植物對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)

植物對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)第1頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

全球氣候變化的概念：

全球氣候變化是指全球氣候平均值和離差值兩者中的一個(gè)或兩者同時(shí)隨時(shí)間出現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)意義上的顯著變化。

第2頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)致全球氣候變化的原因第3頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

全球氣候變化表現(xiàn)在多個(gè)方面例如：北極氣溫在過(guò)去100年間已經(jīng)增加到全球平均溫度的2倍，冰覆蓋量以每10年3%～5%的速率下降，而多年厚冰覆蓋量以每年7%～10%的速率下降，俄羅斯的河流排泄量在增加，永久凍土正在融化,陸地積雪覆蓋在減少。此外，在過(guò)去幾年,格陵蘭冰原已經(jīng)損失了巨大的邊緣,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)內(nèi)部的增加積累量。第4頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、氣溫升高

近百年來(lái)氣溫升高速度明顯加快，且有越來(lái)越快的趨勢(shì)。

溫度地質(zhì)年代增加率為0.0001℃/年或0.00001℃/年,而近百年的溫度增加率是約1℃/100年≈0.01℃/年,是地質(zhì)年代的100—1000倍[1]。

第5頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

下圖顯示了1850年以來(lái),全球平均的地表溫度的變化及同時(shí)段的線性趨勢(shì)。從圖中我們可以明顯的看出1850年以來(lái)全球平均氣溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。相對(duì)于1961—1990年的氣候平均值。平滑曲線(藍(lán)線)代表10年尺度的變化。從1850—1899時(shí)段到2001—2005時(shí)段總溫度增加為0.76±0.19℃。第6頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、CO2濃度升高

CO2濃度也在明顯升高且有加快趨勢(shì)。

現(xiàn)在溫室氣體的測(cè)量表明，CO2已從工業(yè)化前(1750年)的280ppm增加到了2005年的379ppm。2005年CO2的大氣濃度值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了根據(jù)冰芯記錄得到的65萬(wàn)年以來(lái)濃度的自然變化范圍(180—280ppm)。并且近10年(1995-2005年)來(lái)CO2大氣濃度的增長(zhǎng)率(每年1.9ppm)比過(guò)去有連續(xù)直接大氣測(cè)量以來(lái)的增長(zhǎng)速率(1960—2005:每年1.4ppm)要高很多。

第7頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月下圖為過(guò)去10000年大氣CO2濃度的變化(相對(duì)于2005年).這是從冰芯資料分析和儀器測(cè)量得到的.縱坐標(biāo)是CO2的濃度,單位為ppm[2]。從圖中我們可以直觀的看到近50年來(lái)CO2的濃度顯著上升。第8頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、冰川融化

世界各地冰川變化觀測(cè)和研究表明，小冰期結(jié)束以來(lái)全球范圍內(nèi)冰川退縮成為主導(dǎo)趨勢(shì)。據(jù)IPCC小組估計(jì)，1960-1990年期間，山地冰川的總體物質(zhì)平衡為-120±50Gt/年，相應(yīng)地對(duì)海平面上升的貢獻(xiàn)約為0.33±0.14mm/年；1990-2004年時(shí)段則增到-230±66Gt/年，海平面平均上升0.63±0.18mm/年，山地冰川物質(zhì)平衡的變化對(duì)海平面的上升貢獻(xiàn)很大[3]。阿爾卑斯山1850-1975年冰川面積縮小了35%，而到2000年，這一比例增至50%4]。南美冰川面積已由1950-1980年的2700~2800km2消減至20世紀(jì)末的不足2500km2[5]。近50年來(lái)中國(guó)西部82.2%的冰川處于退縮狀態(tài)，冰川面積減少4.5%[6]。第9頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、其他

此外，還有降水量變化，氣溫日較差降低，極端天氣增多等。冰雹第10頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月全球氣候變化對(duì)植物的影響全球氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響全球氣候變化對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響植物對(duì)氣候變化生理生態(tài)響應(yīng)的不確定性第11頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月全球氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響

