（生态学专业论文）全球变化几个主要因子对植物影响的meta分析研究.pdf

伞球变化几个主要冈子对植物影响的m e t a 分析研究 论文题目：全球变化几个主要因子对植物影 响的m e t a 分析研究 专业：生态学 博士生：李富荣 指导教师：彭少麟教授 摘要 人类活动的加剧使全球环境发生了前所未有的变化，极大地改变了全球生 态系统的结构组成和服务功能，全球变化研究己受到广泛关注。其中，大气c o ： 浓度升高、紫外辐射增强、大气氮沉降增加这几个主要因子对植物影响的研究 一直都是生态学家关注的热点。不同区域的生态学者运用各种实验手段和研究 方法，针对这些全球变化主要因子对不同植物的影向丌展了大量的研究。然而， 由于全球变化对植物的直接或l 日j 接影响相当复杂，而且具有很大的时空变异性， 各独立研究对全球变化影响的结论差异很大。全球变化作为一种影响范围非常 广泛的过程，在评估其影响时，研究全球尺度的反应和改变要比单个的独立研 究更具有广泛的意义。因此，有必要将全球范围内已有的独立研究的数据结果 充分利用起来，加以整合，从中找出普遍结论和规律，并探究产生差异的原因。 m e t a 分析正是这样一种专门针对同一主题下丌展的多个独立研究进行统计分 析和定量整合的研究方法。目前，在国际上应用m e t a 分析来研究生态学问题已 有了迅猛发展。近年来，随着全球变化研究的逐渐深入，m e t a 分析在全球变化 研究的一些热点问题中的应用已相当广泛，并体现了极其重要的应用价值。 本研究在收集了大量现有独立研究的数据结果的基础上，运用m e t a 分析的 手段研究了全球变化生态学领域中最受关注的几个主要因子，包括大气c 0 2 浓 度升高、紫外线辐射增强、大气氮沉降增加对植物生理生态影响的总体效应； 并将植物按不同类型进行了分组，将这些全球变化主要因子对不同植物类型的 文摘要 影响差异加以区分；从而揭示了在全球变化的影响下植被组成和生态系统结构 功能的动态变化；并为未来植被和生态系统管理提供理论指导和科学依据。 主要研究结果如下： 1 在大气c 0 2 浓度升高对植物生理生态影响的m e t a 分析中，筛选了1 0 8 篇相关的独立研究。利用m e t a 分析将其数据结果整合，并把所有植物按不同的 生活型分成木本和草本植物进行分组比较，其中包括6 4 种木本( 3 9 个属) 和 7 7 种草本( 5 4 个属) 。研究发现，大气c 0 2 浓度升高使木本和草本这两种生活 型植物的总生物量都明显增加( 分别为3 7 8 ，2 2 3 ) 。而草本会将增加的生 物量更多地分配到地上部分，这是决定其冠层结构扩大的潜在因素。因此，c 0 2 浓度增加可能会增加草本植物的覆盖面积。虽然木本和草本的光合速率并无显 著差异，但是草本的非结构性碳水化合物明显多于木本，升高的c 0 2 浓度使其 积累了更多的代谢产物。另外，大气c 0 2 浓度增加降低了植物的气孔导度，从 而使木本与草本的水分利用效率明显提高。总的来说，草本将比木本更能从升 高的c 0 2 浓度中获益。 2 在紫外辐射( u v - b ) 增强对植物生理生态影响的m e t a 分析中，整合了 1 4 2 篇相关独立研究的实验结果。将增加的u v - b 强度分为了低强度( 比自然状 念下高1 8 4 0 ) 和高强度( 比自然状态高4 0 以上) ，研究了不同u v - b 增 加强度对不同生活型植物( 草本和木本) 影响的总体效应。结果表明，两种u v - b 增加强度对两种生活型植物的总生物量均有不同程度的负效应，其下降范围为 7 o 1 4 6 。木本植物各个响应指标在两种增强的u v - b 辐射下，其总体响应之 间没有显著差异。不过，对草本而言，在高u v - b 增加强度影响下，其株高和 比叶面积的下降以及紫外吸收物质的增加要远大于低u v - b 增加强度下的改变。 由于这两种生活型抵抗u v - b 伤害的内在机制不同，它们在u v - b 持续增强时 会表现出不同的响应策略。在生长的过程中，木本植物不会投资于大量的紫外 吸收物质的积累和屏蔽组织中，而草本植物则需要产生更强的防御机制来保护 自身不受紫外辐射的伤害。与木本相比，u v - b 增强使草本发生显著改变的响应 指标更多。木本的响应指标大多无显著变化而且存在很大的置信区间，这是否 由于木本中不同类型的植物对u v - b 辐射增强的响应差异所引起，还有待进一 步的研究来验证。而在未来的植被管理中，若u v - b 持续增强，对草地生态系 伞球变化几个主要冈子对植物影响的m e t a 分析研究 统应予以更多的关注。 3 在研究大气氮沉降增加对植物影响的m e t a 分析中，主要关注n 沉降增 加对森林树种虫害状况所造成的总体影响。其中，以l0 3 篇关于大气氮沉降增 加对森林树种可食性影响的研究结果作为问接证据；以1 6 篇对以树为食的昆虫 生长状况影响的实验结果为直接证据来展丌研究。结果发现，n 沉降增加使森 林树种的地上部生物量及叶重明显增加。树木氮含量以及以氮为底物的蛋白质 和一些氨基酸的含量提高，从而改善了树木的可食性。树木用于防御昆虫取食 的次生代谢物中，酚类总量和木质素含量无明显变化，而月宁含量明显下降 3 2 9 5 ，其对虫害的抵抗能力有所下降。氮沉降增加对以树为食的昆虫生长状 况影响的结果显示，n 沉降增加使其生长状况明显提高了1 5 1 3 。另外，本研 究还将树木分成阔叶树和针叶树，进一步比较了它们对n 沉降的响应差异。与 针叶树相比，n 沉降增加使阔叶树的叶重增加量更少，但其面积增加明显要大 于针叶树，阔叶树将变得更薄更利于昆虫耿食。另外，阔叶树的碳水化合物明 显下降1 3 1 1 ，从而提高了其适口性；而针叶树的该指标改变并不明显。而且 阔叶树的月宁含量明显下降，使其对虫害的防御能力降低。因此，大气氮沉降 增加会使全球范围内( 特别是以阔叶林为主的区域) 森林总体的虫害状况加剧， 这对全球森林生态系统的生产力和生物多样性将存在潜在影响。 