氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)估模型的研究進(jìn)展

李建林，唐旭清

(江南大學(xué) 理學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

全球氣候變化是指地球大氣物理化學(xué)的改變，從而引起地球表面云系、溫度和降水等氣候格局的變化。全球氣候變暖現(xiàn)已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，聯(lián)合國氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)在第4次全球氣候變化的評(píng)估報(bào)告中明確指出：氣候系統(tǒng)變暖毋庸置疑，從全球平均氣溫和海溫上升、大范圍積雪和冰融化、全球平均海平面上升的觀測(cè)中可以看出氣候系統(tǒng)變暖是明顯的[1]。近100年(1906～2005年)地球表面氣溫上升了0.74±0.18 ℃，大于第3次評(píng)估報(bào)告給出的0.6±0.2 ℃的上升趨勢(shì)(1901～2000年)[2]，到21世紀(jì)末，地球表面氣溫將上升3.75±2.65 ℃。除地球表面氣溫變化外，隨著熱帶氣旋度的增加，溫帶風(fēng)暴路徑向極地推移等現(xiàn)象的出現(xiàn)，全球氣候變化還表現(xiàn)在降水、輻射和風(fēng)向等氣候因子上[3]。 這些氣候因子的變化對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)，特別是對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。因此建立氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)價(jià)的模型是未來氣候變化的中心問題之一。

與生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估模型直接相關(guān)的是生態(tài)系統(tǒng)中關(guān)鍵物種分布區(qū)，分布區(qū)是一個(gè)物種或種上分類單元在地球表面所占據(jù)的地理區(qū)域，在地圖上表現(xiàn)為沿分布區(qū)邊界的一條或幾條封閉曲線或者散布于一定地理范圍的點(diǎn)集。它是物種重要的空間特征，其大小、形狀、種群的豐度等是物種與環(huán)境長(zhǎng)期相互作用的結(jié)果，同時(shí)也被廣泛應(yīng)用于推測(cè)分類群的起源、散布、分化等規(guī)律[4，5]。近40年來，隨著全球氣候變化以及人類活動(dòng)巨大而持續(xù)不斷的干擾，眾多物種的分布區(qū)迅速縮小以致物種絕滅，相應(yīng)地另外一些物種的分布區(qū)突然擴(kuò)大，在原產(chǎn)地以外的地區(qū)成為危害嚴(yán)重的外來物種。研究報(bào)道，物種的分布區(qū)是一個(gè)十分重要的特征，大小與緯度、地方種群的密度、物種分化和絕滅、地方種群絕滅、物種多樣性等密切相關(guān)，而且這些特性之間又相互關(guān)聯(lián)[6，7]。

筆者就氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)估模型進(jìn)行了綜述，其主要內(nèi)容有：氣候變化對(duì)某一地區(qū)或國家的關(guān)鍵物種及生態(tài)系統(tǒng)的種類影響；氣候變化對(duì)關(guān)鍵物種及生態(tài)系統(tǒng)的影響程度；最后是存在問題與展望。

1 氣候變化對(duì)物種組成和結(jié)構(gòu)的影響

生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和物種組成是系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、物種越豐富，則系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，其抗干擾能力就越強(qiáng)；反之，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、種類單調(diào)，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，抗干擾能力相對(duì)較弱[8，9]。多年來不同的物種為了適應(yīng)不同的環(huán)境條件而形成了各自獨(dú)特的生理和生態(tài)特征，從而形成現(xiàn)在多樣化的生態(tài)系統(tǒng)。由于原有系統(tǒng)中不同物種對(duì)氣候因子變化的響應(yīng)存在著很大的差別，因此，氣候變化將改變內(nèi)陸生態(tài)系統(tǒng)以及海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和物種組成。氣候變化可通過溫度脅迫，水分脅迫、日照和光強(qiáng)等途徑使物種組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[3，10-14]。