氣候變化已經(jīng)或正在對(duì)全球的生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性產(chǎn)生著顯著影響。

包括使生態(tài)環(huán)境退

化或喪失,物種滅絕

速度加快，物種分布

范圍發(fā)生變化，生物

物候期和物種繁殖行

為發(fā)生改變，種間關(guān)

系發(fā)生變化等。第12頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月全球氣候變化對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響CO2濃度升高溫度升高CO2濃度升高與溫度升高的交互作用降水的變化氣溫日較差（DTR）的變化極端天氣氣候事件氣候變化的綜合影響

第13頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、CO2濃度升高

野外環(huán)境控制試驗(yàn)及模型研究表明，隨著CO2濃度增加,作物產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)。同時(shí)研究也表明，CO2濃度增加對(duì)不同類型作物產(chǎn)量的影響有明顯差異,其中C3類作物增長(zhǎng)率明顯大于C4類作物，在CO2濃度為550μmol/mol時(shí)，C3和C4類作物的產(chǎn)量將分別增加10%-20%和0%-10%,這可能是由于C3和C4類作物對(duì)CO2的同化途徑和CO2濃度飽和點(diǎn)不同決定的。

第14頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一些學(xué)者最近也指出,模型預(yù)測(cè)結(jié)果也許過(guò)高地估計(jì)了CO2濃度升高對(duì)作物的影響，因?yàn)橹参锷韺W(xué)家和模型研究者認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)實(shí)狀況下存在著許多制約因素，例如蟲(chóng)害、雜草、營(yíng)養(yǎng)狀況、資源的競(jìng)爭(zhēng)、土壤水分和空氣質(zhì)量等,從而抵消掉了CO2濃度增加帶來(lái)的正效應(yīng)。盡管目前已經(jīng)將基于過(guò)程的模型應(yīng)用在估算氣候和CO2濃度變化對(duì)產(chǎn)量可能產(chǎn)生的影響上，有些研究還考慮了水和氮素對(duì)作物產(chǎn)量的限制作用，但仍需進(jìn)一步在長(zhǎng)期及大尺度上開(kāi)展CO2濃度升高所帶來(lái)的影響的研究,開(kāi)展氣候和CO2濃度變化對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的共同影響研究,尤其是在限制狀況下的研究是十分必要的。第15頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、溫度升高

許多研究表明，隨著溫度升高作物中的干物質(zhì)及產(chǎn)量會(huì)下降。對(duì)稻類作物而言，溫度的升高首先會(huì)影響稻穗的不育率，在開(kāi)花期高溫會(huì)阻止花粉囊裂開(kāi)和花粉散發(fā)，致使授粉率和谷粒數(shù)量降低，不育率上升，產(chǎn)量下降。溫度升高還會(huì)改變作物的生長(zhǎng)速率和生育期長(zhǎng)度,從而影響產(chǎn)量。溫度升高延長(zhǎng)了作物的全年生長(zhǎng)期,這對(duì)無(wú)限生長(zhǎng)習(xí)性或多年生作物以及熱量不足的地區(qū)有利,但對(duì)生育期短的作物生長(zhǎng)不利。溫度升高使作物生長(zhǎng)發(fā)育速度加快,生育期縮短。研究表明,作物生長(zhǎng)期間氣溫每升高1℃，水稻生育期將縮短7～8d,冬小麥生育期將縮短17d,這就減少了作物光合作用積累干物質(zhì)的時(shí)間。由此,夜間溫度升高條件下,玉米、小麥和大豆產(chǎn)量的降低并不能全部歸因于夜間呼吸速率的升高,水分利用效率的降低和生育期的縮短也是導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降的原因之一。第16頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、CO2濃度升高與溫度升高的交互作用二者的交互作用表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）隨著大氣CO2濃度的升高,凈光合速率的最適溫度會(huì)增加5～

10℃；

（2）CO2濃度的升高會(huì)降低光呼吸，從而增加凈光合速率。

（3）當(dāng)溫度接近作物所能承受的上限溫度時(shí)，不管CO2濃度如何,此時(shí)的溫度都會(huì)對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生抑制作用。

