恢復(fù)生態(tài)學(xué)-第十三章-全球變化與響應(yīng)對(duì)策

1、第十三章 全球變化及響應(yīng)對(duì)策,第一節(jié) 全球變化現(xiàn)象第二節(jié) 全球變化產(chǎn)生的影響第三節(jié) 全球變化的應(yīng)對(duì)策略,第一節(jié) 全球變化現(xiàn)象,一、全球變化的概念(一)、全球變化的定義全球變化(global change)是指地球生態(tài)系統(tǒng)在自然和人為影響下所導(dǎo)致的全球問題及其相互作用下變化的過程；美國的《全球變化研究方案》一書中，將全球變化定義為：“可能改變地球承載能力的全球環(huán)境變化(包括氣候、土地生產(chǎn)力、海洋和其他水資源、大氣化學(xué)以

2、及生態(tài)系統(tǒng)的改變)”。,引起全球變化的根本原因：全球性人口的增長，也包括人類對(duì)大自然的盲目開發(fā)和破壞，社會(huì)體制、政策、法律的疏漏和失當(dāng)。Vitousek（1994）研究表明，人類活動(dòng)從以下三個(gè)方面引起全球變化：N循環(huán)的改變土地利用和土地覆蓋的改變大氣二氧化碳濃度的改變,一、全球變化的概念(二)、全球變化的原因,概括地說，目前的全球變化生態(tài)研究是關(guān)于區(qū)域及全球變化趨勢、原因、機(jī)制和效應(yīng)的研究，主要由三個(gè)相互獨(dú)立、相互依存的科學(xué)

3、計(jì)劃組成：以研究氣候系統(tǒng)中物理方面問題為主的世界氣候研究計(jì)劃（World Climate Research Programme，WCRP）以研究地球系統(tǒng)中的生物地球化學(xué)循環(huán)及過程為主的國際地圈生物圈計(jì)劃（International Geosphere and Biosohere Programme，IGBP）以了解導(dǎo)致全球環(huán)境變化的人類因素為主的全球環(huán)境變化的人類因素計(jì)劃（International Human Dimension

4、 of Global Environmental Change Programmem ，IHDP）,一、全球變化的概念(三)、全球變化研究,全球變化研究的目的在于探索由于人類活動(dòng)所引起的全球環(huán)境變化對(duì)人類賴以生存與持續(xù)發(fā)展的陸地生態(tài)系統(tǒng)與人類生存環(huán)境的作用及其反應(yīng)，以期找出應(yīng)對(duì)的科學(xué)策略，最大限度地減小全球變化的不利影響，使地球朝著有利于人類生存與持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。,一、全球變化的概念,(一)土地利用和土地覆蓋的變化對(duì)全球變化研究

5、而言：土地利用變化是指人為土地利用方式的改變，以及反應(yīng)土地利用目的的土地管理意圖土地覆蓋變化是指土地物理或生物覆蓋物發(fā)生的變化，包括生物多樣性的變化、實(shí)際和潛在的初級(jí)生產(chǎn)力的變化、土壤質(zhì)量的變化、徑流與沉積率的變化等。,二、全球變化研究的主要內(nèi)容,(二)生物地球化學(xué)循環(huán)的變化,二、全球變化研究的主要內(nèi)容,過去100多年中，氮、磷、硫等物質(zhì)的生物地化循環(huán)在人類的干擾以及氣候變化的條件下已發(fā)生了顯著的變化。人工固氮加大，超過自然固氮（

6、130Tg）人類活動(dòng)如植物秸稈燃燒、土地利用和濕地排水等都已加速了氮庫的游離，游離的氮均可回到大氣或水域中，影響了水質(zhì)，從而改變局部地區(qū)氮循環(huán)。同樣，人類活動(dòng)也改變了硫、磷的生物地化循環(huán)，產(chǎn)生酸雨以及使水體的富營養(yǎng)化。,,(三)人口增長,二、全球變化研究的主要內(nèi)容,近幾十年來，發(fā)展中國家的人口增長率一般都比發(fā)達(dá)國家高。眾多人口給全球生態(tài)系統(tǒng)施加了巨大壓力，人類活動(dòng)正在改變著世界的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，而且人類工農(nóng)業(yè)活動(dòng)以及對(duì)自然資源的耗費(fèi)將對(duì)全球

