近期和长远时段内北极生态系统功能受到的影响

长期以来,就营养物质和碳循环而言,北极生态系统降低了初级生产力；能量,水和温室气体交换的水平已引起了局部和区域性的小幅度降温.大气CO2中的碳沉积在广袤而寒冷的有机土壤中,冰雪覆盖的低矮植被产生高的反射率,都影响了局部气候.然而,北极生态系统功能的许多方面都对气候变化及其产生的生物多样性影响敏感.当前的北极气候导致了低的有机物质分解速率,因此,尽管有机物和元素输入量较低,但北极生态系统还是趋向于积累有机物和元素,土壤中氮和磷等可利用元素结果成为促进碳固定以及生物量和有机物进一步积累的关键性限制因素.气候变暖可能增加特别是土壤中的碳和元素的周转,起初可能导致元素的丢失,但最后会慢慢的恢复.在北极生态系统中,单个物种和物种多样性已经明显地影响了元素的输入和滞留,另一方面,从长远来看,尽管CO2和紫外线增加对植物组织化学、分解和氮固定的影响可能变得重要,但对整个生态系统来说,影响可能很小.碳循环的示踪气体主要形式是CO2和CH4,大多数碳以CO2的形式损失,这些CO2是由植物和土壤生物产生.来自潮湿苔原生态系统以CH4形式释放的碳大约是CO2形式的5％,而且在没有任何其他变化的情况下,对变暖作出响应.冬天过程和植物类型也影响CH4释放和能量在生物圈和大气之间的交换,因为反射率从冬末到夏天存在很大的变化,在冬末,雪反射了入射的大部分光线,在夏天,生态系统吸收了入射的大部分光线,所以在所有的陆地生态系统中,北极生态系统在能量交换方面表现出巨大的季节性变化.植被深刻地影响北极生态系统水和能量交换.在冰雪覆盖期间,反射率从苔原、森林苔原、落叶林、常绿林依次降低.灌木和树增加了雪的深度,反过来又使冬天的土壤温度增加,因此,由气候变化而引起的未来植被方面的变化很可能深远地改变区域的气候.     

气候变化对景观和区域过程的影响及其对气候系统的反馈

北极生态系统的生物和物理过程会在不同的时间、空间尺度上对地球生态系统产生反馈作用,并与之相互影响.气候变化对北极地区的影响及其对全球气候系统的反馈主要存在着四种潜在机制反照率改变、生态系统对温室气体的排放或吸收、甲烷类温室气体的排放、影响海洋暖流淡水量的增长.这些反馈机制在某种程度上是由生态系统的分布和特征,尤其是大规模植被区域变化来控制的.通过少量全年的CO2通量测量表明,目前在地理分布上碳源区要比碳汇区要多.根据目前现有的关于CH4排放源地信息表明,景观规模上的CH4排放量对北极地区的温室效应平衡至关重要.北极地区的能量和水量平衡在变化的气候下,也是一个很重要的反馈机制.植被密度以及分布范围的增加会导致反射率的下降,因而会使地表吸收更多的能量.其效果可能会抵消由于极地沙漠地带向极地苔原带的的转化,或极地苔原带向极地森林带的转化,而造成的植被总净初级生产力碳沉降能力的提高而引起的负反馈.永久冻土带的退化对示踪气体动力学有着很复杂的影响.在不连续的永久冻土带地区,升温将会导致其完全消失.依赖于当地水文条件,温室气体排放可能由于气候环境变的干燥或湿润而使得其通量有所变化.总的来说,影响反馈的各种过程复杂的相互作用,以及这些过程随着时间地点的变化,加之数据的缺乏,又会在陆地生态系统气候变化对气候系统产生反馈作用的净效应估计上,产生许多的不确定性,这种不确定性将会影响到一些反馈的大小和方向.     

气候变化对植物及植被分布的影响研究进展

准确预测气候变化对植物及植被分布的影响趋势对于科学认识气候变化对生物多样性的影响和对策制定具有重要的意义。近年来,气候变化对植物及植被分布影响研究在我国广泛展开。文章对这些研究所采用的气候情景、预测方法和气候变化等对植物及植被分布的影响趋势进行了总结分析,对存在的问题进行了讨论,对未来的趋势提出了若干展望。总体上,目前所用气候情景比较单一、不同预测方法比较研究不够,对土壤和生物因素考虑不充分、涉及植物种类太少。气候变化将使一些植物分布范围减少、甚至消失,而使另一些植物分布范围则会扩大。未来研究应加强气候情景改进和不同方法的比较研究,充分考虑土壤和生物等因子、加强预测方法检验,同时开展植物物种多样性和丰富度对气候变化响应方面的研究。     