第17頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）溫度的升高還可能會(huì)限制或改變CO2濃度給作物帶來(lái)的影響。

（5）作物生長(zhǎng)期間溫度的升高增加了作物對(duì)水分的需求,這會(huì)間接地降低CO2濃度的正效應(yīng)。

因此不可單純說(shuō)二者可以增加或減少作物產(chǎn)量。第18頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、降水的變化

降水的增加或減少可能會(huì)改變土壤的蒸發(fā)、冠層的蒸騰和土壤水分含量,這些因素反過(guò)來(lái)又會(huì)對(duì)植物的功能以及水分的收支產(chǎn)生影響。在干旱和半干旱環(huán)境條件下，降水格局的變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)機(jī)理的影響甚至超過(guò)了CO2濃度和溫度升高單一因子或兩者共同作用的影響。

第19頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

除降水量減少及分配不均給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成損失外,極端降水事件的發(fā)生(如暴雨)也會(huì)給作物產(chǎn)量帶來(lái)影響。第20頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、氣溫日較差（DTR）的變化

白天溫度增加與夜間溫度增加會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生不同的影響，作物的產(chǎn)量會(huì)隨著DTR的變化而發(fā)生改變。若日平均氣溫不變，DTR變大對(duì)產(chǎn)物生長(zhǎng)有利有弊。第21頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一方面,DTR的增加會(huì)使作物產(chǎn)量下降。這是因?yàn)槿兆罡邭鉁氐脑黾訒?huì)導(dǎo)致水分脅迫發(fā)生，光合速率下降而且與DTR升高相聯(lián)系的日最低溫度的降低也可能會(huì)對(duì)寒冷地區(qū)的作物產(chǎn)生凍害或造成死亡從而導(dǎo)致減產(chǎn)。

第22頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月另一方面,在某些情況下，DTR的增加往往與較高的太陽(yáng)輻射相聯(lián)系，這對(duì)作物產(chǎn)量形成非常有益,尤其是在施肥和灌溉良好的土地上。在作物生長(zhǎng)和灌漿速率對(duì)最高和最低溫度較敏感的情況下,較低的夜間溫度會(huì)使作物生育期變長(zhǎng),從而可以生產(chǎn)出更多的干物質(zhì)。較低的夜間溫度還會(huì)使一些水果和堅(jiān)果樹(shù)作物受益,DTR的增加對(duì)它們的生長(zhǎng)十分有利。第23頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6、極端天氣氣候事件

短期的極端氣候事件,例如高溫、暴雨和洪水,以及長(zhǎng)期(一年內(nèi)或幾十年)的氣候極端事件和大尺度的大氣環(huán)流變化,例如厄爾尼諾和南方濤動(dòng)均會(huì)對(duì)作物生產(chǎn)產(chǎn)生重要的影響。

第24頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7、氣候變化的綜合影響

氣候變化不僅直接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成過(guò)程,而且還可能影響作物布局、種植制度和農(nóng)技措施等。第25頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月植物對(duì)氣候變化生理生態(tài)響應(yīng)的不確定性

植物對(duì)氣候變化生理生態(tài)響應(yīng)的不確定性包括植物響應(yīng)模式的復(fù)雜性、多樣性及可變性等。第26頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

造成這些不確定性的主要原因包括:

(1)

利用空間代替時(shí)間的樣帶研究中,往往忽略了植物的非線性響應(yīng)。

(2)樣帶及定點(diǎn)研究中,由于各種氣候因子的耦合,很難確定各種氣候因子對(duì)植物生理生態(tài)學(xué)特性的影響。

(3)定點(diǎn)控制實(shí)驗(yàn)中往往忽略了植物對(duì)氣候變化的適應(yīng)性,使實(shí)驗(yàn)結(jié)果很難代表更長(zhǎng)時(shí)間尺度上的反映模式;

(4)在相同的氣候變化條件下,不同植物的響應(yīng)有可能存在明顯差異。第27頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月植物如何適應(yīng)氣候變化