7、變化造成巨大的影響，人類正在改變著地球。,,(四)生物多樣性喪失,事實(shí)表明，隨著全球人口的激增、人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的加劇，作為人類生存最重要基礎(chǔ)的生物多樣性也受到最嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。研究表明，物種滅絕的速率是人類干預(yù)出現(xiàn)之前自然速率的1000－10000倍。更為嚴(yán)重的是生物多樣性的喪失是不可逆轉(zhuǎn)的，一個(gè)物種一旦消失，就永遠(yuǎn)不會(huì)再現(xiàn)。,二、全球變化研究的主要內(nèi)容,二、全球變化研究的主要內(nèi)容,(五)大氣成分變化,近半個(gè)多世紀(jì)以來，人類社會(huì)對(duì)能源消耗量越

8、來越大，礦物燃料的大量使用和森林面積的不斷減少，導(dǎo)致大氣中的二氧化碳和甲烷、氧化亞氮和氟氯烴類化合物(CFC)等溫室氣體的濃度明顯升高。,全球主要溫室氣體的變化,熱效應(yīng)， CO2濃度大,全球CO2變化的Keeling曲線,二氧化碳濃度在近200年中增加了25％，年均增加0.5％?，F(xiàn)在的增加速度更快，在美國夏威夷莫納羅亞山的長期觀測記錄證實(shí)了這一點(diǎn)（ Keeling曲線 ）,二、全球變化研究的主要內(nèi)容,工業(yè)燃料燃燒量迅速增加 ；土壤碳庫中

9、碳的分解釋放北美、西歐和前蘇聯(lián)地區(qū)釋放量較大,二、全球變化研究的主要內(nèi)容,(六)全球氣候變化,溫室氣體濃度逐漸升高，將導(dǎo)致氣溫升高，氣候變暖。,1860年到1998年8月全球觀測的溫度結(jié)合全球土地、大氣和海洋表面溫度（相對(duì)于1961年到1990年的平均溫度）,由于全球氣候變暖，水分蒸發(fā)量必然增加，這將導(dǎo)致全球平均降雨量增加，但雨量增加也是不平衡的：高緯度地區(qū)和極地增加幅度較大，且季節(jié)變化較大。在高緯度地區(qū)，因?yàn)楦哒舭l(fā)量土壤水分在夏季

10、將減少，在冬季則增加。中緯度地區(qū)．雨量也有所增加，但由于溫度升高，蒸發(fā)量加大，積雪溶化提早，雨季也提前，故夏季也將更加干燥，土壤水分減少，內(nèi)陸干旱矛盾可能在某些地區(qū)更為突出。雨量增加的地區(qū)性差異和季節(jié)性變化，在某些地區(qū)可能導(dǎo)致嚴(yán)重的洪災(zāi)，但究竟哪些地區(qū)更干旱，哪些地區(qū)發(fā)生澇災(zāi)，尚難以定論。,二、全球變化研究的主要內(nèi)容,1901-1999年間全球年均溫變化值,1901-1999年間全球降水變化值,溫室氣體與氣候變化大氣環(huán)流模型（GC

11、M）預(yù)測的2050年氣溫和降水變化,二、全球變化研究的主要內(nèi)容,CO2濃度增加，溫度1.5－4.5度；10年升高0.3－1度,第二節(jié) 全球變化產(chǎn)生的影響,一、全球變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響(一)二氧化碳增加對(duì)作物生產(chǎn)的影響對(duì)作物光合作用的影響二氧化碳增加，光合作用增強(qiáng)，植物生長加快，植物生產(chǎn)力提高；C3植物（如小麥、水稻、大豆等）對(duì)二氧化碳濃度升高呈較高的正反應(yīng)，但C4植物（如玉米、高粱等）對(duì)二氧化碳濃度增加的反應(yīng)較弱。玉米減產(chǎn)對(duì)

12、作物水分利用效率的影響蒸發(fā)加快和蒸騰減少是否能達(dá)以平衡，干旱區(qū)植物有益，目前尚難以預(yù)料對(duì)作物品質(zhì)的影響二氧化碳濃度的升高可能會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物品質(zhì)的下降。吸收碳增加，氮減少，冬小麥粗蛋白下降12.8％，賴氨酸4％；蟲害加重。,一、全球變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響(二)氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局的影響,溫室效應(yīng)會(huì)使大氣溫度升高，這樣對(duì)熱量有限的地區(qū)來說，可以延長生長季節(jié)；在北半球高緯度地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)因氣候變化而大幅度北移，因熱量不足而分布區(qū)受限

