青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈

近几十年来,青藏高原正经历快速的气候变化,高原生态系统因此发生了深刻变化,并对周边地区产生了深远影响.本文围绕青藏高原生态系统结构和功能对气候变化的响应与反馈这一主线,系统总结了气候变化对物候、高山树线、生物多样性、植被生产力和生态系统碳汇功能的影响,阐述了青藏高原植被变化对区域气候的反馈及对亚洲季风的远程影响的研究进展.主要结论如下:气候变暖导致植被返青期总体提前,高原树线位置上升,高寒草原植物物种丰富度和多样性下降;气候变暖总体促进了高原植被生产力、增强了生态系统碳汇功能,但受限于土壤极大的空间异质性和对深层土壤碳动态理解的匮乏,目前对高原土壤碳库及土壤碳汇功能大小的估算仍具有较大不确定性.同时,青藏高原植被变化对近地表气温产生"负反馈"作用;植被活动增强还对东亚季风产生远程影响,导致我国东部夏季降水变化呈现"华南增加-长江黄河中间区域减少"的空间分异格局.未来的研究需要在完善观测体系基础上,加强对高寒生态系统对气候变暖的适应机理及生物地球物理反馈等过程的认知,为优化生态系统管理和保障青藏高原的生态安全提供理论基础.     

中国西南地区的“天空之岛”:Ⅰ系统地理学研究概述

"天空之岛"指大陆山区受到地理隔离的高海拔生境,由于气候、生境等在不同海拔上的异质性,"天空之岛"中的高山生物会由隔离引发形态和遗传结构等的改变.中国西南山地是生物多样性热点地区,本文将中国西南山地和邻近山区划归为中国西南地区的"天空之岛",并围绕这一概念,对该区域的系统地理学主要研究成果进行了综述.中国西南山地"天空之岛"中物种的系统地理结构和进化模式受到复杂的地形地貌、气候和生境等因素的影响,更新世气候回旋、青藏高原隆升等地质事件对生物多样性和地理格局作用显著;另一方面,由于物种对地质事件的响应机制不同,它们可能具有相似或完全不同的地理格局.在此基础上,本文对未来的研究方向和方法提出建议:结合比较系统地理学与其他学科的研究方法,检验地理、气候和生物因素在何种程度上影响地理格局、促进物种分化和生物多样性的产生.期望本文能为揭示生物多样性的发生机制提供研究思路,以解决生物多样性保护的关键性问题,即在全球气候变化和经费有限的环境下,如何最大化地保护该地区的生物多样性.     

土壤生物多样性研究:历史、现状与挑战

土壤生态系统是地球上生物多样性最丰富的生境.土壤生物多样性在维持陆地生态系统碳动态和养分循环方面具有重要的作用,是目前土壤生态学领域最为重要的热点研究问题.本文综述了过去20年对土壤生物多样性研究经历的过程和取得的成果.首先,介绍了土壤生物多样性研究的历史发展过程,从早期问题的提出与研讨,到大规模的实验研究,再到对土壤生物多样性的监测、评价和保护.其次,重点介绍了土壤生物多样性研究领域的4个核心问题及其进展,包括土壤生物多样性的维持机制、土壤生物多样性与生态系统功能之间的关系、土壤生物多样性的分布格局及土壤生物多样性与植物多样性之间的关系.最后指出,尽管人们对上述土壤生物多样性的问题取得了一些研究成果,然而,在土壤生物多样性的研究方法、土壤生物多样性的大尺度地理分布格局及其机制、人类活动和全球变化对土壤生物多样性的影响以及土壤生物多样性在污染治理和生态恢复中的应用等方面还面临着巨大的挑战.     

草地多功能提升的多样化家畜放牧理论及应用

草原是我国最大的陆地生态系统,草原生态保护对于我国生态环境建设及社会可持续发展至关重要.当前草地退化现象严重,全球气候变化压力增加,如何科学地管理草原、提升和维持草原正常的生产生态功能是亟待解决的重大科学问题.本文首先创新性地提出多样化家畜放牧的概念,以及草地多功能提升的多样化家畜放牧理论,即多样化家畜放牧能够直接或间接通过提高草地资源异质性、增加草地的随机性干扰过程以及物种扩散过程,维持和提高草地生物多样性和生态系统复杂性,进而促进草地生态系统多功能的发挥.其次,详细阐述了多样化家畜放牧维持和提高草地生物多样性及生态系统复杂性的生态学机理,以及多样化家畜放牧效应的野外试验验证.最后,对多样化家畜放牧的应用前景给予了分析讨论,并建议在适度强度下的多样化家畜放牧可以作为维持天然草原健康、实现草原可持续生态服务功能的重要管理工具.     

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.     

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.     