1.1 溫度脅迫

溫度是物種分布的主要限制因子，高溫限制了北方物種分布的南界，而低溫則是熱帶和亞熱帶物種向北分布的限制因素。在未來氣候變化的預(yù)測(cè)中，全球平均溫度將升高，尤其是冬季低溫的升高，對(duì)于一些嗜冷物種是一個(gè)災(zāi)害。因?yàn)檫@種變化打破了它們?cè)械男菝吖?jié)律，使其生長(zhǎng)受到抑制。但對(duì)于嗜溫性物種則非常有利，溫度升高不僅使其本身無需忍受漫長(zhǎng)而寒冷的冬季，而且有利于種子的萌發(fā)，使演替更新的速度加快，競(jìng)爭(zhēng)能力加強(qiáng)。

1.2 水分脅迫

隨著全球氣溫升高，雖然現(xiàn)有大氣環(huán)流模型(GCM)預(yù)測(cè)全球降水量將有所增加，但降水量隨地區(qū)的不同和季節(jié)的不同而存在很大的差別。根據(jù)IPCC研究報(bào)道[1]，1900～2005年，南美洲及北美洲東部一些地區(qū)的降水呈顯著增加趨勢(shì)，但中緯度內(nèi)陸地區(qū)的降水會(huì)相對(duì)減少，尤其是夏季，一些熱帶地區(qū)的干旱季節(jié)也延長(zhǎng)，如地中海地區(qū)、南非和南亞等地區(qū)呈干旱化趨勢(shì)。此外，氣溫升高會(huì)導(dǎo)致地面蒸散作用增加，使土壤含水量減少，植物在生長(zhǎng)季節(jié)水分嚴(yán)重虧損，從而生長(zhǎng)受到抑制，甚至出現(xiàn)落葉及頂梢枯死等現(xiàn)象而導(dǎo)致衰亡。但對(duì)一些耐旱能力強(qiáng)的物種，這種變化會(huì)使它們?cè)谖锓N間的競(jìng)爭(zhēng)中處于有利的地位，從而得以大量地繁殖和入侵[15，16]。

1.3 日照和光強(qiáng)的變化

日照時(shí)數(shù)和光照強(qiáng)度的增加，將有利于陽性植物的生長(zhǎng)和繁育，但耐陰性植物的生長(zhǎng)將受到嚴(yán)重的抑制，尤其是其后代的繁育和更新將受到強(qiáng)烈的影響。

1.4 物候變化

冬季和早春溫度的升高還會(huì)使春季提前到來，加上日照和光強(qiáng)的變化，從而影響到植物的物候，使它們提前開花放葉，這將對(duì)那些在早春完成其生活史的林下植物產(chǎn)生不利的影響，甚至有可能使其無法完成生命周期而導(dǎo)致滅亡。

1.5 有害物種的入侵

有害物種往往有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，特別是對(duì)外來入侵物種，更能適應(yīng)變化的環(huán)境而在競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位。因此，氣候變化的結(jié)果可能使其更容易侵入生態(tài)系統(tǒng)[17，18]。

隨著植物群落的改變，以其為生存基礎(chǔ)的動(dòng)物群落也隨之改變，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和物種的組成，使基礎(chǔ)生態(tài)位發(fā)生改變，進(jìn)而影響到生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性和物種的分布[14]。此外，氣候變化還將通過改變物種的生理生態(tài)特性和生物地球化學(xué)循環(huán)等途徑對(duì)不同物種產(chǎn)生影響。而不同物種的耐性、繁殖能力和遷移能力在新系統(tǒng)的形成中也起著重要作用。總之，氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和物種組成的影響是各個(gè)因素綜合作用的結(jié)果。它將使一些物種退出原有的生態(tài)系統(tǒng)，而一些新的物種則入侵到原有的系統(tǒng)，從而改變了原有生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和物種組成，對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡區(qū)域的影響可能尤為嚴(yán)重。因此，氣候變化對(duì)物種分布影響的研究已經(jīng)成為生態(tài)系統(tǒng)研究最重要的內(nèi)容之一，而建立在此基礎(chǔ)上的未來氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)價(jià)研究就顯得尤為重要[15-18]。