13、的作物的分布北界也會(huì)大幅度北移，山地分布上界會(huì)向上移動(dòng)，這樣中緯度和高緯度地區(qū)的作物布局和面積將會(huì)發(fā)生較大的變化。一些模擬研究表明，在北半球中緯度地區(qū)，若平均氣溫升高1℃，作物的北界一般可以向北移動(dòng)150-200km，而海拔向上移動(dòng)150-200m。作物會(huì)受持續(xù)高溫影響而減產(chǎn)；原先不宜作農(nóng)田的森林和草地開墾，但農(nóng)牧業(yè)總量不穩(wěn)定，生產(chǎn)布局難以預(yù)測。,一、全球變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響(三)氣候變化與農(nóng)業(yè)氣候?yàn)?zāi)害,氣候變暖會(huì)使熱帶風(fēng)暴增強(qiáng)，從

14、而對(duì)低緯度地區(qū)，尤其是海岸線上的農(nóng)業(yè)有重大影響；氣溫升高，大氣熱浪將會(huì)頻繁發(fā)生，從而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，像冬小麥主產(chǎn)區(qū)的干熱風(fēng)可能會(huì)使小麥大幅減產(chǎn)；由于氣溫升高，大氣層中氣流交換增強(qiáng)，大風(fēng)天氣會(huì)增加，風(fēng)暴頻率和強(qiáng)度都會(huì)有所增強(qiáng)，某些區(qū)域（如我國黃土高原地區(qū)）風(fēng)蝕作用導(dǎo)致水土流失會(huì)加劇，從而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；同時(shí)，溫度升高會(huì)使某些要求低溫春化階段的作物受到一定的影響。大氣溫度升高后會(huì)導(dǎo)致土壤耗水量加大，干旱和半干旱地區(qū)耗水量會(huì)更大，旱災(zāi)會(huì)威脅農(nóng)

15、業(yè)的發(fā)展。,一、全球變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響(四)氣候變化與農(nóng)業(yè)病蟲害,全球氣候變暖會(huì)使農(nóng)業(yè)病蟲的分布區(qū)發(fā)生變化：低溫往往限制某些病蟲害的分布范圍，氣溫升高后，這些病蟲害的分布區(qū)可能擴(kuò)大，從而影響農(nóng)作物生長。同時(shí)溫室效應(yīng)還使一些病蟲害的生長季節(jié)加長，使多世代害蟲繁殖代數(shù)增加，一年中危害時(shí)間延長，作物受害可能加重；在溫帶地區(qū)某些病蟲害目前危害程度不大，但如溫度升高，危害會(huì)加重；馬鈴薯枯萎病，均溫4度，15％全球溫度和水分變化還可能導(dǎo)致

16、害蟲種間及它們的天敵種群問相互作用關(guān)系發(fā)生變化。,一、全球變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響(五)、海平面升高對(duì)農(nóng)業(yè)的影響,海平面升高，沿海岸線一些地勢低下的農(nóng)田可能會(huì)被淹沒，同時(shí)會(huì)造成周圍鹽化土壤擴(kuò)展，海潮、海岸侵蝕和海浪災(zāi)害會(huì)加劇。如果海平面升高1 m全球可能會(huì)有11 800萬農(nóng)業(yè)人口的生計(jì)受到災(zāi)害威脅。據(jù)預(yù)測，到2100年海平面平均升高1-1.5 m，埃及會(huì)損失l％土地；而孟加拉國損失最大，可能達(dá)17.5％的土地；另外中國、丹麥可能是農(nóng)業(yè)損

17、失較大的國家。,二、對(duì)土壤的影響(一)全球變化對(duì)土壤C庫和C流的影響全球土壤C庫的組成和分布全球土壤C庫的組成和分布是不均勻的，凍原，濕地；土壤和氣候影響土壤含碳量。碳輸入和輸出？不同生態(tài)系統(tǒng)的界線和面積將有較大的改變，凍原地帶和北方森林帶土壤中C的總量將有明顯減少。氣候變化對(duì)土壤二氧化碳釋放的影響礦化作用，土壤呼吸，全球氣候變暖、平均降水量增加，會(huì)使土壤微生物和土壤動(dòng)物活動(dòng)加劇，土壤呼吸加快，這就必然導(dǎo)致全球土壤C庫釋放二氧

18、化碳速度的加快。土壤中甲烷的產(chǎn)生厭氧條件，碳源；溫度和降雨影響，稻田面積增加，甲烷釋放增加。,二、對(duì)土壤的影響(二)氣候變化對(duì)土壤枯枝落葉分解的影響,氣候變化對(duì)枯枝落葉分解的作用是十分明顯的。全球枯枝落葉的分解速率會(huì)加快。這是由于二氧化碳升高，光合速率提高，生產(chǎn)力增加，輸入到土壤中的枯枝落葉量會(huì)增加，但因溫度效應(yīng)，留存于土壤中的枯枝落葉總量相對(duì)減少，在海拔較高的山地和高緯度地區(qū)，土壤中總枯枝落葉留存量減少更明顯。,二、對(duì)土壤的影響

