生態系統中碳循環的生態模型

生態系統（ecosystem）指在自然界的一定的空間內，生物與環境構成的統一整體，在這個統一整體中，生物與環境之間相互影響、相互制約，不斷演變，并在一定時期內處于相對穩定的動平衡狀態。生態系統的范圍可大可小，相互交錯，最大的生態系統是生物圈；最為復雜的生態系統是熱帶雨林生態系統，人類主要生活在以城市和農田為主的人工生態系統中。生態系統是開放系統，為了維系自身的穩定，生態系統需要不斷輸入能量，否則就有崩潰的危險；許多基礎物質在生態系統中不斷循環，其中碳循環與全球溫室效應密切相關，生態系統是生態學領域的一個主要結構和功能單位，屬于生態學研究的最高層次。

理論

隨著生態學的發展，生態學家認為生物與環境是不可侵害的整體，以至后來歐德姆(E.P.Odum)認為應把生物與環境看作一個整體來研究，定義生態學是“研究生態系統結構與功能的科學”，研究一定區域內生物的種類、數量、生物量、生活史和空間分布；環境因素對生物的作用及生物對環境的反作用；生態系統中能量流動和物質循環的規律等，他的這一理論對大學生態學教學和研究有很大的影響，他本人因此而榮獲美國生態學的最高榮譽--泰勒生態學獎，也是首次提出生態系統概念的人。

1935年，英國生態學家，亞瑟·喬治·坦斯利爵士（Sir Arthur George Tansley）受丹麥植物學家尤金紐斯·瓦爾明（Eugenius Warming）的影響，明確提出生態系統的概念。認為：

“Ecosystem is the whole system,… including not only the organism-complex, but also the whole complex of physical factors forming what we call the environment…”（生態系統是一個的‘系統的’整體。這個系統不僅包括有機復合體，而且包括形成環境的整個物理因子復合體……這種系統是地球表面上自然界的基本單位，它們有各種大小和種類）

坦斯利對生態系統的組成進行了深入的考察，為生態系統下了精確的定義。

1940s，美國生態學家R.L.林德曼（R.L.Lindeman）在對賽達伯格湖（Cedar Bog Lake）進行定量分析后發現了生態系統在能量流動上的基本特點：

·能量在生態系統中的傳遞不可逆轉

·能量傳遞的過程中逐級遞減，傳遞率為10%～20%

這也就是著名的林德曼定律。

生態價值

生態價值是區別于勞動價值的一種價值。指的是空氣、水、土地、生物等具有的價值，生態價值是自然物質生產過程創造的。它是“自然-社會”系統的共同財富。無機環境的價值是顯而易見的，它是人類生存和發展的基礎，而隨著日益嚴重的環境問題，生物多樣性的價值也逐漸被人類發現。

生物多樣性：生物多樣性指的是一定范圍內動物、植物、微生物有規律地結合所構成穩定的生態綜合體。這種多樣包括：物種多樣性、遺傳與變異多樣性、生態系統多樣性。

生態系統多樣性是指不同生境、生物群體以及生物圈生態過程的總和。它表現為生態系統結構多樣性以及生態過程的復雜性和多變性。保護生態系統多樣性尤為重要，因為無論是物種多樣栓還是遺傳多樣性．都是寓于生態系統多樣性之中，生態系統多樣性保護直接影響物種多樣性及其基因多樣牲。

潛在價值：潛在價值指的是人類尚不清楚的價值。

直接價值：直接價值包括對人類的醫藥、仿生、文藝、旅游等非實用意義的價值。

間接價值：間接價值亦稱“生態功能”，指的是對生態環境起穩定調節作用的功能，常見的有：濕地生態系統的蓄洪防旱功能、森林和草原防止水土流失的功能。生物多樣性的間接價值遠大于直接價值。

地球上最大的兩個碳庫是巖石圈和化石燃料，含碳量約占地球上碳總量的99。9%。這兩個庫中的碳活動緩慢，實際上起著貯存庫的作用。地球上還有三個碳庫：大氣圈庫、水圈庫和生物庫。這三個庫中的碳在生物和無機環境之間迅速交換，容量小而活躍，實際上起著交換庫的作用。

碳在巖石圈中主要以碳酸鹽的形式存在，總量為2.7×1016t；在大氣圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，總量有2×1012 t；在水圈中以多種形式存在在生物庫中則存在著幾百種被生物合成的有機物。這些物質的存在形式受到各種因素的調節。

在大氣中，二氧化碳是含碳的主要氣體，也是碳參與物質循環的主要形式。在生物庫中，森林是碳的主要吸收者，它固定的碳相當于其他植被類型的2倍。森林又是生物庫中碳的主要貯存者，貯存量大約為4.82×1011 t，相當于大氣含碳量的2/3。

植物、可光合作用的微生物通過光合作用從大氣中吸收碳的速率，與通過生物的呼吸作用將碳釋放到大氣中的速率大體相等，因此，大氣中二氧化碳的含量在受到人類活動干擾以前是相當穩定的。考慮到大自然火災，植物等造成的碳固化要多于動物等造成的碳氣化。石油煤炭是碳固化過剩的一種副產品。