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高山生物多样性对气候变化响应的研究进展

高山生物多样性对气候变化响应的研究进展
高山生物多样性对气候变化响应的研究进展

生物多样性2009,17(1):88-96BiodiversityScience

doi:10.3724/SP.J.1003.2009.08197http://www.biodiversity-science.net

高山生物多样性对气候变化响应的研究进展

刘洋张健+杨万勤

(四川农业大学林学园艺学院,四川省林业生态工程省级重点实验室,四川雅安625014)

摘要:高山带是指自然气候森林边界即林线到雪线之间的无林区域。受低温限制的高山生物对气候变化具有高度

的敏感性,因此高山带被视为监测气候变化的理想试验场所。气候变暖加速了高山冰雪消融,也加剧了高山生物

多样性的波动,因而高山生物多样性变化对于指示全球气候变化具有十分重要的意义。目前,高山生物多样性对气候变暖响应的研究主要集中在高山物种组成和群落结构的变化、物种的分布格局和适宜生境的变化、林线交错

带的位移、种间关系的变化等方面。气候变化与人为干扰等因素的叠加效应为预测未来生物多样性的变化增加了

很多不确定性,从长期来看,气候变化效应相对于其他因素会显得越来越重要。未来的重点研究领域包括高山带

生物多样性对极端气候变化的响应、全球气候变化背景下生物多样性与生态系统过程的关系、高山带地上/地下生物多样性的相互作用关系及其对气候变化的响应与适应、全球气候变化与人类活动干扰的叠加效应对高山生物多

样性格局的影响等。

关键词:气候变暖,高山带,物种分布格局,生态系统过程,人类干扰

Responsesofalpinebiodiversitytoclimatechange

YangLiu,JianZhang。,WanqinYang

FacultyofForestryandHorticultureofSichuanAgriculturalUniversity,KeyLaboratoryofForestryEcologicalEngi-neeringofSichuanProvince.Ya0聆625014

Abstract:Thealpinebeltisthetemperature—driventreelessregionbetweenthetimberlineandthesnowline.Alpinebeltsareidealsitesformonitoringclimatechangebecausespeciesinmountainhabitatsareespeciallysensitivetoclimatechange.Globalwarmingisshiftingthedistributionofalpinebiodiversityandisleadingtoglacialretreat,implyingthatalterationsinalpinebiodiversityareindicatorsofclimatechange.Therefore,moreattentionhasbeengiventochangesinspeciescompositionandecosystemstructure,speciesdistribu-tionpatternsandsuitablehabitats,timberlineecotoneshifts,andinterspecificrelationships.Inparticular,thecombinedeffectsofclimatechangeandhumandisturbantehaveincreaseduncertaintyinpredictingchangestoalpinebiodiversityinthecontextofthefutureclimatechange.Atthesametime。climatechangeeffectsonalpinebiodiveritywilllikelybemoreimportantrelativetoothernaturalandsocialfactorsinthelongterm.Wesuggestthatkeyresearchfieldswillincludealpinebiodiversityresponsestoextremeclimatechange,re-lationshipsbetweenbiodiversityandecosystemprocesses,theinteraction

betweenabove—andbelow—groundbiodiversityinthecontextofclimatechange,andthecombinedeffectsofclimatechangeandhumandistur-banceonalpinebiodiversitypatterns.

Keywords:globalwarming,alpinezone,speciesdistributionpaRem,ecosystemprocess,humandisturbance

目前气候变暖已成为毋庸置疑的事实(IPCC,2007),气候变化已经或正在对全球的生态系统和生物多样性产生着显著影响(Kerr&Packer,1998;Williams,2000;Walthereta1.,2002),包括使生境退化或丧失,物种灭绝速度加快(Thomaseta1.,2004),物种分布范围发生变化(Wilsoneta1.,2005;Walther

收稿日期:2008.08.18;接受日期:2008.12.15

基金项目:国家“十一五”科技支撑计划项(2006BAC01A11)、国家自然科学基金(30771702,30471378)和教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-07—0592)

+通讯作者Authorforcorrespondence.E-mail:sieauzhangjian@163.corn

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第1期刘洋等:高山生物多样性对气候变化响应的研究进展

eta1.,2005;Colwelleta1.,2008),生物物候期和物种繁殖行为发生改变(Parmesan&Yohe,2003;Root鲥a1.,2003),种间关系发生变化等(Kappelleeta1.,1999;T11uilIer’2007)。受全球气候变暖影响最明显的生态系统是高纬度和高海拔地区(IPCC,2007)。

高山是生物多样性和濒危物种的宝库,全球34个生物多样性热点区域中的大部分都位于高山地区(http://www.biodiversityhotspots.org)。受低温条件控制的高山生态系统对气候变暖的响应特别敏感,是监测全球变暖的理想场所(K6mer,1999)。高山生物多样性变化对于指示全球气候变化具有十分重要的意义。因此,有关敏感地带的生物多样性对全球气候变化的响应与适应受到科学家的高度关注,并且相关的研究报道已经很多(例如李英年等,2000;郝占庆等,2001:Kaufmann,2001:Theurillat&Guisan,2001:戴君虎等,2005;Stanicieta1.,2005;王谋等,2005;Cannoneeta1.,2007)。本文通过综述高山生物多样性对气候变暖响应的研究进展,提出该领域的未来研究方向,为全球生物多样性的保护和可持续利用提供一定的参考。

1高山带及其生物多样性

1.1高山带划分

地貌学上一般把超过3,500m的山地称为高山(alpine)。而生态学上的高山不同于地貌学上的划分,是指一个特殊的自然带,即高山带的景观或生态环境(崔海亭,1983)。常用植被类型等代用标志来表征高山带的生态气候特征,并以林线为主要的划界依据。高山带是自然树线(treeline)以上的区域,树线位置与最热月10℃等温线一致(Ives&Barry,1974;王襄平等,2004)。气候条件决定了世界各地高山带海拔高度有所差异,山脉与南北两极和海洋之间的距离对其分布有重要影响(Nagyeta1.,2003)。

国际山地生物多样性评估报告将高山划分为3个海拔带和1个过渡区(TheKazbegiResearchAgendaofGMBA—DIVERSITAS,2007):(1)th地森林带(montane),是从山地低海拔边界延伸到森林热量上限的区域,即林线以下的范围;(2)高山带,是从自然气候森林边界即林线到雪线之间的无林区域;(3)树线生态交错带(treelineecotone),是山地森林带和高山带之间的过渡区;(4)积雪带(nival),是雪线以上终年积雪的区域。1.2高山生物多样性特征

世界范围的高山植被带组成了陆地表面的3%。超过80%的高山位于北半球,包括阿尔卑斯山、喜马拉雅山、落基山和安第斯山的北部,南半球的高山仅限于安第斯山的南部、新几内亚、澳大利亚、新西兰岛等地(K6mer,1999)。海拔梯度、气候变化趋势、地质地形、土壤特性、生境状况及生物系统发育史的综合作用是山地生物多样性维持或变化的主要驱动力(Beckereta1.,2007),从而使高山生物多样性表现出如下基本特征:

(1)受热量条件决定的生命带被高度压缩,高山生态梯度变化明显,生物多样性丰富,物种特有度高且特有物种比例随海拔升高而增加(Kessler,2000;Vetaas&Grytnes,2002)。目前,在高山带已发现超过10,000种植物,其中,阿尔卑斯山发现的高山植物区系估计超过2,500种和亚种(ChapinIii&K6mer,1995)。

(2)受空间和时间的限制,高山的物种丰富度随海拔上升呈抛物线形式分布,且植物的生长季节随海拔上升而缩短(K6mer,2000)。目前研究的山地生态系统中,大约75%的研究显示生物多样性从低海拔到高海拔呈单峰或偏峰分布格局.在中海拔处生物多样性达到顶峰,只有15%的研究显示多样性随海拔升高而减少,其余的研究还有多样性随海拔升高而增加或呈现特殊分布格局(Rahbek,1997;Grytnes,2003;McCain,2005)。一般在树线以上,随着海拔上升,山体逐渐变得狭窄,海拔带上的生境逐渐变小。物种多样性呈下降趋势。树线以上的高山生态系统,大致每上升100m,被子植物物种减少40种(K6mer,1999)。但并不是所有的生物类群都如此,如隐花植物苔藓的生物多样性通常会在树线以上增加(Nagyela1.,2003)。

(3)生境的隔离增加了高山物种的分化和遗传变异(Gaudeuleta1.,2000;Labraaeta1.,2006)。由于升温和降温有高海拔的庇护,物种沿海拔的迁移要比沿纬度迅速,这有利于物种多样性的形成(ChapinIII&K6mer,1995)。Escaravage等(1998)与Plfiss和St6cklin(2004)基于遗传生态学的研究显示,阿尔卑斯山高山植物的生殖系统已经适应了这种频繁出现的空间上的生殖隔离环境,具有较高的遗传多样性,可以弥补由于短期和长期不利气候造成的无性繁殖的失败(Steingereta1.,1996;Weppler

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生物多样性BiodiversityScience第17卷

