拓流域水文循环过程中的非线性机制研究；创新“分布式流域水文循环模型”，量化区域水文循环演化与土地利用/土地覆被影响关系，为认识陆地表层生命物质过程的提供重要的基础科学支撑。

结合中国的实际背景，人类活动影响是惊人的。例如，在中国南方的长江流域，建国后洞庭湖围垦1700余平方公里；鄱阳湖围垦1400余平方公里；荆北所有通江湖泊被堵闭，减少调蓄长江洪水面积约5700余平方公里。建国后，长江中下游地区约有1/3以上湖泊面积被垦殖；损失湖泊面积13000余平方公里，相当于五大淡水湖泊面积总和的1.3倍；损失湖泊容积500亿立方米左右，相当于三峡水库调蓄库容的5.8倍，淮河年径流1.1倍。建国后，中游长江干流河道内的江洲河滩几乎全部被围垦。据不完全统计，围垦面积约1213平方公里；城陵矶至螺山江段河床变迁剧烈，泥沙淤积问题严重。98洪水后，国家提出治理长江32字方针：“封山育林、退耕还林、移民建镇、以工代赈、退田还湖、平垸行洪、加固干堤、疏浚河道”。但是，如何退田还湖？如何平垸行洪？认识人类活动（湖区开发、三峡工程）对水循环关系影响水科学基础问题，都是十分重要又十分现实的问题。

在中国北方，人类活动剧烈。例如，在华北地区，水文循环机理比较复杂，它不仅与陆地表层系统中各种自然地理要素时空分布密切相关，而且与农业开发、都市化等土地利用/土地覆被直接相联。由于社会经济发展，人类活动改变了水循环自然变化的空间格局和过程，加剧了水资源形成与变化的复杂性。过去有关部门在华北水资源方面做了相当的工作。但是，在华北地区究竟缺多少水等基础方面仍分歧较大。有人认为在华北通过自身的节水和提高用水效率可以解决水资源的需求问题；有人认为即使南水北调也不能从根本上解决北方缺水问题。争论问题的科学问题焦点是：在自然变化和人类活动的综合影响下华北地区水循环演化规律是什么？如何科学测算华北地区可供水资源量？华北地区节水的潜力究竟有多大？如何保障华北地区的水资源安全？争论的原因是：自然变化和人类活动加剧情况下的华北地区水循环演变格局与过程机理，有待重新认识；受人类活动影响等变化环境下的华北地区水资源可利用量的测算科学依据不很充分；水资源安全与生态需水、节水潜力、国民经济发展之间的量化关系需要研究。因此，开展自然变化和人类活动影响下的水循环及水资源安全研究，具有十分重要的科学意义和研究价值。

总之，21世纪水科学的挑战问题是：迫切需要回答的科学问题是陆地水循环演化格局、过程与机理，即：

·如何对水、碳和能量在土壤~植被~大气界面交换中的变化进行认识？

·变化环境下的水文循环时空演化有哪些特征规律？如何识别和量化？

·水循环物理过程在不同尺度（宏观/中观/微观）是如何联系、影响与作用的？

·如何评价那些由于土地利用及土地覆被变化而导致的陆面性质的改变，这些变化又影响陆地水循环过程变化和空间格局的变化？

回答上述问题，迫切需要建立认识陆地水循环演化格局的空间信息支撑系统、陆地水循环过程变化的实验研究支撑系统和可定量描述自然变化/人类活动影响的分布式水循环模型等。这需要在充分利用现代科学技术，开展国家水平/国际间的水文科学实验、变化环境下的水文水资源理论创新研究。这是21世纪水科学发展面临的新的机遇与挑战！

致谢：本文系国家自然科学基金委资助项目（49971017）和科学院2000年“百人计划”中有关的国际前沿研究与展望研究内容，得到国家自然科学基金委员会和科学院地理科学与资源所的资助，对此表示衷心的感谢！

参考文献

[1]IGPB,WCRD&IHDP,AbstractVolumeofChallengeofaChangingEarth,GlobalChangeOpeningScienceConference,10-13,July,2001,Amsterdam,Netherland.

