生态圈内的植物碳通量

第三节　生态圈内的植物碳通量

植物是地球生物圈中复盖面最大的，我们先研究植物的碳通量。它们主要从大气与水中摄取碳量，设为P，随时间的增长率为dP／dt。又设大气与水圈中可用的碳量为C，碳量由于风暴、雷电、雨露正反方向的影响，设其系数为α与β，因此我们有

由此看出，如果方面的影响很小，则β＝0；于是上式变为

假设生态圈中的碳总量C₀不变，则上式中的C变为C＝C₀－P；于是所论植物的碳质量增长率为

为了便于分析与求解问题，上式可以变为

（4）式左边意味所论植物系统碳质量的相对增长率，原来的dP／dt为绝对增长率。对（4）求积分，按数学公式很容易得到下列结果：

这里的P₀是P的恒量，它表示时间t＝0时，所论植物系统的碳质量，也就是初始质量；e是自然对数的基底。

从（4）式可以看出：当生物圈中的碳C₀全部为所有植物系统吸收时，即C₀＝P，那就是地球上的植物停止增长，也就是它的碳量的增长率dP／dt＝0，出现这种现象的原因是由于这个模型没有考虑有些植物要死亡，它们会把自己的碳质量返回生态圈，以便再循环。另一方面也可以设想：有一些生命在相当长的时间内不死亡，也不繁殖而维持一定的碳量不变。

此外，如果反方面的影响很小，可以令β＝0，则（5）式简化为

式中B₀等于常数（C₀－P₀）／P₀。模型（6）可以用来探索45亿年前地球表面的情况，地球上初期生长植物的情况比后来简单，相互干扰少，故β→0。模型（6）还可以用来模拟盐溶液达到饱和前生长晶体的情况；生命有机体都与当初的生长结晶体有关。

地球上可用的碳量最初也许比今天多，这可以从矿物碳与石灰石中的碳藏量看出，也可以从太阳能的分析看出，因为太阳内的碳量是太阳质量的百分之一。