高考地理小专题——土壤呼吸

高考地理小专题——土壤呼吸

典型例题一：阅读图文材料，完成下列要求。

若尔盖湿地国家级自然保护区（位置见下图）平均海拔约3500m，地形相对平坦，发育有常年积水的沼泽，沼泽水深为15-30cm，植被以多年沼生草本植物为主。土壤碳库是陆地生态系统最大的碳库，土壤呼吸会影响全球碳循环。土壤呼吸包括自养呼吸（主要是植物根系呼吸）和异养呼吸（主要是指土壤微生物分解有机质释放二氧化碳的过程）。该地土壤呼吸与湿地水位息息相关。下表为保护区水位变化前后样地土壤、部分生物要素数据统计表。

(1)简述土壤呼吸影响全球碳循环的过程。

(2)分析水位降低后土壤含水率变化幅度较小的原因。

(3)推测水位下降后，土壤自养呼吸和异养呼吸的变化。

参考答案：

(1)植物根系呼吸和土壤微生物分解有机质的过程中会释放二氧化碳；土壤向大气中释放二氧化碳，使大气中二氧化碳浓度升高，进而影响全球碳循环。

(2)保护区内多常年积水沼泽，地表水深较深；土壤含水量过饱和；水位下降20cm后，多数土地仍在水下，土壤含水量仍较高。

(3)水位下降后，土壤温度升高，土壤微生物活性增强，植物密度增加，凋落物增多，土壤中有机质含量增多，土壤异养呼吸显著增强；水位下降后，地上生物量和地下生物量都显著降低，植物根系减少，土壤自养呼吸减弱。

典型例题二：阅读图文材料，完成下列要求。

土壤呼吸是陆地生态系统排放CO2到大气中的最大通量，在全球碳循环中发挥着重要作用。土壤呼吸一般由两部分组成，一部分是异养呼吸，为土壤微生物分解有机物时所释放的CO2；另一部分是自养呼吸，主要包括活体根系呼吸所释放的CO2。在一定范围内，土壤呼吸通常随温度、湿度的增加而增加。下图为长白山区不同坡向蒙古栎林生长季土壤呼吸通量的变化。

(1)简述长白山区阴坡蒙古栎林生长季土壤异养呼吸和自养呼吸通量的异同。

(2)分别说明4月和6月长白山区蒙古栎林土壤呼吸通量明显低于5月的原因。

(3)指出4—7月长白山区不同坡向蒙古栎林土壤异养呼吸通量的差异，并说明原因。

参考答案：

(1)相同点：都呈现双峰变化规律，通量最大值都在8月。

不同点：异养呼吸通量总体大于自养呼吸通量。

(2)4月土壤温度低，积雪融水少，土壤湿度低。

6月雨季未至，降水少，气温较高，蒸发旺盛，土壤湿度低。

(3)差异：阴坡异养呼吸通量高于阳坡。

原因：阴坡光照弱，气温低，蒸发弱，土壤湿度大。

典型例题三：【地理——选修6：环境保护】

土壤呼吸受到温度、水分、生物、有机质等多种因素影响，会释放部分温室气体。下图示意黄土高原沟壑区不同土地利用类型5月日平均地表二氧化碳通量(正值代表地表向大气释放二氧化碳)。

分析枣林地5月土壤二氧化碳通量偏高的原因，并从二氧化碳通量的角度对优化黄土高原土地管理提出合理建议。

参考答案：

原因：林地枯落物较多，土壤有机质含量较高，有机质分解释放大量二氧化碳；5月气温回升，土壤微生物活跃；雨季尚未到来，土壤孔隙未渍水，透气性好，分解快。建议：调节农耕地、草地、林地比例，适当控制林地规模；人工清理部分(生态价值较低的)枯落物，减少土壤呼吸释放。

典型例题四：阅读图文资料，完成下列要求。  

土壤中排放的CO2主要来自生物残体分解和根系呼吸，与土壤温度密切相关。土壤呼吸已成为陆地生态系统碳循环和气候变化的重要研究内容。受人类活动干扰，我国东北某山地植被群落发生了逆行演替：红松阅叶林一阔叶杂木林一灌木林一草本。某科研团队于8月份实地监测，并绘制了统计图线（如下图）。