[2]The6thScientificAssemblyoftheInternationalAssociationofHydrologicalScience(IAHS),AbstractVolumeofANewHydrologyForaThirstyPlanet,July18-27,2001,Maastricht,Netherland.

[3]TurnerB.L.IIetal.,1995,Land-useandlandcoverchange:Science/Researchplan.IGBPReportNo.35andHDPReportNo.7.StockholmandGeneva.

[4]李秀彬，1996，全球环境变化研究的核心领域-土地利用/覆被变化的国际研究动向。地理学报，51（6）：553-557

[5]黄秉维，1997，论地球系统科学与可持续发展战略基础（1）.地理学报,51(4)

[6]中国科学院地理研究所,1999年,“陆地系统科学与地理综合：黄秉维院士学术思想研讨会文集”，科学出版社。

[7]ChenJ.Q.andJ.Xia,(1999)Facingthechallenge:barrierstosustainablewaterresourcesdevelopmentinChina,HydrologicalScienceJournal44(4),507-516.

[8]XiaJunandK.Tackeuchi(1999),Barrierstosustainablemanagementofwaterquantityandquality,GuesteditorsforSpecialIssue,HydrologicalScienceJournal.44(4),503-505

[9]魏文秋,夏军,现代水文学与水环境科学研究与进展,武汉水利电力大学出版社,1999.4.

[10]夏军，2000年9月，水文学科发展与思考，中国科学基金，第14卷5期,293-297.

[11]Rodda,J.,WhitherWorldWater?WaterResourcesBulletin,Vol.31,No.2,1-7,1995.

[12]Schultz,G.A.,AChangeofParadigminEnvironmentalandWaterSciencesattheTurnoftheCentury?ProceedingsofInternationalConferenceonWaterResources&EnvironmentResearch:Towardsthe21stCentury,Vol.I,Kyoto,Japan,Oct.29-31,1996,1-20。

[13]夏军，水文学研究与进展，水利水电技术，200期专集,1998年6月,4-7.

[14]IUGG,VolumeAandB,XXIIGeneralAssemblyofInternationalUnionofGeodesyandGeophysics,July18-30,Birmingham,U.K，1999.

[15]LiuChangmingetal.,SustainabilityandpossibilitiesforWaterConservationinNorthChinaPlain,ACooperativeProjectoftheCAS,IGBP-BAHC,IGBP-GCTE,IGBP-DIS,IGBP-GAIM,HDPandEARG,ReportNo.4:BiosphericAspectofHydrologicalCycle(BAHC),editedbyBradB.,Karlsruhe,Germany,June,1994,26-30.

第8篇：碳循环的主要过程范文

关键词：气候变化；碳收支；遥感；碳收支模型

中图分类号： S153；S127 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（b）-0000-00

1. 引言

随着全球气候变暖的日益严重，人类面临到了迄今为止最重大的生态环境问题。随着全球气候变暖的日益严重，人类面临到了迄今为止最重大的生态环境问题。气候变化所带来的不良影响已经涉及到区域经济秩序、政治格局前景、人类生存环境以及能源发展方向等领域。区域碳收支能力是承载于碳排放和碳汇之上，运用于评价剖析和趋势预测的科研方向。相关研究表明通过遥感技术经济、高效地提取土地利用和地物覆被信息，成为现阶段研究全球气候变化的有力手段之一。[1]因此加强区域碳收支评估的精确性和针对性、研究区域碳收支能力估算的有效途径，对区域碳环境的平衡和气候变化的预测具有承上启下的效果。

2.主要原理和方法

2.1土地分类原理

随着《联合国气候变化框架公约》及《京都议定书》的生效实施，人们史无前例的认识到了全球气候变化对我们造成的危害将极为严重，这其中涉及碳循环的土地利用覆

被变化就是重要因素之一。世界各国随之高度重视针对气候变化的土地覆被分类的研究，其中包括：欧洲环境署（EAA）为便于欧盟各国间进行统一的环境监测，提出了CORINE土地覆被分类系统；美国方面通过遥感技术衍生出针对森林特色植被和稀疏草地的分类体系，将其命名为Anderson分类系统；中国中科院提出了主要面向植被覆盖的土地利用分类系统，便于我国大尺度的生态环境评价研究。同时政府间气候变化专门委员会（IPCC）利用土地利用、土地利用变化和林业活动，估算碳储量变化和温室气体排放。