生態(tài)系統(tǒng)的直接損失是指由于氣候變化而引起某一地區(qū)或國家的關(guān)鍵物種種群的動(dòng)態(tài)變化而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失及造成的危害。按照我國《國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》標(biāo)準(zhǔn)(GB/T4754，2002)，結(jié)合氣候變化影響的關(guān)鍵物種對(duì)國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的損失評(píng)價(jià)范圍體系，可分為5個(gè)門類8大體系[19]。由于生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性和不確定性，長(zhǎng)期以來對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)理論和方法一直沒有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。隨著對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法研究的深入，國內(nèi)外許多學(xué)者將陸地生態(tài)系統(tǒng)分為5大生態(tài)系統(tǒng)，即森林生態(tài)系統(tǒng)、草原生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)和荒漠生態(tài)系統(tǒng)。有關(guān)荒漠生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究很少，目前，國內(nèi)外許多學(xué)者主要從森林、草原、農(nóng)田和濕地等生態(tài)系統(tǒng)的4個(gè)功能，即調(diào)節(jié)功能、載體功能、生產(chǎn)功能和信息功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，生態(tài)系統(tǒng)的間接損失的分類體系及測(cè)度指標(biāo)可由4大生態(tài)系統(tǒng)21項(xiàng)給出[19,20]。

綜合表明，全球氣候變化引起的陸地生態(tài)系統(tǒng)的損失評(píng)估體系由兩大類指標(biāo)確定，氣候變化影響的某一地區(qū)或國家的關(guān)鍵物種及生態(tài)系統(tǒng)的種類；氣候變化對(duì)關(guān)鍵物種及生態(tài)系統(tǒng)的影響程度[6]。關(guān)于某一地區(qū)或國家的關(guān)鍵物種及生態(tài)系統(tǒng)的種類可通過調(diào)查確定。而氣候變化對(duì)關(guān)鍵物種及生態(tài)系統(tǒng)的影響程度，一方面某一地區(qū)或國家的關(guān)鍵物種的分布應(yīng)是某一地區(qū)或國家的這一生態(tài)系統(tǒng)的主要部分；另一方面，氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響可通過氣候變化對(duì)關(guān)鍵物種影響得到體現(xiàn)。因此，氣候變化引起的陸地生態(tài)系統(tǒng)的損失評(píng)估體系建立的關(guān)鍵是氣候變化對(duì)關(guān)鍵物種分布區(qū)與影響程度研究[6,21]。

2 氣候分布對(duì)物種分布影響評(píng)價(jià)現(xiàn)況

近年來，國際上已經(jīng)廣泛展開氣候變化對(duì)物種分布影響研究。Parmesan等[22]就1700多個(gè)物種在過去20～140年分布區(qū)的變化進(jìn)行探討，發(fā)現(xiàn)物種分布區(qū)的遷移與氣候變化相關(guān)。對(duì)其中99個(gè)物種的定量分析發(fā)現(xiàn)，氣候變化導(dǎo)致物種分布區(qū)北界的平均北向移動(dòng)速率為6.1 km/(10 a)，最高海拔分布高度的平均上升速率為6.1 m/(10 a)。Root等[23]對(duì)143個(gè)研究中的1 473個(gè)物種進(jìn)行了整合分析，發(fā)現(xiàn)有80%的物種的遷移與溫度變化高度相關(guān)。事實(shí)上，氣候變化條件下，植物群組不會(huì)作為一個(gè)完整的整體進(jìn)行移動(dòng)，每個(gè)物種的遷移變化是獨(dú)立發(fā)生的，群落內(nèi)的各個(gè)種在未來氣候變化條件下，會(huì)以不同的組合方式聚集在一起[24]。

2.1 氣候變化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響

森林生態(tài)系統(tǒng)是地球陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，它具有很高的生物生產(chǎn)力，生物量以及豐富的生物多樣性，同時(shí)森林在維護(hù)全球碳平衡，為人類社會(huì)的生產(chǎn)活動(dòng)以及人類的生活提供豐富的資源，在維護(hù)區(qū)域性氣候和保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境如防止水土流失，維系地球生命系統(tǒng)的平衡中具有不可替代的作用。