北极陆地生态系统、气候及紫外线辐射的历史演变

在末次盛冰期,地球上很多大陆都被大量的冰层所覆盖,一些浅海域的海床露出水面将先前分离的大陆连接起来.尽管存在一些适宜于动植物生长而未被冰层覆盖的地区,但其年平均气温仍比更新世时期低10～13℃.在盏冰期的几千年时间内冰川开始消融,其显著特征是气候在大约18000～11400年以前出现了一系列的波动.气候在更新世度过一个温暖期后,开始了一个缓慢的全面变冷的过程,这导致了一系列为期几百年至几千年的气候波动,例如发生在大约13世纪晚期至19世纪早期的"小冰期".在最近150000年的气候变化过程中,北极的各种生态系统和生物组成在近10000年接近其最低分布范围.大冰期结束时的全球大范围急剧升温导致了许多物种的消失,这使北极地区的生物多样性大大降低.因此,北极生态系统以及大型脊椎动物等北极生物的生存正在受到威胁,尤其是目前以及将来的全球变暖都会进一步给它们带来重大灾难.已有的证据表明,就像更新世早期的情形那样,北极地区的树线很有可能会进一步向北发展,并迅速进入到苔原地区,从而减小苔原带,这就会进一步增加北极地区物种灭绝的可能性.一些物种将很有可能向北扩大它们的领地,并取代该地区原有的物种.在更新世早期,由于北极地区的海平面相对较低,当树线入侵到现在的海岸地区时,苔原带至少能够在北极圈的一部分低地区域生存,而从目前来看,未来的海平面极有可能上升,这将会对北极苔原带和其它无树生态系统的分布施加进一步的限制.很显然,全球现在的气候状况对北极生态系统带来的负面影响超出更新世的任何时期,很有可能是巨大的,尤其是当各种环境变化(例如紫外线B的增加,大气中氮化合物的沉积,重金属和酸污染,放射性污染物,生物栖息地破碎化)共同作用于北极生态系统时的影响也是前所未有之际.     

在物种水平上生物对气候和紫外线B辐射预期变化的响应

控制实验表明,不同物种对每个环境因子变化变量产生的响应也存在着差异.植物往往对营养元素的变化反应最为强烈,尤其是氮素的增加.夏季增温实验表明,木本植物对温度的升高表现出了积极的响应,而地衣、苔藓类植物的丰富度却因增温而降低.物种对增温的响应主要受水分有效性和雪覆盖程度控制.在气候保持湿润的情况下,伴随着夏季温度的升高,许多无脊椎动物种群的数量都有所增加.实验表明,CO2浓度和紫外线B(UV-B)辐射的增加对植物和动物影响较小,但是,一些微生物和真菌却对紫外线B辐射的增加非常敏感,甚至可能会因此产生一些诱导突变而引起流行传染病的爆发.苔原土壤的加温、CO2浓度的升高以及矿物质营养的改善一般都会增加微生物的活动.在温带气候中,藻类往往比蓝藻细菌更占优势.冬季结冰-解冻过程的增加会导致冻壳的形成,从而会大大降低许多陆生动物的冬季存活率,改变这些动物群体的动态过程.厚的积雪会使驯鹿等植食性动物很难采食到雪下的草类植物,同时也不利于其逃避食肉动物的追捕.而无雪期的提前到来则可能会加速植物的生长.物种对气候变化的响应最初可能出现在亚种这一水平上一个具有很高遗传/群系多样性的北极植物或动物物种,演化历史已经使其具有一种适应不同环境条件的能力,这将使它们能够很快适应未来的环境变化.本土知识(IK)、航空照片和卫星图像表明一些物种的分布已经发生了变化北极植被更加趋向灌木化,而且生长也更加旺盛；北极驯鹿的分布范围最近也发生了变化；一些原来在树线以南区域活动的害虫和鸟类也在北极被发现.与此相对应,大多数在北极地区进行繁殖鸟类的数量却都在下降.根据一些模型的预测,随着气候的变暖,苔原带鸟类的数量将会大幅度地下降.据物种-气候响应模型预测,由于受到气候变暖的影响,北极地区现有物种在未来的潜在分布范围都将大大缩小和向北退缩,而一些无脊椎动物和微生物则很可能会迅速向北扩展到北极地区.     