氣候變化會(huì)影響許多地區(qū)的氣候。物種的生存能力將依賴于對(duì)新環(huán)境的適應(yīng)性。對(duì)中國(guó)東北地區(qū)植物的調(diào)查研究顯示，植物擁有多種適應(yīng)性，這就使之能夠在過(guò)量的降水下茁壯成長(zhǎng)。適應(yīng)性的多樣化對(duì)未來(lái)植物的生存發(fā)展來(lái)說(shuō)是個(gè)好兆頭。

第28頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

科學(xué)家對(duì)一種叫羊草的中國(guó)植物進(jìn)行了適應(yīng)性研究，發(fā)現(xiàn)它能夠通過(guò)改變自身的生理結(jié)構(gòu)和解剖結(jié)構(gòu)來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化。在中國(guó)東北部，氣候隨地區(qū)變得越來(lái)越干燥。羊草取樣于光照相同，海拔和降水有差異的地區(qū)。這些地區(qū)依次有濕草地，干草地，沙漠。對(duì)這些植物進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，它們有特殊的解剖結(jié)構(gòu)和生理結(jié)構(gòu)去應(yīng)對(duì)棲息地的降水量變化。第29頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月研究表明：

氣候變干燥時(shí)，羊草通過(guò)增厚葉片減小氣孔來(lái)保持水分。氣孔是吸收二氧化碳，排放氧氣與蒸發(fā)水汽的微小通道。在干旱的地區(qū)，植物試樣具有較發(fā)達(dá)的維管系——用來(lái)從土壤中吸收水分并把水運(yùn)送到葉片。生長(zhǎng)在干旱地區(qū)的植物也有其生化適應(yīng)性，它使細(xì)胞維持水分免于脫水。受降水量影響的許多因素也隨海拔的變化而變化。第30頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同熱起源的植物適應(yīng)氣候變化的能力與葉片氮分配格局和代謝過(guò)程有關(guān)

資孫書(shū)存研究員課題組向雙博士在中國(guó)科學(xué)院公派留學(xué)基金等助下，與澳大利亞國(guó)立大學(xué)OwenAtkin教授等合作，在澳大利亞昆士蘭州、維多利亞州和塔斯馬尼亞州選擇12個(gè)溫帶物種和13個(gè)熱帶物種進(jìn)行研究，將來(lái)源于當(dāng)?shù)氐闹参镉酌绶N植于水分和養(yǎng)分條件良好的控溫25°C（大多數(shù)植被模型的模擬溫度）的玻璃溫室中，在生長(zhǎng)期間進(jìn)行氣體交換和相關(guān)葉片屬性的測(cè)定。第31頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月研究發(fā)現(xiàn)：

溫帶植物較熱帶植物呈現(xiàn)出較高的光合速率和呼吸速率；而溫帶植物較高的氣體交換速率與葉片中相應(yīng)的較高氮含量有關(guān)；這一研究揭示來(lái)自不同熱起源物種的適應(yīng)能力是與其內(nèi)在的氮投資格局以及大氣碳交換中植物關(guān)鍵代謝過(guò)程的適應(yīng)能力密切相關(guān)的。第32頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月植物適應(yīng)氣候變化和特定基因有關(guān)

據(jù)國(guó)外媒體10月12日?qǐng)?bào)道，面對(duì)急劇的環(huán)境變化，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和成功保護(hù)的能力要部分依賴于科學(xué)家對(duì)植物如何適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂虻睦斫狻?/p>

為了改善科學(xué)家對(duì)這一現(xiàn)象的理解，2011年10月7日發(fā)表在《科學(xué)》雜志的研究幫助人們明確植物適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂虻幕蚧A(chǔ)。

在不同自然原生范圍內(nèi)種植了不同組的芥末植物擬南芥菌株，比如芬蘭、德國(guó)、英國(guó)和西班牙。于是基因突變?cè)黾恿酥参飳?duì)每個(gè)分布地的適應(yīng)性得到證實(shí)。第33頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月擬南芥第34頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)果顯示：

