生物多樣性保護導論課件03-全球變化和生物多樣性

生物多樣性保護導論解焱中國科學院動物研究所生物多樣性保護導論3：全球變化和生物多樣性解焱中國科學院動物研究所全球變化（GlobalChange）的定義問題一：什么是全球變化？全球變化（GlobalChange）的定義全球變化是指改變我們的生物、社會和體制等環(huán)境的各種因素，主要人為因素。這些因素正在導致物理性或者生物性的改變，例如氣候變化或海平面上升可能是受社會和經濟因素的驅使，例如人口增長，對食品需求的增加；或者由于新的管理政策導致，例如權力下放和共同管理等?？傊@些新趨勢改變了整個大環(huán)境，也增加了我們管理地球上最珍貴地區(qū)的不確定性。生物物理變化BiophysicalChange問題2：有哪些全球性的生物物理變化？氣候變化ClimateChange海平面上升SeaLevelRise棲息地喪失和片斷化HabitatLossandFragmentation外來入侵種InvasiveAlienSpecies陸地水資源變化In-landWaterChange全球氣候變化歷史上的氣候變化對生物區(qū)系的分布有十分重要的作用南美洲最南端的開花植物有四五十種和北美洲和歐洲的相同，甚至與歐洲更相似美洲赤道地區(qū)的高山上，有大群獨特的屬于歐洲屬的物種非洲的阿比西尼亞山上，生長著幾種歐洲特有的類型和少數(shù)好望角植物的代表類型爪哇高山上采集的植物好像是歐洲丘陵上的植物婆羅洲山頂上生長的植物竟然代表了澳洲的特殊類型澳洲南部山上有歐洲的物種歷史上的氣候變化對生物區(qū)系的分布有十分重要的作用全世界熱帶地區(qū)的高山上生長著的某些植物，和南北溫帶平原的植物是同種或同一個物種的變種。歷史上的氣候變化對生物區(qū)系的分布有十分重要的作用海洋生物也有類似情況新西蘭的甲殼動物和英國的非常相似新西蘭和歐洲有25種海藻是相同的，但在它們中間的熱帶海洋里卻沒有這些海藻從大約兩百萬年前的更新世，到一萬年前左右開始的全新世，地球氣候經歷了多次周期性波動，在干冷期（冰川期）和溫濕期（間冰川期）之間交替更迭。據(jù)估計，在過去的260萬年中，地球經歷了至少50次的循環(huán)更替。每一次更替都會持續(xù)幾千年，這給老虎留出了足夠多的時間去適應環(huán)境變化。最近的一次大型寒冷期，即最后一次冰川期大約出現(xiàn)在2萬年前。歷史上的氣候變化對生物區(qū)系的分布有十分重要的作用例如第四紀冰川但北半球經受冰期嚴寒的時候，南半球實際上是溫暖的。南北冰期交替這個過程是目前物種分布格局形成的重要因素全球氣候變化GlobalClimateChange現(xiàn)在的氣候變化是指什么？氣候變化是指自1900年代以來發(fā)現(xiàn)的地球上氣候的變化。最近我們看到的和預計今后80年將發(fā)生的變化，主要是由于人類的行為引起而非自然變化。萊索托的Thaba-Tseka村。因為降雨要么過早，要么過晚，所以萊索托境內崎嶇山區(qū)的莊稼不斷減產。還有大冰雹和龍卷風。過早出現(xiàn)的霜凍凍死了大部分在前一段奇怪的天氣中幸存的玉米苗。村里的老人都相信宇宙已經亂套了。他們說：“上帝一定是對我們發(fā)怒了，但是我們不知道為什么。”這個村莊和其他近四百萬非洲人正面臨被餓死的危險，他們可能是全球氣候變化的首批犧牲品之一……Observedchangesin(a)globalaveragesurfacetemperature;(b)globalaveragesealevelfromtidegauge(blue)andsatellite(red)dataand(c)NorthernHemispheresnowcoverforMarch-April.Alldifferencesarerelativetocorrespondingaveragesfortheperiod1961-1990.Smoothedcurvesrepresentdecadalaveragedvalueswhilecirclesshowyearlyvalues.Theshadedareasaretheuncertaintyintervalsestimatedfromacomprehensiveanalysisofknownuncertainties(aandb)andfromthetimeseries(c).FromIPPC(2007)近50年來，我國北方地區(qū)最低氣溫顯著升高，暖冬年份連續(xù)出現(xiàn)。中國氣候變化Projectedsurfacetemperaturechangesforthelate21stcentury(2090-2099).Themapshowsthemulti-AOGCMaverageprojectionfortheA1BSRESscenario.Alltemperaturesarerelativetotheperiod1980-1999.FromIPPC(2007).問題：為什么氣候會變暖？溫室效應GreenhouseEffect溫室氣體使地球保持溫暖如果沒有溫室氣體，地球會比現(xiàn)在低30度大氣的

