生物多样性和生态系统功能对全球变化的响应与适应:进展与展望*

  人类活动引起的土地利用/覆盖变化、气候变化、大气CO2浓度增高和氮沉降加剧等使得生物有机体的性状、种间关系、分布格局与生物多样性发生改变,进而影响生态系统过程和功能,并最终影响人类的生存和社会经济的可持续发展。应用全球变化实验结合环境梯度研究方法,我们已经就我国主要的森林生态系统和草地生态系统对全球变化的响应与适应作了初步研究。基于已开展的实验研究和数据积累,以协同研究为主要手段,结合我国独特的自然条件,今后将加强以下四个方面工作:①开展长期的多因子实验;②构建动态物种分布模拟体系;③构建数据模型融合系统;④生态系统对全球变化的区域响应和适应性的集成分析。     

青藏高原生态变化

青藏高原是全球平均海拔最高的自然地理单元.近几十年乃至上百年来,在气候变化和人类活动双重影响下,青藏高原生态系统的结构和功能以及重要物种的种群数量和结构均发生了深刻的变化.近几十年的研究表明:青藏高原植被返青期提前,生长期延长,覆盖度和生产力增加,碳汇功能增强,青藏高原植被总体趋于向好,局部变差.气候变化是高原生态系统变化的主控因子,气候变暖对青藏高原生态系统的影响是正面的,但这种影响仍存在时间和空间上的不平衡性,尤其是降水在时间和空间上的变化对干旱和半干旱地区植被产生较大影响,在干旱的年份叠加人类放牧活动等会导致这些区域,尤其是青藏高原西部地区植被产生严重的退化,但随着青藏高原生态安全屏障保护与建设工程的实施,高原生态系统退化的态势得到了进一步遏制,人类对高原特有珍稀植物资源,如虫草、雪莲和胡黄连的过度采收以及对野牦牛、藏羚羊和藏野驴的盗猎等现象得到近一步缓解,近期高原的野牦牛、藏羚羊和藏野驴的种群数量得到恢复.青藏高原的隆起不仅对本区而且对其毗邻地区的气候与环境都产生着深刻的影响,其生态系统对全球变化的响应与影响研究具有特殊重要的地位,今后迫切需要加强生态系统结构和功能变化的地面监测和遥感技术的应用,加大大型生态保护工程建设的实施力度,整体提高高原地区应对全球变化的能力.     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明:近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段.尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识.以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究简

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明：近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段. 尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识. 以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.     

水循环地质演变研究的重要性

<正>水是维持地球生物多样性和生态系统健康的根本保障,更是地球表层系统机体运作的“血液”.当今全球变暖背景下,与水循环变化密切相关的干旱、森林大火和洪涝等极端灾害天气频发,以及海平面上升、海洋热浪与酸化等全球性生态危机问题日益突出,深刻影响了全球生态系统健康和人类社会的可持续发展.政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)第6次评估报告中,     

入侵生态学最新研究动态

生物入侵是生态学研究的热点问题.近年来,诸多研究在入侵机理及入侵后效等方面取得一系列进展.在全球变化背景下,外来生物凸显出形式更为多样的入侵过程并为入侵生态学带来新的挑战.本文紧扣生物入侵的发生机理、途径及其生态学后效等关键问题,从入侵机制、生物入侵对生态系统及人类健康的影响、全球变化下的入侵响应等方面介绍了入侵生态学近期取得的最新进展;指出在入侵生态学未来的研究中,生物入侵与人类健康、全球变化下的入侵态势、水域生态系统中的外来生物入侵等问题将会引起更大重视.     

