(zhongyao)全球气候变化对自然土壤碳_氮循环的影响

全球气候变化对自然土壤碳、氮循环的影响 Ξ 张金屯 (山西大学黄土高原研究所 　太原 　030006) 提 　要 　　大气中的温室气体浓度在不断升高 ,近年来增加速度加快 ,预计 2030 年 CO2 浓度将 加倍 ,这将引起全球气候变化 ,即地球表面温度升高 ,全球平均降水增加 ,但变化幅度区域差异 显著。气候变化对土壤系统产生重要影响 ,土壤碳库和碳流将发生显著变化 ;土壤释放 CO2 和 CH4 的量明显增加 ;有机质分解加快 ;土壤 N 流失加快 ;土壤生物多样性会受影响。 关键词 　　全球气候变化 　土壤系统 　温室气体 　温室效应 分类号 　　中图法 　P467 由于工农业生产的发展 ,大气中的 CO2 和 CH4 (甲烷) ,N2O 和 CFCS (氟氯烃类化合物) 等气体的浓度在明显升高。这些气体具有可使大气温度升高的温室效应 ,称为温室气体 (green2house gas) 。温室气体浓度的升高 ,将使全球气候发生显著的变化[1 ] 。这种变化将对 生态系统的结构、功能及分布产生重要影响 ,同时会扩大和加深物理反馈过程 ,比如地球物 理学过程 (水分蒸发、反射率等) 、热力学过程 (大气循环、洋流和气体的溶解性等) 、生物地球 化学过程 (甲烷的氢代谢、陆地和海洋有机物的生产和分解等) 。另外 ,还会对人类活动产生 作用[2 ] 。本文主要讨论气候变化对自然土壤碳、氮循环的影响及土壤对气候变化的反应。 1 　温室气体的变化 据记载 ,在过去的一个世纪中陆地和海洋温度增加了 0. 3～0. 6 ℃,其中最近 10a 增加 速度最快[3 ] 。在温室气体中 ,CO2 对温室热效应作用最大占 56 % ,尽管其它气体对热辐射 吸收能力大大高于 CO2 ,但由于其浓度基数低 ,作用较小 (表 1) [1 ] ,其中 CH4 占 11 % ,N2O 占 6 % ,CFCS 占 24 % ,水汽占 3 %。 表 1 　主要温室气体的特点 Table 1 　The characteristics of main green2house gases 温 　室　气　体 CO2 CH4 N2O CFCS 工业化前 (1750～1800)的浓度 (mg/ kg) 280 0. 8 0. 288 - 现在 (1990)的浓度 (mg/ kg) 353 1. 72 0. 31 0. 0002～0. 0003 年均增加 ( %) 0. 5 0. 9 0. 25 4 时　间 (a) 100 10 150 65～130 吸收辐射能力 (相对于 CO2) 1 32 150 > 10000 第 18 卷第 5 期 　　　　　　　　　　　地 　理 　科 　学　　　　　　　　　　　Vol. 18 No. 5 1 9 9 8 年1 0月 　　　　　　　　SCIEN TIA GEO GRAPHICA SIN ICA　　　　　　　　Oct . , 1 9 9 8 Ξ 国家教委留学基金 (93 - 06)和山西省留学基金 (96 - 020)资助。 第一作者简介 :张金屯 ,男 ,1957 年生 ,教授 (博士) ,主要从事生态地理研究。 收稿日期 :1997 - 09 - 03 ;改回日期 :1998 - 03 - 17 　　CO2 浓度在过去的近 200a 中增加了 25 % ,年均增加 0. 5 %。现在的增加速度更快 ,多 种模型预测 ,到 2030 年大气中 CO2 浓度将加倍 ,大气中 CO2 浓度的增加主要是由于工业燃 料燃烧量迅速增加 ,同时也因为森林植被破坏及林下土壤碳的分解释放而造成的。全球森 林植被和土壤中贮藏的碳是农业生态系统碳量的 20～100 倍[1 ] 。在温带和热带地区 ,由于 大量森林被砍伐 ,在 1850～1987 年间 ,估计有 115 Gt 碳 (1 Gt = 1015 g) 被释放到大气中[1 ] 。 近些年来 ,热带地区森林破坏速度加快 ,该地区平均释放1～2. 