全球變暖對濕地生態(tài)環(huán)境的影響

課程論文題目全球變暖對濕地生態(tài)環(huán)境的影響學生姓名學號院系專業(yè)指導教師二O一四年五月二十九日TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1引言3\o"CurrentDocument"2濕地及其在全球變化中的作用4\o"CurrentDocument"2.1濕地生態(tài)系統是。02的“源”與“匯”.4\o"CurrentDocument"2.2濕地生態(tài)系統是甲烷(CH4)的重要“源”4\o"CurrentDocument"2.3濕地生態(tài)系統是氧化亞氮(虬O)的“源”42\o"CurrentDocument"2.4濕地開發(fā)對全球變化的影響5\o"CurrentDocument"3全球變暖對濕地的可能影響5\o"CurrentDocument"3.1對濕地水資源面積的影響5\o"CurrentDocument"3.2對濕地生態(tài)系統結構和功能的影響6\o"CurrentDocument"4全球變暖對濕地生態(tài)系統影響的研究展望64.1CO2等溫室氣體濃度增加對濕地生態(tài)系統的直接影響.........7\o"CurrentDocument"4.2濕地生態(tài)系統中碳、氮循環(huán)的研究7\o"CurrentDocument"4.3濕地生態(tài)系統動力學模型的發(fā)展與應用7\o"CurrentDocument"4.4濕地生態(tài)系統的閾值研究7\o"CurrentDocument"4.5極端事件對濕地生態(tài)系統的影響8\o"CurrentDocument"4.6全球變暖對濕地生態(tài)系統的綜合研究8\o"CurrentDocument"4.7適應性對策研究8\o"CurrentDocument"5結果與展望8\o"CurrentDocument"參考文獻9全球變暖對濕地生態(tài)環(huán)境的影響摘要：濕地作為一種獨特的生態(tài)系統是各種主要溫室氣體的“源”與“匯”，因而在全球氣候變化中有著特殊的地位與作用。另一方面，全球氣候變化又有可能對濕地生態(tài)系統的面積、分布、結構、功能等造成巨大的影響，并有可能引起溫室氣體的源匯轉化，從而對氣候系統形成反饋。本文綜述了國內外這兩個方面的研究進展，指出了近期全球變化與濕地生態(tài)系統研究的重點方向和領域。關鍵詞：濕地；全球氣候變化；影響；綜述1引言作為地球重要的生態(tài)系統之一，濕地足由陸地和水生生態(tài)系統各種生態(tài)過程在不同尺度上綜合作用的結果，具有顯著的空間異質性［1］。景觀格局是指大小和形狀不一的景觀斑塊在窄間上的配置，是景觀形成因素與景觀生態(tài)過程長期共同作用的結果，反映了景觀形成過程和景觀生態(tài)功能的外在屬性。景觀類型與格局的完整性是濕地生態(tài)系統健康的基礎，濕地景觀格局的變化將會影響濕地景觀的演變過程及濕地生態(tài)系統的結構與功能。因此，研究濕地景觀格局的動態(tài)變化可以把握濕地景觀在結構單元和功能方面隨時問的變化，探明其內部景觀組合特征及整體性特征，為濕地的保護、修復和管理提供理論依據。全球性的氣候變化已成為不爭的事實，主要表現為氣溫升高、全球降水量重新分配，冰川和凍土消融，海平面上升等。由于大氣中CO及其它溫室氣體（CH4、NO等）濃度的增加而導致全球變暖已成為全世界各國政府、科學界及社會公眾2-—一-所關切的問題。在過去的100年時間里，全球平均氣溫明顯上升，剛剛過去的1998年是有記錄的100多年來最熱的一年。根據美國宇航局戈達德航天研究所的數據，1998年地球表面大氣層平均溫度達到1.4157?！愕男掠涗洠?997年上升了0.117?！闳绻髿庵蠧O及其它溫室氣體的濃度增加一倍，全球氣溫將會明顯變暖，這一點已經得到全世界大多數科學界的認同。