全球气候变化对森林生态系统的影响.doc

全球气候变化对森林生态系统的影响　　摘要人类活动所引起的温室效应及由此造成的全球气候变化和对全球生态环境的影响正越来越引起人们的关注作为全球陆地生态系统一个重要组分的森林对将来气候变化的响应更是人们关注的重点文中系统地阐述了将来气候变化对森林生态系统树种组成、林分构造、分布和消费力的潜在响应，提出了今后需要加强的一些研究领域　　关键词全球气候变化；森林生态系统；影响　　虽然目前关于气候变化的预测还存在着很多不确定性[1]，其预测的结果也不一定准确，但是现有大量证据已说明：由于人类活动的影响，大气中二氧化碳浓度已由工业革命前的280μl/l增加到90年代初期的350μl/l[2、3]，与此相对应，地球外表的年平均温度在一个多世纪以来也上升了0.6℃[4]因此，人类活动所引起的温室效应在不断加强是毋庸置疑的许多科学家坚信：即使以目前2排放的速率计算，到本世纪中后期，大气中二氧化碳浓度将倍增[4～6]，因此，在将来的一百年中全球气候格局将发生变化根本上是可以肯定的目前，虽然各种大气环流模型(gs)对将来气候变化预测的量上不尽一样，但其所预测的将来气候变化的总体趋势根本趋于一致[7]纵观现有对大气中二氧化碳浓度倍增后有关将来气候变化的预测结果，可归结为以下几点：①全球平均气温将升高1.5～4.5℃，全球气候带将向极地方向发生一定程度的位移；②最低温度的增幅比最高温度的增幅大，夜晚温度的增幅比白天温度的增幅大，冬季增温比夏季增温明显；③全球降雨量总体上有所增加，但全球降雨的格局将发生改变，降雨量可能因不同的地区和不同的季节而有很大的区别〔如沿海地区的降雨将增加，而内陆地区的降雨那么不变甚至减少〕；④由于蒸散作用所损失的水分远大于降雨增加的量，因此中纬度内陆地区的夏季干旱将明显增加[7]。

由于将来气候的变化可能将对全球的生态环境、社会和经济等产生宏大的影响，这是人们对气候变化亲密关注的主要原因　　森林生态系统是地球陆地生态系统的主体，它具有很高的生物消费力和生物量以及丰富的生物多样性目前，虽然全球森林面积仅占地球陆地面积的约26%，但是其碳储量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整个陆地生物碳固定量的2/3[8]，因此，森林在维护全球碳平衡中具有重大的作用此外，森林还为人类社会的消费活动以及人类的生活提供丰富的资源；在维护区域性气候和保护区域生态环境〔如防止水土流失〕等方面，森林也有着很大的奉献，所以，森林在维系地球生命系统的平衡中具有不可替代的作用由于森林与气候之间存在着亲密的关系，气候的变化将不可防止地对森林产生一定程度的影响反过来，因全球森林生态系统是一个宏大的碳库，受气候变化的影响，它对大气中的2起着源或汇的作用，从而进一步加强或抵消将来气候的变化因此，将来气候的变化对森林的影响及森林对气候的反响作用已引起人们极大的关注，并进展了大量的研究[7～9、13]人们通过气室实验和模型模拟，在时间尺度上从几天到几世纪及在空间尺度上从叶片到个体、种群、群落、生态系统、景观、区域及全球等各个层次来阐述气候变化对树木生理、物种组成和迁移、森林消费力以及物种和植被分布等多方面的影响。

　　1全球气候变化对森林生态系统构造和物种组成的影响　　森林生态系统的构造和物种组成是系统稳定性的根底，生态系统的构造越复杂、物种越丰富，那么系统表现出良好的稳定性，其抗干扰才能越强；反之，其构造简单、种类单调，那么系统的稳定性差，抗干扰才能相对较弱千万年来，不同的物种为了适应不同的环境条件而形成了其各自独特的生理和生态特征，从而形成现有不同森林生态系统的构造和物种组成由于原有系统中不同的树木物种及其不同的年龄阶段对2浓度上升及由此引起的气候变化的响应存在着很大的差异因此，气候变化将强烈地改变森林生态系统的构造和物种组成气候变化可能通过以下途径使森林物种组成和构造发生改变　　〔1〕温度胁迫：温度是物种分布的主要限制因子之一，高温限制了北方物种分布的南界，而低温那么是热带和亚热带物种向北分布的限制因素在将来气候变化的预测中，全球平均温度将升高，尤其是冬季低温的升高，这对于一些嗜冷物种来说无疑是一个灾害，因为这种变化打破了它们原有的休眠节律，使其生长受到抑制；但对于嗜温性物种来说那么非常有利，温度升高不仅使它们本身无需忍受漫长而寒冷的冬季，而且有利于其种子的萌发，使它们演替更新的速度加快，竞争才能进步。