在诸多分类系统的辅助下，张磊[2]等专家提出了基于碳收支的中国土地覆被分类系统，该系统结合我国地物排列、监测水平、季节变化等19个特征指标，设计出6大类、38个小类面向碳收支的土地覆被类型，推动了我国区域碳收支能力专题研究的发展。

2.2遥感技术

2.2.1遥感应用于碳收支研究

遥感技术的发展经历了波段分辨率、空间分辨率、时间分辨率的不断提高的过程[3-4]。现阶段引用遥感技术进行区域碳收支能力的研究，已经彻底改变了传统的基于碳源汇实地观测的方法，使得区域碳收支能力的研究面积更具整体化，突破了以往获取和统计数据的瓶颈。例如：方精云[5]等利用遥感技术结合相关数据研究1981-2000年中国陆地植被的碳汇情况，预测了我国森林固碳能力将会显著增加的趋势，同时总结了其反演模型的不确定性；Soegaar.H[6]等利用遥感技术提高了基于景观层面碳通量的估算水平。

2.2.2针对碳收支专题的遥感分类方法

反观现阶段高分辨率遥感影像大量出现并广泛应用的大背景下，传统基于像元的分类方发法不断面临挑战，已经难以满足现阶段的需求，王东生[7]等就曾在基于RS和GIS的不同土地利用方式的碳收支研究中提出，传统的分类方法无法对主要土地利用类型开展进一步的细分，导致估算出的碳收支结果对实践的指导意义不大。基于此面向对象遥感影像分类技术脱颖而出、推陈出新，面向对象分类技术可以完美地利用影像对象的空间、形状、纹理、上下文等特征信息进行更加深入细致的分类，使得区域碳收支能力的研究更加切合实际。例如郭亚鸽[8]等利用面向对象的分类方法对森林植被进行二级信息提取，并通过精度对比体现出面向对象分类方法相比传统分类的精确度具有很大的提高。

2.3碳收支模型

目前国内外在区域碳收支能力的研究上早已将经验模型提升到碳循环参数模型方向，大量的RS模型、GIS模型应用于碳收支能力研究的成功案例逐渐涌现，已经成为现阶段生态碳循环相关研究的必经之路。徐国泉[9]采用Divisia分解法建立了碳排放的因素分解模型，分析了10年间影响中国人均碳排放的主要因素，拉动了节能减排政策的实施。朱文泉[10]等人在GIS技术的支持下，利用MODIS数据构建了一个区域NPP估算模型，提高了估算森林NPP的可操作性和真实性。国外方面，Rik Leemans[11]结合环境资源结构模型预测分析了生物能源对全球气候变化和区域碳循环的影响，总结了绿色能源使用和节约的相关措施。因此为增加区域碳收支能力研究的精确性和预见性，基于前人的经验总结归纳其碳收支相关模型的优劣，建立更为适宜研究区域土地利用现状的碳收支模型显得尤为重要。

3. 关于影响因素的研究

除了研究区域碳收支的原理与方法之外，形成区域内碳能力差异的影响因素也是现阶段关于碳收支能力的研究重点。大部分专家学者认为经济发展、产业结构、地形地势分异是三大影响碳收支能力的主导因素。

3.1经济发展

工业革命带动了世界经济高速发展的趋势，同时也带来了诸多如全球气候变化、生态环境污染等人为灾害。因此，为了更为科学的探究经济发展与碳收支之间的关系，环境库兹涅茨曲线（EKC曲线）应运而生，并且随之而来的相关研究大量开展。DeBruyn S M[12]等人认为在中、远期之后环境压力与经济关系应该是N形曲线，而非传统观念上的倒U形曲线。相似的结论在胡初枝[13]等结合分解分析法研究EKC模型后也有展现，并分析出中国自1990至2005年碳排放量总体呈现出N型曲线。近期国内大量研究表明在省、市级层面上，区域碳排放与经济发展之间存在着一种脱钩关系，并且有待进一步探讨。