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,     

生物多样性丧失机制研究进展

生物多样性是地球上所有生命形式的总称,包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性.其中,物种多样性是核心,它既体现了生物与环境之间的复杂关系,又体现了生物资源的丰富性;物种的保护是生物多样性保护的主要内容.生态系统内的物质循环和能量流动是通过许多错综复杂的食物链和食物网完成的,而动物有机体在此过程中起关键作用.因此,物种多样性,特别是动物种类多样性将直接影响整个生态系统的功能.然而,随着世界人口的持续增长和经济全球化的快速发展,人类社会对地球上的生物多样性造成了愈来愈显著的影响,在这一过程中产生的诸如栖息地丧失与破碎化、过度利用、环境污染、气候变化等现象已对物种的生存产生了严重威胁.本文以生物多样性丧失为主线,回顾了近10多年来在该方向的主要进展,重点关注人类活动对物种多样性的影响,分析了生物多样性丧失的主要原因、特征及其危害,介绍了生物多样性研究的最新方法,并根据我国生物多样性的现状提出了未来生物多样性研究中需要重点关注的科学问题.     

负密度制约和生境过滤对古田山幼苗系统发育多样性时间变化的影响

负密度制约和生境过滤是解释森林群落物种共存和生物多样性维持机制的重要假说.已有大量研究表明,负密度制约通过优势物种的种内竞争及近缘种之间的种间竞争、个体间病菌传播等过程为非优势物种及非亲缘种提供生存空间,从而使局域群落的系统发育?多样性随时间的推移而增加;由于生境过滤的作用,特定的生境选择亲缘关系相近的物种,因而随着时间的推移,同一生境内群落间的系统发育?多样性会降低.前人的研究主要集中于利用负密度制约和生境过滤来解释物种多样性的空间变化格局,而利用这2个机制来解释在时间序列上群落系统发育多样性格局变化的研究还很少.本文以浙江古田山24 hm2亚热带常绿阔叶林永久性样地中的幼苗(胸径1 cm)为研究对象,利用2006和2007年的幼苗动态监测数据,分析位于不同生境的342个幼苗样方内的系统发育?多样性和样方间的系统发育?多样性随时间的格局变化.结果表明,随着时间的变化,位于同一生境的样方幼苗系统发育?多样性显著增加;而幼苗系统发育?多样性在同一生境内显著降低.因此,在亚热带森林群落中,负密度制约效应和生境过滤共同维持幼苗群落的物种共存.     

生态系统对全球变暖的响应

以温暖化为主要特征的全球气候变化对生态系统产生了深刻影响,是21世纪人类社会最为严重的挑战之一.作为地球表层的重要组成部分,生态系统是人类生存和发展的物质基础,其对全球气候变化的响应直接影响着地球和人类社会的未来.因此,生态系统对全球变化的响应成为全球变化科学的研究前沿和热点.全球温暖化会引起植物个体水平上生理生态过程的变化,也会改变种群、群落和生态系统水平上物种组成和结构的变化,最终可能引起一个地区生态系统类型的改变,并导致其生态系统功能发生转变.同时,生态系统的这种改变又会对全球变化产生反馈作用,减缓或者加剧气候变化的发生.由于地球表层系统的复杂性,对生态系统与全球变暖的相互关系进行深入持久的研究显得十分必要.     

中国森林生物多样性监测网络十年发展

<正>森林在生物多样性保护和生态系统服务方面具有重要作用,特别是在调节气候、涵养水源、保持水土和减缓气候变化方面的作用尤其关键.据估计,全球陆地碳储量的45%存在于森林生态系统中[1].然而,全球森林生物多样性和生态系统服务正面临来自多方面(如土地利用变化、森林砍伐、狩猎、气候变化、环境污染、病虫害和入侵物种等)的巨大压力和严峻挑战,其中森林砍伐的影响更为突出[2].2000~2010年的10年间,全球范围每年约有1.3×107 hm2的森林丧失或退化,其中包括大约6×106 hm2具有很高生物多样性价值的热带原     

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。     

封面说明

<正>未来10~20年,人类必须面对有史以来最为严峻的全球变暖、生物多样性减少和资源耗竭等生存风险.为了克服这些从全球到局部尺度的挑战,实现人类社会持续发展,2015年各国领导人已经两度聚首,就发展融资和可持续发展目标寻求策略.12月又将在巴黎就新的全球气候协议进行磋商.短短一年中的这些重大决定,将影响深远.面对这些对人类和地球生态系统健康的挑战,受Lancet的委托多国科学家联合完成并在Lancet发表两篇特邀报告.把健康作为减缓和适应气候变化的重要协同效益,呼吁各国就保护人     

