碳循环

发生的部位

碳循环连结大气、生物与化石燃料，使碳不断在大气中二氧化碳的形式与构成生物体的有机化合物形式之间移动。

SPM 图解中通常出现 4 个主要碳库：大气（二氧化碳气体）、生产者与消费者的身体（葡萄糖、淀粉、蛋白质、脂质等有机化合物）、土壤与水中的死亡有机物，以及封存在地下的煤、石油、天然气等化石燃料。水生生态系统也以溶解的二氧化碳形式储存碳，藻类与水生植物利用它的方式与陆地植物利用空气中的二氧化碳相同。

输入与输出

• 进入生物的输入：大气中的二氧化碳，由生产者经叶片气孔吸收，或由藻类从水中吸收。
• 光合作用的输入：光能，驱动叶绿体把二氧化碳固定为葡萄糖。
• 生产者的输出：葡萄糖，转化为淀粉、纤维素、蛋白质与脂质，构成植物组织，随后成为消费者的食物。
• 呼吸作用的输出：每个生产者、消费者与分解者日夜释放的二氧化碳。
• 分解作用的输出：细菌与真菌呼吸产生的二氧化碳，以及归还土壤的简单含碳化合物。
• 燃烧的输出：化石燃料与木材燃烧时释放的二氧化碳，以及热能。

步骤

1. 光合作用：绿色植物、藻类等生产者从大气中移除二氧化碳，利用叶绿体中的光能把它固定为葡萄糖。
2. 构建组织：葡萄糖转化为淀粉、纤维素、蛋白质与脂质，碳因此成为生产者身体的一部分。
3. 摄食：初级消费者摄食生产者、次级消费者摄食初级消费者时，含碳化合物沿食物链传递。
4. 呼吸作用：生产者与消费者等所有生物在有氧呼吸中分解葡萄糖，把二氧化碳释放回大气。
5. 死亡与废物：生物死亡或排出粪便时，其身体与废物中的含碳化合物转移给分解者。
6. 分解作用：细菌与真菌分解死亡生物与废物，通过自身的呼吸作用释放二氧化碳。
7. 化石化：死亡物质在缺氧条件下被埋藏、分解不完全时，碳以煤、石油或天然气的形式储存数百万年。
8. 燃烧：燃烧化石燃料与木材把这些储存的碳以二氧化碳的形式释放回大气，使循环闭合。

为何重要及如何调控

碳循环使碳这种构成一切有机化合物的基本元素，持续在大气与生物之间移动。光合作用与呼吸作用大致处于平衡状态，使大气中的二氧化碳含量在短期内保持相对稳定。

碳循环的调控取决于唯一移除二氧化碳的过程（光合作用）与 3 个释放二氧化碳的过程（呼吸作用、分解作用与燃烧）之间的平衡。光合作用只在有光时进行，并需要健康的生产者，因此砍伐森林会降低移除速率。

呼吸作用与分解作用持续进行，在温暖环境中加快。燃烧是唯一不属于自然生命活动的途径，其规模由人类的燃料使用决定。

当释放超过移除，二氧化碳便在大气中积累。课程把这种失衡与温室效应联系起来：额外的二氧化碳截留更多由地表辐射出的热量，使平均温度上升并推动气候变化。

植树、保护森林与减少燃烧化石燃料，都能使平衡重新偏向移除。

如何考查

你可能被要求追踪一个碳原子从大气经食物链再返回大气的路径、解释光合作用与呼吸作用在碳循环中的作用，或解释燃烧如何把二氧化碳加入大气。

图解题通常用字母标注箭头，要求说出每个箭头代表的过程。可靠的判断方法是看方向：任何指向大气框的箭头都是呼吸作用、分解作用或燃烧；唯一从大气指向生产者的箭头是光合作用。

论述题把碳循环与温室效应结合，要求写出人类活动增加大气二氧化碳的 2 或 3 种方式，以及减少它的 2 或 3 种方式。每个正确说出过程及其效应的要点各得一分，因此把过程、方向与效应写在同一句中。

常见误解

考试风格例题

题目。图 Y 显示一个简化的碳循环。

箭头 P 由大气指向一棵树，箭头 Q 由一头鹿指向大气，箭头 R 由标为煤的地层指向大气，箭头 S 由枯叶指向一群真菌。(a) 说出箭头 P、Q 与 R 所代表的过程。

(b) 解释 S 处枯叶中的碳最终如何返回大气。(c) 一片森林被砍伐并焚烧以修建道路。

解释这对大气中二氧化碳含量的 2 个影响。

参考答案。(a) P 是光合作用，Q 是呼吸作用，R 是化石燃料的燃烧。

(b) 真菌充当分解者。它们分泌酶，把枯叶中复杂的有机化合物分解为简单可溶的物质并加以吸收。

真菌随后在有氧呼吸中利用这些物质，把二氧化碳释放到大气中。(c) 树木减少意味着光合作用减少，因此从大气中移除的二氧化碳减少。

焚烧树木属于燃烧，会把储存在木材中的碳以二氧化碳的形式释放。两种影响都增加大气中的二氧化碳，从而加剧温室效应。

来源:SRC-DSKP-EN

常见问题