全球變化背景下生態(tài)學熱點問題

全球變化背景下生態(tài)學熱點問題

1國際青年生態(tài)學者論壇舉辦隨著人類活動的日益增長，人類居住的地球經(jīng)歷了前所未有的變化，包括世界氣候變化、生物多樣性、自然災害的增加等。對這些問題的解決和可持續(xù)發(fā)展的實施有賴于生態(tài)學的快速發(fā)展。青年生態(tài)學者擔負起發(fā)展生態(tài)學、迎接未來地球變化的艱巨挑戰(zhàn)。為了促進青年生態(tài)學者之間、青年生態(tài)學者和資深生態(tài)學者之間、中國與海外生態(tài)學者之間的交流與合作,一批海外生態(tài)學者籌劃組織了“國際青年生態(tài)學者論壇”。第一屆論壇于2009年在蘭州大學與第五屆“現(xiàn)代生態(tài)學講座”共同成功舉辦。第二屆論壇與第六屆“現(xiàn)代生態(tài)學講座”一同于2011年8月1—4日在南京大學舉行。來自國內(nèi)外近百所高等院校與科研院所的近400名青年學者與學生參加了此次論壇。論壇共收到青年學者的學術(shù)摘要95篇,經(jīng)嚴格篩選共有27位青年學者在論壇上做了專題報告(見附錄)。報告緊密圍繞擬定的主題——全球變化背景下生態(tài)學熱點問題研究,報告的內(nèi)容涉及植物群落學、植物生理生態(tài)學、地下生態(tài)學、水生態(tài)系統(tǒng)、生物入侵、生物多樣性、區(qū)域生態(tài)安全等熱點領(lǐng)域的研究,既包含基礎(chǔ)理論研究,也強調(diào)生態(tài)學理論的實踐應用。論壇邀請第六屆現(xiàn)代生態(tài)學講座受邀專家作為評委,最后評選出的5名優(yōu)秀報告人(葛體達、郭婕敏、劉慧、周靈燕、熊燕梅)獲得了“YangHanxiRisingEcologistAward”證書,其他22名論壇報告人獲得了“YangHanxiCareerEnhancementAward”證書。本屆論壇由國際青年生態(tài)學者論壇組織委員會主辦,南京大學、中國生態(tài)學會、江蘇生態(tài)學會承辦,中美生態(tài)、能源和可持續(xù)性科學內(nèi)蒙古研究中心、中華海外生態(tài)學者協(xié)會、國家自然科學基金委員會和江蘇海洋湖沼學會協(xié)辦。2全球變化背景下我國生態(tài)學的轉(zhuǎn)向全球變化不僅指氣候的變化,還包含環(huán)境污染、生物多樣性喪失、人口增長及土地利用與覆蓋變化等。在全球變化的背景下,我國生態(tài)學在研究方向、內(nèi)容、尺度、方法上均有較大的轉(zhuǎn)變。本屆論壇共同探討了在全球變化背景下,我國生態(tài)學在植物群落學、植物生理生態(tài)學、地下生態(tài)學、水生態(tài)系統(tǒng)、生物入侵、生物多樣性、區(qū)域生態(tài)管理等熱點領(lǐng)域的研究進展。2.1基于氣候因子的物種多樣性植物群落及由植物群落所構(gòu)成的植被是植物群落學研究的主要對象。傳統(tǒng)植物群落學研究的內(nèi)容主要包括群落的結(jié)構(gòu)、生態(tài)、動態(tài)、分類、分布等5個方面。本屆論壇主要探討了在全球變化的背景下,我國植物群落學在植物群落的結(jié)構(gòu)、分布、動態(tài)、凈初級生產(chǎn)力、碳收支等方面的研究進展及遙感技術(shù)在植物群落學中的應用。氣候與環(huán)境變化對植物群落的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響一直是生態(tài)學研究的重要問題之一。楊海軍等通過設(shè)立一個多因子實驗平臺研究了氣候與環(huán)境變化對溫帶草原植物群落結(jié)構(gòu)的影響。研究結(jié)果表明:在功能群和個體水平上,氣候與環(huán)境變化顯著地改變了群落結(jié)構(gòu)和組成。