99%由78%氮氣nitrogen和21%氧氣oxygen組成。它們對氣候調節(jié)基本沒有直接的作用。溫室氣體GreenhouseGases問題：溫室氣體有哪些？在剩下的1%左右的大氣中有小部分：二氧化碳Carbondioxide甲烷Methane一氧化二氮Nitrousoxide臭氧Ozone水蒸汽Watervapour鹵烴Halocarbons溫室氣體GreenhouseGases問題：什么原因造成溫室氣體增加？溫室氣體增加的原因煤、石油和天然氣燃燒后產生二氧化碳森林破壞降低了植被的二氧化碳吸收能力溫室氣體狀況CO2

濃度現(xiàn)在大約比自然狀況高30-35%甲烷、一氧化二氮25%的商業(yè)性能量消耗來自交通人類活動產生了過多溫室氣體政府間氣候變化調查組TheIntergovernmentalPanelonClimateChange(IPCC)（1988）2001，其第三次評估報告估計到世紀末，全球氣溫將升高1.4℃~5.8℃.獲得2007年諾貝爾和平獎IPCC關于氣候變化的陳述Mostoftheobservedincreaseinglobalaveragetemperaturessincethemid-20thcenturyisverylikelyduetotheobservedincreaseinanthropogenicGHGconcentrations.2001，最近50年來觀察到的變暖現(xiàn)象很可能是由于人類活動造成的"mostofthewarmingobservedoverthelast50yearsislikelytobeattributabletohumanactivities".1995，可辨別的人類對氣候的影響"discerniblehumaninfluenceontheclimate"IPCC關于氣候變化的陳述FromIPPC(2007)Thelong-termriskstouniqueandthreatenedsystemsA1-2°Cincreaseinglobalmeantemperatureabove1990levelsposessignificantriskstomanyuniqueandthreatenedsystemsincludingmanybiodiversityhotspots.Anincreasingriskofspeciesextinctionandcoralreefdamageisprojected.Approximately20-30%ofplantandanimalspeciesassessedsofararelikelytobeatincreasedriskofextinctionifincreasesinglobalaveragetemperatureexceed1.5-2.5°Cover1980-1999levels.FromIPPC(2007)Thelong-termriskstouniqueandthreatenedsystemsCoralsarevulnerabletothermalstressandhavelowadaptivecapacity.Increasesinseasurfacetemperatureofabout1-3°Careprojectedtoresultinmorefrequentcoralbleachingeventsandwidespreadmortality.IncreasingvulnerabilityofindigenouscommunitiesintheArcticandsmallislandcommunitiestowarmingisprojected.FromIPPC(2007)全球溫度在過去300年上升超過了0.7℃，因此氣候變化已經發(fā)生。