雖然不同的科學家利用不同的模型對全球各地升溫的幅度和范圍還存在著不盡一致看法。至于何時大氣中CO及其它溫室氣體的濃度增加一倍，則取決于人們對這些氣體減緩排放的措施實施。全球變暖不僅使全球大氣環(huán)流、氣候帶、洋流、風、降水、氣溫等氣象氣候因子出現明顯的變化，而且對全球的生態(tài)系統、作物產量、社會經濟、乃至政治過程等都會產生一系列的影響。濕地作為地球上一種重要生態(tài)系統，其組成、結構、分布和功能等都與氣候因子休戚相關。因而，全球變暖必將會影響到濕地生態(tài)系統。隨著氣候變化研究的深入，同時濕地越來越多地表現出整體面積萎縮、平均斑塊面積減小、破碎度增大和景觀多樣性減少等特征，氣候變化對濕地景觀格局影響的研究日益受到關注。近年來國內外研究者主要針對氣候變化對濕地水資源面積、濕地土地利用格局、濕地植被空間格局、濕地生物多樣性格局等方面的外在影響，以及由此產生的濕地生物地球化學循環(huán)、生態(tài)環(huán)境效應變化等內在影響做r較多研究，并取得了顯著成果。本文對此進行綜述，并對完善氣候變化下濕地景觀格局變化的研究方法和技術手段進行探討。2濕地及其在全球變化中的作用濕地是一種多功能、獨特的生態(tài)系統，根據《濕地公約》定義“濕地系指不問其為天然或人工，長久或暫時之沼澤地、濕原、泥炭地或水域地帶，帶有或靜止或流動，或為淡水、半咸水或咸水水體者，包括低潮時水深不超過6m的海域”。我國學者常用的濕地定義為：陸地上常年或季節(jié)性積水(水深2m以內，積水4個月以上)和過濕的土地，并與其上生長、棲息的生物種群構成的生態(tài)系統。常見的自然濕地有：沼澤地、泥炭地、淺水湖泊、河灘、海岸灘涂和鹽沼等人工濕地包括稻田、蝦田、蟹田等。濕地類型多面積大、分布廣。據統計，全世界共有濕地81558X108ha，占陸地總面積的614%。濕地對全球變化的貢獻主要表現在以下幾個方面：2.1濕地生態(tài)系統是CO2的“源''與“匯"據估計，儲藏在不同類型濕地內的碳約占地球陸地碳總量的15%，因而，濕地在全球碳循環(huán)過程中有著極其重要的意義。據Franzen估計，世界上泥炭干物質總量為240X109?280X109t，如果按碳含量50%?55%計算，儲藏在泥炭中碳的總量將是120X1015?260X1015g。濕地生態(tài)系統由于地表經常性積水，土壤通氣性差，地溫低且變幅小，造成好氣性細菌數量的降低，而嫌氣性細菌較發(fā)育。植物殘體分解緩慢，形成有機物質的不斷積累。泥炭是沼澤濕地的產物，是生態(tài)系統中有機質積累速率較強類型之一，是CO的“匯”。濕地經過排水后，改變了土壤的物理性狀，地溫升高，通氣性得到改善，提高了植物殘體的分解速率，而在濕地生態(tài)系統有機殘體的分解過程中產生大量的CO氣體，向大氣中排放，此時，濕地生態(tài)系統又表現為co2的“源”。22.2濕地生態(tài)系統是甲烷(CH4)的重要“源"甲烷，CH4，俗名沼氣，產生于厭氧微生物活動在厭氧條件下，甲烷菌分解土壤中的有機質，產生甲烷，同時，在好氣土壤或土層中，甲烷又被氧化菌所氧化。由于甲烷是在厭氧條件下產生的，所以產生甲烷的土壤環(huán)境主要是各種類型的沼澤、較淺的水體及水稻田。據估計全球濕地每年約釋放150Tg(1Tg=1000000t)甲烷,約占每年大氣總甲烷來源的25%。在濕地和稻田中，甲烷產生和再氧化受溫度、酸堿度、氧化還原電位和淹水深度的影響，并與植物生長密切相關。植物生長一方面是有機物質的來源;另一方面,植物通氣組織是土壤中甲烷進入大氣，以及大氣中氧氣進入土壤的主要通道。根據王明星等人。估計，1988年我國稻田CH4排放量約為17±2X1012g，約占全國CH4總排放量35±10X1012g的一半。各種天然濕地的排放量約為212X1012g，約占總排放量的6%左右。甲烷生產與濕地類型、水分狀況、溫度、土壤理化特征等因素有關。