張雷等[25-27]選用7個(gè)與物種生理特征有關(guān)的氣候變量(年平均氣溫、最冷月平均氣溫、最暖月平均氣溫、氣溫年較差、年均降水量、平均夏季降水量及大于5 ℃ 的積溫)和10個(gè)環(huán)境變量(土壤有機(jī)質(zhì)、N、P和K含量、土壤的粗砂、細(xì)砂、粉砂和黏粒含量、土層厚度及pH)，采用3個(gè)組合集成學(xué)習(xí)模型(隨機(jī)森林、廣義助推法和Neural Ensembles)、3個(gè)常規(guī)模型(廣義線性模型、廣義加法模型和分類回歸樹)、3個(gè)大氣環(huán)流模型(MIROC32-medres;CCCMA-CGCM3;BCCR-BCM2.0)和一個(gè)氣體排放情景(SRES-A2)，模擬分析了我國主要樹種的歷史基準(zhǔn)氣候(1961～1990年)和未來3個(gè)不同時(shí)期(2010～2039年;2040～2069年;2070～2099年)的潛在分布。研究表明：我國主要樹種—華山松、側(cè)柏、杉木、油松、興安落葉松、紅松、華北落葉松和云南松總的潛在分布面積逐漸減少，且分布區(qū)逐漸向西北方向遷移；云杉、馬尾松未來總潛在適生區(qū)面積將逐漸增加；樟子松未來總潛在適生區(qū)面積將逐漸減少，隨著預(yù)測(cè)時(shí)段的增加分布區(qū)先向西北移動(dòng)，后向東北移動(dòng)；長(zhǎng)白落葉松未來氣候條件下將向東北方向遷移，隨著預(yù)測(cè)時(shí)段的增加總潛在適生區(qū)面積先增加后減少。吳建國等[28]利用分類和回歸樹(CRT)模型，在不同氣候變化情景下，模擬分析了氣候變化對(duì)大熊貓棲息地及空間格局的影響[28]。研究顯示，氣候變化下，大熊貓目前適宜分布范圍將縮小，總適宜分布范圍在1991～2020 年較大，從2081～2100年呈現(xiàn)縮小趨勢(shì)，且大熊貓棲息地與分布范圍區(qū)內(nèi)森林分布密切相關(guān)。Iverson等[29]和Matsui等[30]也分析了氣候變化對(duì)森林分布的影響。

諸多學(xué)者的研究顯示，氣候變化下森林生態(tài)系統(tǒng)各物種的分布面積發(fā)生變化，分布區(qū)也會(huì)改變。事實(shí)上，氣候變化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響是多方面的，而且作用的過程十分復(fù)雜。因此，需要進(jìn)一步研究森林的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)與能量交換以及氣候和其他環(huán)境因素與森林間的相互作用等。

2.2 氣候變化對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)的影響

草原生態(tài)系統(tǒng)是由草原地區(qū)生物(包括植物、動(dòng)物 )、微生物和非生物環(huán)境構(gòu)成，是進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)與能量交換的基本機(jī)能單位。草原生態(tài)系統(tǒng)在其結(jié)構(gòu)、功能過程等方面與森林生態(tài)系統(tǒng)具有完全不同的特點(diǎn)，它不僅是重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，而且是重要的生態(tài)屏障。全球氣候變化對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)中水分，土壤，以及分布在草原上的植被和動(dòng)物產(chǎn)生重要影響[31]。周雙喜等[32]研究報(bào)道，水分是草原生態(tài)系統(tǒng)的主要限制因子，降水的變化會(huì)對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響，其中，降水量的時(shí)間分布及對(duì)降水格局變化效應(yīng)影響著大針茅幼苗生長(zhǎng)，且隨著幼苗的生長(zhǎng)期不同而改變[32]。盡管影響草原物種分布的氣候因素是多方面的，但生態(tài)因素之間的交互作用及其對(duì)生產(chǎn)量的影響至關(guān)重要[33,34]。