19、(三)氣候變化對(duì)土壤N動(dòng)態(tài)的影響,氣候變化的情況下，植被覆蓋度、枯枝葉輸入量、土壤條件都會(huì)受到影響，從而影響土壤中有機(jī)質(zhì)的分解和穩(wěn)定，影響N的動(dòng)態(tài)；在氣候變化的情況下，全球土壤有機(jī)N庫貯量也將減少，這同土壤C動(dòng)態(tài)變化相一致。但在不同的生態(tài)系統(tǒng)中，其變化是不平衡的。這同樣是受到土壤有機(jī)質(zhì)輸入和輸出量變化的影響。,二、對(duì)土壤的影響(四)氣候變化對(duì)土壤生物多樣性的影響,在大氣二氧化碳濃度升高、氣候變暖的情況下，地面植被的光合、生物生產(chǎn)的

20、質(zhì)和量要發(fā)生變化，因此，輸入到土壤的有機(jī)物的質(zhì)和量也會(huì)受到影響，從而影響到土壤微生物和土壤動(dòng)物的種類組成；實(shí)驗(yàn)研究表明，土壤微生物群落種類組成與其土壤所含的植物枯枝葉的種類密切相關(guān)，不同的生態(tài)系統(tǒng)類型土壤中的生物多樣性受氣候變化影響的程度是不同的。,三、全球變化對(duì)植被的影響全球植被結(jié)構(gòu)與分布是大氣候長期作用的結(jié)果，如果氣候發(fā)生較大幅度的變化，必然會(huì)反映到植被上，也就是說氣候變化會(huì)對(duì)植被產(chǎn)生重要影響。主要包括：對(duì)植被結(jié)構(gòu)的影響對(duì)植

21、被功能的影響對(duì)植被分布格局的影響,(一) 對(duì)植被結(jié)構(gòu)的影響,美國南部的長序列調(diào)查資料顯示，過去100多年中（1860—1990），受氣候變化的影響，美國南部地區(qū)的植被結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化。,三、全球變化對(duì)植被的影響,植被為人類社會(huì)提供食物、纖維、藥材和其他產(chǎn)品、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候以及為病蟲害防治等生態(tài)功能均可能由于氣候、人類活動(dòng)和其他環(huán)境變化而受到影響。由于二氧化碳濃度、溫度和降水的變化，全球各生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)能力將會(huì)受到影響。但由

22、于溫度和降水變化的不均衡性，生物生產(chǎn)力的變化也是不等的，有的地方生產(chǎn)力可能提高，有的則有可能減少。但就全球而言，目前研究的結(jié)果是總的生物量可能增加。,(二) 對(duì)植被功能的影響,三、全球變化對(duì)植被的影響,(三)對(duì)植被分布格局的影響,三、全球變化對(duì)植被的影響,全球環(huán)境的變化，可使植被分布格局發(fā)生改變，即植被帶遷移、一些物種和生態(tài)系統(tǒng)喪失。,溫帶山地仿真試驗(yàn)結(jié)果表明：氣候繼續(xù)變暖特定氣候帶的物種和生態(tài)系統(tǒng)可能消失，同時(shí)在很多山區(qū), 冰川的數(shù)量

23、和覆蓋區(qū)、永久凍結(jié)帶、季節(jié)雪被等都會(huì)減少（引自Child, 2003） 。,,植被怎么變化?演替過程、頂極群落類型有什么不同?植被變化的過程和速度如何?群落如何適應(yīng)氣候變化等問題是難以定論的。,四、全球變化對(duì)荒漠化進(jìn)程的影響,趙宗慈利用GFDI、GISS、NCAR、OSU與UKMO等 5個(gè)應(yīng)用較廣的全球大氣與海洋環(huán)流模型的模擬研究結(jié)果表明：由于大氣中二氧化碳濃度增加，將導(dǎo)致全球地面氣溫增暖大約4℃，其中引人注目的是中緯度地區(qū)土壤濕度可能