　　〔2〕水分胁迫：虽然现有大气环流模型预测全球降雨量将有所增加，但是由于地区和季节的不同而存在很大的差异例如预测的结果还说明，在中纬度内陆地区其降雨会相对　　减少尤其是在夏季，在一些热带地区其干旱季节也将延长此外，气温升高也将导致地面蒸散作用增加，使土壤含水量减少，植物在其生长季节中水分严重亏损，从而使其生长受到抑制，甚至出现落叶及顶梢枯死等现象而导致衰亡但是对于一些耐旱才能强的物种〔如一些旱性灌丛〕来说，这种变化将会使它们在物种间的竞争中处于有利的地位，从而得以大量地繁殖和入侵　　〔3〕物候变化：冬季和早春温度的升高还会使春季提早到来，从而影响到植物的物候，使它们提早开花放叶，这将对那些在早春完成其生活史的林下植物产生不利的影响，甚至有可能使其无法完成生命周期而导致灭亡，从而导致森林生态系统的构造和物种组成的改变　　〔4〕日照和光强的变化：日照时数和光照强度的增加，将有利于阳性植物的生长和繁育，但对于耐阴性植物来说，其生长将受到严重的抑制，尤其是其后代的繁育和更新将受到强烈的影响　　〔5〕有害物种的入侵：有害物种往往有较强的适应才能，它们更能适应强烈变化的环境条件而处于有利地位因此，气候变化的结果可能使它们更容易侵入到各个生态系统中，从而改变由于系统的种类组成和构造。

此外，气候变化还将通过改变树木的生理生态特性〔如气孔的大小和密度、叶面积指数等〕和生物地球化学循环等途径对不同物种产生影响而不同物种的耐性、繁殖才能和迁移才能在新系统的形成中也起着重要的作用总之，气候变化对森林生态系统的构造和物种组成的影响是各个因素综合作用的结果它将使一些物种退出原有的森林生态系统中，而一些新的物种那么入侵到原有的系统中，从而改变了原有森林生态系统的构造和物种组成这些影响对不同森林生态系统之间的过渡区域可能尤为严重　　2全球气候变化对物种和森林类型分布的影响　　气候是决定森林类型〔或物种〕分布的主要因素，影响森林生态系统特点和分布的两个最为显著的气候因子是温度的总量和变量以及降雨量植被〔物种〕分布规律与气候之间的关系早就被人们所认知，并由此而提出一系列气候—植被分类系统〔如hldridge生命带、thrnthaite水分平衡及kira温暖指数和寒冷指数等〕当前，人们正是基于气候与植被〔或物种〕间的关系来描绘将来气候变化下物种和森林分布的情形而另一个有利于气候变化对物种和森林分布影响的证据是来自于全新世大暖期物种的迁移和灭绝，但是，与全新世相比，将来全球温度升高的速率更大，全球自然景观也因人类活动的影响而发生了宏大的变化，因此，将来气候变化将给物种和森林的分布带来更为严重的影响。

目前，大多数有关气候变化对森林类型分布影响的预测都是根据模拟所预测的将来气候情形下森林类型分布图与现有气候条件下森林分布图的比较而得到，其结果都认为各森林类型将发生大范围的转移[13～16]例如sith等人[13]利用hldridge模型，根据gs对气候变化的估测结果来预测将来植被分布的变化，他们发现森林类型的分布将发生相当大的转移，例如北方森林转化为寒温带森林、寒温带森林转化为暖温带森林等，寒温带和热带森林的面积趋于增加，北方森林、暖温带森林和亚热带森林的面积那么将减少neilsn[17]同样发现森林覆盖的显著转移然而需要指出的是这仅仅考虑了气候因素对森林分布的影响，而其它环境因子在森林的分布中实际上也起着很大的作用；此外，他们通常把某一森林类型作为一个整体〔如温带森林等〕，而且认为它与气候之间是一种平衡关系，但实际情况并非如此因为不同物种对气候变化的响应以及迁移才能等差异很大，因此，森林类型的转移〔如从北方森林转化为寒温带森林〕在很大程度上取决于不同物种通过景观的运动和新物种侵入现有群落中的才能对于大多数物种来说，其迁移的时间尺度或许是几个世纪[18]　　由于在不同的区域其将来气候变化的情形不一致，而不同的森林类型也有其独特的构造和功能等特点，因此，气候变化对各个森林类型的影响是不同的。

