植生理作业

全球气候变化与植物的光合作用研究综述姜乾坤（中国海洋大学 海洋生命学院2014级生物科学）摘要：近年来，全球气候变暖与国家气候变化越来越受到人类的关注，在变暖背景下我国也面临二氧化碳的减排压力。了解与研究全球气候变化的机理，有助于我们更准确地对未来环境进行预测，并采取必要的措施，未雨绸缪，预防极端天气的出现，有效利用资源。本文对当前国内外全球气候变化的状况做一篇文献综述。并从有效控制物质循环生产与能量的高效利用等角度对未来温室效应与能量枯竭问题作出假设与展望；关键词：全球变暖 植物的光合作用 能源的有效利用一， 关于“全球变暖”问题的研究;(一) 气候变化问题的提出、认识过程;气候变化最先由Lyell提出，Lye ll于1830年分析英国石碳层的煤沉积后,发现现代沉积物完全不同于古代, 提出现代的气候同过去是完全不同的, 他认为这是由于海陆在赤道和极地的不同面积而造成的。随着对山地冰川和大陆冰盖进退的认识, 人们意识到地球在近千万年间存在逐渐变冷的趋势。不过直到南极古生代晚期冰川的发现, 才使地球这种逐渐变冷的概念开始引起人们的注意。然而, 在直到20世纪后半期前, 这种地球变冷的概念仍处在定性的阶段, 并没有被大多数科学家所接受。其后由于基于深海浮游有孔虫氧同位素比率被用来估计高纬度海洋表层水的温度, 定量的方法才开始被采用, 并发展成为标准的参考指标 , 其他的指标如古植物化石也被用来恢复古温度, 并取得了成功 。至此, 气候变化尤其是对新生代以来气候变冷的研究才有了比较大的突破。到90年代以后, Heinrich事件 的发现,特别是在冰芯中发现了具有千年尺度的气候波动(称为D O 循环) 以及包括Heinrich事件在内的Bond旋回 , 人们开始认识到气候系统存在不稳定性, 打破了人们习惯于气候变化需要上千年以上的时间尺度这一传统观念, 气候变化具有突变性的观念也开始被广泛接受, 关于气候突变发生的时间尺度已经由千年缩小到10年之内.(二) 全球变暖的存在性分析与全球变暖幅度的数据分析；对全球变暖以及变暖的幅度的准确界定，目前国内外学者还没有统一定义。据联合国政府间气候变化专门委员会第一工作组第五次评估报告Climate Change 2013 ：The physical science basi分析，全球气候系统变暖的事实是毋庸置疑的，自年以来，气候系统观测到的许多变化是过去几十年甚至近千年以来史无前例的全球几乎所有地区都经历了升温过程，变暖体现在地球表面气温和海洋温度的上升、海平面的上升、格陵兰和南极冰盖消融和冰川退缩、极端气候事件频率的增加等方面全球地表持续升温，年全球平均温度已升高0.；过去年，每地年表温度的增暖幅度高于年以来的任何时期在北半球，年可能是最近年来气温最高的年特别是年间海洋变暖所吸收热量占地球气候系统热能储量的以上，海洋上层（）已经变暖与此同时，年北极海冰面积每年以的速度减少；自世纪年代初以来，大多数地区多年冻土层的温度已升高。而中国科学院地理科学与资源研究所陈泮勤等人则就当前全球气候变化科学认识和行动中的几个关键问题的不同观点与争论进行了辨析。他们认为全球增温的幅度被高估了，过去百年, 全球地表气温逐步增高, 呈现全球变暖的总趋势。但是对全球变暖的幅度和速率的认识, 尽管IPCC在历次科学评估报告中均有修改, 但仍然存在诸多问题, 进而严重地影响到了我们对这一基本事实的判断和科学决策。由于热岛效应对增温的影响被大大低估, 以及参与全球统计的农村站少于城市站, 海洋站少于陆地台站等原因, 全球增温幅度可能被高估了。陈泮勤指出IPCC引用的CRUTEMP3和GISTEMP数据集虽然对城市热岛效应进行了部分订正, 但对发展中国家提供的气象数据热岛效应影响的订正几乎没有考虑或存在重大缺陷。近几十年来, 广大发展中国家, 特别是中国、印度、巴西等国处于工业化过程中, 城市化进程加快, 许多原处于城郊的气象站, 近几十年已身居闹市, 城市热岛效应非常明显。周雅清等和任国玉等研究了我国华北地区的城市热岛效应, 发现1961年到2000年间在我国华北地区由城市化引起的年平均气温增加值对全部增温的贡献率超过39%。因此IPCC 报告中城市热岛效应对增温贡献可以忽略0的结论存在较大不确定性。