全球氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響

全球變化課程論文PAGEPAGE5全球氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響摘要：人類活動(dòng)無節(jié)制地消耗自然資源，使生態(tài)環(huán)境日益惡化。社會(huì)工業(yè)發(fā)展，化石燃料的使用，排放出大量的大氣污染物和“溫室氣體”，已開始明顯地改變了大氣的成分，影響和改變著陸地生態(tài)系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)。本文通過描述大氣圈溫室氣體的變化趨勢(shì)，全球氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)的影響，生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)等方面說明氣候改變與陸地生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同關(guān)系。全球氣候變化過程影響著生態(tài)系統(tǒng)及與人類活動(dòng)有關(guān)的各個(gè)方面，阻止、延緩這種改變，已刻不容緩。關(guān)鍵詞：全球氣候變化；溫室氣體；結(jié)構(gòu)；功能；陸地生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)指地球表面生物與環(huán)境的協(xié)同的有機(jī)整體。在一個(gè)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)和能量的輸入輸出是平衡的，它具有穩(wěn)定的重點(diǎn)或循環(huán)，很少存在人類的干擾。但隨著近代工業(yè)的發(fā)展，人類活動(dòng)改變了陸地表面，改變著物質(zhì)能量的原有循環(huán)，人工增加了源量，造成全球尺度的氣候變化如溫室效應(yīng)加劇、臭氧層空洞、酸雨、生物多樣性減小，已反饋影響著人類的日常生活。全球氣候變化是全球變化的一個(gè)重要方面，主要涉及溫室效應(yīng)、CO2濃度變化、大氣降水格局等過程。近來很是受科學(xué)家的關(guān)注，也被普通民眾所矚目，全球氣候變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)((GCTE)的研究是國(guó)際地圈—生物圈計(jì)劃(IGBP)特別委員會(huì)幾個(gè)重要研究領(lǐng)域之一，也是全球生態(tài)學(xué)的一個(gè)重要主題。1世界幾種溫室氣體的變化趨勢(shì)1.1二氧化碳據(jù)預(yù)測(cè)21世紀(jì)末期CO2倍增會(huì)引起氣候大幅度變暖[1]。CerardLambent報(bào)道在1800-1985的185年間大氣中CO2濃度從275ppm增加至345ppm。有人統(tǒng)計(jì)1960-1984年間CO2年平均增長(zhǎng)量為1.04ppm，而最近幾年的年均增長(zhǎng)量已達(dá)1.5ppm，即每年約增加10%，且還將持續(xù)增長(zhǎng)，到下個(gè)世紀(jì)中葉，可能要增加1倍。1.2甲烷冰心中的氣泡分析證明，20世紀(jì)初以前，濃度相對(duì)較穩(wěn)，保持在700ppb左右、以后增加較快。近10年每年約增加1%以上，目前甲烷含量已超過1700ppb。1.3一氧化二氮(N2O)和氯氟烴(CFC)大氣中的一氧化二氮含量，隨著交通業(yè)的持續(xù)發(fā)展，近10年濃度已接近310ppb，每年約增加0.3%。而雖然在1996年用于冰箱制冷劑的氯氟烴已停止使用，但在其主要利用的30年間，最常見的氟里昂F11(CFCI2)和F12(CFCI2)已在大氣中積累至0.22ppb和0.38ppb。由于這2種物質(zhì)的壽命較長(zhǎng)，在大氣中循環(huán)反應(yīng)，使同溫層中的臭氧受到嚴(yán)重破壞。1.4水蒸氣人類對(duì)地球下墊面的改造，改變了地球原有的蒸發(fā)量，和原有的大氣循環(huán)途徑，使大氣中水蒸氣的含量發(fā)生改變[1-3]。2全球氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響2.1氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)生理的影響氣候變化改變生態(tài)系統(tǒng)能量與物質(zhì)交換的有關(guān)途徑和改變生物量和元素貯藏的過程[4]。