&St6cklin.2005)。

2高山生物多样性对气候变化的响应

2.1高山地区的气候变化

相比低海拔的气候而言,高山地区气候变化更为突出,特别是温度升高、降水格局变化及其他极端气候事件,并具有气压低、温度低、空气湿度低、紫外线辐射强、大风、积雪、冻融等微气候特征。Pauli等(2007)的研究表明,过去50年中,欧洲阿尔卑斯山的升温是全球平均温度升高的2倍以上,青藏高原升温速度相当于全球变暖速率的3倍。气候变暖的明显特征为暖冬,西藏高原冬季增温显著,特别是近10年增幅较大(杜军,2001)。温度一降水二维空间分配图显示,预计到2l世纪末,瑞士的阿尔卑斯山冬季最低气温升高超过4"C,积雪覆盖时间将会减少超过l00天(Benistoneta1.,2003)。

气候变化导致的高山降水格局变化比温度变化更为复杂。40年来实际观测显示,西藏地区气候表现出向暖湿型发展的趋势,夏季降水减少,其余季节的降水均呈不同程度的上升趋势(徐宗学等,2007)。欧盟PRUDENCE区域气候模型模拟欧洲中部的降水,预计2071-2100年夏季降水会比1961—1990年减少约25%,冬季降水量有所增加,未来阿尔卑斯山的气候将是冬季温湿、夏季干暖(Christenseneta1.,2002)。高山地区的气候变化加剧会使暴风雪、干旱等极端气候事件更加频繁,自然灾害的频率和强度增强(Christensen&Christen—sen,2003)。

2.2高山环境对气候变化的响应

全球变暖导致高山冰川消融加速,山地冰川和积雪面积呈退缩趋势,雪线和林线位置上升,大多数多年冻土区解冻深度普遍增加,终年冻土面积减少并逐渐过渡为季节性冻土(IPCC,2007)。许多亚高山/高山积雪消融时间提前,融雪期延长,河流的径流量增加和早春最大流量提前(Walthereta1.,2002)。最新的卫星数据显示,1850~1970年期间,欧洲的高山冰川总面积大约下降了35%,而至U2000年损失量几乎达至t]50%(Pauleta1.,2007)。根据升温程度的不同,到2l世纪末冰川的损失量可能达到50--90%(Christenseneta1.,2002)。同时,一些反馈作用可能加剧冰川退缩,例如炎热和干燥的夏季,光反射率的逐渐降低会增加无冰雪覆盖地表的热湍流,使得冰雪更易融化(Paulela1.,2007)。地面温度上升将会影响冻土带的位置、高山沉积物运移、边坡的稳定性及高山带景观变化。冰川分割和岩石裸露面积扩大可能引发雪崩、滑坡和泥石流等自然灾害并严重威胁到高山生物多样性(Zempeta1.,2006)。

2.3高山生物多样性对气候变化的响应

2.3.1生物对冰雪消融的响应

高山生物数量和丰富度随着与现有冰川边界的空间距离而增加(Caccianga&Andreis,2004),并与冻土表层解冻的年限呈线性关系(Kaufmann,2002a)。高山带和积雪带的生物对温度和积雪特别敏感,气候变化威胁到高山带和积雪带生物的适宜生存区,同时缩小了形成多样化和稀有生物生境的冰缘范围。例如,生活在冰川水域中高度特化的无脊椎动物不适应变暖的气候条件,数量急剧减少(Nagyeta1.,2003)。美国西部和欧洲山地生态系统的冬季积雪大幅减少使雪被下的土壤微生物群落呈指数增加,有机物质分解速率加快(Monsoneta1.,2006)。Cannone等(2008)也证明高山植被对1_2℃的增温能够作出快速的响应。虽然积雪带的植被覆盖度增加,其优势物种数量却减少或被高山草甸物种替代(Bj6rk&Molau,2007)。同时,冰缘区物种的繁殖策略也在发生改变。最早的演替物种从已有的先锋种和雪地物种向多年生无性繁殖物种转变,物种的繁殖速率是群落早期演替物种的24倍(CannonePfa1..2008)。

2.3.2林线对气候变暖的响应

气候变暖会使山地各植被带逐渐上移,最终可能导致原有的高山带生境缩小或消失。林线位置确定了高山带的下限,林线的移动成为高山带变化最明显的标志。目前。气候变暖对林线位置的影响还存在争议,有些专家称过去数十年林线的位置维持不变(Masek,2001;Klasner&Fagre,2002),但多数研究认为林线已沿海拔梯度上移,例如过去的几十年里乔木向苔原带扩张、幼苗沿海拔梯度向上推进,林分密度增加和树高、直径增大(Suarezeta1..1999;Lloyd&Fastie,2002)。1910--2000年之间极地乌拉尔山脉的落叶松(Larixsibirica)未闭合和闭合林线就分别上移了26rll和35m(Shiyatoveta1.。2007)。20世纪夏季增温1℃以来,斯堪的纳维亚山脉的高山林线上移了150一165m(Kullman,2001)。Kullman

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第1期刘洋等:高山生物多样性对气候变化响应的研究进展91

(2005)观测到林线上的西伯利亚松(Pinussylvestris)种群1973-2005年间呈增长趋势,在高山景观中变得更为突出。高山挪威云杉(Piceaabies)种群的基因流和空间遗传结构研究发现,气候变化和停止放牧使树线交错带上移(Piottieta1.,2005)。

由于气候变化或人为干扰的影响,实际树线常常位于潜在的气候树线以下。潜在的气候树线确定了当前气候条件下森林潜在的分布范围,但由于缺乏对树线动态的了解,预测潜在的树线分布还很困难(Kessler,2001;Willeetal.,2002)。因此,长期监测树线交错带的位置对反映气候变化有重要价值。2.3.3生物多样性的变化

气候变化改变了高山生态系统物种组成和群落结构,对高山生物多样性既有正面也有负面影响。一方面,低海拔物种往高海拔迁移可能增加高山生物多样性(Klanderud&Birks,2003)。如在过去100年中,低海拔物种的迁移使瑞士境内高山带的植物多样性显著增}311(Thuiller,2007),喜马拉雅山高山带物种丰富度也明显提高(Gauretal.,2003)。东欧阿尔卑斯山近10年的监测结果表明,高山草甸有先锋种出现,而一些适应寒冷气候的物种丧失,相比过去的100年。这些山顶可以容纳种类更多的先锋植物(Grabheweta1.,1994;NagyetaL,2003)。另一方面,气候变暖也可能降低高山带生物多样性,如连续5年升温和施肥使瑞典北部高山冻原带苔藓和地衣优势群落的物种数量减少,物种丰富度和多样性降低(Jligerbrandeta/.,2006)。气候变暖还可能使高山带的生物或优势物种因为适宜生境的消失而濒临灭绝或被其他物种替代(Klanderud&Tot.1and.2005)。Kazakis等(2007)和Picketing等(2008)E明气候变暖使喜温的灌木、草本和入侵杂草的分布趋于更高的海拔,增加了高山带物种丰富度,并使亚高山和高山带物种更替速率加快,但同时也威胁到区域内的特有种。如在增温和增加养分的条件下,挪威南部高山带的优势矮灌木宽叶仙女木(Dryasoctopetala)被禾本科和非禾本科草本取代(Klanderud&Totland.2005)。

相对于本地种而言,气候变化可能会增强外来种的生存、繁殖和竞争能力,而对本地种构成威胁(Thuiller,2007),进而影响区域内的生物多样性。其中,当地特有种最容易受到气候变化的影响(Kazakiseta1.,2007)。Halloy和Mark(2003)采用物种一面积关系模型来估计目前并预测今后气候变暖对新西兰特有度高达93%的613种高山维管植物种类的影响,模型显示当目前的平均气温维持在比1900年高0.6℃时,则有大量的外来物种增加,40_70个本地植物种可能面临威胁,大约100年后气温上升3℃时,新西兰高山植物区系维管植物总数可达到550--685种,并有200-300个高山本地种丧失。

在区域尺度上,气候驱动物种分布的模型能够提供气候对大的区域和复杂景观潜在影响的初步评价(Guisan&Thuiller,2005),而在小尺度下,地形如坡向等因素对生物多样性的影响也很重要(Staniscieta1.,2005;Picketingeta1.,2008)。因此,通常采用物种分布的环境条件如地形、地质、气候和土地利用类型等建立经验模型来预测高山物种分布格局的变化(Gottfriedeta1.,1999;Dimb6cketa1.,2003)。例如,Guisan和Thuiller(2005)基于小生境的物种分布模型,通过监控物种的活动,预测造成物种丧失的最小面积及物种丧失的先后次序,以温度和湿度两个气候变量模拟物种的丧失和替代速率,预测本世纪末欧洲的山地物种将会丧失60%。