增雨顯著提高了群落物種豐富度和群落蓋度;然而增溫卻降低了禾草功能群物種數(shù)和群落蓋度;氮添加也減少了群落物種的豐富度。氣候變化不但直接影響植物群落結(jié)構(gòu),同時也通過改變土壤水分的可利用性來間接影響植物群落結(jié)構(gòu)。趙偉村等采用典型樣地調(diào)查法,研究季風對臺灣南部低地雨林的植群分化與樹木樹液流通量的影響。運用雙向指標種分析(TWINSPAN)將研究區(qū)共分為5種植群類型,并采用降趨對應分析法探討了環(huán)境因子與植群分化之間的關(guān)系。并發(fā)現(xiàn):同種樹種的樹液流通量在迎風區(qū)和緩風區(qū)存在差異,說明風速影響蒸騰作用;葉結(jié)構(gòu)和氣孔行為也影響樹液流通量;與其它環(huán)境因素相比,有效光輻射對樹液流通量的影響更大?；诂F(xiàn)代氣候的大尺度物種多樣性格局的研究是目前最為關(guān)注的問題之一,且存在五種最常見的能量假說。張慶等以內(nèi)蒙古短花針茅草原為例,結(jié)合202個樣地的植被及氣候數(shù)據(jù),在功能群及群落兩個生態(tài)尺度上,探討物種豐富度分布格局及其與氣候因子的關(guān)系。發(fā)現(xiàn):在群落尺度上,群落內(nèi)物種豐富度分布格局與氣候因子間的關(guān)系支持了水分——能量動態(tài)假說;在功能群尺度,除了能夠很好地支持生產(chǎn)力假說外,也很好地詮釋了寒冷忍耐假說;氣候因子對物種豐富度分布格局的影響具有尺度依賴,不僅體現(xiàn)在生態(tài)尺度方面,也體現(xiàn)在地理尺度方面。C4草類在禾本科近10000個物種中約占46%,占據(jù)了全球約1/3的陸地面積,其所包含的兩種類群(光合類群和進化類群)對氣候因子如溫度、降水的響應明顯不同。理解這兩種類群不同的響應機理,對全球變化背景下的生物多樣性保育、草原管理、科學建模等都具有重要意義。劉慧等通過收集兩個亞科185個屬的形態(tài)和生境特征的數(shù)據(jù)并通過溫室實驗比較了這兩種類群的生理特性的差異,探討這兩種類群對全球變化的不同響應機理及哪種類群能更好的解釋C4草類地理分布格局。植物群落的動態(tài)一直是植物群落學所研究的核心問題之一。20世紀90年代末,中國遭遇了百年不遇的黃河干旱,以及長江、松花江特大洪水。之后,中國政府于1999年投巨資建立了退耕還林生態(tài)工程,其目的是為了減少坡耕地面積,增加草地、林地面積,從而減少水土流失。為了解該工程在近十年給中國植被帶來了怎樣的變化,張繼恩等用增強型植被指數(shù)(EVI,MODIS-250m)對2000年至2009年中國南方的植被動態(tài)進行了研究,結(jié)果表明:5.25%(5400萬hm2)的研究區(qū)EVI顯著增加,0.96%(989萬hm2)的EVI顯著降低。毛德華等通過對AVHRR和MODIS兩種數(shù)據(jù)源的NDVI數(shù)據(jù)融合應用,采用逐像元一元線性回歸模型方法基于兩種數(shù)據(jù)源的重合時間段的數(shù)據(jù),用MODISNDVI對GIMMS數(shù)據(jù)進行插補,建立了1982—2009的長時間序列的NDVI數(shù)據(jù)集。整合構(gòu)建的NDVI時間序列和氣象數(shù)據(jù),基于CASA模型的植被NPP模擬,較好的完成了28a時間序列的模擬,研究東北多年凍土區(qū)植被NDVI和NPP的動態(tài)變化及其對全球變化的響應。發(fā)現(xiàn):在年平均氣溫顯著上升,年降水量顯著下降、年太陽輻射總量和年日照時數(shù)顯著上升、CO2濃度及其年增長率顯著增加的背景下,1982—2009年間東北多年凍土區(qū)植被年最大NDVI呈顯著下降、植被NPP總體平均升高的年際變化趨勢。植物群落在全球碳收支平衡中具有舉足輕重的作用。康曉明等基于DNDC模型模擬與通量觀測,模擬分析極端干旱、放牧管理、及未來氣候變化對羊草草原生態(tài)系統(tǒng)C收支的影響。