如：①大氣中CO2增加在小尺度范圍影響植物的生理學(xué)過程。CO2的含量是生態(tài)系統(tǒng)和凈植被功能的植物生理學(xué)上的反映；②陸生碳庫(kù)的變化和流動(dòng)，使碳、氮、磷、硫生物地球化學(xué)過程發(fā)生改變，以造成生態(tài)系統(tǒng)中碳、氮、磷、硫庫(kù)存和流動(dòng)，CO2量、氣候和土地利用的改變；③氣候和土地利用改變后，將影響生態(tài)系統(tǒng)水和能量交換及其對(duì)氣候反饋的影響。2.2生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變?nèi)驓夂蜃兓?，尤其在小尺度范圍大氣中CO2和氣候的改變將影響種類功能類型，生物組成和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，景觀格局，生物分布及區(qū)域、大陸土地覆蓋和土地利用，及此對(duì)氣候可能的反饋。2.3對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響全球氣候環(huán)境的變化，必將對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成、功能和生產(chǎn)力產(chǎn)生深刻的影響[5,6]。2.3.1影響森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)氣候變化將對(duì)物質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生直接的影響。以生態(tài)系統(tǒng)中C循環(huán)為例，森林凋落物主要是通過微生物、昆蟲和土壤動(dòng)物等分解者的降解作用，把CO2釋放回大氣，同時(shí)把養(yǎng)分歸回林地，假如全球氣候變暖，這勢(shì)必影響森林凋落物的分解速度，如果分解速度變慢了，那么森林凋落物將積累，同時(shí)許多養(yǎng)分不能歸回林地；反之，如果分解速度變快了，那么將大大加快森林凋落物的分解，無疑將加速CO2和養(yǎng)分的釋放速率。2.3.2影響森林生態(tài)系統(tǒng)的格局與過程氣候變化影響森林生態(tài)系統(tǒng)中喬木、灌木和草本植物的生活史、生理特征、分布和群落組成結(jié)構(gòu)，尤其是森林生態(tài)系統(tǒng)中的建群種、優(yōu)勢(shì)種和指示種的種群動(dòng)態(tài)、生理生態(tài)和分布格局的變化，在生理生態(tài)方面，氣候變化對(duì)綠色植物光合作用、呼吸作用將產(chǎn)生影響，如土壤水分狀態(tài)變化、氣候變暖等對(duì)植物水勢(shì)、氣孔導(dǎo)度、細(xì)根吸取養(yǎng)分和植物對(duì)光能的利用效率發(fā)生變化。同時(shí)，全球氣候變化通過影響植物的生境條件、光合作用等，勢(shì)必影響林木的生長(zhǎng)率、死亡率，甚至林木材質(zhì)。森林具有水土保持的功能。全球氣候變化，尤其是大氣年均溫度和降水的改變，不但將導(dǎo)致林木樹種組成、葉表面積、根系特性等森林特征的變化，而且將改變森林的分布區(qū)，使有林地變成草原、荒地等無林地，這些都將影響林冠截流、林冠燕騰、地表徑流和林分保持水土的功能。全球氣候變暖，不但將影響森林類型的分布，而且勢(shì)必影響林地森林凋落物的積累和干濕狀況，顯然這會(huì)對(duì)森林火災(zāi)發(fā)生頻度和強(qiáng)度產(chǎn)生直接的影響。2.3.3森林生態(tài)系統(tǒng)的正向反饋森林生態(tài)系統(tǒng)是大氣中許多微量氣體如氮氧化合物、CH4的直接來源，而且它們又是加劇全球氣候變暖的溫室氣體。全球氣候的變化將直接影響森林生態(tài)系統(tǒng)微量氣體的釋放速率，例如全球降雨的增加，相應(yīng)加劇了森林的沼澤化，而沼澤化的森林常常是CH4的重要來源。2.4全球氣候變化對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)的影響2.4.1影響草原生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力草原地區(qū)絕大多數(shù)植物為C3植物，溫度升高對(duì)其生長(zhǎng)將產(chǎn)生不利影響。