土壤是二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和一氧化二氮（N₂O）三种温室气体的来源地之一。尽管土壤在人类出现以前就释放出这些气体，但自工业革命以来人类的活动，如森林的砍伐和垦殖加速了这些气体的释放速度。如果我们要了解温室效应并搞清对于温室效应该做些什么，我们就得知道更多关于人类活动对土壤与大气间这些气体的影响情况。

温室内空气比外面热的原因有两个：第一，玻璃顶棚将来自太阳的能量密封在内，增加了内部物体的温度；第二，顶棚阻止了里面的暖空气与外界冷空气的混合。虽然大气的这种混合过程不会停止，但云、二氧化碳和一一其它气体却能将太阳能封闭于内（主要是对流层内——译者注）。在这方面，温室气体所起的作用犹如温室的顶棚，因此，称为温室效应。

到达地面的太阳能，绝大部分是光谱中的可见光，它们被植物和土壤吸收后，部分能量就以光谱中波长较长的红外线部分重新辐射出来，这种红外线辐射被活性温室气体吸收并以热量的形式重新辐射回地面。这些温室气体对地球的生命来说是必不可少的，如果缺少这些气体，红外辐射将散失到宇宙空间，地球表面将被冻结，生命将绝灭，平均气温将由现在的降至-19℃。

最重要的温室气体是水蒸气、二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和人造氟氯碳（CFC）。近些年，所有这些气体在大气中都增加了［除平流层一定区域存在的臭氧（O₃）外］。现行的计算表明，它们的增加将引起全球温度的升高，这已被理论确断——只是增温的比率及范围还存在疑问。

土壤中生活的有机体产生3种温室气体——CO₂、CH₄和N₂O。土壤对全球这3种气体的形成产生了显著的作用，人类活动，如森林的砍伐加速了这三种气体的释放。本文即是有关人类活动对它们的影响。

二氧化碳

自工业革命开始，空气中CO₂的含量不断稳定地增加。现在空气中CO₂的含量为350 ppm，而工业革命前，根据格陵兰和南极洲数百年前封存于冰核中的气泡所测值为260~270 ppm。

CO₂含量的增加涉及到两个过程：化石（煤、石油和天然气）的燃烧和农田的开垦。1860~1984年间，约有1800亿吨的碳通过化石的燃烧释放到空气中，土地的开垦进入空气中的碳略少些，大约有1500亿吨、有关化石燃烧成碳的数字是很有根据的，但关于土地开垦产生碳的数据多带有推测的成分。

自工业革命开始，大气获得了1500亿吨的碳——约相当于释放的全部CO₂中的一半，剩下的被大洋溶解吸收掉。实际上，所有释放出的CO₂过一定时间之后将被吸收掉、但大洋的混合溶解是一个非常缓慢的过程，即使人类活动立刻停止，将现在大气中的CO₂含量降到工业革命前的水平也要花几百年的时间。

目前，人类活动每年产生的CO₂只有1/4来向土地的垦殖，其余来自化石燃料。但还有相当部分的不确定量来自于森林的燃烧和农业活动。来自卫星的土地垦耕估算将有助于减少这种不确定量。

森林的砍伐

自从人类社会产生以来，六片的森林通过焚烧被清除，甚至在定居农业产生前，澳大利亚的土著居民已养成了在一定的地段通过焚烧森林进行农作的习惯、燃烧过程中，树木中所贮存的碳立即以CO₂的形态进入到空气之中。然而在成熟的森林和草原土壤腐殖质中也含有大量的有机碳——产生于植物的腐烂分解过程中的黑色物质。一种成熟的英国宽叶林，在它的土壤腐殖质中碳的含量可能相当于树木中的碳。在古老成熟的森林中，每年树木从空气中获取的CO₂量与每年死亡了的动植物分解过程由土壤有机质归还给大气的量相当。同样地每年新形成的腐殖质的量与原来被分解了的腐殖质的量相当。

几乎所有的农田每年归还给土壤的有机质比森林少。进一步说，任何已在土壤中的腐殖质在土壤被耕作时要分解得快些，结果是当森林被开垦时，腐殖质降至一较低的水平，腐殖质被土壤中的微生物——一种生活在土壤中的有机体分解成CO₂。如果过一段时间后，土壤重新被绿化，腐殖质含量将回升到一个较高的水平。增高和降低的比率（只是偶然测定的）很重要，因为土壤中的腐殖质与贮存在大气和全球有机物中的碳一样多。

甲烷的来源——土壤

甲烷早在化学出现的早期已被人们了解。它以气泡状出现于沼泽地，因此取名沼气。它是一些动物，尤其是牛和反刍动物在打嗝时释放出来；它也产生于生长水稻充满水的土壤（水稻土）、废纸及废弃的有机物埋藏场所，在这些情形中，CH₄产生于缺氧环境里一种特殊的细菌，只能在缺氧条件下生长的厌氧细菌的活动。潮湿的土壤已被显示是甲烷的主要源地，尽管这种推测常常是由很少的几次测量得出的。

甲烷同CO₂一样，是一种活性气体，但它有更进一步的作用。在对流层，它被氧化成CO₂和水，这个过程耗竭了氢氧根（OH），这种氢氧根在大气的化学过程中是非常重要的，如CO氧化为CO₂。空气中甲烷的浓度比CO₂的浓度增加得快，主要归因于水稻田和反刍动物数量的增加。每公顷水稻能维持众多的人口，要人们理解并接受如此有用的谷物约耕作受到限制的事实是很困难的。

一氧化二氮

这是一种牙医常常使用的气体，有时称它为笑气e它是土壤学家熟悉的一种在不通气（常有积水）的土壤中氮的还原产品。

氮在土壤中自然产生，许多肥料中也含氮，氮肥即使不含氮，如氨或尿素，也能由一专门的土壤细菌通过氮的硝化作用而转化为氮。任何时候，含氮的土壤耗尽了O₂，另一细菌过程——脱氮作用便开始活动，氮逐步被还原，先转化为N₂O。而后，如果环境条件使氧剧烈减少，就转变为N₂。最近N₂O也被发现产生于氨转化为硝酸盐过程的副产品中。

土壤是空气中N₂O的主要来源，N₂O浓度的不断增加已成为一虑，因为N₂O在空气中分解是很缓慢的。N₂O不仅是活性气体，而且还能存留很长时间直到进入平流层，在平流层中与臭氧（O₃）反应，加上氟氯碳（CFC）的作用，耗竭了臭氧层中的O₃。空气中N₂O增加的原因还未尽详，尽管仿佛与农业活动有关。

未 来

在今后的几十年里，释放到大气中的氟氯碳（CFC）及化石的燃烧将成为全球增温的主要原因，但农业活动的影响也不可忽视。现在世界人口50亿并有不断增加的趋势，到下个世纪将突破（联合国根据假定的人口增加比例预测，到2025年，世界人口将增至76~94亿人左右）如果所有的人都要吃饱饭，则将有更多的森林被砍伐，沼泽被排干，沙漠被灌溉，化肥被更广泛地使用。所有这些变化将影响土壤与大气间的气体交换，这些交换，只有通过定量分析才能明内。例如考虑CO₂对土壤腐殖层的影响，随着大气中CO₂浓度的增加，土壤温度也将增加，因此加快了腐殖质的分解速度，降低了全球土壤中腐殖质——碳的存贮量。而较高的CO₂加速植物的生长（如同其它一些因素如水和氮对植物的生长一样），以致更多的植物枯枝落叶将落到土壤中，增加了土壤腐殖质的含量。上述哪个过程占优势？我们还不太清楚。

[Geographical Magazine，1990年4月]