近百年全球增温的幅度被IPCC大大高估了。通过对文献的回顾可以发现，无论在国内还是国外，都一致认为全球变暖的事实是毋庸置疑的，但是对全球温度变化的有效数据依然存在争议，没有一个统一的说法。（三）全球变暖的原因分析； 全球变暖原因的多样性也决定了其分析的复杂性。根据中国气象局兰州干旱气象研究所张强等人调查统计，目前, 关于气候变化原因的学说及其分支有近百个, Hay等人将这些假说归类为11种。再结合其它研究的成果, 大致可以归纳出全球气候变化的16 种原因, 它们包括:太阳辐射的变化;宇宙沙尘浓度的变化;地球轨道的变化;大陆漂移;山地隆升对大气环流和环境的影响;洋流的改变;海冰的变化;大气温室气体的变化;大气气溶胶浓度的变化;极地同温层云量的变化;11极地植被的变化;12同大陆沙尘气溶胶相联系的“铁假说”;13大陆C3植物向C4植物的转化;14天体撞击;15火山爆发;16地核环流作用等；而根据这些假说可以将全球变暖大致归为两个方面：自然因素和人为因素；而哪种因素占主导作用还需要进一步的分析。从时间尺度上来分析自然因素，大多数科学家倾向于海陆的构造运动, 包括板块的漂移、海道的开启与闭合及山地的隆升 28, 30 34 , 它对气候的影响具有不可逆性, 决定着地球系统的气候格局。在整个新生代期间,气候一直趋向于变冷, 并可识别出一系列快速的降温事件, 而这些降温均与现代海陆演化的发展阶段相联系。（上图是气候变化及事件与大的构造运动的关系图, 表明地球的构造运动可能是造成这种超长时间尺度气候变化的原始驱动力。）Ruddiman等力主青藏高原等新生代隆起地区对全球气候变冷可能做出了决定性的贡献。其依据不是山地隆升导致大气环流的改变, 而是基于山地隆升 CO2减少气候变冷的机制。France等认为山地隆升导致有机碳的埋藏,较硅酸盐、基岩风化更能除去大气中的CO2 , 有研究表明青藏高原隆升的三大阶段与新生代3次突发性变冷有不同程度的联系, 山地隆升导致晚新生代以来气候变冷的学说被科学界广泛接受。（四）温室效应的机理及对全球变暖的影响；温室效应是由地球、大气层和太阳相互作用而产生的。太阳可视为表面温度为5800K的黑体, 它不断发射0.154.0m 波长的光, 并以0.475m 辐射最强, 它们通过大气传到地球表面, 为陆地和海洋吸收。与此同时, 地球也会辐射近红外到远红外的光, 最大辐射波长为11 m 左右。若无大气, 太阳与地球的相互辐射达到平衡, 地球产生250 K 稳定温度状态。若存在大气层, 大气中的CO2 、N2O 、CH4 、HFC 、PFC 、SF6 等气体会强烈吸收红外辐射。以CO2 为例, 它的吸收带在2.7 、4.3 、12 m 和18 m 附近, 主要集中在11 14 m, 所以,CO2 对太阳较短的波透明, 却吸收地球辐射波能量,CO2 与其他一些物质在地球上空形成一层“玻璃” , 这种让太阳辐射通过又阻碍地球热的发射, 使地球与外层空间形成一巨型温室, 大气被加热, 地球变暖, 这种现象称为温室效应(GHE), 产生这种效应的气体称为温室气体(GHG)。而人为等因素则不断提高大气中温室气体的含量。随着世界经济的快速发展, 人口的增加和人民生活水平的提高, 对能源需求将不断增大, 会产生更多的温室气体, 并造成以下次生影响:需要更多的电力用于空调制冷, 而电厂将放出更多的CO2 。地表温度上升引起干旱, 导致森林大火频发, 产生更多CO2 , 并且由于森林破坏使吸纳CO2 能力下降, 间接增加了CO2 的产生。为了抗旱而抽取地下水后, 不仅使地面下沉, 还会使地表更干旱, 有机质储碳量等进一步减少。环境温度上升使卡诺循低温热源温度上升, 使热机效率下降,为达到原先的正常效率, 同一车间、同一设备、同一工厂和同一产品将会花费更多燃料, 放出更多CO2 。海洋升温有可能减少吸纳CO2 能力, 北半球永久冻土层融化过程中又会放出数十亿吨的CO2 和CH4 。化石燃料燃烧放出CO2 同时又会产生碳黑气溶胶, 它们覆盖在南极冰盖上, 使太阳光吸收增加, 进一步加剧冰川融化。在排放CO2过程中(化石燃料燃烧、生物体的燃烧和无机氮肥使用)会产生另一温室气体N2O ;在地表升温中, 一些水稻田、沼泽地将放出更多CH4 , 而CH4 对温室效应贡献率为15 %。