觀測(cè)表明，36a來祁連山海北州牧草的年凈生產(chǎn)量普遍下降；20世紀(jì)90年代青藏高原牧草高度與80年代末期比較,生長(zhǎng)高度普遍下降30%~50%；天然草地產(chǎn)鮮草量和干草量均呈減少趨勢(shì)；在溫度升高2℃，降水增加20%情況下，不考慮草地類型的空間遷移，各類草原減產(chǎn)幅度差別很大。其中以荒漠草原的減產(chǎn)最為劇烈，達(dá)到17.1%。若計(jì)入各類型空間分布的變化，各草地類型生產(chǎn)力減產(chǎn)約3成[7]。Century模型模擬表明，氣候變化將導(dǎo)致羊草草原和大針茅草原初級(jí)生產(chǎn)力和土壤有機(jī)質(zhì)含量的顯著下降，羊草草原比大針茅草原對(duì)氣候變化更為敏感。2.4.2改變牧草的分布與高度氣候變化將改變牧草分布的高度，導(dǎo)致植物區(qū)成的變化，即草地類型在景觀上的遷移。在中國(guó)內(nèi)蒙古草原研究中，溫度升高2℃，降水增加20%時(shí)草原總面積將減少近30%。氣候變暖使內(nèi)蒙古的草地植被由東南向西北壓縮，界線北移[8]。北部，典型草原向大興安嶺推進(jìn)；南部，典型草原和荒漠草原受到擠壓，并向北退縮[9]。2.5氣候變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響2.5.1種植制度和作物品種布局及耕作方式的改變氣候變暖將增加各地的熱量資源，使作物潛在生長(zhǎng)季延長(zhǎng)，多熟種植北界北移[10]。在品種和生產(chǎn)水平不變前提下，僅考慮熱量條件，氣候變化后，各地農(nóng)作物的種植時(shí)節(jié)，成熟時(shí)節(jié)將發(fā)生改變，造成一年三熟的地區(qū)面積增加，一年一熟的地區(qū)北移，面積減少。2.5.2作物品質(zhì)和產(chǎn)量的改變CO2濃度倍增還將引起農(nóng)作物品質(zhì)的變化。如CO2濃度增加將使玉米蛋白質(zhì)、賴氨酸和脂肪含量減少，淀粉含量略有增高，品質(zhì)有所下降；與此同時(shí)，CO2濃度增加將使小麥籽粒的蛋白質(zhì)、賴氨酸、脂肪含量增高，淀粉含量下降，品質(zhì)得到提高[11]。CO2濃度倍增對(duì)不同作物的產(chǎn)量影響不同[12]。C3作物將因此提高產(chǎn)量30%左右，而C4作物僅提高10%左右。因此，C3作物，如水稻、小麥、油菜等的產(chǎn)量將有明顯提高。CO2濃度倍增條件下，作物干物質(zhì)平均增加40%,產(chǎn)量增加26%，且植株含碳量提高，但含氮量下降，從而將引起害蟲采食量增大；同時(shí)，也將伴隨雜草增多[13]。另外，如果土壤水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得不到滿足，這種增產(chǎn)效應(yīng)將會(huì)大大減弱。氣候變暖在加速農(nóng)作物生長(zhǎng)的同時(shí)，也使農(nóng)作物的呼吸作用增強(qiáng)，生育期縮短，從而影響到農(nóng)作物的產(chǎn)量。同時(shí)氣候變暖導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)的微生物分解加快，將造成土壤肥力下降，農(nóng)田生產(chǎn)潛力降低[14,15]。2.5.3糧食問題尖銳化氣候變暖在全球呈不均勻性，使得極端天氣事件的發(fā)生頻率、出現(xiàn)、延續(xù)時(shí)間和分布發(fā)生變化，導(dǎo)致氣象災(zāi)害的頻率和強(qiáng)度加大。溫度升高將導(dǎo)致一些作物不同程度地受到高溫?zé)岷Φ挠绊懀纫员狈叫←湠樯?。與此同時(shí)，一些地區(qū)的低溫冷害仍然比較嚴(yán)重。同時(shí)，隨CO2濃度倍增、氣候變暖，全球海平面上升，將會(huì)淹沒沿海重要的糧食生產(chǎn)基地。在中國(guó)，華東和華南受洪水肆虐的程度和頻率將可能提高，加上三角洲地區(qū)海水倒灌，大片良田將鹽漬化，影響糧食總產(chǎn)量[13]。此外，氣候變暖將使得病蟲危害面積擴(kuò)大。如①害蟲的地理分布界限北移；②害蟲種群的世代增加，農(nóng)田多次受害的幾率增高；③害蟲遷移入侵的風(fēng)險(xiǎn)增高。研究表明氣候變暖將使粘蟲的越冬北界北移1°，稻飛虱的安全越冬北界由當(dāng)前22°N推向23~24°N；分布在33°N以南地區(qū)的粘蟲、23~25°N以南地區(qū)的稻飛虱以及江淮區(qū)以南的稻縱卷葉螟均可比當(dāng)前多繁殖一個(gè)世代。