高瓊等[35]研究表明，氣溫增加對(duì)羊草群落的恢復(fù)和角堿蓬群落的消失起抑制作用，不同群落對(duì)溫度響應(yīng)的機(jī)制不同。周華坤等[36]模擬結(jié)果表明，增溫對(duì)矮嵩草原的群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，使大多數(shù)物種的密度增加，但卻使苔草(Carextristachya)、雪白委陵菜(Potentillanivea)、雙叉細(xì)柄茅(Ptilagrostisdichotoma)等的密度減少，主要原因是前兩者處在群落下層，陰濕環(huán)境阻礙了植物的生長(zhǎng)發(fā)育，后者屬于疏叢生植物，升溫后其分蘗反而受到抑制。升溫使得建群種及其伴生種等的蓋度增加，而其他伴生種的蓋度則減少，并且溫度還影響草原生態(tài)系統(tǒng)中凋落物的分解速率。王其兵等[37，38]的研究報(bào)道，溫度升高對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)凋落物的分解過程產(chǎn)生深刻影響。在氣溫升高2.7 ℃、降水基本保持不變的氣候背景下，草甸草原、羊草草原和大針茅草原3種凋落物的分解速度分別提高了15.38%，35.83%和6.68%，游明鴻等[39]研究了溫度脅迫對(duì)草坪植物的影響，并提出了改善的方法與途徑。

草原退化是氣候變化和人為作用的共同結(jié)果。對(duì)于草原生態(tài)系統(tǒng)而言，適應(yīng)氣候變化則是一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)、緊迫的任務(wù)。近年來，對(duì)草原適應(yīng)性管理在不同時(shí)空尺度的研究[40]，可以更好地應(yīng)對(duì)氣候變化，為遏制草原退化、維持系統(tǒng)穩(wěn)定并提高草原生產(chǎn)力水平奠定基礎(chǔ)[41]。

2.3 氣候變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人類為滿足生存需要，通過干預(yù)自然生態(tài)系統(tǒng)，依靠土地資源，利用農(nóng)作物的生長(zhǎng)繁殖來獲得物質(zhì)產(chǎn)品而形成的人工生態(tài)系統(tǒng)。在當(dāng)今社會(huì)背景下，資源、環(huán)境、人口之間的矛盾日益突出，全球氣候變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有顯著的影響[42-44]。

國內(nèi)外學(xué)者就全球氣候變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)影響做了大量的研究，氣候變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響不僅是單向的，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化同樣具有調(diào)節(jié)作用。氣候的變化給農(nóng)業(yè)帶來的并非全是災(zāi)難，也有有利的一面[45,46]。蔡劍等[47]研究表明，CO2濃度升高和氣候變暖有利于冬小麥種植區(qū)向春麥區(qū)擴(kuò)展，主要表現(xiàn)在遼寧、河北、陜西、內(nèi)蒙古等種植邊界的顯著北移和青海、甘肅種植邊界的顯著西擴(kuò)，但氣候變化在中國還表現(xiàn)為太陽輻射的下降，冬小麥主產(chǎn)區(qū)黃淮海麥區(qū)和長(zhǎng)江中下游麥區(qū)下降更為顯著，長(zhǎng)期弱光小麥產(chǎn)量降幅可達(dá)6.4%～25.8%。楊建瑩等[48]研究了氣候變化背景下華北地區(qū)冬小麥生育期的變化特征，結(jié)果顯示，隨著全球氣候變化，除南部江蘇、安徽兩省冬小麥播種期無明顯變化外，華北地區(qū)冬小麥播種期普遍推遲7～10 d；冬小麥返青期，抽穗期也發(fā)生了較為復(fù)雜的變化。同時(shí)氣候要素的波動(dòng)是引起華北地區(qū)冬小麥生育期變化的主要原因，且日照時(shí)數(shù)與冬小麥返青期和拔節(jié)期呈顯著相關(guān)。此外，許信旺等[49]進(jìn)行了氣候變化對(duì)安徽省水稻生產(chǎn)的影響研究，袁彬等[50]就氣候變化下東北春玉米品種熟型分布格局及其氣候生產(chǎn)潛力進(jìn)行研究，包剛等[51]綜述氣候變化對(duì)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的模擬評(píng)價(jià)進(jìn)展，張建平等[52]進(jìn)行了未來氣候變化對(duì)我國東北地區(qū)玉米需水量的影響預(yù)測(cè)研究。這些研究表明，隨著水資源需求的不斷增長(zhǎng)，水匱乏將成為我國許多地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的限制因子，而一些地區(qū)暴雨、洪水頻繁發(fā)生同樣給農(nóng)作物帶來很大的損失。土壤溫度升高以及降水量的變化使土壤微生物活動(dòng)發(fā)生改變，必然引起土壤養(yǎng)分發(fā)生變化。我國東北高寒地區(qū)農(nóng)田在作物生長(zhǎng)期內(nèi)土壤微生物變化與溫度有明顯的關(guān)系。氣候變暖將導(dǎo)致微生物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的分解加快，從而加速了土壤養(yǎng)分的變化，造成土壤肥力下降。

