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圖1—3 自然界中的碳素循環示意圖
無氧呼吸獲得能量的過程中，同樣也不斷地向大氣排放二氧化碳。有機物在分解和腐爛過程中也會不斷地排出二氧化碳。人類在生產活動和生活過程中，要不斷地消耗各種形式的有機碳和燃料，以取得所需要的物質和能量，而燃料在燃燒時，一方麵消耗大量氧氣，另一方麵放出大量二氧化碳。據估計，在地球表麵上，平均每秒鐘用於生物呼吸和燃料燃燒所消耗的氧氣大約為1 ×107千克。按此速度進行下去，目前地球大氣層中的氧氣大約隻能供使用3000年。
圖1—4 大氣和細胞中的二氧化碳與氧氣的循環
隨著氧氣和有機物質的大量被消耗，大氣中的二氧化碳並沒有不斷增加。實際上大氣中氧氣(約占21％)和二氧化碳(約占0.035％)的含量總是大體保持穩定，而且地球上的有機物質也沒有因不斷地被大量消耗而喪失殆儘，這應完全歸功於綠色植物的光合作用。因為光合作用過程恰恰與上述的生物呼吸作用、燃料燃燒和有機物分解或腐爛過程相反，它以太陽光能為動力，不斷地把水和空氣中的二氧化碳合成為碳水化合物等有機物質，並釋放出氧氣。例如，每公頃(等於15畝)森林或公園綠地，每天可分別吸收1 000千克和900千克二氧化碳，而分別釋放出730千克和600千克氧氣，這樣便不致於讓二氧化碳在大氣中大量積累，同時又可不斷地補充因生物生存和燃料燃燒所消耗掉的有機物和氧氣，使自然界維持碳素循環(圖1-3)和大氣中二氧化碳與氧氣之間的循環(圖1-4)，以保證地球上的物質循環和大氣環境不致遭受破壞。據估計，大氣中的全部二氧化碳和氧氣分別每300年和2000年通過植物光合作用更新一次。
（四）光合作用與氮、磷、硫等的循環
人類和動物在生命活動中要不斷地向外界排放氮、磷、硫等各種元素，此外，人和其他生物的屍體經微生物作用而分解和腐爛，使有機物不斷礦質化，也不斷地把這些元素釋放出來。這些元素如果不及時被清除，在自然界大量堆積，會使人類和其他生物的生存環境日益惡化，甚至威脅人類和其他生物的生存。
而植物在生長發育中，為滿足營養的需求，必須不斷地通過它們的根係吸收各種元素，與此同時，它們還通過光合作用把這些元素轉化成有機物質的組成成分，使上述的各種元素以及鉀、鈣、鎂等許多元素再次參與植物的營養循環和物質循環。這樣，一方麵保證了植物生長發育和光合作用的物質需要，另一方麵可不斷地清除環境中累積的各種元素。
例如，按植物體中碳的含量為42％、氮為1～2％、磷為0.20％～0.25％、硫為0.25％～0.50％進行計算，每年通過植物光合作用引入碳循環的氮、硫和磷元素大約分別為6×1012千克、8.5×1011千克和8.5×l011千克，由這些元素和其他元素所構成的各種有機物再被人類和其他生物利用，這便使自然界的元素循環(圖1—5)反複無限地進行下去，同時使生態環境保持平衡，為人類和其他生物創造良好的生存環境。
（五）光合作用與生命起源和生物演化
綠色植物的光合作用為人類提供了絕大部分生活必需品和能源。以及適宜生存的環境，並為植物本身和一切異養生物提供了賴以生存的條件。然而，它的作用遠不止這些。它對生命起源和生物演化同樣起著極為重要的作用。
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