研究的結(jié)果表明:干旱使羊草草原生態(tài)系統(tǒng)從碳匯變?yōu)樘荚?中度放牧增加了羊草草原的總初級生產(chǎn)力,顯著降低了羊草草原的生態(tài)系統(tǒng)呼吸和土壤異養(yǎng)呼吸,增強了生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力;當未來氣候逐漸變冷或變濕時(冷濕化),會增強羊草草原土壤的固C能力;而當未來氣候逐漸變暖或變干時(暖干化),草原土壤固碳潛勢會逐漸減弱,甚至變?yōu)榇髿釩O2的源。隨著遙感技術(shù)的日臻完善,該技術(shù)在全球變化研究的眾多領(lǐng)域中得到廣泛的應用。區(qū)域和全球植被群落監(jiān)測正是遙感技術(shù)發(fā)揮重要作用的地方。獲得可靠的葉面積指數(shù)(LAI)資料對于研究全球變化與植被群落之間的響應與反饋具有是十分重要的意義。柳藝博等利用遙感對內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾和錫林浩特兩個地區(qū)的典型草地葉面積指數(shù)進行了估算,比較了不同植被指數(shù)(SR、RSR、EVI、NDVI、SAVI和ARVI)估算不同類型草地LAI的能力,建立了基于Landsat-5TM遙感數(shù)據(jù)的LAI估算模型,并利用LAI觀測數(shù)據(jù)對模型進行了檢驗,生成了研究區(qū)內(nèi)草地LAI分布圖。在當前全球氣候變暖的大背景下研究植物物候變化,不論是對評估植被生產(chǎn)力和全球碳吸收還是對評價未來生態(tài)系統(tǒng)平衡和農(nóng)、林、畜牧業(yè)發(fā)展等都具有重要的科學意義和實踐價值。楊華蕾等以亞熱帶次生櫟林為例,介紹“近地”遙感這一物候觀測方法。它采用高像素網(wǎng)絡數(shù)碼相機對準櫟林林層每天定時拍攝,再利用相關(guān)圖像處理軟件分析圖像中“感興趣區(qū)”的紅、綠、藍顏色通道亮度,展示櫟林生長和凋落的季節(jié)性變化。2.2鹽脅迫對桐花樹分布特性的影響植物生理生態(tài)學是從生理機制上探討植物與環(huán)境的關(guān)系、物質(zhì)代謝和能量傳遞規(guī)律以及植物對不同環(huán)境條件的適應性。由于它能夠給許多生態(tài)環(huán)境問題以生理機制上的解釋,因而得到日益廣泛的重視。本屆論壇主要探討了我國植物生理生態(tài)學在植物生理對脅迫環(huán)境與全球氣候變化的適應與響應、以及熱帶雨林植物的光合生理等方面的研究進展。鄭春芳等通過砂培試驗,研究了不同濃度的NaCl(0、100、200、300和400mmol/L)脅迫對高緯度移植的紅樹植物桐花樹幼苗生物量、離子吸收、碳氮代謝、葉片光合色素和葉片抗氧化系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明:100mmol/LNaCl處理對桐花樹生長有輕微的促進作用;不同濃度鹽脅迫下,桐花樹根莖葉中Na+含量快速上升,K+含量相對下降,導致各器官中離子平衡失調(diào);當NaCl濃度達到300mmol/L時,桐花樹根、莖、葉器官的干鮮質(zhì)量、根冠比、株高和基徑均顯著下降。王揚等研究了溫度升高對擬南芥生殖特性影響,發(fā)現(xiàn):高溫嚴重破壞植物的生殖進程,并可能對種群進化產(chǎn)生不利結(jié)果;在一定的升溫范圍內(nèi),植物經(jīng)過多個世代后會產(chǎn)生一定的適應,而超出這一范圍后,高溫引起的負面影響將會超過適應所產(chǎn)生的正面作用;高溫加速變異,產(chǎn)生抗高溫個體,避免物種滅絕。目前我國對熱帶林植物光合生理生態(tài)的研究由于缺乏大量的野外基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù),使得人們對于熱帶雨林中植物對環(huán)境因子變化光合響應的生態(tài)學意義認識不足。