　　〔1〕热带森林生态系统：一般认为，随着全球气候变暖，热带雨林的更新将加快总体上，热带雨林将侵入到目前的亚热带或温带地区，雨林面积将有所增加，如李霞等[16]对我国植被在不同气候变化条件下〔温度升高4℃，降雨增加10%；温度升高4℃，降雨不变及温度升高4℃，降雨减少10%3种情况〕的模拟预测认为：全球气候变化后，我国热带雨林的面积将显著增加但是有些地区降雨的减少也可能加速季雨林和干旱森林向热带稀树草原(savana)的转变此外，从对环境变化的适应性来看，热带森林比温带森林更娇气一些，它的生长与水分的可利用性和季节性关系更为亲密，所以热带森林在其干旱的边缘地带被草地或稀树草原的吞食以及周围村落等人为活动等影响下，可能会变得　　比较脆弱全球气候变暖的形式说明：湿热带区域的平均气温上升比中、高纬度地区要小，一般只有1～2℃，但降雨量可能增加较多，降雨过多，土壤积水，就要限制湿热带许多森林的生长此外，不按季节的降雨，会使大多数树木不落叶，地面的枯枝落叶层不能形成，节肢动物，如蜈蚣、甲虫等因缺乏栖息生境和食物而大量减少，由此影响到生物链上的一系列物种，进而影响整个森林生态系统的物质流、能量流，使本来复杂多样的森林生态系统失稳、简单化，直至构成一个更为脆弱的新平衡体系。

此外，随全球变暖而增加的热带风暴对热带森林的构造和组成以及分布也将产生重大的影响　　〔2〕温带森林：温带森林是受人类活动干扰最大的森林，地球上现存的温带森林几乎都成片断化分布，因此，将来气候变化对温带森林的影响是宏大的一般认为，随着全球气候变暖，温带将向极地方向扩展，而温带森林也将侵入到当前北方森林地带，而在其南界那么将被亚热带或热带森林所取代，同时由于温带内陆地区将受到频繁的夏季干旱的影响，从而导致温带森林景观向草原和荒漠景观的转变因此，温带森林面积的扩张或缩小主要取决于其侵入到北方森林的所得和转化为热带或亚热带森林及草原的所失目前大部分模拟预测都认为温带森林面积将减少[13、15～17]此外，由于温度的升高及夏季干旱频度和强度的增加，火干扰可能对将来气候变化下温带森林的变化起着决定作用　　〔3〕北方森林：北方森林被认为是目前地球上最为年轻的森林生态系统，还处于不断地形成和发育之中，易于受到各种外部因素的干扰而在将来的气候变化中，由于高纬度地区的增温幅度远比低纬度地区的增温幅度大，因此，目前的研究根本一致地认为气候变化对北方森林的影响要比对热带和温带森林的影响大得多，而且其面积将大大减少[13、15、17]。

　　3全球气候变化对森林消费力的影响　　森林消费力是衡量树木生长状况和生态系统功能的主要指标之一大气中2浓度上升及由此而引起的气候变化被认为将改变森林的消费力这主要表如今2浓度升高的直接作用和气候变化的间接作用两个方面一般认为，2浓度上升对植物将起着“肥效〞作用因为，在植物的光合作用过程中，2作为植物生长所必须的资源，其浓度的增加有利于植物通过光合作用将其转化为可利用的化学物质，从而促进植物和生态系统的生长和发育目前，大部分在人工控制环境下的模拟实验结果也说明2浓度上升将使植物生长的速度加快从而对植物消费力和生物量的增加起着促进作用，尤其是对3类植物其增加的程度可能更大[19～24]但是，并不是所有的植物都对2浓度升高表现出一定的敏感性，也有一些研究说明：即使在高程度营养供给下，同样还有许多物种对2浓度的升高没有反响[25～27]。