6 Gt (C) / a ,其中包括0. 2～ 0. 9 Gt ( C) / a 来自林下土壤[4 ] 。工业燃料释放的 CO2 在 1850～1987 年间估计为 200 Gt 碳[1 ] ,二次世界大战后 ,其增加速度非常快 ,现在平均释放 5. 7～6. 0 Gt (C) / a [3 ] 。与能源有 关的 CO2 释放量在全球各地是不均匀的 ,在北美、西欧和原苏联地区释放量较大 (图 1) 。 图 1 　世界各地 CO2 释放量的变化 (引自 Watson 等 1996) Fig. 1 　Regional change of CO2 emission in the world ( From Watson et al. 1996) CH4 浓度自从 1860 年至今 ,已增加一倍以上。其来源主要是工业源、湿地、水域、稻田、 农田中的有机肥、有机物质燃烧等[5 ] 。CFCS 则完全是工业化的产物。 在温室气体中 ,由于 CO2 浓度增加速度加快 ,各种研究证明在以后的 30 多年内 ,CO2 浓度将达到工业化前的两倍[3 ] ,因此 ,CO2 是影响全球气候变化的主要气体。 2 　气候变化预测 温室气体浓度逐渐升高 ,已成定论。但温室气体将导致气候发生什么样的变化 ? 科学 家已建立了多种模型预测气候的变化。这些模型都是基于大气环流理论之上 ,统称为 GCM ( General Circulation Model)模型 ,包括 U KMO (U K Meteorological Office)模型、GISS ( God2 464　　　　　　　　　　　　　　　地 　　理 　　科 　　学 　　　　　　　　　　　　　　　　18 卷 dar Institute of Space Studies)模型、NCAR (National Center for Atmospheric Research)模型、 GFDL ( Geophysical Fluid Dynamics Lab) 模型、OSU (Oregen State University) 模型等。这些 模型都假定 CO2 浓度到 2030 年加倍[3 ] 。尽管各种模型预测结果在量上有差别 ,但变化的 趋势是基本一致的[6 ] 。随着 CO2 浓度的加倍 ,全球大气和土壤的温度将升高 1. 5～4. 5 ℃, 这种温度变化是逐渐的 ,受海洋水体的影响 ,大约每 10a 升高 0. 3～1 ℃。温度变化幅度地 区性差别较大[1 ] ,在高纬度地区 ( N60°N 以上) ,夏季温度升高幅度将比全球平均水平高 50 %～100 %(即升高 4. 5～6 ℃) ,而冬季温度升高幅度可能是全球平均水平的 3 倍 (升高 8 ～12 ℃) ,这主要是海洋中冰的溶解放热造成的[7 ] 。 由于全球气候变暖 ,水分蒸发量必然增加 ,这将导致全球平均降雨量增加 ,但雨量增加 也是不平衡的 ,高纬度地区和极地增加幅度较大[8 ] ,且季节变化较大。在高纬度地区 ,因为 高蒸发量土壤水分在夏季将减少 ,而在冬季则增加。而在中纬度地区 ,雨量也有所增加 ,但 由于温度升高 ,蒸发量加大 ,积雪溶化提早 ,雨季也提前 ,故夏季也将更加干燥 ,土壤水分减 少 ,内陆干旱矛盾可能在某些地区更为突出。雨量增加的地区性差异和季节性变化 ,在某些 地区可能导致严重的洪灾。不少研究结果都支持这一观点 ,但究竟哪些地区更干旱 ,哪些地 区发生涝灾 ,尚难以定论[8 ,9 ] 。 3 　气候变化对全球植被的影响 自然土壤一般都在植被覆盖之下 ,那么植被对气候变化的反应将影响土壤的变化。由 于 CO2 浓度、温度和降水的变化 ,全球各生态系统的生物生产能力将会受到影响。一般地 讲 ,CO2 浓度升高 ,气温变暖 ,降水增加均会有利于植物生长 ,第一性生产力将提高。但由于 温度和降水变化的不均衡性 ,生物生产力的变化也是不等的 ,有的地方生产力可能提高 ,有 的则可能减少[3 ,7 ,10 ] 。