高山生物对气候变化的响应除了种类和丰富度的变化外,其适宜的生境也会随之改变。物种的分布格局对气候变化的响应趋势更多地表现为迁移而非遗传变异或分化(Theurillat&Guisan,2001),这是生物对非生物环境变化积极适应的一种表现。过去50-100年的观察发现。阿尔卑斯山的高山物种存在迁移迹象(Grabherreta1.,1994;Gottfried砑甜.,1999)。西班牙中部的蝴蝶有16种的最低分布边界30年内上移了212m,相当于年平均温度升高1.3℃,其适宜生境面积减少l/3,预计2l世纪末其生境面积将丧失50--80%(Wilsoneta1.,2005)。气候变化除了影响物种的分布边界以外,还影响其分布的核心区域。Lenoir等(2008)将西欧6座高山上171种森林植物在1905—1985年问与1986-2005年间的分布情况进行比对,发现其中大部分物种的理想生境正趋向更高的寒冷地带,平均每10年上移29m。不同的生物对气候变化的响应体现在迁移速度的差异上,生命期短、繁殖周期快的草本、蕨类和藓类植物迁移速度明显快于繁殖较慢、生长期长的乔木种群。不同的迁移速度意味着气候变化会打乱现有物种间的相互关系,使生态系统中物种链改变(Rooteta1.,

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2003),进而形成新的高山物种组合,并影响其脆弱的生态系统结构和功能。

2.3.4物种关系的变化

低海拔的物种迁往高海拔会改变高山生物的种间关系并提高杂交几率。Hughes和Eastwood(2006)对高山物种的系统发育研究证实,气候变暖使物种形成速率加快,但同时也削弱高山带物种的竞争优势,使高山特有种减少或消失。虽然气温升高使无脊椎动物数量增加,但由于物种间的竞争,多样性反而减少(Kaufmanneta1.,2002b)。也有不同的观点,Callaway等(2002)认为在环境压力不大的低海拔种间竞争是普遍存在的,但在高海拔非生物环境压力大的情况下,植物之间相互作用的正效应更明显,即应力梯度假说(stress—gradienthypothesis)(Bertness&Callaway,1994)。正效应包括养分积累、提供遮荫、改善干扰或保护邻近物种以避免被食草动物取食等,有相邻植物存在时植物的生物量、生长率和繁殖率都较高,所以高山植物常常以斑块状的群丛出现(Callawayeta/.,2002)。Dullinger等(2007)对欧洲高山植物群落的研究表明,植物在小尺度上表现出的共存格局和环境应力的关系微弱且易变,植物间正效应可能会因环境应力、研究对象和观测尺度的不同而异。非生物环境改变了生物间的相互作用,物种的相互作用是进行气候变化实验和预测气候变化效应时必须考虑的因素(Kianderud,2005)。

另外,气候变化还将影响生物的生理特征和物候期,如提高植物的生产力,打破生物原有的休眠节律等。自1960年以来。欧洲植物的平均年生长季节延长了10.8天(Menzel&Fabian,1999)。落基山地区植物的开花时间随积雪融化时间的提早而提前,同时植物的传粉过程也受到影响(Moraleseta1.,2005)。由于高山植物和传粉昆虫或鸟类对气候变化的响应程度不同.这种差异会影响到相关动植物的生长和繁衍。从而影响生态系统的食物链和食物网(HOlber刃a/.。2006)。Theurillat和Guisan(2001)认为海拔高度、种群大小、物种分布面积、生境类型、濒危状况、遗传多样性和种间关系等都是评价一个物种或一个种群对气候变化响应时需考虑的主要因素。2.4气候变化背景下高山生物多样性对人类干扰的响应

在全球气候变化的背景下,自然和人类的干扰活动也是影响高山生物多样性的重要因素。如地震、雪崩、火灾、干旱等都可能改变高海拔生物的分布。人类的土地利用、放牧(动物的践踏、取食和施肥)、采伐、旅游和登山活动等都可能导致物种组成和植被格局的明显变化。可能增加或减少山地生物多样一I生(Spehneta1.,2005)。这些因素导致的变化可能掩盖气候变化对高山生物多样性的影响(BocketaL,1995;Molinillo&Monasterio,1997)。人类的干扰活动,尤其是火灾引发的干扰可能使树线下移。如厄瓜多尔安第斯山脉和大多数其他热带山区的实际树线通常低于潜在的气候树线,人为干扰是主要原因(WescheetaL,2000;WiUeeta1.,2002)。人类干扰带来的植被覆盖的变化对生物多样性的影响远远超过了气候变化带来的效应,放牧和过度放牧造成的土地利用程度激增通常导致草地的生物多样性降低(Tasser&Tappeiner,2002)。在热带、亚热带和南半球湿热气候带人为干扰严重的地区,自然火灾和过牧引起的动物践踏使植物完全丧失了生存空间并极易引发土壤侵蚀(SpehnetaL,2005)。Nopp-Mayr和Zohmann(2008)监测了阿尔卑斯山东南部岩雷鸟(Lagopusmutahelvetica)的春季密度和夏季生境状况,发现旅游、土地利用和气候变化可能使岩雷鸟的适生生境丧失。全球气候变暖与人为干扰等因素叠加在一起。必然会加剧高山生物多样性的丧失,而两者的相互作用又为预测未来生物多样性变化增加了很多不确定性。面对全球变暖和可能发生的物种灭绝,必须采取保护措施,尽量避免人类干扰对生物多样性的影响。

虽然全球气候变化己成为最受关注的环境议题,但其对高山生物多样性的长期影响尚无定论。由于研究区域、研究的时间尺度和空间尺度不同,可能得出截然不同的结论,如群落尺度上物种数增加而区域尺度上物种数则可能减少。不过已经证实的是全球气候变暖的情况下生物多样性的波动会加剧,特别耐低温的物种会受到威胁,高寒物种与地方特有种丧失的可能性比较大,优势物种可能发生逆向演替甚至被其他物种替代,物种的分布格局和适宜生境将会改变,如树线的上移和物种向更高海拔迁移等。但生物可以通过较高丰富度或较强的迁移散布能力、潜在的遗传多样性及协调种间关系等适应特征减小灭绝的风险。目前来看,物种分化速率远远赶不上其消失的速度。气候变化和物种随

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第l期刘洋等:高山生物多样性对气候变化响应的研究进展

环境变化迁移能力的不平衡是导致生物多样性减少的主要原因(Walthereta1.,2002)。气候变化、土地利用变化、N沉降和酸雨及生物入侵等都是影响全球生物多样性的重要因素(Salaeta1.,2000)。相对于其他效应,气候变化由于其普遍性及长期效应会显得越来越重要(Thuiller,2007)。

3研究展望

随着全球变暖趋势的逐步明显和环境恶化程度的不断加剧,生物多样性对气候变化的响应已受到国际社会的普遍关注。根据联合国公布的《千年生态系统评估》的结果,目前气候变化已成为威胁生物多样性的主要因素之一。预计今后的几十年,将逐渐成为生物多样性变化的重要驱动力。2001年,由欧盟发起的全球高山生态环境观测研究计划(GlobalObservationResearchInitiativeinAlpineEnvironments,GLORIA)已在全球区域范围内建立观测点,以获取高山生物多样性和植被格局的标准化数据(http://www.gloria.ac.at/)。GLORIA采用多峰调查法,关注从树线交错带到高山带或永冻带的生物多样性对气候变化的响应。取得了一些有价值的研究成果,现已在135座山峰建立了36个观测点。记录了2。617种植物、664种苔藓及283种地衣。近年来高山生物多样性的监测已取得了一些基础数据,但许多观测点刚建立不久。更多关于生物多样性对气候变化的响应还需在未来5—10年或更长的时间才能观测到。我国生物多样性和生态系统功能对全球变化响应与适应的研究还是一个相对新兴的领域,很多项目近年来才陆续开展,如以IGBP/GCTE在我国的两条标准样带(东部南北样带和东北的东西样带)为研究平台的生物多样性与生态系统功能对全球变化的响应与适应研究。但高山生物多样性对气候变化响应与适应研究明显不足,未来我们应加强以下几方面的研究工作:

(1)高山带生物多样性对极端气候变化的响应。伴随全球气候变化,极端天气和气候事件如高温、干旱、强降水等发生的频率和强度增加,会加剧自然灾害的发生并显著地改变甚至破坏脆弱的高山生态系统和生物多样性。目前高山生物多样性对气候变化响应的研究主要集中在温度升高、C02浓度增加、降水格局变化等长期效应方面,而对极端气候事件的响应研究还很少,应注重这方面的研究。

(2)全球气候变化背景下生物多样性与生态系统过程的关系。目前,有关全球气候变化背景下高山生物多样性与生态系统过程关系这一领域的研究还很少见。未来应结合全球的GLORIA计划建立高山生物多样性与气候变化的定位观测站,从不同的尺度如个体一种群一群落一生态系统一区域一景观一全球各个层次来监测气候变化对高山生物多样性及其分布格局、生态系统结构与功能、生物多样性与生态系统过程关系的影响。但GLORIA的观测方法也有缺陷,仅仅进行多峰调查还难以解释低海拔物种向高海拔迁移的生态学过程。如气候驱动生物向高海拔迁移的过程中种间关系和基因型的变化。Guisan和Theurillat(2005)认为研究气候变化对生物多样性的影响时需要对整个海拔梯度进行监控,以弥补仅对高山带观测的不足。气候变化还可能通过改变生物地球化学循环而间接地作用于生物多样性。因此,进行长期监测和控制试验研究高山生物多样性与生态系统过程的关系是必要的。