3.2产业结构

产业结构与区域碳收支能力的研究大都一致认为，区域碳排放与第二第三产业息息相关，而碳汇能力与第一产业紧密联系。李雷鸣[14]等曾在分析山东省碳排放问题时发现人口因素及产业结构因素对区域总碳排放量起到决定性的作用。而李建[15]更为细致深入的探讨了三个产业与我国各省碳收支能力的具体关系，其研究表明区域碳排放的强度跟该区域第二产业关联最深，第一产业对区域碳排放的作用最小。同时潘磊等提出了以调整产业结构低碳化、产业内部减排等手段，解决辽宁省碳收支能力与生态环境和谐等问题，并给出了低碳产业结构化的经济发展对策，得到了很好的效果。

3.3地形地势分异

在区域碳收支能力的研究上，虽然尺度不大，但大部分区域内仍涉及到明显的地形地势分异问题，从而会造成温度、水分、植被覆盖等因素的变化。例如黄从德[16]等人结合四川森林碳储量等信息分析出海拔越高，总结出碳收支能力的影响越小，碳密度越大等特点，对日后区域碳收支能力的研究具有推动作用；刘玉[17]针对独特花岗岩地形区进行区域碳汇能力研究，发现裂隙带厚度与风化程度干涉了区域土地利用和植被覆盖度等情况，从而影响了花岗岩地区的碳汇强度。相信随着RS和GIS技术的快速发展，更多关于特殊地形地势的区域碳收支能力相关研究将逐步解决。

4. 总结展望

近年来，国内外在区域碳收支能力的研究上具有长足的进展，尤其是通过RS技术和GIS技术解决碳收支问题方面。面向对象分类技术的迅猛发展和空间分析技术的广泛应用，完全可以解决传统的实地观测不便、手工统计资料量大等问题，为日后拓宽区域碳收支能力的研究提供了强有力的技术支持。

该研究取得进展的同时也存在某些不足，主要表现在以下几方面：

（1） 由于测算模型的不同、标准碳转换系数不统一、能源消耗统计来源相异等问题，使得同一区域的碳收支能力估算结果具有或多或少的差异，影响了区域碳收支能力研究的实用性前景，容易误导区域碳收支预测分析的结果。

（2） 在区域碳收支能力的影响因素方面，大量研究主要针对经济发展、产业结构、人为干扰等相关因素，而忽略了较为重要的政策性因素。相信国家政策性因素对于现阶段区域碳收支能力的研究影响也很关键。

（3） 大量研究提出了不少针对统一划定区域碳收支放标准的制度性建议，可是，当今中国经济发展并不均衡，西部地区与东部沿海一带的经济水平差距较大，统一划定区域碳收支标准不利于我国部分西部地区的经济发展，为此应该因地制宜的给予一些补偿性措施以平衡区域碳收支差异。

基于此，高度重视节能减排工作对于区域碳收支问题仍旧尤为重要。我国正处于工业加速扩张、经济逐步提升、社会文明高速发展时期，随着社会发展、人口增加、城市转换以及人民物资丰足，我国已成为受人瞩目的碳排放大国。为此中国有责任进行相关内容的科学研究，提高碳源利用效率，降低碳排放强度，完善节能减排工作，处理好区域碳收支的问题。

参考文献：

【1】赵荣钦， 黄贤金. 基于能源消费的江苏省土地利用碳排放与碳足迹 [J][J]. 地理研究， 2010， 29（9）： 1639-1649.