但就全球而言 ,目前研究的结果是总的生物量可能增加。由于 CO2 浓度加倍 ,地球表面温度升高 ,北半球及其以北地区的温度和土壤湿度区域界线将大幅度北 移[3 ] 。研究表明 ,如果平均温度升高 2 ℃,永冻带的南界将北移 205～300km。如果温度升 高 3 ℃,加拿大永冻土面积将减少 25 %[9 ] 。这样必然导致地球植被区域发生变化 ,这种变化 主要表现为森林面积减少 ,森林类型发生变化 ,草原面积增加 ,全球植被总的生物生产力下 降。一组森林生长模型预测结果表明 ,北美洲的南部和中部地区因气候变化森林将大面积 死亡 ,主要原因是温度升高 ,水分可利用性降低[3 ,10 ] 。 Emanuel 等 (1985) [11 ]用 Holdridge 生命带分类原理预测了全球温度和降雨量的变化及 其对植被带的影响。结果表明在低纬度地区生命带变化较小 ,但中纬度和高纬度地区变化 明显。北方森林和冻原的面积将分别减少 37 %和 32 %。北方森林的北界将北移 ,其 40 % 以上 ,侵占冻原地带。北方森林的南部将大面积地被温性森林所取代 ,而温性森林则有不少 被草原所替代。整个地球植被将发生较大的地带性变化。这种变化要滞后于气候的变化 , 可能有数十年的滞后期[10 ] 。 4 　气候变化对土壤碳、氮循环的影响 4 . 1 　土壤碳库和碳流的变化 土壤是一巨大的碳库。全球有机质含碳量约在 1 300～1 600 Gt ,是陆生生物量碳量 (664 Gt)的两倍[12 ] 。地球陆生植被总初级生产量约为 120 Gt·(C) / a ,其中 50 %用于植物呼 5645 期 　　　　　　　　　张金屯 :全球气候变化对自然土壤碳、氮循环的影响 　　　　　　　　　 吸 ,另外 50 %(净初级生产量) ,主要由土壤生物呼吸分解 ,呼吸解产生 CO2 返回大气 ,也有 少量的以 CH4 的形式返回大气 (Lashof 1989) 。在气候条件保持稳定的情况下 ,土壤碳库和 碳流基本保持平衡。但在气候变暖的情况下 ,也有较大的变化。 4 . 1 . 1 　全球土壤碳库的组成和分布 全球土壤碳库的组成和分布是不均匀的 ,其与生态类型密切相关 ,受大气候的制约。图 2 是主要地球生态系统土壤碳库的含碳密度[13 ] 。该图根据 Holdridge 生命带原理 ,以 1m 深 土层含碳量为准绘制而成。图的左右两条三角形边分别代表潜在蒸发系数 ( PET) ( Potential Evaporation Ratio)和降水量 ,底边为含碳密度 ,图中黑线为等值线。土壤中碳库含碳量主要 与土壤温度、土壤水分、蒸发量以及它们的季节变化有关。这些因素直接影响着植被的生产 能力 ,即影响土壤系统碳的输入量 ,也影响着土壤生物的活动 ,也就是影响碳的输出量。象 广大的冻原地区 ,生物生产量虽然很低 ,但由于寒冷分解受到限制 ,其土壤含碳密度最高 ;其 次是沼泽、湿地等生态系统 ,因水分过多限制了分解。Svensson 和 Rosswall (1984) [14 ]研究 表明 ,这些生态系统每年约有 30 %～40 %的净第一性生产量被贮存在泥炭层中。北方森林 的净生产力为 200～300g/ (cm2·a) ,其周转时间需 25～40a ;而热带雨林净生产力是 930g/ (cm2·a) ,但其周转时间为 0. 9a ,说明土壤条件及其季节变化是影响土壤含碳量的重要因 素[15 ] 。 图 2 　不同生态系统土壤中碳的量 (引自 Post 等 ,1982) Fig. 2 　C pool in soils of different ecosystems on the earth ( From Post et al. 1982) 一些研究表明 ,CO2 加倍 ,气候变暖对不同生态系统的含碳密度影响不十分明显 ,即生 态系统密度大小排列顺序基本保持一致[13 ] 。但由于气候变化 ,植被地带要发生变化 ,不同 生态系统的界线和面积将有较大的改变 ,各生态系统土壤碳库中的总碳量将有较大的变化。 