(3)高山带地上/地F生物多样性的相互作用关系及其对气候变化的响应与适应。目前国内对高山生物多样性的研究主要集中在植物多样性方面,对动物和微生物的研究相对较少,而动物和微生物对气候变化的响应比植物更加敏感。国外对蝴蝶、蛾类、甲虫和蜘蛛(Nagyeta1.,2003;Martynenko,2007)等高山无脊椎动物和土壤微生物(Krajick,2006;Meyereta1.,2004)研究较多.如线虫是指示潜在气候变化的良好生物指标(Hoschitz&Kaufmann,2004)。虽然高山带的地上生物多样性已有很多研究,但有关地上/地下生物多样性相互作用关系的研究却很少,关注地下生物多样性,结合地上/地下生物同步进行研究并阐明生物多样性的相互作用关系以及对气候变化的响应与适应是今后重点。生物的耐性、繁殖能力、迁移能力不同对气候变化的响应也会有所差异,在监测高山生物多样性格局的同时,研究植物的光合作用和生产力、生物的物候期和生理特性、种间关系及遗传性状等对气候变化的响应与适应机制是今后的发展方向。

(4)全球气候变化与人类活动干扰的叠加效应对高山生物多样性格局的影响。气候变化、人类活动干扰引起的土地利用变化及生物入侵等因素的协同作用,为预测未来生物多样性变化增加了很多不确定性。为了更准确地预测未来高山生物多样性

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生物多样性BiodiversityScience第17卷

的变化趋势,在提高对未来气候变化预测精度和准确度的同时,必须建立生物与环境互动机制方面的模型,如预测种群动态和物种散布的模型,尤其是对热点区域关键物种的监测.阐明生物分布格局变化的环境驱动机制和全球变化下的生物多样性与生态系统过程的关系。模型的建立需要考虑很多复杂的因素,某一单因素的影响被其他因素叠加后可能抵消或加强,如何分辨各因素的单独作用及互作是实验设计中应当予以考虑的环节。建立多因素互作模型,强调全球气候变化背景下人类干扰与生态系统变化的相互作用机制对生物多样性格局的影响也应该是今后研究的方向。

参考文献

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(责任编委:马克平责任编辑:周玉荣)

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浅谈生物多样性减少

浅谈生物多样性减少 人类生存于地球这一庞大而纷繁复杂的生态系统之中,人类生存和发展所需的资源均来源于自然生态系统。对任何一个生态系统,其生物多样性越丰富,稳定性越高,而目前生物多样性的减少不仅影响到生态系统的平衡,更严重影响着人类的生活和生产。 1 生物多样性的概述 1.1 生物多样性的概念 生物多样性即地球上所有生物及其生境和所包含的组成部分的综合体。生物多样性包含三层含义:遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。三者中生态系统多样性是基础,物种多样性是关键,遗传多样性含有的潜在价值最大。 1.2 生物多样性的价值 生物多样性具有极其重要的价值,在全球水平上,其提供的生命支持系统包括:①能量转换,从阳光到植物,再通过食物网进行再分配;②有机物的贮存、释放和再分配;③养分循环;④水循环,净化和分配水资源;⑤氧分循环。这些功能构建的气候环境给人类创造了一个适宜的生存条件。 2 生物多样性减少现状 2012年世界自然基金会发布《地球生命力报告2012》指出,过去40年全球生物多样性大约下降了30%。研究显示从1970至2008年,全球陆地物种减少了25%,其中热带陆地动物减少了45%,但温带陆地物种却增加了5%。全球海洋物种减少了20%,其中热带物种减少了60%,但温带海洋物种却增加了53%。 据统计,我国的生物多样性居世界第八位,北半球第一位。同时我国又是生物多样性受到最严重威胁的国家之一。我国的原始森林面积以每年0.5*104km2的速度减少,更为严重的是其结构和功能的降低或丧失使生存其中的许多物种已变成濒危种或受威胁种。高等植物中有4000种~5000种受到威胁,占总种数的15%~20%。在《濒危野生动植物种国际贸易公约》列出的640个世界性濒危物种中,中国就占156种,形势十分严峻。 3 生物多样性减少原因 生物多样性减少的原因既有自然原因,又有人为原因,但就目前而言,人类快速的社会化进程无疑是加速生物多样性减少的主要原因。

气候变化对森林生态系统的影响及对策

气候变化对森林生态系统的影响及对策 摘要:近年来,随着人类活动的频繁和深入,越来越明显的气候变化对我们赖以生存的森林造成了很大的困扰,很多物种都在相继绝迹。基于这个背景,文章论述了气候的变化对森林生态的影响并探讨其对策,以唤起人们对森林生态的重视。 关键词:气候变化森林生态系统影响 森林生态系统具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性,是重要的地球陆地生态系统之一,也是陆地上最为复杂的生态系统。虽然其面积仅占陆地的26%,但碳储量却占整个陆地植被碳储量的80%以上,而且森林每年的碳固定量约占陆地生物碳固定量的2/3。森林不仅向人类提供木材、淀粉、蛋白质等众多产品,而且还能够涵养水源、减轻自然灾害、调节气候、孕育和保存生物多样性等生态功能。此外,森林还具有医疗保健、陶冶情操、旅游休憩等社会功能。所以,森林有维系地球生命系统平衡的作用。 由于森林与气候之间存在着密切的关系,因而气候的变化不可避免地对森林产生一定的影响。随着全球气候的变化,我国未来主要森林分布可能发生明显变化,除云南松和红松分布面积有所增加外,其他树种的面积都将有所减少,减少幅度约为2%~57%,草原和荒漠分布范围将向中国西部和高海拔地区扩展。同时,气候变化引起的生态系统变化还将使得生物多样性减少,许多珍贵的森林树种将面临灭绝。为了不让珍贵的森林树种再继续丧失,我们应该高度关注,共同探讨气候变化对森林生态的影响并思考其对策。 一、气候对森林生态的影响 (一) 对系统组成结构的影响 森林生态系统包含着丰富生物资源,具有生物多样性的特点。相关研究表明,大气二氧化碳浓度倍增时的气候变化,将使主要植被类型过渡带在水平方向上向北移动100~300km,垂直高度向上移动150~300m,加上降水量及其时空分布的变化,将使森林生态系统面临前所未有的气候与环境的剧烈变化。由于森林群落优势树种不可能在短期内改变其生态特性而在超出其气候适应范围的条件下生长,所以有可能导致某些森林群落的消失或脆弱化,甚至导致某些森林生境将恶化或消失。这些变化的速度超出某些物种的适应能力时,一些不易迁移的物种将会就地灭绝。同时,由于气候变化对不同植物的生长速度、繁殖及扩散能力等都将产生不同的影响,某些侵略性物种或杂草可能得益,从而增强其在群落中的竞争能力,导致群落原有的竞争和协调关系发生变化,使某些物种灭绝,甚至导致某些群落类型消失。 (二) 对森林生产力的影响

《气候变化研究进展》

《气候变化研究进展》 第2卷第4期 2006年7月 目次 研究论文 147 气候变化国家评估报告(Ⅲ):中国应对气候变化对策的综合评价何建坤刘滨陈迎等154 近30 a青藏高原气候与冰川变化中的两种特殊现象施雅风刘时银上官冬辉等 综述 161 国际气候变化研究新进展丁一汇孙颖 研究短论 168 塔里木盆地气候变化的季节差异杨莲梅张广兴崔彩霞173 天山巴音布鲁克草原植被变化及其与气候因子的关系刘艳舒红李杨等177 三江源区植被变化及其对气候变化的响应唐红玉肖风劲张强等181 渭河、汉水流域秋季降水的变化特征赵珊珊张强陈峪等184 1951-2005年华南春播期气象条件的年代际变化陈丽娟张培群188 影响北京城市增温的主要社会经济因子分析郑艳潘家华吴向阳193 哈尔滨、石家庄、武汉和广州的气候变化对比郝立生 对策建议 197 英国促进企业减排的激励措施及其对中国的借鉴陈迎 动态快讯 202 《京都议定书》第二承诺期谈判艰难迈出第一步苏伟孙国顺赵军204 IPCC第25次全会在毛里求斯召开戴晓苏205 2005年Nature杂志刊载的气候文献贾朋群胡英207 第一届亚洲气候与冰冻圈学术会议在横滨召开效存德 208 《气候变化研究进展》征稿细则