第9篇：碳循环的主要过程范文

论文关键词 循环经济 法制建设 经济增长模式

循环经济是符合可持续发展理念的一种经济增长的模式。循环经济发展法制建设，是我国经济发展的必要保障。如果说国家在发展循环经济的过程中，没有相关的法律法规予以规范和制约，那么循环经济的发展就犹如水中月、镜中花。强化循环经济法制建设，涉及每一个公民的衣食住行，是转变经济发展方式，调整产业结构的必要途径，关系到我国社会主义现代化建设进程，是实现中华民族伟大复兴的必然选择。随着经济发展，我国建设法治国家的步伐加快，依法治国理念日益深入人心，经济发展与环境保护、追求当前利益与长远利益的矛盾日益突出，这给我国环境保护方面的法制建设提出了新的要求。本文拟从我国循环经济发展法制建设的现状入手，分析原因，并提出相关对策。

一、循环经济的涵义

1970年，A.克尼斯等人基于生态系统的危机，即物质代谢结构的崩溃而撰文提出了“物质循环分析论”，认为人类的经济活动应当包括资源、能源的投入生产加工分配流通最终消费排放废弃物的全过程，这是首次在经济学理论中提出经济循环与物质循环相适应的思想。

以物质循环分析论为基础，物质循环全过程管理理念逐渐形成，即对物质从生产直至废弃各个阶段实施全过程管理的过程，除了回收、再生循环和再商品化外，还必须促进和管理全社会的物质循环，体现了循环经济的内涵和外延。

二、我国循环经济法制建设现状及问题

在改革开放初期，我国开始建设中国特色的环境保护法律体系。到目前为止，我国已出台十余部环境保护法律，包括《环境保护法》、《矿产资源法》、《节约资源法》、《水法》、《清洁生产促进法》、《水土保持法》等。在《清洁生产促进法》中首次提到“循环经济”，这在我国循环经济发展历程中是一次尝试。《固体废物污染环境防治法》中规定了国家对固体废弃物污染的防治的内容，该法中的这项规定充分体现了实施减量化的基本理念，为固体废物的处理提出了法律依据。而《循环经济促进法》为循环经济发展创造了基本的法律构架，但是我国并没有相关的行政法规对循环经济做出规定，只以有《报废汽车回收管理办法》、《水污染防治法实施细则》、《退耕还林》细则中有所规定。

下面从我国法律体系方面具体分析存在的问题：

第一，我国法律规定不够完善，有许多领域法律没有涉及，而在一些领域又存在规定上的重叠，给执法者带来许多麻烦，同时也不利于普及法律知识，例如我国环境保护法并没有对循环经济做出明确的规定，一些污染物存在跨行业的特性，对于这些特殊的物质，没有法律明确规定。

第二，立法过度集中在工业领域而忽视农业方面的立法，第三产业更是少之又少，同时工业立法因缺少相应配套措施也变得举步维艰，可反映出在产业结构的调整并没有在立法上给一、三产业相应的重视。

第三，环境立法存在的效力较低的固有问题，常常流于表面形式，没有相应的配套措施，提倡和口号比较多，没有规定权利和义务，因此在现实生活中实现的可能性较小。

第四，建设主体规定的并不明确，法律只规定政府部门的公开信息义务，对于企业及其他主体没有明确规定，造成具体执行不畅。

第五，对生产责任延伸方面没有相关的监管保障，在发展循环经济的下，建立的生产者责任延伸制度，在责任主体上规定了生产者不仅对本企业的产品负责，企业有对产品进行回收和清除的责任，看似完备的制度设计其实缺乏相关法律责任的规定和政府的执行监督文件。

三、我国循环经济法的基本原则和对策

（一）循环经济法的基本原则

确立循环经济法律原则，在促进经济发展的过程中，使国家、企业时刻保持正确的方向，明确保护环境的义务和责任，更加注重发挥政策的引导作用，同时强调清洁生产和提高资源利用率和废物合理排放的重要性。

1.预防原则

预防原则，是针对粗放型经济发展模式造成环境破坏提出的，环境污染、生态破坏、资源短缺已成为我国乃至世界各国面临的突出环境问题，亟待寻求合适途径解决。环境污染包括水污染、大气污染、土壤污染等，严重威胁人类生命健康及各种生物的生存环境的安全，不利于实现人类及经济社会的可持续发展。