不确定性及建议

在北极气候影响评估(ACIA)中,一项气候及紫外线B辐射变化对北极陆地生态系统影响的评估着重强调了预期中的变暖的深远意义,尤其是变暖在未来生态系统功能、生物多样性,以及对气候的反馈方面的深远意义.然而,尽管在有些地理区域和有些学科,我们目前对气候和紫外线B辐射驱动下生态过程及生态变化的了解已算充分,但在其他区域及学科,这种了解是微弱的.即使随着北极地区研究成果的积累和新技术的引用,近来我们的预测能力已空前提高,我们目前的了解程度也还受到各种各样的不确定性的限制.这项评估是在每一种都含有不确定性的一系列方式方法,以及常常远非完整的数据集的基础上完成的.不确定性从各种方法和概念框架而来,从不可预测的意外事件、从对模型的缺乏验证、从未来温室气体排放及气候变化的一些特别情景的应用而不是预测而来.此项评估中,以减少不确定性为目的的建议比比皆是,而且涉及所有学科.然而,一再出现的主题是在北极这样人烟稀少的偏远地区,环境变化及其影响的实验、观察及监测活动达到足够的空间广度和时间长度是极其重要的.     

内蒙古典型草原区植被NPP对气候变化的响应

研究植被生产力对气候变化的响应是理解陆地生态系统与气候变化相互作用的重要基础,论文利用近45a内蒙古典型草原区55个气象台站的气象数据,采用Holdridge生命地带的气候指标和NPP区域估算模型,研究了内蒙古典型草原区植被净第一性生产力（NPP）对气候变化的响应。结果表明,1960-2004年间,内蒙古典型草原区域内,发生了以生物温度升高和湿润度降低为代表的生物气候明显变化;典型草原区年NPP和春、夏、秋3个季节的NPP均呈现增加趋势,其中夏季是NPP增加速率最快,增加量最大的季节;在区域上,年NPP呈现由东北至西南的递减态势,不同区域年NPP均有增加趋势,其中以中部区最为明显。     

内蒙古地区城市化对生物多样性的影响及维护措施

内蒙古地区分布丰富的生态系统类型,保存着许多孑遗物种、珍稀物种和特有种属,且具有生态屏障功能,是我国生物多样性的关键地区之一。伴随着城市化在全球范围内的迅速发展,内蒙古城市化水平显著提高,并对生物多样性和生态系统的功能造成了深刻的影响。内蒙古城市化引起了土地利用和土地覆盖变化,导致生境破碎化,造成物种空间分布格局发生变化。此外,城市化进程中的人为活动,也改变了城市区域植物区系的组成和物种多样性。因此有必要采取相关措施,保护城市化进程中的生物多样性。     

区域物种保育更新服务功能综合评估

物种保育更新及生物多样性维持是生态系统服务功能综合评估的热点和难点问题.鉴于当前物种保育更新服务功能综合评估技术方法体系及实际应用过程中区域可比较性的不足削弱了生物多样性的有效监管,以物种保育更新服务功能为研究对象,基于物种濒危程度、生态保护成效、核算结果可重复及陆海统一这4项评估原则,借鉴能值理论构建了综合考虑物种更新率、生境质量调整系数、不同濒危等级指数和单个物种能值转换率的评估方法,并以厦门市陆地和海洋的物种为研究案例,将2010作为基准年、2015年为评估年进行综合评估.结果表明:评估年相比基准年陆地物种保育更新服务的能值量由1.14×1020 sej增至1.21×1020 sej,海洋由1.56×1020 sej增至3.32×1020 sej,海洋变化程度较陆地显著.厦门市北部山区较南部沿海区域生境质量维持较好,2010—2015年期间整体变化趋好,局部受到轻微扰动.厦门陆地与海洋历史时期出现且纳入计算的动植物物种数为5 110种,其中陆地物种数为1 321种,海洋物种数为3 879种,而中国特有种和福建省重点保护物种为物种数占比最多的保护等级.研究显示,陆地物种受保护等级程度较高,面临受威胁和濒危的物种也较多,各类保护等级对物种保育作用显著;修正的综合评估方法体系能够弥补生态系统服务主流化研究的不足,可为生物多样性保护的规范性与科学性提供参考价值.      

对现有的生物多样性保护方法的反思

对现有的生物多样性的保护方法的反思 生物多样性是一个描述自然界多样性程度的一个内容广泛的概念.《生物多样性公约》对"生物多样性"的定义为:"是指所有来源的活的生物体中的变异性,这些来源除其他外包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构成的生态综合体;这包括物种内、物种之间和生态系统的多样性".基于此定义,各种生物多样性保护的思想应运而生,并且产生了以保护思想为基础的保护方式和方法.