气候变化国家评估报告(III):中国应对气候变化对策的综合评价 National Assessment Report on Climate Change (III): Integrated evaluation of strategies on response to climate change in China 何建坤1,刘滨1,陈迎2,徐华清3,郭元3,胡秀莲3,张希良1,李玉娥4,张阿玲1,陈文颖1,韦志洪1,段茂盛1,张晓华1,吕应运1 (1 清华大学,北京100084;2中国社会科学院可持续发展研究中心,北京100732;3 国家发展和改革委员会能源研究所,北京100038;4中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京100081) 摘要:回顾了国际社会应对气候变化的进程,对国内外的碳排放状况、中国减缓碳排放的技术潜力、中国减缓碳排放的宏观影响、全球减缓气候变化的公平性与国际合作行动等问题进行了分析与评估。提出了中国减缓气候变化的思路与对策,指出在全球应对气候变化的形势下,中国要积极适应国际政治、经济及贸易格局变动的趋势,将减缓气候变化对策纳入国家经济与社会发展战略与规划之中,促进国家经济和社会的全面、协调和可持续发展。 关键词:气候变化;社会经济影响;减缓碳排放;对策;评估 中图分类号:P467/D820 文献标识码:A 近30a青藏高原气候与冰川变化中的两种特殊现象 Two Peculiar Phenomena of Climatic and Glacial Variations in the Tibetan Plateau 施雅风1,2,刘时银1,3,上官冬辉1,李栋梁1,叶柏生1,沈永平1 (1中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃兰州730000;2 中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏南京210008; 3 中国科学院青藏高原研究所,北京100085) 摘要:近30 a全球强烈变暖,水循环加快,冰川也加剧退缩。青藏高原以其特殊的地理位置与下垫面,既对全球变暖有正常的反应,也出现了异常特殊现象。这种特殊现象已发现两处:1) 青藏高原北部偏西冰芯记录降温0.6℃,相应的冰川退缩微弱,融水径流降低;2) 青藏高原东南部以岗日嘎布山区为代表,出现较多的冰川前进,可能指示降水量有较大的增加。上述事实指示气候变化与冰川响应的复杂性。 关键词:全球变暖;青藏高原北部;降温;冰川退缩;青藏高原东南部;冰川前进 中图分类号:P343.6 文献标识码:A 国际气候变化研究新进展 Recent Advances in Climate Change Science 丁一汇,孙颖

生物多样性的研究进展

作者简介:徐宗俦(1947~),男,副研究员,研究方向:遗传育种。 生物多样性的研究进展 徐宗俦 (安顺市科学技术协会安顺561000) 摘要:本文针对一些业务技术干部、群众甚至专业技术人员对生物多样性的误解和似是而非的认识,重点对生物多样性的提出、含义、内容和发展方向,作了较系统的介绍,以引起人们的理解和广泛关注。 关键词:生物多样性研究 1 生物多样性的提出 生物多样性(biodiversity)是近年来国内外最为流行的一个词汇。20世纪80年代以后,人们在开展自然保护的实践中逐渐认识到,自然界中各个物种之间、生物与周围环境之间都存在着十分密切的联系,因此自然保护仅仅着眼于对物种本身进行保护是远远不够的,往往也是难于取得理想的效果的。要拯救珍稀濒危物种,不仅要对所涉及的物种的野生种群进行重点保护,而且还要保护好它们的栖息地。或者说,需要对物种所在的整个生态系统进行有效的保护。在这样的背景下,生物多样性的概念便应运而生了。 早在1971年,由联合国教科文组织提出了著名的“人与生物圈计划”。1980年由IUCN 等国际自然保护组织编制完成的《世界自然保护大纲》正式颁布,该大纲提出了要把自然资源的有效保护与资源的合理利用有机地结合起来的观点,对促进世界各国加强生物资源的保护工作起到了极大的推动作用。联合国环境与发展大会1992年在巴西的里约热内卢举行,世界许多国家都派出代表团参加会议,我国领导人也参加了这次盛会。会上通过的《生物多样性公约》(Convention on Biological Diversity),标志着世界范围内的自然保护工作进入到了一个新的阶段,即从以往对珍稀濒危物种的保护转入到了对生物多样性的保护。 由于自然资源的合理利用和生态环境的保护是人类实现可持续发展的基础,因此生物多样性的研究和保护已经成为世界各国普遍重视的一个问题。现在无论是联合国还是世界各国政府每年都投入大量的人力和资金开展生物多样性的研究与保护工作,一些非政府组织也积极支持和参与全球性的生物多样性的保护工作。 2 生物多样性的概念和意义 生物多样性就是地球上所有生物以及由这些生物组成的系统的变异性。生物多样性包括所有自然世界的资源:植物、动物、微生物和它们得以生存的生态系统,同样也包括构造出生命的重要基石——遗传物质的多样性。“生物多样性”可以说造就了世界的超级市场。人们赖已生存的食物诸如土豆、稻、玉米、小麦、棉花、各种蔬菜水果、肉类等等,都是“生物多样性”的产物;通俗讲,“生物多样性”是:在一个相当大的生态区域内,各种生物间、各种生物与环境间的相处状况以及它们对环境的反映状况。可见,“生物多样性”并不是有些人所想象韵就是把籼稻、糯稻间杂种植在一块田那么简单。 据可靠的数据表明,地球上大约每天有100多种生物在绝灭,很多生物在没有被人类认识以前就消亡了,这对人类无疑是一种悲哀和灾难。保护生物多样性的行动势在必行、迫在眉睫。 保护生物多样性的关键是保护生态系统。生态系统是不同物种生存的环境。比如,热带雨林是一个生态系统,就是城市中心的公园也可视为是一个生态系统,还有森林或者海边的沙滩、红树林,以及沿海河口这样的沼泽、湿地,都是生态系统。当生态系统健康时,它是许多物种,包括植物、昆虫、鸟类、大型高等动物等的家。 迄今为止,人类已经识别了175万个物种,但是科学家们认为,实际上地球上存在有

气候变化背景下我国森林火灾灾害的响应特征及展望_孙龙

第29卷第1期2014年1月 灾害学 JOURNAL OF CATASTROPHOLOGY Vol.29No.1 Jan.2014 孙龙,王千雪,魏书精,等.气候变化背景下我国森林火灾灾害的响应特征及展望[J].灾害学,2014,29(1):12-17.[Sun Long,Wang Qianxue,Wei Shujing,et al.Response Characteristics and Prospect of Forest Fire Disasters in the Context of Cli-mate Change in China[J].Journal of Catastrophology,2014,29(1):12-17.] 气候变化背景下我国森林火灾灾害的 响应特征及展望* 孙龙,王千雪,魏书精,胡海清,关岛,陈祥伟 (东北林业大学林学院,黑龙江哈尔滨150040) 摘要:系统阐述了气候变化对森林火灾灾害的影响,论述了当前发生的以气候变暖为主要特征的气候变化背景下,森林火灾灾害对气候变化的响应特征,重点剖析了火行为对气候变化的响应,火险天气与防火期对气候变化的响应,火周期对气候变化的响应。并提出了气候变暖背景下实现碳减排增汇效应的科学的林火管理策略与合理林火管理路径。最后对今后尚需加强的一些重点研究领域及发展方向进行了展望。 关键词:气候变暖;森林火灾灾害;火行为;火险天气;火周期;林火管理策略 中图分类号:P467;X43;S762.1文献标志码:A文章编号:1000-811X(2014)01-0012-06 doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2014.01.003 0引言 近100年来,全球气候正经历着一次以气候变暖为主要特征的显著变化。政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告指出,最近100年(1906-2005年)全球年均地表气温升高了0.74?。近十年来,气候变化引发了经济、社会与生态等诸多方面的严重问题,引起学术界以及国际社会的高度关注。随着全球气候持续变暖,极端天气事件发生会更加频繁,森林火灾灾害频率不断加重。 近年来,森林大火频繁发生,如2007年8月23、24日希腊两天连发170场森林大火,火灾面积占国土面积一半以上。2009年2月,澳大利亚大火创下了1908年以来的历史纪录,死亡人数超过230人,受灾面积超过3.3?105hm2[1]。随着气候变化的影响,我国近年来森林火灾频繁发生,火灾面积及强度加剧。2002年以来,森林火灾发生有所增加,1999-2007年年均火灾次数为8700次,年均森林受害面积为147671hm2,2002-2007年年均次数为10486次,年均受害森林面积为220285hm2,相对于1999-2002年年均火灾次数6468次,年均受害森林面积为56905hm2,火灾次数增加了62.12%,受害森林面积增加了287.11%[2]。从近年火灾数据显示,森林火灾次数、受害森林面积均有上升的趋势[3]。当前和今后一段时期内,受气候变化影响,森林可燃物分布格局及载量均将发生显著变化,导致火险等级提高[4]。 森林火灾灾害的防灾减灾是21世纪全球减灾战略实施的重点内容之一[5]。然而随着全球气候持续变暖和干旱天气增加,在未来20 100年里,我国森林防火形势更为严峻。为此,加强气候变化与森林火灾灾害交互关系研究,尤其是森林火灾灾害对气候变化响应特征的研究,进一步把握森林火灾灾害对气候变化的响应特征,对制定科学合理的森林火灾灾害预防与管理策略,减少森林火灾灾害,提高碳减排效应,实现碳增汇效应,促进森林生态系统的可持续经营与发展均有重要意义。 1气候变化对森林火灾灾害的影响 气候变化的主要特征就是暖干化,而森林火 *收稿日期:2013-07-08修回日期:2013-08-20 基金项目:国家自然科学基金项目(31070544);黑龙江省科技攻关重点项目(GA09B201-06);霍英东基金基础项目(131029);中央高校基本科研业务费专项资金项目(DL12CA07) 作者简介:孙龙(1976-),男,黑龙江五常人,副教授,博士,主要从事林火生态学研究.E-mail:sunlong365@https://www.doczj.com/doc/1910878779.html, 通讯作者:陈祥伟(1966-),男,吉林抚松人,教授,博导,主要从事林业生态工程和森林生态学研究. E-mail:wqx890711@https://www.doczj.com/doc/1910878779.html,