20世紀溫度增加了0.5℃。最嚴重的變暖發(fā)生在1910—1940年間和1976年至今。最近1000年內，90年代是最溫暖的，5個最溫暖的年度有4個發(fā)生在90年代。1998年是1861年有記錄以來全球最溫暖的一年。1995年是225年以來炎熱天數(shù)最多的一年，超過20℃的天數(shù)為26天。而冷天的數(shù)量（平均溫度低于0℃）則從20世紀以前的每年15—20天，減少到最近幾年每年大約10天。關于全球氣候變化的關鍵點：2007年９月１６日，美國國家冰雪數(shù)據(jù)研究中心報告說，北極海冰覆蓋面積已經縮減，達到有記錄以來的最低值。2008年３月，美國的衛(wèi)星觀測顯示，北極歷史最久、最厚的“老冰”正不斷縮減。這些“終年海冰”曾經覆蓋北極５０％至６０％的面積，但今年３月的覆蓋面積還不足３０％。一些科學家甚至預測，未來５年到１０年內，北極可能出現(xiàn)夏季無冰的極端情況。關于全球氣候變化的關鍵點：氣候變化導致全球海平面在過去100年中平均上升了0.1~0.2米。20世紀，平均每年上升1~2毫米，預計1999—2100年，上升0.09~0.88米，比20世紀高2～4倍。世界大部分地區(qū)降雨明顯增加，北半球的中高海拔區(qū)每10年增加0.5％~1％，嚴重降雨事件發(fā)生率增加了2％~4％。亞洲和非洲過去幾十年旱災的頻率和嚴重程度都一直在增加。關于全球氣候變化的關鍵點：目前已有清楚的跡象表明生物多樣性開始在對全球氣候變化作出反應有哪些反應？生物多樣性對全球氣候變化的反應包括地理分布的改變生理發(fā)生改變生活周期發(fā)生改變遷徙習性和棲息地發(fā)生改變生存能力降低全球氣候變化和生物多樣性生物學的改變蛙類提早產卵蝴蝶分布區(qū)向北方擴展英國的鳥類卵孵化速度加快東歐的樹木提早開花一些生物多樣性豐富區(qū)已經受到影響哥斯達黎加的鳥類坦桑尼亞和印度尼西亞的蚊子加利弗尼亞的蝴蝶不能耐受霜凍的植物上升到新的海拔高度全球氣候變化和生物多樣性數(shù)以百計的物種——從蝴蝶到鳥類，植物，蝙蝠，甚至老鼠，都向極地遷移了300公里。這些驚人的數(shù)字只是一個序幕，它只是上世紀0.6攝氏度這一極小的溫度升高引發(fā)的結果

全球氣候變化和生物多樣性8.6°CApriltemperatureKBTKGT/aln(BluetitCyanistescaeruleus)ln(GreattitParusmajor)KGTKBT/aln(N1,t+1)= a10(TMar,t)+(1+a11)ln(N1,t)+a12ln(N2,t)a20+(1+a22)ln(N2,t)+a21ln(N1,t) ln(N2,t+1)= b20+(1+b22)ln(N2,t)+a21ln(N1,t) otherwise wherea10(TMar,t)isgivenasthefollowinglinearmodel:a10(TMar,t)=a’10+a13TMar,t

ifTApr,t<θa20+(1+a22)ln(N2,t)+a21ln(N1,t)Temperatureeffectoncompetition1964-2006Ghent,BelgiumEcology-Climatestudiesbaseduponlong-termdataClimatechangecoulddriveamillionspeciestoextinctionby2050哥斯達黎加的MonteVerde森林最后一次見到是198770年代以來，由于溫度上升，云層升高導致鳥類、爬行和兩棲類種群的變化，有21種蛙類消失MonteVerde特有種MonteVerdeGoldenToad