2.3濕地生態(tài)系統是氧化亞氮(N2O)的“源"氧化亞氮(七。)是僅次于CO2和CH4的溫室氣體。大氣中N2O的95%來源于生態(tài)系統氮循環(huán)中的硝化和反硝化過程。高溫、濕潤、高碳氮含量的土壤是NO產生一一一一一一…一.、._2_的最佳環(huán)境。隨土壤水分含量的增加，NO產生的速率出現高峰，但土壤含水量達到飽和以后，no釋放率會顯著下降。No的排放源主要是土壤，其中農業(yè)土壤每年的釋放量約32X106t,自然土壤為6又106t。由于土壤性質和覆蓋狀況等因素的差異，土壤排放NO的通量在時間和空間上變化很大。目前對NO的測定工作大部分是在森林(特別是熱帶森林)和各種農田上，而對于天然濕地研究的很少。2.4濕地開發(fā)對全球變化的影響濕地曾經是受人類活動干擾較少的陸地生態(tài)系統之一，是許多生物種群的優(yōu)良生境，存在著豐富的物種，堪稱生物多樣性的儲存庫，以我國濕地為例，濕地哺乳動物有65種，約占全國總數的13%;濕地鳥類300種，約占全國鳥類總數的26%;爬行類50種，約占全國總數的13%;兩棲類45種，約占全國總數的16%;魚類1040種，約占全國總數的37%和世界淡水魚總數的8%以上。中國濕地還有高等植物1548種，其中被子植物1322種、裸子植物10種、蕨類植物39種、苔薛植物167種。濕地集土地資源、生物資源、水資源、礦產資源、旅游資源等于一體。但是在人類活動長期影響下，特別是近年來濕地過度開發(fā)與利用的影響下,濕地被不斷圍墾、污染和淤積，面積日益縮小，物種逐漸減少。濕地生態(tài)系統的結構、功能、分布等的變化必然會對區(qū)域，甚至更大范圍的氣候和氣候系統造成一定的影響。3全球變暖對濕地的可能影響雖然全球變暖對濕地生態(tài)系統影響的研究在國內外都很有限，但可以肯定全球氣候系統的變化必將對濕地生態(tài)系統造成極大影響，這可以從以下幾個方面來分析：3.1對濕地水資源面積的影響在20世紀，北美洲、歐洲、澳大利亞和新西蘭等地特有的一些濕地，50%以上已經發(fā)生了改變171；我國3期全國濕地分布遙感制圖也顯示，近20年間我國濕地總面積減少了11.46%，這些都與氣候變化不無關系。目前，國內外都在積極研制氣候變化模式，且有了突破性的進展圓。氣候因子中的氣溫與降水量的不同組合形式是地表自然界景觀干差萬別的基礎，也是濕地形成、發(fā)育及不同生態(tài)特征差異的控制因素。氣候變化能夠影響濕地的水文情勢，誘發(fā)侵蝕并改變濕地沉淀速度，導致濕地景觀面積的動態(tài)變化，是濕地擴張與萎縮的主要因素°Poiani等應用數學模型(WETSIM)研究了北部草原在氣候變化下的動態(tài)響應，結果顯示北部草原濕地景觀面積變化與氣候改變有良好的規(guī)律性。氣候因子中，氣溫是控制濕地消長最根本的動力因素，氣溫升高能夠引起濕地水溫及土壤溫度升高，因而濕地的蒸發(fā)量也增加。趙慧穎等采用回歸統計方法得出呼倫湖面積在氣溫升高1P時約減少28?80kmz；Li等應用線性回歸及主成分分析對黃河三角洲濕地景觀格局進行了研究，認為濕地景觀面積與徑流量呈正相關，與溫度呈負相關。除了氣溫的顯著影響外，降雨對濕地水文特征的影響最為明顯，降水量下降則減少濕地水源補給，影響濕地水資源的分布，因此濕地景觀面積與降水具有正相關性。葛德祥等no1采用灰關聯分析法分析了輝河濕地面積與氣候因子的關系，研究表明輝河當地植物生長期的降水量是影響輝河濕地面積變化的主導因子。從以上實例可以看出經典統計學方法在研究中的應用較為廣泛，例如應用回歸分析、主成分分析等統計學方法對氣候因子與濕地景觀面積進行數學建模；同時將灰色關聯分析法等非統計學方法應用到濕地景觀動態(tài)研究也具有重要的價值。氣候變化還能夠引發(fā)海平面上升，而河口濕地、濱海濕地及三角洲濕地面臨的主要威脅來自氣候變化，因而海平面上升對濕地景觀格局的影響主要集中在這三類濕地的研究上。