全球变化下的水资源研究进展I--气候变化

https://www.doczj.com/doc/1910878779.html, 全球变化下的水资源研究进展I——气候变化 王加虎,郝振纯,李丽 (河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京 210098) 摘要:全球变化突出的表现在气候变化上,气候变化下的水循环研究是一个备受关注的问题。简述了气候变化的相关知识;比较了用于变化气候下水资源研究的四种不同类型的气候情景;详细介绍了气候变化与水资源研究的四种不同方法以及径流、水量、水质、极端事件等方面的相关成果;概述了研究气候变化下水资源的水文模型及其存在的问题; 讨论了未来的研究趋势。 关键词:全球变化;水资源;气候变化;进展 中图分类号:文献标识码:A 全球变化主要表达人类社会、经济、政治和环境系统的越来越不稳定,自然科学界突出强调其中的地球环境系统及其变化,包括全球变暖、植被破坏与生物多样性的丧失、土地退化、淡水资源短缺等[1]。气候作为人类赖以生存的自然环境的一个重要组成部分,它的任何变化都会对自然生态系统以及社会经济产生深刻影响[2]。水资源对气候变化尤其是全球变暖的响应问题,包括水循环过程、水量时空分布、降水极端事件与洪涝灾害等的改变,事关人类的生存与发展[3]。 长期以来,水文学者把气候静态地看作某种统计的平衡,忽略了变化环境下的水资源形成与演化规律问题[4]。随着对全球变化尤其是气候变化认识的不断深入,水文、水资源对全球气候变化响应问题已引起广泛的关注,尤其是近年来,这方面的研究工作迅速增加[5]。 1气候变化 全球变化突出地表现在气候变化上,气候的变化包括自然波动和人为影响两个方面。气候的自然波动至少包含三种不同的周期[6]:①数千年至万年以上时间尺度的古气候变化,研究它有助于揭示气候系统变化的机理,并为预测未来的气候变化提供依据;②数十至数百年时间尺度的气候变化,它直接决定着人类生存的气候环境;③季节至年际的气候波动,是检测长期气候变化的关键。导致某些地区的季节至年际显著气候波动的现象有很多,其中厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)事件是全球许多地区年际气候变化的最重要自然现象。 气候除了自然的周期性波动以外,越来越多地受到人为因素的影响,其中最显著的是全球大气化学组成的改变,主要是臭氧耗减和温室气体的增加。人类活动是导致过去100年中全球气候变化的最重要因素,人为引起的变化已经可以与自然变化区分开来,而且人为影响的结果已大于过去1000年的气候自然变化的结果[7]。近10年来,温室气体的增温效应及幅度大小具有很大的不确定性,存在着诸多分歧[8]。在全球变暖的大背景下,近百年来中国的气候也在变暖,以西北、华北、东北最为明显,尤其是华北地区出现了暖干化趋势。 人类对气候变化,特别是气候变暖所导致的气象灾害的适应能力相当弱,大多数科学家断言气候变化是人类面临的一种巨大环境风险。按现在的一些发展趋势,科学家预测有可能出现的影响和危害有[9]:①海平面上升;②影响农业和自然生态系统;③加剧洪涝、干旱及其他气象灾害;④影响人类健康。 2气候变化与水资源 气候对水循环的影响有直接和间接两种方式。直接影响主要来自大气环流变化引起的降水时空分布、强度和总量的变化、雨带的迁移以及气温、空气湿度、风速的变化等。间接的影响主要来自陆面过程,地表反照率、粗糙度及界面水汽交换乃至土壤水热特性的变化,这些既响应气候又影响气候的下垫面因素,引发了不同时空尺度的降水、土壤水、蒸发及地表水和地下水的变化。 2.1气候情景 已经发生的气候变化可以通过观测和重建的资料获得,但人们更关注未来可能发生的气候变化。关于未来气候变化对水文、水资源影响的研究,气候情景的选择是先决条件。“情景”一词指“预料或期望的一系列事件的梗概或模式”,是描绘未来可能会怎样的可选择的景象,是分析各种驱动因子如何影响未来排放结果并评估相关的不确定性的一种较为合适的工具。各种不同的情景构成了可供选择的未来世界的发展蓝图。气候情景大致可分为四类: ——————————————  收稿日期: 基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G199043400),江苏省高等学校研究生创新计划项目(B04010) 作者简介:王加虎(1975-),男,江苏连云港人,河海大学博士研究生,主要从事水文水资源研究。Email: TigerLLy@https://www.doczj.com/doc/1910878779.html,

中国微生物物种多样性研究进展_郭良栋.

生物多样性 2012, 20 (5): 572–580 Doi: 10.3724/SP.J.1003.2012.10129 Biodiversity Science http: //https://www.doczj.com/doc/1910878779.html, —————————————————— 收稿日期: 2012-06-13; 接受日期: 2012-08-10 基金项目: 国家自然科学基金重点项目(30930005) ? 通讯作者 Author for correspondence. E-mail: guold@https://www.doczj.com/doc/1910878779.html, 中国微生物物种多样性研究进展 郭良栋* (中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室, 北京 100101) 摘要: 微生物是分布最为广泛的生命形式, 几乎分布到地球上的所有生境, 具有丰富的物种多样性。我国地域辽阔, 跨越热带至寒温带, 气候条件多样, 地理环境与生态系统类型复杂, 是世界上生物多样性最丰富的国家之一。我国已开展了大量微生物多样性研究, 并证实我国多样的生境蕴藏着丰富的微生物物种多样性。目前我国已报道真核微生物(菌物)约14,700种, 其中包括真菌约14,060种、卵菌约300种、黏菌约340种, 而真菌中有药用菌473种、食用菌966个分类单元。特别是近年来通过免培养的分子生物学技术发现我国存在丰富的原核微生物多样性。本文概述了传统方法和现代分子生物学技术在我国原核微生物(古菌、细菌)和真核微生物(真菌、卵菌、黏菌)物种多样性研究的最新进展。 关键词: 真核微生物, 原核微生物, 物种多样性, 培养方法, 分子技术 Progress of microbial species diversity research in China Liangdong Guo * State Key Laboratory of Mycology, Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101 Abstract: Microbes with rich species and genetic diversity are widely distributed throughout various habitats in the world. China possesses a variety of climate zones, geographic environments, and complex ecosystems, which play a large role shaping the complex biodiversity of this country. Microbial diversity has been widely studied and well documented by Chinese scientists. For example, a total of ca. 14,700 eukaryotic microbe species have been recorded, including ca. 14,060 fungi, ca. 300 oomycetes, and ca. 340 slime molds. Within the Fungi, there have been 473 medicinal fungal species and 966 edible fungal taxa recorded. However, re-cent studies have documented much high species diversity of prokaryotic microbes using molecular tech-niques, which have greatly promoted the study level of microbial diversity in China. This review paper sum-marizes recent research progress of microbial (i.e., archaea, bacteria, fungi, oomycetes, and slime molds) di-versity in China based on traditional and molecular techniques. Key words: eukaryotic microbe, prokaryotic microbe, species diversity, cultivation method, molecular technique 微生物是分布最为广泛的生命形式, 几乎分布到地球上的所有生境, 可利用各种有机化合物、无机盐等作为能源, 在有氧或无氧条件下, 在寒冷的极地、高达100℃的热泉或高盐碱度等极端环境中生活。微生物具有丰富的物种和遗传多样性, 并以高度的变异性适应不同的生境。作为生态系统中的重要组分, 微生物在自然界的物质与能量循环、生态系统的演替以及生物多样性的维持中发挥重要的生态功能。微生物与人类的生活休戚相关, 在直 接或间接地为人类提供了极其丰富的物质资源的同时, 也为人类带来了巨大危害。 Woese 和Fox(1977)以核糖体RNA(rRNA)的小亚基(原核生物的16S 、真核生物的18S 基因)序列为依据, 提出了独立于真细菌(Eubacteria)和真核生物(Urkaryotes)之外的第三种生命形式——古菌(Archaea), 认为它和真核生物以及真细菌是从一个具有原始遗传机制的共同祖先分别进化而来。随后Woese 等(1990)提出了三域(Domain)分类系统, 将