隨著全球氣溫升高，我國農(nóng)業(yè)區(qū)將會(huì)大幅度北移，因熱量不足而分布區(qū)受限的作物分布北界也會(huì)大幅度北移，作物山地分布上界會(huì)向上移動(dòng)，多熟種植北界北移，因此，中緯度和高緯度地區(qū)的作物布局將會(huì)發(fā)生較大的改變。民以食為天，面對(duì)全球變暖的挑戰(zhàn)，農(nóng)業(yè)的發(fā)展顯得尤為重要，掌握了氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的具體影響后，結(jié)合相關(guān)氣象數(shù)據(jù)，各地區(qū)農(nóng)田的實(shí)際情況，為農(nóng)民普及相關(guān)知識(shí)，政府正確引導(dǎo)農(nóng)民種植相應(yīng)的農(nóng)作物及制定相關(guān)政策來提高農(nóng)田的利用率。

2.4 氣候變化對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響

濕地是指介于水、 陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的一類 。其生物群落由水生和陸生種類組成，物質(zhì)循環(huán)、 能量流動(dòng)和物種遷移與演變活躍，具有較高的生態(tài)多樣性、物種多樣性和生物生產(chǎn)力。氣候變化將加速大氣環(huán)流和水文循環(huán)過程，通過降水變化以及更頻繁和更高強(qiáng)度的擾動(dòng)事件(如干旱、暴風(fēng)雨、洪水)對(duì)濕地能量和水分收支平衡產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響濕地水循環(huán)和水文條件[53]。此外，氣候變化將會(huì)增加經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水和農(nóng)業(yè)用水，可能更多擠占濕地生態(tài)用水，使?jié)竦厮Y源短缺狀況更加嚴(yán)重。

以丹頂鶴的分布區(qū)的預(yù)測(cè)為例，盛連喜等[54]分析了1997～1999年向海自然保護(hù)區(qū)經(jīng)歷嚴(yán)重干旱和百年不遇的洪災(zāi)，濕地生態(tài)環(huán)境發(fā)生了巨大的變化的情況下，向海自然保護(hù)區(qū)自然和社會(huì)生態(tài)環(huán)境變化對(duì)丹頂鶴數(shù)量及其分布的影響，研究表明濕地自然生態(tài)環(huán)境變化對(duì)丹頂鶴的數(shù)量分布影響非常顯著。吳偉偉等[55]利用最大熵模型，結(jié)合大氣環(huán)流模型和政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)最新發(fā)布的A2和B2氣候情景，模擬和預(yù)測(cè)了氣候變化對(duì)我國東北地區(qū)丹頂鶴繁殖地分布范圍及空間格局的影響趨勢(shì)。結(jié)果表明，在A2和B2氣候情景下，氣候變化將導(dǎo)致丹頂鶴的繁殖適生區(qū)域不斷縮減，核心分布區(qū)域向西和向北移動(dòng)，其中，東北3省的棲息地變化明顯，未來內(nèi)蒙古東部地區(qū)將成為丹頂鶴的主要棲息地。