在大气中 CO2 浓度升高的情况下 ,植物光合速度会响应提高。由此 ,各生态系统中的生物 生产能力也会提高 ,进入土壤的生物量可能会增加 ,也就是说进入土壤的碳量会增大。但由 664　　　　　　　　　　　　　　　地 　　理 　　科 　　学 　　　　　　　　　　　　　　　　18 卷 于 CO2 浓度升高的同时 ,温度也会升高 ,土壤中的有机物分解速度将加快 ,这样土壤碳的输 出量也将增加。对同一生态系统而言 ,单位面积内土壤碳库储存的碳量受光合作用影响较 小[9 ] 。所以 ,影响各生态系统土壤中碳量的主要是其面积的变化[13 ] 。各生命带在气候变化 影响下 ,都有向北移动的倾向 ,因此 ,面积变化最明显的将是冻原地带和北方森林带 ,预计它 们土壤中碳的总量将有明显减少 ,而某些生态系统的碳总量 ,比如温带草原将有所增加 [3 ] 。 生命带的变化滞后于气候的变化 ,土壤碳库中碳总量的变化则滞后于生命带的变化 ,滞后期 可能超过 100a。 4 . 1 . 2 　气候变化对土壤 CO2 释放的影响 土壤向大气释放的 CO2 主要是土壤碳库中有机物质矿化作用产生的 ,也叫土壤呼吸。 土壤呼吸量的大小与生态系统中枯枝落叶的生产量直接相关 ,沿纬度形成明显的梯度[16 ] 。 当然释放的 CO2 部分来源于根系呼吸 ,不同生态系统根系呼吸量所占 CO2 释放总量的比例 不同 ,森林土壤中根系呼吸量可达 50 % ,而草地一般占 20 %～30 %[16 ,17 ] 。土壤呼吸和根系 呼吸都与温度和水分有密切关系。 温度对土壤微生物呼吸的影响一般用 Q10函数关系表示 ,即温度增加 10 ℃,微生物呼 吸作用增加的倍数 ,通常 Q10 = 2 ,但在不同的生态系统中 Q10值不同 ,在温暖的地区 Q10值 较低 ,而在寒冷地区 Q10值则较高 ,比如在暖温带落叶阔叶林中土壤呼吸 Q10 = 2 ,但在冻原 生态系统 Q10 = 3. 7 [18 ] 。尽管 Q10不同 ,但温度和土壤呼吸的相关关系是明显的。Pesterson 等(1975) [19 ] 发现在冻原和亚极地森林土壤中 , 土壤呼吸与温度有线性关系 ; Moore (1981) [20 ]研究认为北方森林和冻原有机质的分解主要是低温限制 ; Heal 等 (1981)发现排水 良好的冻原和泰加尔林土壤微生物的呼吸在 - 5～25 ℃范围内与温度直接相关。温度对土 壤呼吸的作用受土壤水分含量的影响 ,水分过多的情况下 ,会限制温度的作用 ,同样土壤水 分偏低的情况下 ,也会限制温度的作用。因此 ,在沼泽、积水冻原、湿地等生态系统中 ,土壤 呼吸与温度的关系是非线性的[8 ,21 ] ,但在广大的温带地区的森林和草地 ,土壤呼吸很少受 到土壤水分的限制[22 ,23 ] 。在干旱地带的草地和荒漠 ,增加水分则明显加快土壤呼吸[24 ] 。 因此 ,全球气候变暖、平均降水量增加 ,会使土壤微生物和土壤动物活动加剧 ,土壤呼吸 加快 ,这就必然导致全球土壤碳库释放 CO2 速度的加快 ,尽管各种生态系统加速的幅度不 同 ,但趋势是一致的[3 ] 。这样将影响碳流 ,会出现土壤中碳的输入和输出失衡 ,即输出大于 输入量 ,逐渐引起土壤有机质缺乏 ,致使土壤贫瘠化 ,其长远效应可能是严重的。 4 . 1 . 3 　土壤中 CH4 的产生 土壤中 CH4 的产生主要决定于两个条件 ,一是厌氧条件 ,即丰富的水分 ,二是碳源 ,即 丰富的有机质。淹水的土壤生态系统是大气 CH4 的主要来源 ,比如沼泽、湿冻原、湿地等。 在厌氧条件下 ,矿化发酵产生 CH4 。温度直接或间接地影响其矿化速度 ,即影响 CH4 的产 生量。CH4 一般产生于 10cm 深的泥炭层上层[14 ] 。研究表明 ,CH4 的产生量在空间和时间 上变化很大 ,主要决定于土壤条件、地形、植被盖度等因素[25 ] 。对阿拉斯加淹水的冻原草甸 研究表明水深度与 CH4 释放量有对数线性关系[25 ] 。 