从源头上分析、解决环境问题产生的原因，是落实预防原则的根本，特别要注意减少二氧化碳的排放，针对汽车尾气和燃放烟花爆竹、工业生产排放的废气也要格外关注，通过制定限制排放量等具体的措施，运用相关的奖惩机制，鼓励公民和企业为保护环境做出一份贡献，同时更是造福人类和实现人类永续发展的必然选择。

2.公众参与原则

公众参与原则，是实现政府管理与公众参与相结合，充分发挥群众的力量，广泛凝聚群众智慧，实现经济社会可持续发展的必然要求。在低碳循环经济领域只依靠政府力量力量是单薄的，效果是不显著的，通过政府制定政策办法指示，并在企业许可、监督管理等方面发挥引导作用，提高公民对参与低碳循环经济的积极性，往往能起到事半功倍的效果。欧洲国家经历了第一次和第二次工业革命，工业生产的滞后性，使欧洲各国在上世界中期都不同程度地出现了环境问题。欧盟各国在经济政治地理文化等方面存在各种相似，在解决环境问题的过程中，各国协同合作，特别注意发挥群众的积极性，要提高群众的环保意识，通过公益广告、志愿者讲解等宣传模式形成良好的氛围。

3.“3R”原则

3R原则即再利用、再循环、减量化的简称，是面对我国正处在经济高速发展，资源总量急剧减少，人口增长与资源消耗矛盾突出的现状应坚决贯彻的原则。我国人均资源严重不足，同时资源的利用率相对低下，能耗太高，污染物排放量超过环境的承载能力，由此产生的环境与资源问题成为循环经济发展的瓶颈。再利用即面对资源利用率低、资源浪费、为解决资源短缺与资源不能满足人类经济发展和人类生存的问题而提出的。要实现再利用，首先要政府加大科技投入，研发开采资源和利用资源的先进设备，同时要求不断提高各类社会主体节约资源的意识，坚持走绿色低碳循环的发展道路。再循环，是与资源的再利用一脉相承的原则，通过对剩余资源和废物的再利用延长产业链，提高资源的利用率，既能克服废物排放的难题，又可以增加经济总量，是一种一举两得的措施。减量化，是指通过减少排放实现环境可持续发展的措施，通过企业清洁生产，特别注意生产流程的低碳化和无污染，减少废气废水废物的排放。

4.分担责任原则

循环经济责任原则是指作为社会主体的国家、企事业单位、社会团体和公民对环境应尽的义务以及破坏环境承担的社会责任。严格区分不同主体的责任，使环境保护落到实处，如政府主要发挥引导和监督作用；企业要更加注重清洁生产和减少排放；公民培养从小处着手，从点滴做起的意识，要按照有关规定对生活垃圾进行排放，坚持绿色消费和低碳生活模式。通过各方努力，使环境保护保护有章可循，有法可依，有条不紊地推进。循环经济责任原则就是更加明确了各个主体在环境资源的开发利用保护改善以及管理过程中的责任，使国家、政府、企业和公民共同配合，形成密切联系的整体。通过确立政府、企业和公民在资源综合利用、废料回收再利用、清洁生产、生态保护、绿色消费等方面的权利、义务，最大限度地实现环境资源分配方面的公平与正义，实现经济社会的永续发展。

（二）循环经济法的基本对策

我国循环经济起步较晚，发展比较缓慢，本身缺乏经验可循，并且面临技术、人员、管理、资金等诸多难题。因此，在法律法规和制度方面有较大空间可待提高。

首先，要进一步完善法律法规。随着经济发展，法律往往显示出其滞后性和保守性，必须通过建立完善的法律体系和政策，将保护环境的各项要求落实到实处，使百姓和社会享受到循环经济的好处，比如在修订的《反不正当竞争法》加入保护环境的具体规定，作为约束竞争主体的一项准则，同时，其它法律中也要更加明确主体的权利和义务，特别是关于垃圾处理和废物利用等具体环节缺乏具体规定，在执行过程中难免存在各种问题，因此要从法律的角度给予充分的重视。