气候变化耦合海洋污染的生态毒理学研究进展

工业化以来,海洋污染已成为全球性环境问题;CO_2浓度持续增加下,气候变化也给海洋环境带来了显著改变.目前,大量的研究集中在气候变化或者环境污染各自单独对海洋生物及生态系统的影响,并已取得一些广泛认可的结论.然而,现实环境中,生物实际处在气候变化与海洋污染的双重胁迫下,生物与生态系统受到的影响极有可能更加复杂和严峻.因此,气候变化耦合海洋污染的生态毒理学研究越来越受到关注.本文在概述气候变化与海洋污染的基础上,总结了气候变化下海洋环境的改变,特别是海水升温、酸化、低氧等对典型海洋污染物如重金属和持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)等的生物毒性的影响,分析了气候变化与海洋污染的交互作用,提出当前研究所面临的问题并展望未来的研究前景,为准确评估全球气候变化下的海洋生态风险以及促进我国全球气候变化应对提供基础.     

CO2增浓和气候变化对陆地生态系统的影响

ＣＯ２增浓和气候变化对陆地生态系统的影响中国科学院植物研究所博士中国自然科学基金委员会副主任倪健中国科学院院士中国科学院植物研究所所长张新时当今,全球变化、生物多样性和可持续发展等全球性环境问题为世人所瞩目,被称为世界三大环境热点,而其中ＣＯ２浓度升...     

生物多样性的丧失和保护

物种丧失 数百年来,物种、种群（包括作物、家畜和家禽品种）以及自然生境的丧失过程都在明显加速。 一般认为,生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性。因为遗传多样性实际上包含在物种个体之中,故此处只谈物种和生态系统水平上的多样性。 生物物种的灭绝是自然过程,但灭绝的速度由于人类活动对地球的影响而大大加速。有些科学家估计,自１６００年以来,人类活动已经导致７５％的物种灭绝。众所皆知的渡渡乌、毛象、塔斯马尼亚狼和恐鸟都是由于人类捕猎而灭亡的。有些种因被过度商业利用而处于灭绝的边缘。如在肯尼亚…     

全球生物多样性图景测绘

就像基因组学和生物医学以人类健康为主旨一样,生态学和资源生物学旨在保护地球的健康。不幸的是,与前者相比,后者发展进程困难重重。阻碍后者发展的主要原因在于人们对世界上众多生物多样性现象的无知。特别是在物种层次的知识极端匮乏,这严重制约了人们对生物多样性和全球生存环境的进一步研究。 迄今为止,许多专家倾向于认为地球上物种总数在１０００万个左右,其中已拥有科学名称的物种估计在１５０万～１８０万个之间,已开展有关生物多样性测定的核心物种约为５０万个,如导管植物、脊椎动物和少数无脊椎动物（珊瑚、蝴蝶等）。…     

人类工程活动影响下冻土生态系统的变化及其对铁路建设的启示

通过样带与样方结合的调查方法, 从冻土生态系统结构、群落种类、生物多样性以及生物生产力等生态要素和生物生境条件: 如土壤环境、冻土环境等方面研究了青藏公路沿线多年冻土区公路工程干扰迹地生态系统的变化特征. 结果表明, 经过近25年的自然恢复, 在生态系统恢复的生物学方面, 高寒草原生态系统明显优于高寒草甸生态系统, 表现在高寒草原的优势建群植物种类已出现并占据优势地位, 局部地带生物物种多样性与种群多度恢复到接近甚至高于自然未干扰草原系统水平; 在土壤环境方面, 高寒草原干扰迹地土壤有机质含量平均减少61.65%, 全氮含量减少52.51%, 但大部分地区其表层土壤养分现状与干旱区主要草原土壤相当, 有利于耐寒旱生物物种生长; 高寒草甸干扰迹地土壤(寒冻雏形土)平均养分含量高于天然寒冻干旱土壤, 保存草甸土壤结构的完整程度对于高寒草甸生态系统恢复至关重要. 受扰动高寒草原生态系统的恢复程度与冻土环境没有明显制约关系, 高寒草甸生态系统的分布和保育与冻土环境关系密切, 受工程活动破坏后恢复困难. 类比青藏公路沿线生态系统变化规律, 提出了青藏铁路建设过程中保护生态环境的几点启示.     

保护生物多样性就是保护我们自己

    生物多样性指的是地球生物圈中所有的生物多样化程度,即动物、植物、微生物,以及它们所拥有的基因和赖以为继的生存环境的多样性。它包含三个层次：遗传多样性,物种多样性,生态系统多样性。人类过度利用自然资源,不恰当地利用物种资源,加剧了自然生态系统退化,加速了物种的退化。国际社会制定并通过了《生物多样性公约》用来保护生物多样性。中国是世界上生物多样性最丰富的国家之一,同样也面临巨大的压力和挑战,但各种措施已付诸实施。