④氣候變暖，尤其暖濕氣候?qū)⒂欣谝恍┎【陌l(fā)生、繁殖和蔓延，從而將使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低[11]。2.6全球氣候變化對(duì)動(dòng)物群落的影響動(dòng)物群落的空間分布、內(nèi)部等級(jí)、群居性等與氣候、地形、分布區(qū)的植物等生長(zhǎng)因子有關(guān)。但隨著全球氣候變暖，北半球物候期提前，一些野生動(dòng)物的分布區(qū)北移，動(dòng)物的繁殖、種群變化都發(fā)生了不同程度的變化，有的物種甚至滅絕。2.6.1動(dòng)物地理分布全球氣候變化改變了區(qū)域的溫度和降水格局，使動(dòng)物的棲息生境發(fā)生改變，某些鳥類和兩棲類，甚至喪失了棲息生境[16]，導(dǎo)致生物多樣性減少，物種滅絕。當(dāng)溫度和降水格局發(fā)生變化時(shí)，物種的分布會(huì)隨之發(fā)生變化，因?yàn)槲锓N總是傾向于分布在氣候條件最適宜的區(qū)域[17]。植被是野生動(dòng)物賴以生存的棲息環(huán)境，也是野生動(dòng)物的食物來源[18]。氣候變化影響植被，尤其對(duì)植被的初級(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)生較大影響。植被變化時(shí)，動(dòng)物分布區(qū)相應(yīng)地隨之發(fā)生改變。2.6.2動(dòng)物行為與生理及種群動(dòng)態(tài)氣候變化特別是降水變化對(duì)動(dòng)物有較大的影響，如影響物種豐富度、存活率、產(chǎn)卵日期、繁殖成功率、生長(zhǎng)速度和動(dòng)物行為等，最后導(dǎo)致動(dòng)物種群數(shù)量波動(dòng)。3陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化的反饋3.1氣候反饋全球變化將對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,而陸地生態(tài)系統(tǒng)的改變又將反饋于全球變化。不同的植被類型通過改變地表反射率、蒸發(fā)散、地表粗糙度等影響植被與大氣之間的物質(zhì)(如水和CO2等)和能量(如太陽輻射，動(dòng)量和熱量等)交換來影響氣候，改變的氣候又通過大氣與植被之間的物質(zhì)和能量的交換作用對(duì)植被的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，最終可能導(dǎo)致植被類型的變化。研究表明，森林砍伐將影響反射率和樹冠截留，從而顯著地減少當(dāng)?shù)氐慕邓?，增加下游洪水泛濫的頻率與強(qiáng)度。森林向牧場(chǎng)的轉(zhuǎn)變將增加地表反射率和地表覆蓋度，在小范圍內(nèi)使溫度增加,濕度下降。植被的破壞還將導(dǎo)致土壤侵蝕和地表水的減少。3.2碳循環(huán)反饋陸地生態(tài)系統(tǒng)的變化不僅影響氣候變化,而且亦將對(duì)全球碳循環(huán)產(chǎn)生影響,從而間接地影響氣候。熱帶地區(qū)的大規(guī)模毀林活動(dòng)早就引起了人們的重視，目前由于原始森林受毀導(dǎo)致的次生森林或林用種植園在熱帶至寒溫帶都有分布，由此造成的森林生物量的變化必將影響森林的碳貯量。與自然森林相比，熱帶地區(qū)種植園的森林地上生物量較自然森林低20%~50%；溫帶地區(qū)生產(chǎn)性森林的地上生物量較自然森林低40%~50%。次生森林和不定期砍伐森林的木本植物生物量較自然森林低30%~80%。因此，砍伐或開采自然森林后形成的次生林的固碳能力將降低。參考文獻(xiàn)[1]周廣勝,張新時(shí),高素華,等.中國(guó)植被對(duì)全球變化反應(yīng)的研究[J].植物學(xué)報(bào),1997,39(9):879-88.[2]黃銀曉.全球氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響[J].環(huán)境科學(xué),1993,14(6):79-81.[3]江學(xué)頂,劉育,夏北成.全球氣候變化及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)論叢,2003,23(5);257-262.