(1)概括土壤CO2排放量的昼变化规律，并分析原因。

(2)推测红松阔叶林土壤CO2排放量峰值高且明显滞后的原因。

(3)简述该山地植被群落发生逆行演替对地理环境的影响。

(4)有人认为，由森林逆行演替为草本，土壤CO2排放量减少，利于缓解全球变暖。试对此提出自己的看法。

参考答案：

(1)规律：先上升后下降（单峰型）；峰值出现在午后，原因：土壤温度高时，生物残体分解作用强，根系呼吸作用强，释放的CO2多。

(2)红松阔叶林生物量大，土壤中生物残体（或枯枝落叶）多，土壤微生物丰富，土壤呼吸排放CO2多；8月份红松阔叶林树冠茂密，林下光照较弱，土壤升温慢。

(3)土壤有机质减少；土壤CO2排放量减少；生物多样性减少。

(4)此说法不正确。绿色植物通过光合作用吸收大气中的CO2，通过土壤呼吸向大气中释放CO2，参与全球的碳循环，有助于维持全球的碳平衡。与草本植物相比较，森林植物群落丰富，维持碳平衡的能力强，可以更多地吸收大气中的二氧化碳；演替为草本，维持碳平衡的能力减弱，吸收的CO2数量减少，会使得温室效应增强。

典型例题五：阅读图文材料，完成下列要求。

土壤呼吸是指土壤释放二氧化碳的过程，主要由微生物氧化有机物和根系呼吸产生二氧化碳，与温度、水分等诸多因素的综合作用有关。天山北坡地区多年平均降水量超过200mm，降水主要集中在5-10月。下图示意天山北坡6-10月不同植被土壤呼吸速率的变化。

(1)指出该地两种植被不同月份土壤呼吸速率白的特点。

(2)简析气温和降水对土壤呼吸速率的影响。

(3)推测灌丛草甸土壤肥力最高的季节，并说明原因。

(4)分析荒漠草原8月份土壤呼吸速率显著偏低的原因。

(5)推测荒漠草原和灌丛草甸中，哪种植被类型的土壤呼吸速率对环境因素更加敏感，并作出合理解释。

参考答案：

(1)6-10月，二者土壤呼吸速率整体上呈先增大后减小的趋势，并在10月达到最低值；不同月份土壤呼吸速率差异大，7月二者均达到最高值。

(2)气温影响微生物对有机物的分解速率与土壤根系的有氧呼吸速率，决定土壤封冻情况，进而影响土壤透气程度和微生物的生存；降水影响土壤湿度，改变土壤含水率，影响微生物呼吸作用和植物根系呼吸情况，进而影响土壤呼吸速率。

(3)春季。夏秋季节土壤呼吸速率大，大量分解土壤有机物，消耗土壤肥力；冬季气温低，土壤封冻，土壤呼吸速率小，有机质不断积累；直到春季气温回升，土壤呼吸速率逐渐升高时，土壤有机质积累量达到一年最大值，肥力最高。

(4)天山位于温带大陆性气候区，8月气温高，水分蒸发旺盛，土壤含水量低；微生物活性差、植被根系呼吸作用弱，土壤呼吸速率低。

(5)灌丛草甸。相比于荒漠草原，灌丛草甸土壤有机质含量高，植被密集、生物量大，土壤呼吸速率对水分与温度等环境因素更加敏感。

典型例题六：阅读图文资料，完成下列要求。

芦苇湿地是世界上分布较广、占地面积较大的主要湿地类型。博斯腾湖是我国最大的内陆淡水湖泊，流域内有大小河流10余条，其中发源于天山中部的开都河径流量占总径流量的88.11%。博斯腾湖流域有大面积的天然、人工芦苇湿地，由于人为引水灌溉及围垦的土地利用方式差异，人工芦苇湿地土壤肥力及芦苇长势优于天然芦苇湿地。研究发现，湿地土壤CO2主要来自土壤呼吸，温度是影响人工、天然芦苇湿地土壤CO2排放通量的关键因素。下图示意博斯腾湖位置及该湖流域内人工、天然芦苇湿地土壤CO2排放通量。