其中海平面上升對濱海濕地影響的研究模型主要包括海平面影響濕地模型(SLAMM)，特定區(qū)域的過程模型(POSSM)，濕地變化模型(WCM)1151。Nichollstl61根據IPCC的SRES設定情景分析，應用“3s”(GIS、RS與GPS)技術得出，到2080年時，全世界濱海濕地將由于海平面上升而減少5%—20%。Tian等應用“3s”技術、潮汐計量表、海圖，研究了IPCC海平面上升情景下上海崇明東灘自然保護區(qū)的濱海濕地的響應。結果表明，到2100年時，海平面上升0.88m的情景下，40%研究區(qū)的陸地將被淹沒。以上研究均應用了“3s”技術，同時Goetz等'也強調了光學、雷達技術及多重傳感器在研究氣候變化對河口、濱海濕地影響中的重要性。3.2對濕地生態(tài)系統結構和功能的影響與陸地生態(tài)系統相比，濕地的生物多樣性較為豐富，它為多種無脊椎動物、冷血和熱血的脊椎動物提供棲息和繁衍的場所。濕地最為基本的功能之一就是為動物提供終年的居住環(huán)境，還是一些候鳥越冬的生境(取決于濕地的地理位置)。因而，濕地生物多樣性也將受到全球變化的影響。但是，由于氣候和水文要素的時空變異性，地質地貌的區(qū)域差異，濕地中的生物群落存在著極為明顯的時空分異性，各地濕地生態(tài)系統功能對全球變化的響應也表現出極大的區(qū)域性。在一些濕地，氣候變化引起的生物群落的變化，有可能導致一些種群的變化(如有的種群可能會逐漸消失，有的種群則會產生新的變種)，例如，在塞舌爾，小面積濕地的喪失，有可能造成當地爬行類和小型鳥類的滅絕。在半干旱地區(qū)，鳥類對于濕地的依存程度存在著明顯的年際變化，這主要取決于區(qū)域年降水量。如果塞舌爾西部的濕地變干，一些依賴濕地生存，而且相對容易遷移的鳥類將會東移，例如，遷移至尼日爾、尼日利亞、喀麥隆、乍德等國。由于濕地尤其是溫暖地區(qū)的季節(jié)性濕地，為許多嚴重疾病，如瘧疾、絲蟲病、血吸蟲病等的病媒的繁殖和生長提供了棲息地，所以溫度的升高和季節(jié)濕地分布的變化將改變這些疾病的時空分布。防洪作為濕地的基本功能之一也會受到全球變暖的直接和間接影響。4全球變暖對濕地生態(tài)系統影響的研究展望由于濕地生態(tài)系統自身的復雜性，濕地生態(tài)系統與氣候因子及其它環(huán)境因子之間的錯綜關系。因此，濕地生態(tài)系統對全球變暖響應的研究目前在全球范圍內都是初步的，存在著許多的不確定性，因而，是未來全球變化研究中的一個重要方面。具體來說，以下幾個方面將可能是此研究領域近期的重點方向：4.1CO等溫室氣體濃度增加對濕地生態(tài)系統的直接影響2大氣中CO濃度增加會提高濕地生態(tài)系統中植物葉表面的CO濃度梯度，使得CO容易進入葉片內部而提高光合速率。光合途徑不同的植物，其光合強度對CO濃度響應曲線有顯著差異。CO濃度增加提高光合效率對濕地生態(tài)系統生物量亦22—造成影響。根據國內外的研究，CO增加，多數作物取得明顯的增產效應（如小麥、大麥、水稻等），但對濕地生態(tài)系統生物量的影響還未見詳細報道。CO增加的直接效應的另一個方面是影響植物水分利用效率。植物葉片的氣孔是CO2和水汽進入植物的窗口，CO增加會減小氣孔的開度，從面降低蒸騰量，減少需水量，提高水分利用率。2乂CO后可使C3、C4類植物的氣孔孔徑減少40%，降低蒸騰量23%?46%。目前，此方面的研究大都集中在農田生態(tài)系統中，而對濕地生態(tài)系統的研究還較少，因而是未來全球變化對濕地生態(tài)系統研究的重要內容之一。4.2濕地生態(tài)系統中碳、氮循環(huán)的研究濕地生態(tài)系統中碳、氮等元素的循環(huán)過程不僅與大氣中CO、CH4、NO、NOx等氣體的濃度、水分和能量收支狀況、濕地生態(tài)系統的組成與結構等因素有關，而且與氣候因子（如降水、氣溫、輻射等）休戚相關。