生物多样性减少的原因及其保护对策

试论生物多样性减少的原因及其保护对策 摘要:本文概述了生物多样性的概念、含义、意义和现状。指出了生物多样性减少的主要原因,涉及自然、人为及制度原因,其中人为原因主要包括:生境丧失、生物资源过度开发、环境污染、外来物种入侵。并结合我国实际情况,提出相关保护对策,如在制度方面:建立、完善自然保护区制度和制定自然保护区法、建立外来物种管理法规体系;在保护中持续利用生物资源;加强国际合作与行动,以此促进我国生物多样性保护工作。 关键词:生物多样性原因可持续利用保护对策 一.生物多样性概述 (一)生物多样性的概念、含义 所有来源的形形色色生物体,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。1994年我国政府制订并公布的《中华人民共和国生物多样性保护行动计划》对生物多样性作如下概念:所谓生物多样性就是地球上所有的生物、植物、动物和微生物及其所构成的综合体。具体的说,生物多样性包含三层含义,即遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性。三者之间既有区别又有联系。遗传多样性是指某个物种内个体的变异性;物种多样性是指地球上生命有机体的多样性;生态系统多样性是指生物圈内生境、生态群落和生态过程的多样性以及生态系统内生境差异、生态过程变化的多样性。三者之中生态系统多样性是基础,而物种多样性是关键,遗传多样性含有的潜在价值最大。 (二)我国生物多样性现状 我国在1987年公布的《中国珍稀濒危保护植物名录》第一期中,公布的濒危种类有121种,受威胁的158种,稀有的110种,共计389种,其中一类保护植物8种、二类的157种、三类的22种。另据中国红皮书的估计显示,超过1/10即500多种脊椎动物物种和15%—20%即400—500种高等植物已经受到威胁。而我国对境内的物种及其数量尚无确切的统计数字,尤其对濒危物种的调查尚不全面。出现的问题是有些国家未列入濒危物种名录的物种面临生存威胁,有的甚至濒临灭绝,而另一些则由于人为的保护、繁育、利用而使种群数量有所增减,因而有必要调整其保护级别或划出、划入保护之列,尤其值得一提的是药用动植物,如黄草,急待保护。 二.生物多样性损失的主要原因 生物多样性的丧失,既有自然发生的,也有因自然发生的,但就目前而言,人类活动无疑是生物多样性的损失的最主要原因。此外制度特别是法律制度的不健全,则是引起损失的另一主要原因。 (一)自然原因 物种的形成与灭绝是一种自然过程,化石记录表明,多数物种的限定寿命平均为100—1000万年。其二是物种对环境的适应能力或变异性、适应性比较差,在环境发生较大变化时难以适应,因此而面临灭绝的危险。如大熊猫,其濒危的原因除气候变化和人类活动以外,与其本身食性狭窄、生

生物多样性保护规划方法研究进展

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生物多样性保护规划方法研究进展 作者:曲艺, 栾晓峰, 倪宏伟, QU Yi, LUAN Xiao-feng, NI Hong-wei 作者单位:曲艺,倪宏伟,QU Yi,NI Hong-wei(黑龙江省科学院自然与生态研究所,哈尔滨,150040), 栾晓峰,LUAN Xiao-feng(北京林业大学自然保护区学院,北京,100083) 刊名: 黑龙江科学 英文刊名:HEILONGJIANG SCIENCE 年,卷(期):2013,4(9) 参考文献(14条) 1.Myers N;Mittermeier RA;Mittermeier CG Biodiversity hotspots for conservation priorities[外文期刊] 2000(6772) 2.Knight AT;Smith R J;Cowling RM Improving the key biodiversity areas approach for effective conservation planning [外文期刊] 2007(03) 3.马克平;钱迎倩;王晨生物多样性研究的现状与发展趋势 1995(01) 4.Global biodiversity outlook(Edition 2) 2006 5.Margules CR;Pressey RL Systematic conservation planning[外文期刊] 2000(6783) 6.Heller NE;Zavaleta ES Biodiversity management in the face of climate change:A review of 22 years of recommendations[外文期刊] 2009(01) 7.Frankel OH;Soule' ME Conservation and Evolution 1981 8.Nina-Masie EL A Systems Approach to Biodiversity Conservation Planning 1998(2-3) 9.徐海根自然保护区生态安全设计的理论与方法 2000 10.Chardon JP;Adriaensen F;Matthysen E Incorporating landscape elements into a connectivity meaaure:a case study for the speckled wood butterfly(Pararge aegeria L.) 2003(18) 11.Pressey RL;Cowling RM;Rouget M Formulating conservation targets for biodiversity pattern and procese in the Cape Floristic Region,South Africa 2003(1-2) 12.Cowling RM;Pressey RL;Rouget M A conservation plan for a global biodiversity hotspot-the Cape Floristic Region,South Africa 2003(1-2) 13.舒俭民;王家骥;高吉喜雅鲁藏布江中部地区生物多样性保护规划 1997(02) 14.俞孔坚;李迪华;段铁武生物多样性保护的景观规划途径[期刊论文]-生物多样性 1998(03) 引用本文格式:曲艺.栾晓峰.倪宏伟.QU Yi.LUAN Xiao-feng.NI Hong-wei生物多样性保护规划方法研究进展[期刊论文]-黑龙江科学 2013(9)

气候变化对森林生态系统的影响及研究对策.

第19 卷第1 期中国农业气象1998 年 2 月 气候变化对森林生态系统的影响及研究对策 肖扬郭晋平 田双宝 薛俊杰 (山西农业大学,太谷030801 (太原市林业局 (山西农业大学 摘要在系统地分析和讨论全球气候变化背景的基础上,全面介绍了我国近 年来气候变化研 究方面的主要成果,探讨了我国未来气候变化的可能情景,重点分析了气候变化 对森林生态系统初级生产力、地理分布格局、组成结构和生物多样性、以及生态脆弱带和特殊生态系统等几方面的影响,讨论了各方面的研究现状、主要结论和发展趋势,指出了今后研究中需要重点解决的关键问题,并提出了为解决这些问题应采取的研究对策和重点研究领域。 关键词: 气候变化;森林生态系统;研究对策气候变化及其对全球生态系统和人类生存环境的影响,已经成为举世关注的重大科学问题。森林是陆地生态系统的主体,对维持生物圈的稳定,维护全球生命支持系统的功能具有举足轻重的作用。研究气候变化对森林生态系统的影响,研究在未来气候变化的挑战面前林业和森林 资源管理的对策,对保护生态环境和生物多样性,实现森林资源可持续利用都具有极为深远的意义。1 全球气候变化背景 工业化以来,由于大量化石燃料的燃烧、不合理的土地利用、森林的大面积砍 伐等人类活动,导致大气中“温室气体”浓度急剧增加,使全球气候在自然变率以外获

得一个额外的增温,并将进一步导致全球环境及生态系统的变化。据政府间气候变 化委员会(IPCC 1 990年公布的研究结果,按照现有大气二氧化碳浓度增长速率,到2060年,大气二氧化碳浓度将比工业化前增加一倍;大气二氧化碳浓度倍增将使下世 纪末全球平均气温上升3C (1.5~45C ,降水增加3%~ 15%;其中陆地升温速率比海洋快,北半球高 纬度地区的升温比全球平均快。各区域变化规模和速率差异很大。由于海洋热膨胀和大陆冰的融化,全球海平面平均升高速率将达到6c m 10年(3~10c m 10年预计2030年全球海平面平均上升20c m ,到下世纪末上升65c m [15,16]。2 中国气候变化2.1 中国古气候变迁特征 中国气候变化是全球气候变化的区域表现。从气候变迁的历史背景来看,现代 气候处于第四纪大冰期的一个亚间冰期2冰后期。研究表明,在较大时间尺度上,气候表现出暖湿2干冷为特征的波动式变化过程。但变化速率相对来说是缓慢的,过 去1万年以来年均温变幅在±3C以内,过去3000年以来的温度变幅为1~2C。全国各区域气候变化细节不同,但变化趋势和特征基本一致。目前处于自1700年代(小冰期1550~1850年以来的波动式转暖过程中②。变化趋势与同期全球气 02?吆王开发.根据抱粉分析推断1万年来的气候变迁.全国第四纪学术会议 文件.1979 国家自然科学基金资助项目(39600115 第一作者简介:肖扬,男,1947年生,大学,副教授收稿日期:1997-01-06候变化趋势一致,但位相不同[11]。 2.2 中国近百年的气候变化