周靈燕等為探討熱帶雨林中的葉附生生物對宿主葉片生理生態(tài)的影響,比較了附生苔、葉生地衣等兩類類群對熱帶雨林林下層同種宿主葉片光合作用的影響,發(fā)現(xiàn):(1)相對于附生苔,葉生地衣對宿主葉片的影響(包括:葉片比葉重、附生/宿主干重比、葉片含水量、Chla∶b、葉片光反射率、不同附生率葉片間光響應曲線差異)更為顯著;(2)無論是附生地衣或是苔類,附生層+葉片與未附生葉對光的吸收率沒有顯著差異;(3)對同種宿主葉片而言,附生率的變化對判斷其對宿主葉片的光合影響來說是一個重要的因素;當附生率處于較低狀態(tài)(≤50%),葉片與附生層所構(gòu)成的集合體具有與未附生葉相似的光補償點和光飽和點。2.3光合同化碳對no活性的影響地下部分對于陸地生態(tài)系統(tǒng)具有重要的意義,它不僅為其提供水分和養(yǎng)分,而且還擁有豐富的、維持生態(tài)系統(tǒng)功能的生物多樣性,更重要的是它是陸地生態(tài)系統(tǒng)C分配與過程及伴隨該過程的物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。全球變化的現(xiàn)實,迫切地要求生態(tài)學家從地下過程的研究中認識陸地生態(tài)系統(tǒng)響應的機制。本屆論壇主要從根系生態(tài)、土壤生態(tài)、土壤動物等方面探討了在全球變化的背景下我國地下生態(tài)學的研究進展。侯翠翠等采用挖溝法測定中國東北三江平原典型沼澤濕地中植物根系對CO2,CH4和N2O排放的影響進。發(fā)現(xiàn):生長季初期土壤根系呼吸占土壤總CO2排放量的90%以上,而隨植物生長,其所占比例下降,貢獻率為29.99%—72.61%;植物根系生長促進了CH4排放,而對N2O排放具有抑制作用。葛體達等通過應用14C連續(xù)標記示蹤技術(shù)研究水稻光合碳的分配及其向地下的輸入,探討光合同化碳在作物-土壤-微生物系統(tǒng)中的分配;并定量水稻根際輸入光合碳對土壤有機碳庫各組分的貢獻,揭示作物-土壤系統(tǒng)的碳傳輸過程,闡明碳固定的機理。熊燕梅等通過應用埋袋法對中國溫帶、亞熱帶樹種凋落葉和細根進行為期兩年的野外分解實驗,認為:(1)影響凋落葉和根系分解速率的是凋落物的碳品質(zhì),并非是起始N含量或者C∶N;(2)凋落葉分解速率大于細根,植物細根中高級根比低級根分解快,其原因是根系和低級別細根所含的C品質(zhì)較差;(3)凋落物中N主要存在于穩(wěn)定組分中,其釋放依賴于C品質(zhì)。為了解蔬菜溫室土壤生物在土壤過程中的潛力,陳云峰等對番茄溫室的地下食物網(wǎng)功能群數(shù)量和生物量的動態(tài),及各功能群組成的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行了分析。鮑雪蓮等利用開放式大氣O3濃度升高(FAOE)系統(tǒng)觀測平臺,開展了大氣O3濃度升高對不同敏感型小麥土壤腐屑食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能的影響研究。認為:O3濃度升高改變了土壤腐屑食物網(wǎng)的群落組成;耐受型小麥土壤生物對O3濃度升高的響應相對敏感型小麥更為敏感;O3濃度升高通過影響土壤腐屑食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)和功能進而改變養(yǎng)分循環(huán)和有機質(zhì)分解過程,從而加劇了O3對植物的危害。韓天豐等采用改進的挖壕法(用微孔尼龍紗網(wǎng)代替PVC板)和紅外氣體分析法對鼎湖山自然保護區(qū)3個演替階段的自然林土壤呼吸進行分離和量化。