(1)推测博斯腾湖水量最大的季节，并说明理由。

(2)指出该地芦苇湿地土壤CO2排放通量变化的特征，并说明原因。

(3)判断人工芦苇湿地和天然芦苇湿地土壤CO2排放通量的大小，并说明原因。

参考答案：

(1)夏季。理由:位于温带大陆性气候区,夏季降水较多;夏季气温高,冰雪融水量大。

(2)季节变化大,冬季少,夏季多。原因:夏季气温高,融水量大,水源充足:芦苇覆盖面积比较大,生长茂盛;夏季阳光充足,根系呼吸作用和微生物分解作用强。

(3)人工芦苇湿地土壤CO2排放通量大于天然芦苇湿地土壤CO2排放通量。原因:人为干预后,生长条件较好,人工芦苇生长状况较好,改善了土壤环境条件，促进了土壤CO₂排放;人工芦苇生物量大于天然芦苇，光合作用强,土壤固碳多;人工芦苇生物量较大,凋落物更丰富,碳源更充足,使土壤中碳的排放大于碳的固定;人工芦苇湿地受围垦和破坏的影响较大,土壤有机质等周转和分解加快。

典型例题七：阅读下面图文材料，完成下列问题。

土壤中排放的二氧化碳主要来自生物残体分解和根系呼吸，与土壤温度密切相关。土壤呼吸已成为陆地生态系统碳循环和气候变化的重要研究内容。受人类活动干扰，我国东北某山地植被群落发生了逆行演替：红松阔叶林→阔叶杂木林→灌木林→草本。某科研团队于某年8月份进行实地监测，并绘制了统计图线（如下图）。

（1）概括土壤二氧化碳排放量的昼变化规律。

（2）推测红松阔叶林土壤二氧化碳排放量峰值高且明显滞后的原因。

（3）有人认为，由森林逆行演替为草本，土壤二氧化碳排放量减少，有利于缓解全球变暖。试对此提出自己的看法。

参考答案：

（1）规律：整体先上升后下降。

（2）红松阔叶林生物量大，土壤中生物残体（或枯枝落叶）多，土壤微生物丰富，土壤排放二氧化碳多；8月份红松阔叶林树冠茂密，林下光照较弱，土壤升温慢。  

（3）此说法不正确。绿色植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，通过土壤呼吸向大气中释放二氧化碳，参与全球的碳循环，有助于维持全球的碳平衡。与草本植物相比较，森林植物群落丰富，维持碳平衡的能力强，可以更多地吸收大气中的二氧化碳；演替为草本，维持碳平衡的能力减弱，吸收的二氧化碳数量减少，会使得温室效应增强。

典型例题八：阅读图文材料，回答下列问题。

材料一：土壤的碳循环包括碳排和碳汇两方面，土壤碳排放又与温度、湿度、光照、微生物活动等因素有关，其中土壤排放CO2的过程被称为土壤呼吸，包括根际呼吸和异养呼吸，即除了根本身和根际微生物的呼吸，还有土壤微生物和土壤动物的呼吸。

材料二：研究人员在2013年8～9月份在吉林长白山自然保护区北部对白天土壤呼吸进行了测定，下图为白天两种植被覆盖条件下土壤CO2排放量情况变化图，其中红松阔叶林为地带性植被。研究结果表明该地土壤呼吸与土壤表层温度相关性更强，与土壤湿度相关性较弱。

(1)据图描述两种植被覆盖条件下白天土壤呼吸变化的异同点，并分析其差异产生的原因。

(2)从气候的角度分析该地土壤呼吸与土壤湿度相关性较弱的原因。

(3)有专家认为，该实验测定结果不能全面反映该地各要素与土壤呼吸的关系，请为专家的说法提供依据。

参考答案：

(1)相同点：先增大后减小（单峰型）；最大值出现在温度较高时段，最小值出现在温度较低时段。

不同点：与草本相比，红松阔叶林土壤CO2排放量大，峰值较晚。

原因：与草本相比，红松阔叶林根系发达、根际微生物、土壤微生物、土壤动物相对较多，碳排放量较大；红松阔叶林冠层茂密、林相结构复杂，土壤表层的凋落物多，土壤温度最高值出现时间晚，峰值较晚。