因此全球变暖受到自然发展和人为因素的双重影响，而究竟哪种因素占主导作用，仍需进一步的研究。但是，可以看出人类因素对全球变暖的影响越来越大。二，全球变暖的影响分析； 在气候变化的相关研究中，其中一个受到关注的主题是气候变化带来的影响，尤其是气候变暖对全球各领域及地区可能造成的影响 IPCC 对这个问题基本持负面看法，认为全球气候变暖会对各种灾难性现象的发生和对人类及其他物种造成不良后果，突出表现为海平面上升、物种灭绝、极端天气事件频率增加、热带传染病北上、全球粮食短缺、水资源供应不足，地区冲突增加等。而福建师范大学地理研究所朱芸等人则认为无论是自然因素还是人为因素造成的气候变暖，其影响都是有利有弊的，不宜简单地将所有灾害事件都直接归因于全球变暖，让全球变暖对现在出现的大多数环境恶化问题承担责任的观点并不是全面权衡研究的结果 应该对全球变暖对不同时段、不同区域和不同领域的影响带来的利弊具体分析，进行全面科学的评估，减少不确定性，这样才能更有针对性的对那些不利影响采取措施，从而在行动上趋利避害。 全球变暖的影响，不同学者有不同观点，笔者认为，从整体上来看，全球变暖对人类生存产生诸多不确定性，应该进行有效的遏制。三，植物光合作用在调节全球气候的作用；（一） 植物光合作用机理 光合作用是指含有叶绿体绿色植物在可见光的照射下，经过光反应与暗反应，利用光和色素，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。同时也有将光能转变为有机物化学能的能量转化过程。 （二）光合作用的生态学作用分析；光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳-氧平衡的重要媒介。植物光合作用吸CO2，可以降低大气中温室气体CO2浓度，从而减少人类对温室气体对全球变暖的影响.四，应用植物光合作用及调控物质循环等方法遏制全球变暖的假说； 根据以上一系列国内外相关研究的分析，我们发现全球变暖毋庸置疑，而人类的因素也不容忽视，如何有效的解决降低温室气体也是当今世界的热门话题。 笔者认为，除了新能源开发以及植树造林外，如何在不影响经济发展的前提下，又要防止温室效应等一系列的环境问题的发生，保证经济与环境协调发展值得我们思考。 我们不妨从源尾分析问题，从CO2的性质进行分析。 CO2既是温室气体，导致全球气温变高；同时，它又是植物光合作用的原料，是植物储存光能所需要的必要物质。 我们可以通过管道运输的方式，在工业基地建立运输管道，像收集天然气等一样，将CO2从工业基地运输出去，运送到农业基地，通过这种方式，既能避免CO2散失到大气之中引起温室效应，又能促进相关农业的发展，促进CO2的有效利用。当然，修建管道是一场大工程，需要综合考虑当前资本以及其潜在价值，具体问题进行具体分析。参考文献：IPCC第一工作组第五次评估报告对全球气候变化认知的最新科学要点_沈永平;IPCC气候变化：自然科学基础; Climate Change 2013 ：The physical science basi; 全球气候变化的几个关键问题辨析_陈泮勤； 全球气候变化及其影响因素研究进展综述_张强,韩永翔,宋连春; 全球变暖与二氧化碳减排_邝生鲁 植物光合作用对大气 CO2 和温度升高的响应及其适应机制的研究进展_余峥； 百度百科（光合作用） 全球气候变暖的影响问题辨析_朱芸； 大气CO_2浓度升高对植物光合作用的影响_赵卓 光合作用对光和CO_2响应模型的研究进展_叶子飘； 光照强度、温度、pH、盐度对植物光合作用的影响_欧阳峥 光质对植物光合作用的调控及其机理_郑洁 光合作用对光和二氧化碳响应的观测方法探讨_陈根云 百度百科（温室效应） Projections of 2.0C Warming over the Globe and China under RCP4. _5Atmospheric and Oceanic Science Letters Globe warming,Urban Heat Island,Heat Waves and their Health Impact in Shangha J