硫循環，是指硫在大氣、陸地生命體和土壤等幾個分室中的遷移和轉化過程。化石燃料的燃燒、火山爆發和微生物的分解作用是它的來源。在自然狀態下，大氣中的二氧化硫，一部分被綠色植物吸收；一部分則與大氣中的水結合，形成硫酸，隨降水落入土壤或水體中，以硫酸鹽的形式被植物的根系吸收，轉變成蛋白質等有機物，進而被各級消費者所利用，動植物的遺體被微生物分解後，又能將硫元素釋放到土壤或大氣中，這樣就形成一個完整的循環迴路。人類活動使局部地區大氣中的二氧化硫濃度大幅升高，形成酸雨，對人和動植物產生傷害作用。
基本介紹
- 中文名：硫循環
- 外文名：sulfur cycle
- 範圍：陸地、海洋和人類活動
- 主要形式：SO2、H2S和硫酸根
簡介,範圍,基本過程,自然界的硫循環,陸地硫循環,海洋硫循環,人類活動的干預,
簡介
硫是植物生長發育所必需的礦質營養元素，主要參與光合作用、呼吸作用、氮固定、蛋白質和脂類合成等重要生理生化過程。硫可增強植物環境脅迫的耐受性，清除有機毒物，並將有機毒物運送至液泡內隔離，使細胞免受毒害。硫還能夠提高植物產量及品質，抵禦重金屬對植物的毒害，增強植物抗病蟲能力。如果土壤中含硫量過低，就會導致植物正常生理活動受阻、代謝紊亂，甚至導致生態系統的破壞。
硫是生物必需的大量營養元素之一，含量為10-2%數量級水平，是蛋白質、酶、維生素B1、蒜油、芥子油等物質的構成成分。硫因有氧化合還原兩種形態存在而影響生物體內的氧化還原反應過程。硫是可變價態的元素，價態變化在-2價至+6價之間，可形成多種無機和有機硫化合物，並對環境的氧化還原電位和酸鹼度帶來影響。
範圍
自然界中硫的最大儲存庫在岩石圈，在沉積岩、變質岩和火成岩三類岩石中總含量達294800×1020克。硫在水圈中的儲存量也較大，在海水中含13480×1020克，在極地冰帽、冰山和陸地冰川中含278×1020克，但在地下水、地面水、土壤圈、大氣圈中含量均較小。通過有機物分解釋放H2S氣體或可溶硫酸鹽、火山噴發（H2S、SO42-、SO2）等過程使硫變成可移動的簡單化合物進入大氣、水或土壤中。
土壤中微生物可將含硫有機物質分解為硫化氫，硫黃細菌和硫化細菌可將硫化氫進一步轉變為元素硫或硫酸鹽，許多兼性或嫌氣性微生物又可將硫酸鹽轉化為硫化氫。因此，在土壤和水體底質中，硫因氧化還原電位不同而呈現不同的化學價態。土壤和空氣中硫酸鹽、硫化氫和二氧化硫可被植物吸收，每年全球植物吸收硫總量約為15×1018克，然後沿著食物鏈在生態系統中轉移。陸地上可溶價態的硫酸鹽通過雨水淋洗，每年由河流攜入海洋地硫總量達132×1032克。海水和海洋沉積物中積蓄著最大量對生物有效態硫，總量達16480×1020克。由於有機物燃燒、火山噴發和微生物氨化及反硫化作用等，也有少量硫以H2S、SO2和硫酸鹽氣溶膠狀態存在於大氣中。近來由於工業發展，化石燃料的燃燒增加，每年燃燒排入大氣的SO2量高達147×106噸，影響了生物圈中硫的循環。
基本過程
陸地和海洋中的硫通過生物分解、火山爆發等進入大氣；大氣中的硫通過降水和沉降、表面吸收等作用，回到陸地和海洋；地表徑流又帶著硫進入河流，輸往海洋，並沉積于海底。在人類開採和利用含硫的礦物燃料和金屬礦石的過程中，硫被氧化成為二氧化硫（SO2）和還原成為硫化氫（H2S）進入大氣。硫還隨著酸性礦水的排放而進入水體或土壤。