“亚洲水塔”的近期湖泊变化及气候响应:进展、问题与展望

青藏高原分布的众多封闭湖泊是"亚洲水塔"的重要组成部分.最近几十年,青藏高原的升温速率是全球平均升温速率的2倍,并且呈现了明显的降水增长.作为中低纬度分布的最大冰冻圈系统,青藏高原的气温和降水变化对湖泊变化产生了深刻的影响.湖泊水量和盐度变化是气候变化下湖泊水量平衡形成的结果,是定量反映气候变化影响程度的重要指标,而变化的时空特征可能反映了西风季风环流对地表水循环的影响.湖泊水体的物理化学参数是影响湖泊生态系统的重要因素,其在气候变化下的改变深刻地影响着湖泊生态系统的组成与变化趋势.本文基于大量的青藏高原湖泊面积、水位、水量、水体物理化学参数与气候变化关系研究的分析,梳理了青藏高原湖泊变化对气候变化响应的研究进展,提出了第二次青藏高原综合科学考察研究任务中湖泊考察研究的主要目标和内容.     

北冰洋海洋酸化和碳循环的研究进展

海洋响应大气CO_2升高,引起海水pH和碳酸钙饱和度下降,这一过程称为海洋酸化.海洋酸化可能会对海洋生物和生态系统造成严重危害.在过去的20年中,全球气候变化引起北冰洋发生一系列快速变化,包括:海表温度上升、海冰快速后退、太平洋入流水增多、北冰洋和大气环流异常、淡水储量增加、初级生产力变异等.全球气候变化所诱发的北极快速变化预计将放大北冰洋海洋酸化,通过CO_2吸收和碳输送,北冰洋在响应气候变化较其他大洋更快速和显著.本文以北冰洋近岸碳吸收和碳封存研究,海盆区域表层海水p CO_2变异机理研究,20年来西北冰洋的酸化水体扩张现象为主线,综述了北冰洋快速融冰背景下的区域碳循环研究进展,并分析了其酸化水体增长与过去20年的环境和气候变化之间的联系.     

地球变暖改变了什么

在过去100年里,全球气温平均上升了大约0.74℃.这种气温变化看起来微不足道,但它的发生却十分迅速.据政府间气候变化专门委员会称,这一气温变化有50％以上是1979年之后发生的. 尽管要想弄清楚气候变化对某一特定气象事件产生了多大影响仍然很困难,但变化却正在发生. 改变动物繁殖期 随着气温的改变,企鹅的繁殖期也正在发生变化.2012年3月的一项调查发现,巴布亚企鹅正在迅速适应更为温暖的天气,因为它们不像其他动物那样依赖于海冰进行繁殖.对气候变化作出响应的似乎不只是企鹅.美国动物收容机构提供的一份报告称,有越来越多的流浪猫拥有较长的繁殖期.     

一个土壤-植被-大气双向耦合模式的发展及应用

发展了一个土壤-植被-大气双向耦合模式,并将其应用于东亚气候-植被敏感区的变化研究.这一模式克服了传统模式由于单向耦合带来的模式不确定性和系统误差,能够更好地刻画气候与生态系统的双向反馈过程及其变化.本模式对东亚气候-植被在两倍CO2条件下的变化研究表明,华北和西北地区内陆的气候将变得温暖干燥,江淮和长江中、下游以南地区将更为温暖湿润.植被对气候变化的响应在北方地区最为剧烈,其对气候的反馈也最为明显,表明该地区是气候-植被变化的敏感区域.温室效应造成的气候变化使华北地区自然植被生态系统退化,其对气候的同步反馈进一步加剧了温室气体的增暖效应.自北向南植被-气候变化的敏感性逐渐降低,反映在植被和气候的相互反馈和影响随纬度降低而逐渐减弱.     