一個(gè)相對(duì)小數(shù)量的基因賦予每組擬南芥氣候偏好。不同的基因組控制對(duì)不同種類型氣候的適應(yīng)性。就單個(gè)植物來(lái)說(shuō)，一組特定的氣候基因的出現(xiàn)不一定和另一組特定氣候基因互相排斥。

第35頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月植物正以進(jìn)化適應(yīng)氣候變化

聯(lián)合早報(bào)報(bào)道因?yàn)槿驓夂蜃兣匀唤绲纳镎媾R越來(lái)越大的生存壓力，英國(guó)幾份科學(xué)雜志最近發(fā)表報(bào)告指出，一些植物正發(fā)揮“適者生存”的本能，通過(guò)改變自身生長(zhǎng)規(guī)律來(lái)適應(yīng)環(huán)境的改變。第36頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月英國(guó)《皇家學(xué)會(huì)生物學(xué)分會(huì)學(xué)報(bào)》的最新報(bào)告說(shuō)，美國(guó)杜克大學(xué)研究人員觀察了落基山脈地區(qū)的芥末植株等植物從1973年到2011年的開(kāi)花時(shí)間變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于當(dāng)?shù)囟煸絹?lái)越暖，山上積雪融化的時(shí)間提前，這些植物的開(kāi)花時(shí)間提前了13天。第37頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

植物提前開(kāi)花可以增強(qiáng)后代對(duì)環(huán)境變暖的適應(yīng)力，因?yàn)樘崆伴_(kāi)花讓后代可以更早生長(zhǎng)，能更多地利用溫暖的季節(jié)，在與其他植物的競(jìng)爭(zhēng)中具有優(yōu)勢(shì)。第38頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

有些生物還以另一種方式與氣候變化賽跑，那就是改變自身形態(tài)。英國(guó)《生物學(xué)通訊》的報(bào)告說(shuō)，澳洲阿德萊德大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)刂参镘嚿Ｗ拥娜~片過(guò)去一百多年來(lái)變窄了約2毫米。在天氣熱的地方，植物葉片變窄，可以減少水分蒸發(fā)。第39頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

車桑子第40頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

過(guò)去曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)因?yàn)闅夂蜃兓瑒?dòng)植物大多會(huì)改變生活習(xí)慣，或是變換棲息地，但是很少有改變自身形態(tài)的例子。植物自身形態(tài)的改變，通常在時(shí)間跨度很大的古生物學(xué)研究中才會(huì)發(fā)現(xiàn)。第41頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

植物的這些反應(yīng)說(shuō)明，它們自身具有適應(yīng)氣候變化的能力，關(guān)鍵是氣候改變的速度要在植物能承受的范圍之內(nèi)，否則植物就會(huì)在這場(chǎng)氣候改變和自身適應(yīng)的比賽中被淘汰。第42頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

但是，氣候變化的速度越來(lái)越快，自然界中的動(dòng)植物能否跟得上環(huán)境變化的速度，還要看人類如何對(duì)抗氣候變化。如果出現(xiàn)大量生物滅絕的情況，對(duì)地球的生態(tài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，將是巨大的災(zāi)難。第43頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月瀕臨滅種的植物紅豆杉英國(guó)杜松灌木第44頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月阿拉比卡玫瑰珊瑚樹(shù)第45頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

南非野生山藥大戟科樹(shù)第46頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月改善全球氣候變化的幾種方法

一、沙漠造林

沙漠造林能夠吸收大氣中更多

的溫室氣體，比如二氧化碳，這一

地球工程學(xué)方法已經(jīng)扎根于非洲。

例如，非洲13個(gè)國(guó)家正在建立“綠色長(zhǎng)城”，希望讓樹(shù)林在阻止撒哈拉沙漠?dāng)U張的同時(shí)，吸收更多的二氧化碳?！叭龉钟?jì)劃”的組織者計(jì)劃在可再生能源設(shè)施沿線植樹(shù)造林，這些設(shè)施專門為世界各地的沙漠地區(qū)所設(shè)計(jì)。第47頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、制作“生物炭”

亞馬遜流域印第安人制作“生物炭”的做法是抗擊全