[4]鄭鳳英,彭少麟.植物生理生態(tài)指標(biāo)對(duì)大氣CO2濃度倍增響應(yīng)的整合分析[J].植物學(xué)報(bào),2001,43(11):1101-1109.[5]周廣勝,王玉輝,白莉萍,許振柱.陸地生態(tài)系統(tǒng)與全球變化相互作用的研究進(jìn)展[J].氣象學(xué)報(bào),2004,5(10):692-707.[6]曾小平,趙平,孫谷疇.氣候變暖對(duì)陸生植物的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2006,17(12):2445-2450[7]李曉兵,陳云浩,等.氣候變化對(duì)中國(guó)北方荒漠草原植被的影響[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2002,17(2):254-262.[8]鄧慧平,劉厚風(fēng).全球氣候變化對(duì)松嫩草原水熱生態(tài)因子的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2001,20(6):958-963.[9]王昱生,趙妮珊,徐中儒,等.中國(guó)東北部貝加爾針茅(Stipabaicalensis)草原生產(chǎn)量與生態(tài)因素的關(guān)系及其預(yù)測(cè)模型[J].植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)學(xué)報(bào),1991,15(3):286-295.[10]張厚,張翼.中國(guó)活動(dòng)積溫對(duì)氣候變暖的響應(yīng)[J].地理學(xué)報(bào),1994,49(1):27-35.[11]王春乙,潘亞茹,白月明,等.CO2濃度倍增對(duì)中國(guó)主要作物影響的試驗(yàn)研究[J].氣象學(xué)報(bào),1997,55(1):8694-8698.[12]高素華,王春乙,郭建平.CO2濃度對(duì)我國(guó)主要作物影響的試驗(yàn)研究[M].見:符淙斌,嚴(yán)中偉主編.全球變化與我國(guó)未來生存環(huán)境.北京:氣象出版社,1996.[13]王石立,婁秀榮.氣候變化對(duì)華北地區(qū)冬小麥水分虧缺狀況及生長(zhǎng)的影響[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),1996,7(3):308-315.[14]李伏生,康紹忠,張富倉(cāng).大氣CO2濃度和溫度升高對(duì)作物生理生態(tài)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002,13(9):1169-1173.[15]李伏生,康紹忠,張富倉(cāng).CO2濃度、氮和水分對(duì)春小麥光合、蒸散及水分利用效率的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2003,14(3):387-393.[16]孫全輝,張正旺.氣候變暖對(duì)我國(guó)鳥類分布的影響[J].動(dòng)物學(xué)雜志,2000,14:45-48.[17]劉伯文.某些鳥類冬季留居與北方一些地區(qū)生態(tài)原因探討[J].動(dòng)物學(xué)雜志,1992,27(5):32-33.[18]馬瑞俊,蔣志剛.全球氣候變化對(duì)野生動(dòng)物的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005,25(11):3061-3066.EffectsofGlobalChangeonTerrestrialEcosystemYangXiaodong（DepartmentofEnvironmentalscienceandTechnology,CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,EastChinaNormalUniversity,Shanghai,200062）Abstract:Theecological

environment

isdeterioratingalongwithuncontrolledconsumptionofnaturalresourcesfor

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