在气候变暖的情况下 ,全球土壤 CH4 的产生量可能增加。除自然生态系统外 ,大面积 的农业生态系统 ,尤其是稻田也是 CH4 的重要来源。由于全球温度升高 ,各种作物的北界 要向北发展 ,稻田等作物面积要增加 ,因此 ,CH4 的释放量将会加快[26 ] 。 7645 期 　　　　　　　　　张金屯 :全球气候变化对自然土壤碳、氮循环的影响 　　　　　　　　　 4 . 2 　气候对枯枝落叶分解的影响 土壤枯枝落叶层的分解速度决定于温度和水分等气候条件对微生物的影响 ,当然也受 土表微气候、微地形、积雪和植被覆盖程度等的影响。枯枝落叶的成分与其分解速率密切相 关。一般地讲 ,温度和水分条件适当 ,枯枝落叶含氮和营养成分较高 ,适于微生物利用 ,则分 解速率较高。如果枯枝落叶含木质素、树脂较高 ,而含氮较少 ,分解速率就较慢[27 ] 。这方面 已做了大量研究工作。在草本植物群落中 ,不少学者用含氮量或 C/ N 比作为枯枝落叶分解 速率的预测指标[28 ,29 ] ;在木质素较高的枯枝叶中 ,一般用木质素/ N 比作为预报指标[22 ,29 ] 。 但在极端的环境中 ,这些预测指标有例外 ,不一定起作用。 气候对枯枝落叶分解的作用是十分明显的。有人用14 C 标定黑麦草进行枯草分解实 验 ,实验在不同的气候条件下类似的土壤中进行。结果表明其分解曲线的形状是一致的 ,但 同样的分解量 (物质损失量)在尼日利亚 (年均温 26. 1 ℃)分解速度是在英国 (年均温 8. 9 ℃) 的 4 倍[30 ] ,在南澳也是英国的 2 倍。类似的实验也在欧洲松 ( Pinus sylvst ris) 林中做过 ,3a 实验结果表明松针分解速率与年均温呈非常显著的正相关 ,与年蒸发量关系也十分密 切[3 ] 。Dyer 等 (1990)在北方森林、温带森林做的研究[30 ] ,也证明年蒸发量与分解速率有密 切联系 ,他解释说 ,蒸发量是温度和水分可利用性的综合反映。 在气候变暖 ,全球平均降水量增加的情况下 ,全球枯枝落叶的分解速率会加快。因 CO2 升高 ,光合速率提高 ,生产力增加 ,输入到土壤中的枯枝落叶量会增加 ,但因温度效应 ,留存 于土壤中的枯枝叶总量相对减少 ,在海拔较高的山地和高纬度地区 ,土壤中总枯枝落叶留存 量减少更明显。但这方面的实验模拟研究尚不多见。 4 . 3 　气候变化与土壤氮动态 自然土壤中的氮主要来源于枯枝落叶和动物尸体 ,也有少量来源于大气 (通过降雨) 和 生物固氮。土壤氮的输出主要是土壤中的有机质分解 ,分解后大部分被植物吸收利用 ,部分 N H3 经过硝化、反硝化或挥发以气态释放到大气中。这些过程受温度、土壤水分、植物特征 等影响甚大 ,因此 ,间接地受 CO2 浓度的影响[31 ] 。 在无干扰的生态系统中 ,氮的输入和输出是平衡和稳定的。但在气候变化的情况下 ,植 被盖度、枯枝落叶输入量、土壤条件都会受到影响 ,从而影响土壤中有机质的分解和稳定 ,影 响氮的动态[3 ,22 ] 。 当森林生态系统破坏变为农业生态系统后 ,其土壤有机质和营养物质迅速流失 ,这方面 已做了大量研究[4 ,32 ] 。一般林下 0～30cm 的土壤中 ,砍伐开垦后有机质减少 20 %～60 % , 由此碳和氮库均迅速减少。其流失过程与气候和土壤类型密切相关。在热带森林中 ,砍伐 后 3a 内 ,土壤有机质减少 7 %～54 %[30 ] ;温带森林中减少 20 %～50 %。如果砍伐后让其自 然恢复演替 ,森林土壤中有机质 10a 后开始逐渐回升 ;若改为农业生态系统则持续下降 ,土 壤会越瘠薄[33 ] 。对草地生态系统破坏后 ,其有机质和营养物质的流失与森林生态系统趋势 是一致的。 土壤中有机质的稳定性与有机质的性质有关。有的学者根据土壤中有机质的分解时间 长短将土壤有机质分为活性有机质 ,其一般在几年内分解 ;低活性有机质可以在几十年内分 解和非活性有机质 ,其需要几百年才能完成分解。