硫循环

硫在大气、陆地生命体和土壤等几个分室中的迁移和转化过程

硫循环，是指硫在大气、陆地生命体和土壤等几个分室中的迁移和转化过程。化石燃料的燃烧、火山爆发和微生物的分解作用是它的来源。在自然状态下，大气中的二氧化硫，一部分被绿色植物吸收；一部分则与大气中的水结合，形成硫酸，随降水落入土壤或水体中，以硫酸盐的形式被植物的根系吸收，转变成蛋白质等有机物，进而被各级消费者所利用，动植物的遗体被微生物分解后，又能将硫元素释放到土壤或大气中，这样就形成一个完整的循环回路。人类活动使局部地区大气中的二氧化硫浓度大幅升高，形成酸雨，对人和动植物产生伤害作用。

简介

硫是植物生长发育所必需的矿质营养元素，主要参与光合作用、呼吸作用、氮固定、蛋白质和脂类合成等重要生理生化过程。硫可增强植物环境胁迫的耐受性，清除有机毒物，并将有机毒物运送至液泡内隔离，使细胞免受毒害。硫还能够提高植物产量及品质，抵御重金属对植物的毒害，增强植物抗病虫能力。如果土壤中含硫量过低，就会导致植物正常生理活动受阻、代谢紊乱，甚至导致生态系统的破坏。

硫是生物必需的大量营养元素之一，含量为10-2%数量级水平，是蛋白质、酶、维生素B1、蒜油、芥子油等物质的构成成分。硫因有氧化合还原两种形态存在而影响生物体内的氧化还原反应过程。硫是可变价态的元素，价态变化在-2价至+6价之间，可形成多种无机和有机硫化合物，并对环境的氧化还原电位和酸碱度带来影响。

范围

自然界中硫的最大储存库在岩石圈，在沉积岩、变质岩和火成岩三类岩石中总含量达294800×1020克。硫在水圈中的储存量也较大，在海水中含13480×1020克，在极地冰帽、冰山和陆地冰川中含278×1020克，但在地下水、地面水、土壤圈、大气圈中含量均较小。通过有机物分解释放H2S气体或可溶硫酸盐、火山喷发（H2S、SO42-、SO2）等过程使硫变成可移动的简单化合物进入大气、水或土壤中。

土壤中微生物可将含硫有机物质分解为硫化氢，硫黄细菌和硫化细菌可将硫化氢进一步转变为元素硫或硫酸盐，许多兼性或嫌气性微生物又可将硫酸盐转化为硫化氢。因此，在土壤和水体底质中，硫因氧化还原电位不同而呈现不同的化学价态。土壤和空气中硫酸盐、硫化氢和二氧化硫可被植物吸收，每年全球植物吸收硫总量约为15×1018克，然后沿着食物链在生态系统中转移。陆地上可溶价态的硫酸盐通过雨水淋洗，每年由河流携入海洋地硫总量达132×1032克。海水和海洋沉积物中积蓄着最大量对生物有效态硫，总量达16480×1020克。由于有机物燃烧、火山喷发和微生物氨化及反硫化作用等，也有少量硫以H2S、SO2和硫酸盐气溶胶状态存在于大气中。近来由于工业发展，化石燃料的燃烧增加，每年燃烧排入大气的SO2量高达147×106吨，影响了生物圈中硫的循环。

基本过程

陆地和海洋中的硫通过生物分解、火山爆发等进入大气；大气中的硫通过降水和沉降、表面吸收等作用，回到陆地和海洋；地表径流又带着硫进入河流，输往海洋，并沉积于海底。在人类开采和利用含硫的矿物燃料和金属矿石的过程中，硫被氧化成为二氧化硫（SO2）和还原成为硫化氢（H2S）进入大气。硫还随着酸性矿水的排放而进入水体或土壤。