Thomas等[56]首次研究了大尺度上氣候變化如何影響鳥類分布，結(jié)果顯示在20世紀(jì)末的20年里，英國許多鳥類分布的北界平均向北遷移8.9 km，而分布的南界沒有明顯變化。研究表明全球氣候變暖對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)有積極的也有消極的影響。如何采取積極而有效的措施，降低或減緩其消極影響，加強(qiáng)積極影響是研究全球氣候變化極其重要性不可缺少的組成部分。

3 存在問題與展望

全球氣候變化對(duì)物種分布的影響研究已全面展開，這些研究對(duì)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)氣候變化對(duì)關(guān)鍵物種的可能影響及其發(fā)展趨勢(shì)、制訂適應(yīng)與減緩氣候變化影響的對(duì)策與措施起到了重要作用。但氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)價(jià)研究是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括不同地區(qū)不同的生態(tài)類型。氣候變化對(duì)不同地區(qū)生態(tài)類型中的關(guān)鍵物種分布的影響與評(píng)價(jià)等涉及的因素眾多[57]。目前，氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)影響的評(píng)價(jià)方法研究屬起步階段，存在許多亟待解決的問題。

氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)(或物種)影響評(píng)估方法和結(jié)果存在諸多的不確定性。氣候變化對(duì)物種影響評(píng)價(jià)的不確定性主要來自評(píng)估模型和氣候變化情景。一方面，全球各種氣候模式本身分辨率較低，且模式本身存在諸多不確定性，如氣候模式的不完善和未來溫室氣體排放情景的不確定；另外， 絕大部分基于氣候變化影響的適應(yīng)性和脆弱性評(píng)估模型是以定量的氣候和非氣候情景，包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境情景作為輸入?yún)?shù)，而各種情景假設(shè)的不確定性都將影響評(píng)價(jià)結(jié)果。因此，需要從影響評(píng)價(jià)的復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)[58,59]，結(jié)合大量數(shù)據(jù)的分析與研究技術(shù)，進(jìn)一步完善和改進(jìn)相關(guān)的研究工作，建立未來氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行相關(guān)的理論模型研究，包括模型的靈敏度分析等。故建立和模擬未來氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)價(jià)模型與研究將是應(yīng)對(duì)全球氣候變化的重要內(nèi)容之一。

氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)價(jià)模型計(jì)算的復(fù)雜性是一個(gè)瓶頸問題。事實(shí)上，每個(gè)物種現(xiàn)存的分布是該物種對(duì)分布區(qū)氣候與環(huán)境長(zhǎng)期適應(yīng)的結(jié)果，每個(gè)物種對(duì)各氣候要素的依賴程度各不相同，各氣候要素的變化對(duì)全球物種分布的影響也不同。對(duì)于不同的物種，選擇較長(zhǎng)時(shí)間序列氣候變化情景分析及較高分辨率的氣候情景模式可以提高氣候變化對(duì)物種分布影響模擬的精度[3]，包括氣候變化后的物種分布的目前適宜、新適宜和總適宜分布變化及空間格局的改變，對(duì)氣候變化下物種就地和遷地保護(hù)等至關(guān)重要。這樣的處理將增加評(píng)價(jià)模型系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜性，需要借助系統(tǒng)的分層遞階結(jié)構(gòu)分析和生物網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)[59-62]，以降低評(píng)價(jià)系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜性，提高氣候變化對(duì)物種分布影響模擬的精度。

我國是世界公認(rèn)的生物多樣性大國，生態(tài)系統(tǒng)類型和物種資源豐富多樣，應(yīng)加強(qiáng)氣候變化對(duì)我國物種資源影響的研究，特別是對(duì)特有物種、瀕危物種和極小種群物種等的影響。模型預(yù)測(cè)是目前評(píng)估和預(yù)測(cè)氣候變化對(duì)物種影響的一種重要手段，歐美的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)了一些比較成熟的評(píng)估模型，并進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用。這些研究成果和結(jié)論為未來氣候變化物種分布預(yù)測(cè)提供了一整套強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)建模的算法工具，有助于在全球氣候變化下為我國生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的管理、相關(guān)政策的制定提供參考。

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