24、減小，而荒漠化土地面積將擴(kuò)大;Emanuel等人預(yù)測，當(dāng)大氣中二氧化碳含量增大時(shí)，將導(dǎo)致氣候變化，由此荒漠化面積會(huì)增加17％。,第三節(jié) 全球變化的應(yīng)對(duì)策略,一、全球變化的控制對(duì)策全球變化是可能改變地球承載生命能力的全球環(huán)境變化，包括氣候變化、土地利用和覆蓋變化、養(yǎng)分生物化學(xué)循環(huán)變化、生物多樣性喪失和生物入侵等內(nèi)容。其中，氣候變化是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康和持續(xù)發(fā)展最為嚴(yán)重的全球氣候變化現(xiàn)象之一。近年來，全球不同領(lǐng)域的科學(xué)家、政策制訂者、管理

25、人員通過廣泛研討和實(shí)證，一致認(rèn)為減緩和適應(yīng)措施是目前可用于響應(yīng)氣候變化影響的兩大策略。,二、全球變化的減緩措施(一)碳固定,碳固定（Carbon sequnstration）是指通過廣泛植樹造林，加強(qiáng)綠化，用植物光合作用大量吸收和固定大氣中的CO2。通過植被恢復(fù)重建，增加地表覆被，提高土壤的固碳能力，因?yàn)樵S多研究表明，退化土地是CO2的源（釋放CO2的庫），而健康生態(tài)系統(tǒng)是CO2的匯（吸收CO2的庫）。,二、全球變化的減緩措施(二)

26、節(jié)能減排,溫室氣體的排放量與能源的消耗量往往成正比，近百年來全球大氣中CO2濃度的迅速升高，絕大部分是發(fā)達(dá)國家排放造成的，節(jié)能減排已成為減緩全球氣候變暖的主要措施。其中最著名的兩個(gè)國際公約：《氣候變化框架公約》、《京都議定書》。,二、全球變化的減緩措施(三)清潔生產(chǎn),實(shí)行清潔生產(chǎn)，積極倡導(dǎo)綠色工業(yè)，增加資金投人，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，建立無（少）廢工藝系統(tǒng)，加強(qiáng)廢棄物無害化處理和循環(huán)利用，提高資源利用率。采取切實(shí)有效的措施，盡可能地削減排污量

27、，實(shí)施產(chǎn)業(yè)生態(tài)工程，推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，減少全球變化發(fā)生的潛在威脅。,三、全球變化的適應(yīng)對(duì)策全球變化的影響面廣（如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、資源利用、生命健康等）、影響范圍大（全球陸地、海洋甚至南極），其適應(yīng)對(duì)策需要區(qū)域和行業(yè)的協(xié)調(diào)行動(dòng)。目前，適應(yīng)對(duì)策開展得較為成功的歐洲水資源管理和日本的海平面上升適應(yīng)對(duì)策。,在水資源領(lǐng)域，歐共體制訂了“水資源框架指南”，提出的氣候變化適應(yīng)性措施包括：長期觀測、政策研究、制度建設(shè)、技術(shù)投資、空間規(guī)劃和常規(guī)措施，在觀

28、察到趨勢之上的洪水預(yù)防和管理海濱風(fēng)暴潮以及缺水干旱管理等。還有一些其他歐共體相關(guān)策略，例如洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理，專門管理由于氣候變化導(dǎo)致的洪水風(fēng)險(xiǎn)問題；海域策略提供一個(gè)管理海域的一體化策略，并且制訂歐洲海域適應(yīng)性措施；漁業(yè)策略在管理歐洲魚類數(shù)量方面起關(guān)鍵作用，并且將氣候變化對(duì)魚類的實(shí)際的影響也考慮在內(nèi)；還有歐共體在干旱和水資源短缺方面的策略等，都提出了減少溫暖氣體的適應(yīng)性措施。,三、全球變化的適應(yīng)對(duì)策（一）歐洲水資源管理,三、全球變化

29、的適應(yīng)對(duì)策（二）日本海平面上升的適應(yīng)對(duì)策,針對(duì)氣候變暖、海平面可能上升的問題，日本制定了綜合適應(yīng)策略：建設(shè)海岸防護(hù)堤壩等工程技術(shù)措施防止海水入侵；有計(jì)劃地逐步改變當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的種類和品種，以適應(yīng)逐步變化的氣候，例如日本北部因?yàn)橄募具^涼，過去并不種植水稻，或者產(chǎn)量很低。但是由于培育出了抗寒抗逆品種，現(xiàn)在連最北的北海道不僅也能長水稻，而且產(chǎn)量還很高，這將為海平面上升、耕地減少提供了良好的應(yīng)對(duì)策略。,思考題,什么是全球變化？全球變化對(duì)生態(tài)