自然界的硫循环

构成全球硫循环的储库主要包括蒸发岩、海水溶解的硫酸盐以及海相碎屑沉积物（岩）中硫化物（主要以黄铁矿形式存在），同时这些储库中的硫也经常被火山作用释放出的硫（SO2，H2S）或者火成岩风化的硫所补充。

陆地硫循环

1、火山活动

强烈的火山喷发能直接将含硫物质推入平流层，对地球气候产生很大影响。火山活动会产生含硫气体的释放，然而，研究发现在火山非喷发期比喷发期释放的硫量大得多。缺氧岩浆热动力学平衡计算表明，在高温状态下释放的气体中SO2是主要的，在低温状态下H2S是主要气体，野外测定证实了这一结果。SO2是火山释放气体的主要组成，H2S和COS是次要的组成。尽管火山对大气硫总量的贡献大小还存在相当大的分歧，但最近的研究表明，全球火山硫通量不会低于每年10Tg S。

陆上火山爆发，使地壳和岩浆中的硫以H2S、硫酸盐和SO2的形式排入大气。海底火山爆发排出的硫，一部分溶于海水，一部分以气态硫化物逸入大气。陆地和海洋中的一些有机物质由于微生物分解作用，向大气释放H2S，其排放量随季节而异，温热季节高于寒冷季节。海洋波浪飞溅使硫以硫酸盐气溶胶形式进入大气。

2、植被

陆地植物可从大气中吸收SO2。陆地和海洋植物从土壤和水中吸收硫。吸收的硫构成植物本身的机体。植物残体经微生物分解，硫成为H2S逸入大气。

3、湿地生态系统

因为湿地硫释放明显，所以早期对陆地硫循环的研究很多集中在湿地、沿海沼泽地和交替潮汐地带。从湿地生态系统释放的含硫气体通量一般比内陆土壤高一个或几个数量级。众多的研究结果表明，湿地系统释放的含硫气体通量有很强的时空变异性，甚至在同一地点不同时间测出的含硫气体通量会相差两个数量级以上。

4、生物质燃烧

作为挥发性含硫气体的强释放源，生物质燃烧具有区域性和短期性。严格来讲，生物质燃烧释放硫与人为的行为有关，如受控森林管理燃烧，木材作为燃烧源和农用材料等，也与纯自然行为如野火有关。前者约超过后者的20倍。以干物质计，植物平均含硫约为0.2%，假如燃烧的干物质为每年8700Tg，那么每年硫释放量约为17Tg S。在燃烧过程中约50%的硫释放进入大气层，其余部分则保留在灰分中。

海洋硫循环

海洋是自然硫源的主要部分，由于广泛的野外测定和模型计算，海洋对大气总硫的贡献已基本明确。20世纪 80年代初曾估计海洋向大气释放的硫通量约为每年30-40 Tg S。后来的研究结果显示海洋硫释放已大大减少，大约降低了2-5倍。尽管如此，海洋仍然是主要自然硫源。

大气中的SO2和H2S经氧化作用形成硫酸根，随降水降落到陆地和海洋。SO2和硫酸根还可由于自然沉降或碰撞而被土壤和植物或海水所吸收。由陆地排入大气的SO2和硫酸根可迁移到海洋上空，沉降入海洋。同样，海浪飞溅出来的硫酸根也可迁移沉降到陆地上。陆地岩石风化释放出的硫可经河流输送入海洋。水体中硫酸盐的还原是由各种硫酸盐还原菌进行反硫化过程完成的。在缺氧条件下，硫酸盐作为受氢体而转化为H2S。

人类活动的干预

人类燃烧含硫矿物燃料和柴草，冶炼含硫矿石，释放大量的SO2。石油炼制释放的H2S在大气中很快氧化为SO2。这些活动使城市和工矿区的局部地区大气中SO2浓度大为升高，对人和动植物有伤害作用。SO2在大气中氧化成为硫酸根，是形成酸雨和降低能见度的主要原因。

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