認為:土壤呼吸及其組分均具有相似的季節(jié)性變化格局,且其與土壤溫度相關(guān)性較大;自養(yǎng)呼吸的年通量與根系生物量具有強烈的相關(guān)性,而異養(yǎng)呼吸的年通量與表層(0—15cm)土壤的土壤有機碳含量密切相關(guān)。2.4淡水生態(tài)系統(tǒng)研究水生態(tài)系統(tǒng)主要分為淡水生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)研究兩大類,近幾十年來,淡水生態(tài)系統(tǒng)研究主要是圍繞淡水水域的生產(chǎn)力和水體富營養(yǎng)化兩個主題,并取得了豐碩的研究成果。淡水生態(tài)系統(tǒng)包括河流和湖泊等內(nèi)陸水體。與陸地生態(tài)系統(tǒng)相比,其更具有封閉性,自我反饋能力較弱,穩(wěn)定性較低,顯得特別脆弱。而淡水資源又是人類賴以以生存的最為重要的資源之一,由于工業(yè)廢水排放造成的江湖污染,由于不合理的漁業(yè)開發(fā)造成的水體富營養(yǎng)化等,都不同程度地破壞了淡水生態(tài)系統(tǒng)的功能,這些問題引起了科學家們對淡水生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)注。本屆論壇主要從食物網(wǎng)對富營養(yǎng)化的響應及新技術(shù)與新方法在淡水生態(tài)系統(tǒng)研究中的應用等方面進行了探討。徐德琳等研究了太湖面對長期的富營養(yǎng)化過程,淡水生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的響應以及驟然增多的能量對他們的影響。通過收集歷史資料及現(xiàn)場調(diào)研(2009年—2010年),重現(xiàn)三個時間段(1960,1988—1996,2009—2010)的太湖食物網(wǎng)能流與結(jié)構(gòu)變化。發(fā)現(xiàn):盡管富營養(yǎng)化給食物網(wǎng)驟然帶來充足能量,但是這些能量并不能及時、有效地傳遞到更高營養(yǎng)級,食物鏈長度反而縮短了,物質(zhì)交流重心下移。陳張麗等利用雙通道高光譜地物光譜儀對廣州市邊緣區(qū)10個典型塘濕地水環(huán)境進行了反射光譜測量,探討地物光譜儀在濕地水質(zhì)監(jiān)測中應用的可行性。認為:(1)在近紅外波段范圍內(nèi),單波段反射率和一階微分光譜反射率與濕地綜合營養(yǎng)化指數(shù)有很好的相關(guān)性,微分光譜估算內(nèi)陸塘濕地水質(zhì)有更大的潛力;可以作為測量內(nèi)陸塘濕地水體的一種手段;(2)高光譜地物光譜儀可以用于濕地水質(zhì)變化高頻率監(jiān)測的生產(chǎn)實踐。2.5不同群落的生態(tài)特性,主要體現(xiàn)生物入侵是全球性的環(huán)境問題之一,越來越多的學者,認為生物入侵是全球變化組成成分,并有越來越多的研究探討生物入侵與全球變化其他方面的關(guān)系[18,19,20,21,22,23]。入侵種對土著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和服務等方面可能會產(chǎn)生深刻的影響。因此生物入侵特別是植物入侵對土著生態(tài)系統(tǒng)的影響引起了諸多生態(tài)學者的關(guān)注。本屆論壇以全球變化為背景,探討了生物入侵對全球變化的影響及比較了入侵地與原產(chǎn)地入侵生物的生理生態(tài)差異。布乃順等以互花米草入侵長江口崇明東灘鹽沼濕地為例,研究了互花米草入侵蘆葦,海三棱藨草土著生態(tài)系統(tǒng)對土壤溫室氣體CO2、CH4排放及土壤碳氮動態(tài)的影響。研究的結(jié)果表明:互花米草入侵長江河口鹽沼濕地增加了土壤有機碳庫,土壤總氮庫,增加了土壤微生物碳氮的含量,進而互花米草入侵導致了長江河口鹽沼濕地土壤溫室氣體CO2、CH4排放的增加。