活性有机质很易被土壤微生物利用 ,一般 为植物的代谢物质 ;而低活性和非活性有机质一般阻止微生物分解 ,多为植物的结构物 质[33 ] 。另外 ,土壤中有机碳、氮的稳定性与土壤结构也有密切关系 ,主要是与粘土粒的含量 864　　　　　　　　　　　　　　　地 　　理 　　科 　　学 　　　　　　　　　　　　　　　　18 卷 有关。Oades(1988) [34 ]在钙质土中做实验发现土壤有机碳含量与粘土粒比例呈显著正相 关 ,在粘土粒含量达 42 %的情况下 ,土壤有机碳和氮基本稳定不变 ,8a 之内有机质基本没有 分解 ;在粘土粒含量为 12 %时 ,其土壤有机碳逐渐下降 ,8a 后下降 30 % ;而土壤粘粒为 5 % 时 ,8a 后土壤有机碳下降近 50 %。这是因为粘粒的多少直接影响土壤的通气性 ,从而影响 微生物的活动所致[34 ] 。 N2O 在土中形成于反硝化过程中 ,自然土壤一般每年向大气释放 N2O 6Mt (N) ,农业生 态系统每年释放 N2O 3. 5Mt (N) / a ,二者加起来是全球释放于大气中 N2O 量的 50 % ;另外 土壤还向大气释放大量的 NOx ,其占总释放于大气中 NOx 的 25 %[30 ] 。 在气候变化的情况下 ,全球土壤有机氮库贮量也将减少 ,这同土壤碳动态变化相一致。 但在不同的生态系统中 ,其变化是不平衡的。这同样是受到土壤有机质输入和输出量变化 的影响。 另外 ,气候变化可能影响土壤微生物和土壤动物的多度、分布等[31 ,35 ] ,从而影响土壤生 物多样性 ,而生物多样性的变化又影响土壤碳和氮的变化。这方面的影响目前还不能确切 地预测。 5 　结　语 气候与土壤的关系是十分复杂的 ,因此 ,气候变化对土壤的影响和土壤对气候变化的反 馈作用也是十分复杂的[3 ] 。目前对全球气候变化的实验和预测研究主要集中在温室气体 的产生过程与机理、大气中温室气体的变化史及其浓度变化预测 ;温室气体升高对气候影响 的程度和区域差异、全球气候变化对海洋的影响、全球气候变化对冰川的影响、气候变化对 农业生产的影响、气候变化对地球生命及生命带的影响等方面。对土壤和气候变化的关系 研究相对较少 ,因为土壤系统是十分复杂的 ,许多因素难以模拟。对于土壤与气候因子之间 关系的研究做的工作较多 ,尤其是对森林土壤研究的较多 ,这些研究主要集中在土壤系统的 生物物理和生物化学过程与机理及其气候因子对其的影响上 ,这些是理解气候变化对土壤 影响的基础[30 ] 。由于土壤系统对外界的干扰和影响的巨大缓冲作用 ,土壤对气候变化的反 应有相对较长的滞后期 ,因此 ,气候变化对土壤影响的研究尚未引起高度重视[3 ,8 ,30 ,31 ]。但 土壤系统是林业、农业、畜牧业等的基础 ,它的变化直接影响着地球生命和人类自己 ,对它的 模拟和预测研究有非常重要的意义 ,这方面研究尚需加强。 参 考 文 献 1 　Houghton , R. 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The five General Circu2 lation Models , U KMO (U K Meteorological Office) models , GISS ( Goddar Institute of Space Studies) model , NCAR (National Center for Atmospheric Research) model , GFDL ( Geophysical Fluid Dynamics Lab) model and OSU (Oregen State University) model , provided identical predictions———global mean surface warming and glob2 al mean precipitation increase. Climate