但目前這種關系的認識多為定性分析，缺乏定位定量研究，因此，從環(huán)境建設和經濟發(fā)展的需要出發(fā)，有待于加強濕地生態(tài)系統中碳、氮等元素的循環(huán)過程及其主控因子之間的關系研究。4.3濕地生態(tài)系統動力學模型的發(fā)展與應用確定濕地生態(tài)系統對全球變暖的影響涉及到許多不同層次的復雜系統，一種有效的方法是利用生態(tài)系統的動力學模型來處理這種復雜的系統。盡管現在已經有一系列的生態(tài)模型被不同的學者用于全球變化對生態(tài)系統影響的研究，但大都適用了森林、草地、農田等生態(tài)系統，而直接用于濕地生態(tài)系統的模型還很少。同時，還需要從模型參數的率訂和修改、模型物理結構的細化、模型精度的評估等幾個方面進行深入研究。濕地模型主要包括濕地生態(tài)模型、濕地化學模型和濕地形態(tài)模型等三大類，按其抽象的對象可以細分為能量循環(huán)模型、物質循環(huán)模型、水文學模型、空間場生態(tài)模型、植物生長模型、因果關系模型、區(qū)域綜合模型等。4.4濕地生態(tài)系統的閾值研究正如氣候變化框架公約指出，氣候的變化及其不利的影響是人類共同關心的問題。所謂氣候變化的不利影響是指氣候變化所造成的自然環(huán)境或生物區(qū)系的變化，這些變化對自然的和管理下的生態(tài)系統的組成、復原力、生產力，或對社會經濟系統的運作，或對人類的健康和福利等產生重大且有害的影響。因此，探討和尋求造成濕地生態(tài)系統有害影響的閾值是極為重要的課題。當年6月平均氣溫或最低氣溫高于某一特定值時，某些物種便存在著可能滅絕的危險，此時的溫度便可以稱為此物種對全球變暖響應的閾值。顯然，不僅溫度可以是閾值的一個指標，降水、土壤水分、養(yǎng)分等諸多環(huán)境因子都可成為閾值。不同濕地生態(tài)其閾值顯然是有區(qū)別的。4.5極端事件對濕地生態(tài)系統的影響利用特有的歷史文獻、樹木年輪、冰芯和古氣候資料及數據，分析歷史時期氣候變化對極端氣候事件影響，例如旱、澇、高溫、病蟲害等發(fā)生的頻次、幅度、范圍和強度等，繼而探討這些氣候極端事件發(fā)生時，濕地生態(tài)系統的響應，從而為未來全球變暖情景下，氣候極端事件發(fā)生的估計以及有可能對濕地生態(tài)系統帶來的影響的評估提供依據。4.6全球變暖對濕地生態(tài)系統的綜合研究目前，全球變暖對濕地生態(tài)系統的研究，往往只是考慮溫度、降水等氣象因子對生態(tài)系統結構、組成、分布、功能的影響。事實上這種影響是十分復雜而多變的，例如，溫室氣體可能對濕地生態(tài)系統中物種的光合作用造成直接影響，再比如，全球變暖有可能改變害蟲的數量和種類，從而對濕地生態(tài)系統造成影響。認真分析全球變暖對濕地生態(tài)系統影響的各個方面和層次，探討其物理機制和反饋機理，對此問題進行綜合和深入的研究，是此研究領域所面臨的核心課題。4.7適應性對策研究全球變暖對濕地生態(tài)系統的影響有正負兩個方面。如何采取積極而有效的措施，降低或減緩其負面效應，增大和加強其正面效應是全球變化中極其重要和不可缺少的組成部分。5結果與展望針對國內外氣候變化對濕地生態(tài)水文的影響研究現狀及發(fā)展態(tài)勢，未來的發(fā)展趨勢和熱點問題體現為以下幾個方面：縱觀國內外相關研究，大多數生態(tài)水文研究均是在情景分析的基礎上進行“松散式”的機理識別，未能從水文過程和生態(tài)過程發(fā)生的物理機制上進行緊密耦合。全球氣候變化背景下濕地生態(tài)水文學研究的重點在于濕地生態(tài)水文規(guī)律的探求和應用上，當前濕地生態(tài)水文學將從單一濕地生態(tài)水文過程為主要對象發(fā)展成為以研究氣候-水文-生態(tài)三者相互作用機制為主要內容的綜合性、交叉性學科。新興交叉學科與地學信息技術和濕地生態(tài)水文生態(tài)模型耦合的特征將會日益明顯。