气候变化概况及成因

气候变化概况及成因 --------------《大气环境学》专题报告 曾华化学化工学院 151130004 摘要:工业革命以来,人类活动对自然的影响越来越大,随着温室气体的不断 排放,全球气候变暖问题已经日渐突出,由自然活动正常调配的气温,逐渐受人类活动的影响越来越大,20世纪暖期可能成为千年来最强的暖期,与此同时其他气候要素,如降雨等,都受到或大或小的影响,全球气候变化极大的影响了地球环境,不得不引起我们的重视。 1.概况 工业革命以来,全球气温随逐年有波动,但总体呈上升趋势,导致后期的冷年相对于之前的暖期,平均气温也有提升,冰川消融加快,等温线向高纬度高海拔地区位移,植物开花期提前等都从一定程度佐证了气候变暖的事实。降雨量虽无明显的提升,但降雨的时空间分布已有较大改变,与此同时,统计数据显示,虽然有些地区的降雨量有下降趋势,但全球总体降雨量仍呈现上升的趋势,其它气候状况也有改变,如厄尔尼洛现象异常增加,热浪增加等等都是气候变化的表现。全球气温升高,降雨增加,已经成为气候变化的主要表现。其成因复杂多变,但人类活动的影响无疑是其中重要的一环,各种温室气体的含量从工业革命以来大量增加则是这一现象背后极为影响深远的一个因素。 2.气温升高 2.1气温升高的表现 气温的下降、回收和波动本是自然的正常过程,在近千年的气温变化中有着明显的由暖到冷再回暖的过程,在近百年的尺度中也有着类似的过程,而从20世纪末到现在似乎正处在这样一个气温回收的阶段,我们无法肯定这样的过程究竟是自然起主导作用还是人类活动引导着这一过程的发生,但我们了解到这一过程似乎有着更为显著的特征,以至于我们认为这一次回暖或许是近千年来最强的,包括: 1.根据仪器观测,全球平均气温20世纪上升了0.6℃,21 世纪初的5 a 又 上升了0.1℃。 2.对1700种生物的研究发现,在20世纪后半叶,每10 a 向极区扩展6 km, 向高山抬升6 m,为1950-1995 年地面等温线扩展速度的2 倍。如果只分 析最近30 a(1975-2005年),等温线扩展的速度达到40 km/10 a。 3.2003年8月11日,瑞士格罗诺镇录得41.5℃,破139年来的记录。

生物多样性演化及其影响因素

第三章生物多样性演化及其影响因素 教学大纲 一、生物多样性的演化; 1.物种; 2.物种的形成; 二、影响生物多样性演化的因素; 1.地质年代(Geological age); 2.生物进化(Bio-Evolution); 3.地球板块运动(Plate movement); 4.青藏高原(Qinghai-Tibet Plateau)。 一、物种: 1、每一个物种由它不变的本质形成特征,并通过一个明显的非连续性与其他物种分开。 2、物种完全是人为的,是存在于生物学家脑子里的具有相同名称的生物集合体,不是自我组织及在自然界发生的真实实体。 3、具有不变性状的生物与其他具有非常相近结构的生物一起构成一个物种(达尔文)。 4、生物学物种概念 A 、一个杂交集群,是有性生殖的(Poulton ); B 、靠血缘关系联接的个体在一个区域中形成一个单独的动物区系的单位; C 、物种是实际的或者潜在的杂交自然种群的类群(Mayr, 1942 ); D 、物种是在自然界中占据特殊生态位的种群的一个生殖集群(Mayr, 1982 );

3.1.1物种的特征 1、真实性; 2、非连续性; 3、生殖属性与形型属性; 3.1.2 隔离机制与物种形成 一、物种形成机制; 隔离机制:Dobzhansky (1987)创造了隔离机制,根据他的观点,有一套重要的分布和表型的生物性状,这些性状能区分开两个不同的物种,它们在生殖上相互隔离。 Mayr与Dobzhansky都认为地理隔离导致生殖隔离,后者反过来导致两个新近分衍的物种之间一般表型分异的巩固和进一步发展; 二、物种形成模型 A、异域物种形成:物种形成主要源于地理隔离的初始原动力; A…、同域物种形成:物种的形成主要源于生殖隔离,而生殖断裂产生于生物之间的常规接触部分。 B、跳跃模式:物种形成不受自然选择的影响; B?、趋异模式:隔离阻障以一种连续的方式(不必很慢)进化,伴随着一些自然选择的形式,或者直接或间接作为导致生殖隔离的动力,即此物种形成模式因为自然选择而发生。 3.1.3 物种演化与生物多样性演化 一、物种暴发式形成 见幻灯 四、物种灭绝 3.2 Four Impact factors

国内外关于气候变化对水的影响的研究进展_张建云

第40卷第8期 2009年4月     人 民 长 江 Y a n g t z e R i v e r     V o l .40,N o .8 A p r .,2009 收稿日期:2009-03-20基金项目:水利部公益性行业重大专项(200801001)和现代水电科技创新项目(X D S 2008-01)联合资助作者简介:张建云,男,南京水利科学研究院水文水资源研究所,教授,博士。 文章编号:1001-4179(2009)08-0039-03 国内外关于气候变化对水的影响的研究进展 张建云 1,2  王国庆 1,2  刘九夫 1,2  贺瑞敏 1,2 (1.南京水利科学研究院水文水资源研究所,江苏南京210029; 2.水利部应对气候变化研究中心,江苏南京210029) 摘要:简要介绍了由W M O 、U N E S C O 、U N D P 和I A H S 等一些国际组织发起并推动开展的气候变化国际合作研究 计划和我国自20世纪90年代以来先后开展实施的国家科技攻关计划等重大气候变化研究项目的基本情况。综述了气候变化的事实、情景及其对水利的影响评价等方面的研究成果。最后,针对目前我国水利的实际情况,指出“十二五”期间应在8个方面进一步加强对气候变化的研究。关 键 词:气候变化;水文水资源;影响;进展中图分类号:T V 21 文献标识码:A 以全球变暖为主要特征的气候变化及其影响已是不争的科学事实,气候变化问题业已成为各国政府和专家关心的全球性 问题之一。中国对气候变化问题给予了高度重视,成立了国家气候变化对策协调机构,并根据国家可持续发展战略的要求,采取了一系列与应对气候变化相关的政策和措施。 气候变化将改变全球水文循环的现状,引起水资源在时空上的重新分配,并对降水、蒸发、径流、土壤湿度等造成直接影响。深入研究气候变化对水的影响可为水资源的合理开发及可持续利用、经济社会的可持续发展提供科学依据。 1 开展的科学研究工作 气候变化已经成为国际社会公认的最主要的全球性环境问题之一。为了推动对全球气候变化潜在影响的研究,世界气象组织(W M O )、联合国科教文组织(U N E S C O )、联合国环境署(U N E P )、联合国发展署(U N D P )和国际水文科学协会(I A H S )等一些国际组织积极发起并推动开展了国际合作研究,制定、实施了一些相应的研究计划,如世界气候计划(WC P )、全球能量水循环试验(G E WE X )、国际地球生物圈计划(I G B P )、国际水文计划(I H P )等。I P C C (联合国政府间气候变化委员会)1988年由联合国环境计划署及世界气象组织共同组建,其任务主要是为政府决策者提供气候变化的事实和对未来气候的可能变化作出预测,以使决策者认识人类对气候系统造成的危害并采取对策。I P C C 定期开展以下3个方面的工作:①评价已有的气候变化的科学信息;②评价气候变化产生的环境及社会经济影响;③制定对策。到目前为止,I P C C 共完成了4次评估报告,并分别于1991、1996、2001年和2007年发布。其中,第2工作组完成的评估报告汇总了全球范围内气候变化的影响、适应性和脆弱性等方面的最新研究成果。I P C C 评估报告不仅为各国承担温室气体减排义务提供了科学信息,而且也为指导各国采取适应气候变化的对策提出了建议[1]。 美国国家研究协会于1977年就组织讨论了气候、气候变化和供水之间的相互关系和影响。世界气象组织(WM O )1985年出版了气候变化对水文水资源影响的综述报告,并推荐了一些检验和评价方法,随后又给出了水文水资源系统对气候变化的敏感度分析报告。国际水文科协(I A H S )1987年在第十九届国际I U G G 大会中举办了“气候变化和气候波动对水文水资源影响”的专题学术讨论会。20世纪90年代以来,气候变化对水文水资源的影响研究工作广泛展开,1990年出版的《气候变化与美国水资源》一书系统地总结了当时气候变化对水文水资源影响研究的方法、内容和成果。1991年第二十届I U G G 大会水文科学组的主题便是探讨土壤—大气之间相互作用的水文过程。1993年,以气候变化、大气圈和水圈的相互作用和影响、大尺度气候和水文模拟技术为主题,在日本召开了第六届国际气象和大气物理学协会与第四届国际水文科学协会(I A M A P -I A H S)联合大会。进入21世纪,气候变化成为各种国际会议的主要议题。例如,2004年在巴西召开的I A H S 大会中就包括了气候变化对水文水资源的影响讨论专题。2006年在北京召开了地球系统科学联盟(E S S P )和全球水系统计划(G W S P )联合会议,其中第4主题讨论的就是气候变化对海岸带、陆地河流的影响。在墨西哥举办的第四届世界水论坛和2007年在意大利召开的I U G G 国际大会中都讨论了气候变化对水文水资源的影响研究的科学问题[2]。同年8月,世界气候研究计划(Wo r l dC l i m a t e R e s e a r c h P r o g r a m m e )在西班牙巴塞罗那举行了季节预测研讨会,对季节气候预测方法、精度展开了激烈讨论。 我国在气候变化影响方面的研究始于20世纪80年代中后期。1988年在中国科学院及中国自然科学基金支持下,开展了“中国气候与海面变化及其趋势和影响研究”。该项目包括4个方面的研究内容:中国历史气候变化、中国海面变化、全球气候变暖和气候变化对西北、华北水资源的影响。在“八五”、“九五”和“十五”科技攻关项目中均相继设立了气候变化影响专

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