Bufoperglenes

絕滅加利福尼亞北到加拿大，南到墨西哥在其南部分布區(qū)內正在絕滅，向北部和高海拔地區(qū)擴展斑蝶

Edith’sCheckerspotButterfly

Euphydryaseditha

分布轉移分布區(qū)轉移，同時攜帶著疾病轉移轉移到更高海拔的地區(qū)，以前從來沒有瘧疾(Malaria)或其他蚊子傳播的疾病，也開始發(fā)生1997年坦桑尼亞和印度尼西亞的熱帶高地第一次爆發(fā)了瘧疾。登革熱（DengueFever）以前只在1000米以下的地區(qū)發(fā)生，現(xiàn)在在墨西哥近2000米地區(qū)也有報道。在哥倫比亞超過2000米的地區(qū)發(fā)現(xiàn)了登革熱和黃熱?。╕ellowFever）的媒介昆蟲蚊子

出現(xiàn)在更高海拔哥斯達黎加MonteVerde森林，氣候變化導致厚嘴巨嘴鳥筑巢地位置上升捕食鳳尾綠咬鵑Resplendentquetzals(Pharomachrusmoccino)的幼雛鳳尾綠咬鵑沒有更高的海拔區(qū)可以筑巢Keel-billedToucan

厚嘴巨嘴鳥

Ramphastossulfuratus

分布轉移Brandt’svoles(Microtusbrandti)aresmallnativemammalsthatinhabitthegrasslandsofInnerMongolia,China.Thespeciesisconsideredapest,particularlyduringpopulationoutbreaks,whichhaveincreasedinfrequencysince1970from1every7yearsto1every3to5years.Brandt’svoles布氏田鼠Zhangetal.Oikos,2003Usinghistoricalrecordstakenbetween1948and1998,wefoundthattherewassignificantcorrelationbetweenyearsforwhichthemonthlyaveragesoftheSouthernOscillationIndex(SOI，南方波動指數(shù))wereconsistentlyhigh,andyearsinwhichoutbreaksoccurred.Fig.3.PopulationdensityofvolesinNorthFinlandandSOI.Thecatchindices(%)before1978wereestimatedfromLaineandHenttonen(1983),andthecatchindices(10xrodents/100traps)after1978wereestimatedfromVirtanenetal(1997).Forsakeofcomparison,thepopulationdensityinFig.3aisplusby20.TheyearlySOIvalueswerecalculatedfromQDPI.Brian

Hjelle

and

Gregory

E.

GlassTheJournalofInfectiousDiseases

2000;181:1569-1573Hantaviruswhicharetransmittedbymice(P.maniculatus)inUSAwascloselyrelatedtoENSOeventsFynbos南非植被變化模型Fynbos南非植被變化模型FynbosSucculentKaroo美國的大部分鳴禽轉移其分布區(qū)，并提早遷飛，常常導致食物缺乏，如很難找到足夠的食物如昆蟲、花卉和漿果。因為鳴禽在維持生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用，這種變化可能導致生態(tài)系統(tǒng)失去平衡。