自然界的硫循環
構成全球硫循環的儲庫主要包括蒸發岩、海水溶解的硫酸鹽以及海相碎屑沉積物（岩）中硫化物（主要以黃鐵礦形式存在），同時這些儲庫中的硫也經常被火山作用釋放出的硫（SO2，H2S）或者火成岩風化的硫所補充。
陸地硫循環
1、火山活動
強烈的火山噴發能直接將含硫物質推入平流層，對地球氣候產生很大影響。火山活動會產生含硫氣體的釋放，然而，研究發現在火山非噴發期比噴發期釋放的硫量大得多。缺氧岩漿熱動力學平衡計算表明，在高溫狀態下釋放的氣體中SO2是主要的，在低溫狀態下H2S是主要氣體，野外測定證實了這一結果。SO2是火山釋放氣體的主要組成，H2S和COS是次要的組成。儘管火山對大氣硫總量的貢獻大小還存在相當大的分歧，但最近的研究表明，全球火山硫通量不會低於每年10Tg S。
陸上火山爆發，使地殼和岩漿中的硫以H2S、硫酸鹽和SO2的形式排入大氣。海底火山爆發排出的硫，一部分溶于海水，一部分以氣態硫化物逸入大氣。陸地和海洋中的一些有機物質由於微生物分解作用，向大氣釋放H2S，其排放量隨季節而異，溫熱季節高於寒冷季節。海洋波浪飛濺使硫以硫酸鹽氣溶膠形式進入大氣。
2、植被
陸地植物可從大氣中吸收SO2。陸地和海洋植物從土壤和水中吸收硫。吸收的硫構成植物本身的機體。植物殘體經微生物分解，硫成為H2S逸入大氣。
3、濕地生態系統
因為濕地硫釋放明顯，所以早期對陸地硫循環的研究很多集中在濕地、沿海沼澤地和交替潮汐地帶。從濕地生態系統釋放的含硫氣體通量一般比內陸土壤高一個或幾個數量級。眾多的研究結果表明，濕地系統釋放的含硫氣體通量有很強的時空變異性，甚至在同一地點不同時間測出的含硫氣體通量會相差兩個數量級以上。
4、生物質燃燒
作為揮發性含硫氣體的強釋放源，生物質燃燒具有區域性和短期性。嚴格來講，生物質燃燒釋放硫與人為的行為有關，如受控森林管理燃燒，木材作為燃燒源和農用材料等，也與純自然行為如野火有關。前者約超過後者的20倍。以乾物質計，植物平均含硫約為0.2%，假如燃燒的乾物質為每年8700Tg，那么每年硫釋放量約為17Tg S。在燃燒過程中約50%的硫釋放進入大氣層，其餘部分則保留在灰分中。
海洋硫循環
海洋是自然硫源的主要部分，由於廣泛的野外測定和模型計算，海洋對大氣總硫的貢獻已基本明確。20世紀 80年代初曾估計海洋向大氣釋放的硫通量約為每年30-40 Tg S。後來的研究結果顯示海洋硫釋放已大大減少，大約降低了2-5倍。儘管如此，海洋仍然是主要自然硫源。
大氣中的SO2和H2S經氧化作用形成硫酸根，隨降水降落到陸地和海洋。SO2和硫酸根還可由於自然沉降或碰撞而被土壤和植物或海水所吸收。由陸地排入大氣的SO2和硫酸根可遷移到海洋上空，沉降入海洋。同樣，海浪飛濺出來的硫酸根也可遷移沉降到陸地上。陸地岩石風化釋放出的硫可經河流輸送入海洋。水體中硫酸鹽的還原是由各種硫酸鹽還原菌進行反硫化過程完成的。在缺氧條件下，硫酸鹽作為受氫體而轉化為H2S。
人類活動的干預
人類燃燒含硫礦物燃料和柴草，冶煉含硫礦石，釋放大量的SO2。石油煉製釋放的H2S在大氣中很快氧化為SO2。這些活動使城市和工礦區的局部地區大氣中SO2濃度大為升高，對人和動植物有傷害作用。SO2在大氣中氧化成為硫酸根，是形成酸雨和降低能見度的主要原因。