并且，隨著濕地生態(tài)水文之間的機理性認識不斷深入，具有物理機制的生態(tài)水文模型將逐漸占據主導地位。開展氣候變量-水文變量-濕地生態(tài)過程之間的關系研究，解決氣候模型與濕地生態(tài)水文模型尺度轉換問題，實現氣候模型和濕地生態(tài)水文模型相耦合，是研究氣候變化對濕地生態(tài)水文影響的重要環(huán)節(jié)。生態(tài)需水是生態(tài)水文學研究的重要內容之一，其實質是生態(tài)系統結構、功能和水分之間相互關系問題。在未來的研究中，應進一步加強氣候變化對濕地系統需水機理及規(guī)律的研究，預估未來氣候變化情景下濕地生態(tài)需水量的變化趨勢，為濕地生態(tài)需水核算、濕地生態(tài)補水和水資源合理配置提供科學依據。從流域尺度上研究氣候變化對濕地生態(tài)水文的影響及反饋作用機制，揭示濕地生態(tài)水文格局、過程的變化機理，制定應對氣候變化的濕地水資源管理和生態(tài)保護的對策措施，維系濕地生態(tài)系統的良性循環(huán)，提高流域濕地系統的整體應對氣候變化的能力，保障流域水安全、生態(tài)安全和經濟社會可持續(xù)發(fā)展。參考文獻李勝男，千根緒，鄧偉.濕地景觀格局與水文過程研究進展fJI.牛態(tài)學雜志，2008,27(6):1012—1020.LiSheng-nan,WangGen-xu,DengWei.Researchadvancesinwetlandlandscapepatternandhydrologicalp—ces[J].ChineseJournalofEcology。2‘H)8,27(6)：1012-11)20.(inChinese)BaiJH,OuyangH,CuiBS,eta1.ChangesinlandscapepatternofalpinewetlandsontheZoigePlateauinthepastfourdecades[J].ActaEcologicaSinica,21W)8,28(5),2245-2252.IPCC.Climatechange2007:Physicalsciencebasiscontribution[M].Cambridge:CambridgeUniversityPress,2007:996.Zhao-qing.Advancesinwetlandhydrology[J].AdvancesinWaterScience,2003,14(4):52l-527.(inChinese))BURKETTV,KUSLERJ.Climatechange:PotentialimpactsandinteractionsinwetlandsoftheUnitedStates,Virginia[J].JournaloftheAmericanWaterResourcesAssociation,2000,36(2):3l3-320.LAHMERW,PFUTZNERB,BECKERA.Assessmentoflanduseandclimatechangeimpactsonthemesoscale[J].PhysicsandChemistryoftheEarth:PartB:HydrologyOceansandAtmosphere,200l,26(7/8):565-575.張建云.氣候變化對水的影響研究及其科學問題[J].中國水利，2008(2):14-18.(ZHANGJian-yun.ImpactsofclimateonwaterresourcesinChinaanditsrelevantscientificproblemstothefurtherstudied[J].ChinaWaterResources,2008(2):14-18.(inChinese))IPCC.Climatech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