整合分析(Meta-analysis)方法及其在全球变化中的应用研究

整合分析是一种专门对单个研究进行统计综合、找出普遍结论并发现差异的定量研究方法. 自20世纪90年代初引入生态和进化生物学以来, 得到了迅速的发展. 随着对全球变化问题的日益关注, 近年来该方法在全球气候变化研究中也开始得到广泛的应用. 介绍了整合分析方法的原理、步骤和优缺点, 并综述了其在气候变化研究中的应用, 包括生态系统对CO₂ 浓度升高和全球变暖的响应、生态系统对O₃的响应、土地利用和管理对气候变化的影响及干扰对生态系统生物地球化学循环的影响等方面. 尽管整合分析存在一些不足和风险, 但仍然优于传统的文献综述方法. 整合分析中的一些方法如累计整合分析、敏感性分析等仍未在全球气候变化中得到应用; 需要定期对某一主题的整合分析进行更新; 全球气候变化研究中尤其要重视交互作用的影响和长期实验. 因此, 整合分析在全球气候变化研究中仍有很大潜力, 它能在更大的时空尺度上回答单个研究无法完全回答的问题. 中国科研工作者在气候变化方面进行了大量的实验, 建立了研究和观测网络, 积累了大量的原始数据和实验结果, 迫切需要应用整合分析将这些研究进行集成, 从而为政府部门应对气候变化的决策提供科学依据. 可以预料整合分析将在中国的全球气候变化研究中得到更多的应用和发展.     

末次冰盛期以来我国气候环境变化及人类适应

该项目以末次冰盛期以来我国气候环境变化及人类适应为主攻目标,通过多种高精度地质-生物记录的研究,在全球温度变化对季风的影响、全球增温与我国干旱-半干旱区环境、自然和人为因素在环境变化中的作用等方面取得一批新进展.这些成果不仅涉及轨道和亚轨道尺度的亚洲季风动力学、生态系统对气候变化的响应机理和大气温室气体浓度变化的控制因素等古气候学基础前沿问题,而且对气候变化影响评估具参考价值.     

全球沙化的生物学反馈

下一世纪全球气候很可能发生变化,陆地植被将出现大规模调整.热带地区特别是亚马逊流域的森林砍伐,会使"温室效应"进一步加剧.有人预测,在大气CO_2倍增引起气候变化期间,世界沙漠面积将扩展17%.任何土地干化都会造成生物圈生产力的破坏.沙化的概念尚不明确.几百年来即是干旱的地区,到现在还受人类攫取,也不能说成"沙化".历史资料表明,自然气候模式存在旱期和雨期的循环过程.旱期的农业生产力丧失及相应的社会经济瓦解,也不要看成沙化,除非生态景观发生很大变化,在潮湿时期也不能完全恢复.旱地生态系统功能的长期变化,通常主要原因是人类直接干预,而不是气候影响.     

中国陆地生态系统增汇潜力研究展望

碳达峰与碳中和已经成为全球气候治理和生态文明建设的重大需求.厘清陆地生态系统增汇潜力不仅对准确预估未来气候变化对陆地生态系统的影响至关重要,更是人类制定气候变化应对方案的基本前提.本文从陆地生态系统碳储量和碳汇视角,综述了中国森林、灌丛、草原、农田和湿地等主要陆地生态系统碳储量、中国陆地生态系统碳汇及其对不同气候变化情景和人类活动的响应,发现中国陆地生态系统碳储量和碳汇的评价结果因不同的研究方法和资料差异较大,需要不断完善陆地生态系统碳储量和碳汇的评估方法并基于最新资料不断更新评估结果.文章进一步指出,现有研究对未来不同时期、不同排放情景下中国陆地生态系统的碳汇功能,尤其是同一区域不同国家重大生态工程增汇潜力的整合研究仍不足,对氮沉降及其与气候变化、大气CO₂浓度变化协同作用的影响,特别是对国家重大生态工程增汇潜力影响的研究仍不够,还没有开展中国陆地生态系统增汇的气候变化风险研究.据此,本文指出,未来中国陆地生态系统增汇研究需要重视国家重大生态工程增汇潜力及其风险评价,重点关注高度空间异质性的区域陆地生态系统碳收支模拟技术和不同气候变化情景下气象资料获取技术的发展...     