美國情況按照目前氣候變化的情況，一些脆弱的生態(tài)系統(tǒng)如落基山的高山草甸、沿海濕地和河口可能會消失。東北地區(qū)楓樹為主的硬木林（Mapledominatedhardwood）將讓位于青岡和針葉樹為主的森林（Forestdominatedbyoaksandconifers）美國情況目前已經有近20%的珊瑚礁是由于白化現(xiàn)象所破壞珊瑚礁白化(Bleach)氣候變化導致鯨魚“瘦身”[2008-09-0909:21:31]氣候變化已威脅西非海岸[2008-09-0209:16:48]氣候變化對北極熊帶來的影響[2008-08-1310:49:26]氣候變暖將改變部分魚類性別比例[2008-08-1110:22:10]大量南極企鵝現(xiàn)身巴西海岸[2008-08-1109:53:01]氣候變暖可能致四川大熊貓向西向北遷徙[2008-08-0509:42:49]外來物種侵入南極氣候變暖利于其生存[2008-08-0509:25:23]南極反常暴風雨致上萬只小企鵝被凍死[2008-07-1510:46:54]氣候變暖壓縮鯨的生存區(qū)域[2008-07-0913:10:04]野生動物逐年調整自身行為以適應氣候變化[2008-07-0410:30:50]海平面上升SeaLevelRise氣候變化減少雪和冰的覆蓋增加極地冰蓋的融化增加陸地和海洋的水量海水熱膨脹1986年冰川的位置100米1998年冰川的位置西藏林芝地區(qū)川藏公路以北的冰川，由于受全球氣候變化的影響，大面積后退萎縮冰川退縮海平面上升的影響沿海洪水地表坍塌河口三角洲人類活動野生動物棲息地已經低于海平面的地方（愛爾蘭）小島嶼國家Florida150萬公頃的EvergladesNationalPark被稱為“美國最瀕危的國家公園”海水正在侵蝕當?shù)厝丝谝蕾嚨牡訚傻啬壳耙粋€寬闊的環(huán)形紅樹林象水壩一樣將淡水沼澤地和海洋分開如果紅樹林屏障增長速度不如海水水位增長快，或者被臺風破壞淡水沼澤地會逐漸被海水濕地取代中國近50年來沿海海平面平均上升速率達2.5公厘/年。上升速率高于全球1.8公厘/年的平均值。如果照這樣算下去，到本世紀末海平面將上升25厘米左右。根據(jù)《氣候變化國家評估報告》的估算，如果海平面上升30厘米，珠三角、長三角和黃河三角洲、華北平原可能遭淹沒的海岸低洼土地面積超過2萬3千平方公里，占全國面積的2.3%。海平面每上升1米，中國沿海將有12萬平方公里土地被淹，7000萬人口需要內遷。將損失2萬億元棲息地喪失和片斷化

HabitatLossandFragmentation資源開發(fā)、城鎮(zhèn)建設、交通網絡、導航設施以及其他形式的棲息地改變棲息地喪失和片斷化影響首先從邊緣開始導致剩余植被退化交通道路導致人們更容易進入以前被隔離的森林大熊貓棲息地分割大熊貓棲息地重大問題之一是植被破壞造成的種群隔離外來入侵種InvasiveAlienSpecies陸地水資源變化In-landWaterChange問題：陸地水資源發(fā)生了什么變化？地表水資源普遍減少，河流減少，斷流現(xiàn)象加重地下水位下降嚴重水質污染日益加重導致水資源嚴重缺乏地表水下降黃河中游三門峽站10年平均年徑流量變化西部地區(qū)河流斷流日趨嚴重，斷流情況不僅出現(xiàn)在降水量少的西北部地區(qū)，而且出現(xiàn)在雨量充沛的西南地區(qū)；廣西60年代可通航河流214條，90年代減少到40條，通航里程縮短一半。河流污染加重，使原本水資源短缺的西北地區(qū)“雪上加霜”，水資源相對豐富的西南地區(qū)出現(xiàn)水質性短缺現(xiàn)象。

西北干旱、半干旱地區(qū)河流下游濕地消失、湖泊干涸現(xiàn)象十分嚴重。青藏高原眾多湖泊相繼萎縮，甚至消亡，部分淡水湖泊向咸水湖泊轉變。黃河源區(qū)88年以來，湖泊減少了732個，60-80年代內蒙古湖泊減少了1321km2。地下水西部地區(qū)地下水利用量呈持續(xù)增長趨勢，部分地區(qū)地下水超采嚴重，導致局部地區(qū)地面下沉嚴重，漏斗范圍不斷擴大，對城市建筑和人民生命財產安全構成嚴重威脅;地下水位持續(xù)下降，造成水質惡化，植被衰亡，土地沙化速度加快。塔里木河下游地區(qū)，地下水位由70年代的1m左右，下降到80年代2-10m，90年代下降到12-16m，同期河水礦化度由1g/L增加到3-6g/L。西安城區(qū)地下水開采造成地面下沉面積高達162km2，出現(xiàn)13條地裂縫。