change will be uneven and poleward. The effects of global climate change on natural soils are obvious. Zonal vegetation and soils will move their boundaries toward the north and will change their areas. The south boundary of permanent zone will move 250 - 300km toward the north if tempera2 ture goes up two degrees. The boreal forests and tundra will move 37 % and 32 % respectively towards the north , and their areas will decrease obviously. The areas of temperate forests and steppe will increase correspondingly. This will influence soil C pool and C fluxes. Emission of CO2 from soils may increase due to surface warming , and respiration increase because temperature and soil water may affect mineralization and respiration of soils. Similar to CO2 , the emission of CH4 from soils may increase as well. Soils may get more organic matters from vegetation due to increasing of vegetation productivity , but decomposition of soil organic matter and litter will speed up be2 cause of increasing of soil temperature. Therefore the total C in soils will reduce. Similar to C , more soil N will lose and the total N will decrease as well. This will have effects on soil fertility and will further affect the produc2 tivity of natural soils. Soil biodiversity might be also influenced by climate change. This paper mainly reviews the research development of the relationships between the global climate change and the natural soils. Scientists need to pay more attention to the study on effects of climate change on natural soil systems in the future. Key Words : Global climate change ; Soil system ; Green2house gas ; Effect of green2house 1745 期 　　　　　　　　　张金屯 :全球气候变化对自然土壤碳、氮循环的影响