(2)该地为温带季风气候，实验期间为夏季，降水较多；该地纬度较高，海拔高，温度相对较低，蒸发量小；该地为湿润区，水分条件相对稳定、白天变化幅度小。

(3)观测时间短；观测地点单一；测量要素不全面。

典型例题九：阅读下面图文材料，完成下列问题。

土壤中排放的二氧化碳主要来自生物残体分解和根系呼吸，与土壤温度密切相关。土壤呼吸已成为陆地生态系统碳循环和气候变化的重要研究内容。受人类活动干扰，我国东北某山地植被群落发生了逆行演替：红松阔叶林→阔叶杂木林→灌木林→草本。某科研团队于某年8月份进行实地监测，并绘制了统计图线（如下图）。

(1)推测红松阔叶林土壤二氧化碳排放量峰值高且明显滞后的原因。

(2)有人认为，由森林逆行演替为草本，土壤二氧化碳排放量减少，有利于缓解全球变暖。试分析该说法不合理的地方。

参考答案：

(1)红松阔叶林生物量大，土壤中生物残体（或枯枝落叶）多，土壤微生物丰富，土壤排放二氧化碳多；8月份红松阔叶林树冠茂密，林下光照较弱，土壤升温慢。

(2)绿色植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，通过土壤呼吸向大气中释放二氧化碳，参与全球的碳循环，有助于维持全球的碳平衡。与草本植物相比较，森林植物群落丰富，维持碳平衡的能力强，可以更多地吸收大气中的二氧化碳；演替为草本，维持碳平衡的能力减弱，吸收的二氧化碳数量减少，会使得温室效应增强。

典型例题十：阅读图文资料，完成下列要求。

阿柔草地（主要为高寒草甸）位于青藏高原东缘，平均海拔3033m，年平均气温为0.7℃，年均降水量400mm。阿柔草地夏季长势良好，10月底至第二年3月底，是高寒草甸的非生长季。阿柔高寒草甸生态系统的碳吸收能力很强。下图为2008年7月到2009年12月的阿柔高寒草甸生态系统NEE月总量（单位：mgC/㎡/月）的季节变化图。陆地与大气系统间的净生态系统碳交换量（NEE)=Ra+RMICROBE-PG；Ra为植物的呼吸释放碳通量，RMICROBE为土壤微生物分解土壤有机质的呼吸释放碳通量，PG为光合作用碳固定的碳通量；NEE正值表示碳排放，负值表示碳吸收。

（1）相对世界上其他草地生态系统而言，分析阿柔高寒草甸具有强大的碳吸收能力的主要原因

（2）春季（4月）和秋季（10月）分别出现碳排放峰值，试分析其共同原因。

（3）Q10表示温度每升高10℃，土壤呼吸速率增加的倍数，反映了土壤呼吸对温度变化的响应程度。阿柔草地2008-2009年的Q10平均值为3.28，趋向于生态系统Q10的平均幅度范围的上限。试分析全球气候变暖对阿柔草地碳吸收能力的影响。

参考答案：

（1）青藏高原太阳辐射强，生长季植被的光合作用强，生长旺盛，有利于固定CO2；青藏高原昼夜温差大，生长季夜间的低温和非生长季的低温抑制了植物和土壤微生物的呼吸作用，释放的CO2少。

（2）此时是高寒草甸的生长季前期和末期，光合作用弱，固定的CO2少；温度较高，土壤和植被的呼吸作用较强，释放的CO2多；释放的CO2多于固定的CO2。

（3）由于阿柔草地地区的年均温较低，土壤呼吸对温度升高敏感、响应迅速；全球气候变暖对土壤有机质分解的加速作用明显，土壤呼吸释放大量CO2，可能减弱阿柔草地的碳吸收能力。

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