近3000年來呈明顯的干旱化趨勢，近50-100年有明顯的干旱化趨勢，20世紀70年代開始干旱化趨勢加快。-0.30.00.3-0.30.00.31880190019201940196019802000-0.20.00.2Year(A.D)西北北方東北70年代以來干旱化加速干旱指數(shù)(T,P)——實際計算值——滑動平均值——趨勢平均值不合理的水資源利用導致水資源的自然分配機制被嚴重改變大壩水庫建設農業(yè)灌溉地下水抽取大壩建設自本世紀五十年代以來，各國建造水壩的數(shù)量一直呈上漲趨勢，目前全球至少已建成45000個大型水壩大型水壩的定義：水壩高度（從地基處算起）大于或等于15米；高度在5米至15米之間，且總儲水量超過300萬立方米的水壩。大壩建設的生態(tài)困惑黑河流域的水壩建設導致了下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境的急劇退化石羊河流域筑壩截水，導致民勤縣綠洲生態(tài)急劇惡化10座水庫（進入民勤縣的水量從50年代5.9億立方米下降到1億立方米）大壩建設的生態(tài)困惑水壩引水工程威脅了青海湖的生物多樣性2001年7月3日是青海湖湟魚的災難性的一天，成千上萬的產卵親魚死在了沙柳河攔河壩上下一段約長200米的河道內，死魚形成了一條約50厘米厚的魚尸帶。青海湖周圍的入湖河流已由以前的108條減少為5條，其他河流均已干涸。1997年青海湖環(huán)湖地區(qū)耕地已達2242萬公頃，大部分利用了水利灌溉。

西部地區(qū)農業(yè)灌溉比重大，農業(yè)、林業(yè)用地面積持續(xù)增加，導致水資源需求量增長，水資源短缺矛盾加劇，特別是造成下游地區(qū)水資源匱乏。農業(yè)灌溉：西部地區(qū)部分省區(qū)地表水資源利用狀況

西部部分省區(qū)農業(yè)灌溉狀況

農業(yè)節(jié)水工作滯后，單位面積用水量高,水資源的浪費嚴重，進一步導致區(qū)域水生態(tài)失衡。森林草原農田濕地上中游大量圍墾濕地和擠占河道，98年洪水將科右中旗縣城沖毀。下游大面積的濕地，蓄洪滯峰，保護了吉林通榆縣，有效地抵御了98年洪水災害。科旗縣城濕地、灘涂現(xiàn)狀及變化80年代以來，天然濕地萎縮嚴重，恢復治理極為有限;圍墾是導致濕地減少的重要原因;加之受全球變暖的影響，西部地區(qū)天然濕地普遍退化，不同程度地出現(xiàn)鹽堿化、旱化甚至沙漠化，濕地自然調控能力降低，濕地生態(tài)功能下降。西部地區(qū)濕地圍墾現(xiàn)狀

羅布泊野駱駝

保護區(qū)羅布泊野駱駝1980~1981野駱駝的數(shù)量估計是1070~1340頭，1995估計只有60~80頭，大約是15年前的1/15~1/18阿爾金山野駱駝數(shù)量80年代初是280~340，1995年估計是300頭關心全球變化，提高生物多樣性保護效率這些全球變化，或多或少都和生物多樣性有直接和間接的關系生物物理變化更多地直接影響生物多樣性社會經濟變化常常是引起生物物理變化的驅動力體制變化會影響以上兩個方面的變化，同時更主要的是會影響對生物多樣性保護的管理方式EnvironmentalrisksaresuretoincreaseasclimateschangeBrazil’sfirst-everhurricanecameinMarch2004InMay2004,562tornadoeswererecordedintheUS,therecordforonemonth2004’sdisastrousclimaxwastheTsunamiintheAndamanSeaInthe2005Pa