青藏高原高寒草地生态系统变化的归因分析

高寒草地生态系统是青藏高原主要生态系统类型之一,其结构和功能对全球变化敏感.过去几十年,随着气候变化与人类活动加剧,高寒草地生态系统结构和功能发生了巨大变化,然而其变化的自然及人为相对贡献率存在较大争议.本研究基于优化的模型差值法评估了1990～2013年青藏高原高寒草地变化的人为相对贡献率.研究结果表明,这一时期青藏高原高寒草地生产力显著增加,人类活动主导了草地生态系统净初级生产力的变化,人为相对贡献率达到74.0%,人类活动主导草地生产力增加的面积占比大于主导草地生产力减少的面积占比,青藏高原草地可能已由过度利用转变为适度保护,但其特征呈现复杂性. 2000年后人类活动影响急剧增强,表明同期实施的大型生态恢复工程可能增加了高寒草地生产力.空间结果表明,两个时期相比有36.7%的草地生产力变化由气候变化主导转为人类活动主导,其中主导草地生产力减少是增加的两倍以上.随着我国生态文明建设的不断推进,青藏高原高寒草地生态功能总体上开始呈恢复趋势,但人类活动主导草地生产力减少的区域也在增加,该区域可能已趋于人地关系发生转变的临界点.因此,退化草地的恢复与治理仍是青藏高原生态安全屏障建设的重要支点,青藏高原草地适应性管理已刻不容缓.     

从古气候变动的角度谈地球暖化

地球温暖化对环境的影响,姑且不论其评价的真伪,但其作为对人类命运有重大影响的问题,已引起全球舆论的关注,因二氧化碳所造成的地球温暖化问题令人十分棘手,在这里人类本身既是祸首亦是受害者。现在只是耸人听闻地提出了这一问题,而尚无确凿的关于此方面的科学根据。从研究气候变迁的角度来看“只有在掌握弄清了过去的气候变动原因的基础上才有可能预测未来的气候。“人们担心二氧化碳浓度的增加,会引起气候的温暖化。     

气候变化下的深海世界

深海吸收了大量的热量和二氧化碳,是应对气候变化的重要缓冲,但在水温升高、海洋酸化、脱氧作用和粮食投入改变的联合压力下,海洋的生态系统十分脆弱。由此引起的变化可能会威胁到海洋的生物多样性,危害海洋的关键功能,不利于保持健康的地球生态和人类生活。目前,针对将发生的深海物理和生态反馈的理解还远远不够。明确承认深海能减缓气候变化并将其纳入联合国气候变化框架公约(UNFCCC)的规划,有助于发展深海研究和观测,保护深海生态系统的完整性和功能。     

封面说明

全球变化与人类活动的关系是近年来科学界广为关注的问题.在关键区域开展过去的几千年气候变化与人类活动的历史相似型研究,对于理解人类适应环境变化的方式与机理等意义重大.在气候相对温暖湿润的全新世早中期,     

全球变化研究十年新进展

在简述国际全球变化研究计划体系的基础上,从全球气候变化研究、全球生态系统变化（地图和生物圈变化）研究、全球变化对人类的影响研究、人类减缓全球变化的策略研究等４个方面概括总结了国际全球变化研究的若干重要进展,并涉及到了我国在有关领域的研究情况,最后特别指出了全球变化科学是可持续发展的科学依据,全球变化科学研究在人类的发展观从工业文明的发展观向生态文明的发展观的转变中、在环境安全保护与环境外交中都具有     

青藏高原植物物候的变化及其影响

植物物候是植物生活史的周期性循环事件。在气候变化和人类活动的影响下,青藏高原植物物候发生了显著的变化。近年来,青藏高原的物候初始期变化总体表现为返青期和初花期提前、枯黄期推迟的趋势,而果实期则保持相对稳定;增温延长了生长季,主要是通过延长开花等繁殖物候而实现的。青藏高原的物候变化主要受温度、水分和放牧的驱动,暖湿化和适度放牧有利于植物提前或延长物候期,而暖干化则延迟或缩短物候期。物候变化对植物种群、群落、生态系统、农牧区生产以及旅游业(如赏花节)等都会产生显著的影响。然而,目前青藏高原植物物候研究仍然十分缺乏,尤其是物候变化对生态系统结构和功能的影响研究更少。针对当前青藏高原物候研究存在的问题给出了一些建议:在未来的研究中应该尽可能从生理尺度到生态系统尺度的不同视角来研究气候变化和人类活动对物候的影响,以及物候变化对生态系统结构和功能的反馈。