郭婕敏等通過C、N同位素示蹤法方法對漳江口紅樹林-互花米草群落中4種底棲動物食物來源進行了定量分析,發(fā)現(xiàn):生物入侵使沿海濕地生態(tài)系統(tǒng)底棲動物的食物鏈產(chǎn)生了顯著的變化。清華等通過溫室實驗設(shè)計3個損傷梯度處理(第3、6、9、12、15周進行)、2個氮濃度梯度處理(0mgN/kg,60mgN/kg),比較了入侵地和原產(chǎn)地高桿型互花米草種群天敵耐性差異。發(fā)現(xiàn):(1)與原產(chǎn)地種群相比,入侵地種群具有較高的總生物量、地下生物量和地上生物量補償再生長能力,尤其在低氮處理條件下最為明顯;(2)在兩個氮素處理水平下入侵地種群具有較高的總株高補償再生長能力,而僅在高氮水平下具有較高的分枝補償再生長能力;(3)氮素添加顯著增強了原產(chǎn)地種群的地下生物量和總生物量的補償再生長能力,但對入侵地種群無顯著影響。2.6生物多樣性研究的重要性生物多樣性是人類社會得以存在和持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和必要保證。生物多樣性及其保護已日益成為全球人民共同關(guān)注的熱點問題。生物多樣性研究主要包括以下幾個核心領(lǐng)域:(1)生物多樣性的起源、維持與喪失;(2)生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)功能;(3)生物多樣性的編目、分類及其相互關(guān)系;(4)生物多樣性評價與監(jiān)測;(5)生物多樣性保護、恢復與持續(xù)利用。目前,對全球生物物種總數(shù)、瀕危和滅絕物種已有了初略的估計,但仍缺乏全球生物的詳查、編目、分類和全球生物物種數(shù)據(jù)庫的建立。“快速而又準確地識別物種”,對開展基礎(chǔ)性的分類學研究和應用性的生物多樣性研究是極為重要的。國內(nèi)外研究者都在探求這樣的工具和技術(shù),DNA條形碼技術(shù)應運而生。裴男才等運用DNA條形碼對熱帶和亞熱帶森林樹種進行了識別,且其效果較好。2.7生態(tài)恢復研究世界范圍的生態(tài)環(huán)境問題越來越突出,嚴重威脅著人類社會的可持續(xù)發(fā)展,保障生態(tài)安全已經(jīng)成為迫切的社會需求。本屆論壇從由城市化、土壤侵蝕等所引起的區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題和生態(tài)恢復等方面進行了區(qū)域生態(tài)安全問題的探討。城市化對全球生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能產(chǎn)生了深遠的影響,導致了諸多環(huán)境問題的產(chǎn)生。監(jiān)測和識別城市化格局和驅(qū)動力對于理解城市化的生態(tài)后果、幫助城市規(guī)劃和管理十分重要。李鋮等從3個等級尺度(縣級市、地級市、區(qū)域)對長江三角洲中部地區(qū)城市化時空格局與驅(qū)動因子進行了研究,定量分析出不同等級尺度上城市化的時空格局特征,從等級視角來驗證擴散-聚合的城市增長假說,并識別出不同等級尺度上城市化的主要驅(qū)動因子。土壤侵蝕在山區(qū)和丘陵地區(qū)是非常重要生態(tài)環(huán)境問題,樊吉等通過比較5種處理方式下草籬對南方丘陵紅壤地區(qū)土壤侵蝕控制效應的研究,為該地區(qū)解決土壤侵蝕問題的提供參考。由于高強度的人類活動和自然環(huán)境的共同作用使得全球范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境不斷惡化,引發(fā)生物多樣性喪失,生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能退化等一系列生態(tài)問題,隨