关键词：全球变化，m e t a 分析，c o z 浓度升高，紫外辐射增强，氮沉降 伞球变化几个主要冈子时植物影响的m e t a 分析研究 t i t l e ：e f f e c t so fs o m em a i nf a c t o r so fg l o b a l c h a n g eo np l a n t s ：r e s e a r c h e sw i t h m e t a - a n a l y s l s l m a jo r ：e c o l o g y n a m e ：f u r o n gl i s u p e r v i s o r ：p r o f s h a o l i np e n g a b s t r a c t a si n c r e a s i n gh u m a na c t i v i t i e sh a sb r o u g h tu n p r e c e d e n t e dc h a n g e st o g l o b a l e n v i r o n m e n t ，t h es t r u c t u r ea n ds e r v i c ef u n c t i o no fg l o b a le c o s y s t e m sh a v eb e e n a l t e r e dr a d i c a l l y r e s e a r c h e so ng l o b a lc h a n g e sh a v er e c e i v e de x t e n s i v ea t t e n t i o n u n t i ln o w , e x t e n s i v ee c o l o g i s t si nd i f f e r e n tr e g i o n sh a v ec o n d u c t e de x t e n s i v e r e s e a r c h e so ng l o b a lc h a n g ei m p a c t st ov a r i o u sp l a n ts p e c i e sb ya l lk i n d so f e x p e r i m e n t a lm e a n s ，e s p e c i a l l y i nf i e l d so fr i s i n ga t m o s p h e r i cc a r b o nd i o x i d e ， e l e v a t e du l t r a v i o l e t - br a d i a t i o na n dn i t r o g e nd e p o s i t i o n h o w e v e lt h ed i r e c ta n d i n d i r e c te f f e c t so fg l o b a lc h a n g e so np l a n t sw e r ec o m p l e xa n dh i g h l yv o l a t i l ei n t e m p o r a la n ds p a t i a ls c a l e s t h er e s u l t sf r o mm a n yi n d i v i d u a l s t u d i e ss h o w e d c o n s i d e r a b l ev a r i a t i o n si nr e s p o n s e st o g l o b a lc h a n g e s a d d i t i o n a l l y , a sg l o b a l c h a n g ei sap r o c e s sw i t hq u i t ew i d ei n f l u e n c er a n g e s w h e na s s e s s i n gi t se f f e c t s ， g l o b a lp a t t e r n sm a yb em u c hm o r ei m p o r t a n tt h a ni n d i v i d u a ls t u d i e s s o ，t h e r ea r e c l e a rn e e d st oq u a n t i t a t i v e l ys y n t h e s i z et h o s ee x i s t i n gi n d i v i d u a lr e s u l t so np l a n t r e s p o n s e st og l o b a lc h a n g e ，i no r d e rt oe i t h e ra t t a i ng e n e r a lc o n s e n s u so re x p l o r et h e d i f f e r e n c e s m e t a a n a l y s i sp r o v i d e saq u a n t i t a t i v es t a t i s t i c a lm e a n so fi n t e g r a t i n g i n d e p e n d e n tr e s u l t s 仔o man u m b e ro fp u b l i c a t i o n sa n dc o u l da v o i dt h es u b j e c t i v i t y 英文摘要 o ft r a d i t i o n a ln a r r a t i v er e v i e w s i nr e c e n ty e a r s ，m e t a - a n a l y s i sh a sb e e ni n c r e a s i n g l y a p p l i e dt oi d e n t i f yb r o a dt r e n d so rs u m m a r i z ed i f f e r e n tp l a n tr e s p o n s e si ns e v e r a l a s p e c t so fl a r g e - s c a l ee c o l o g ya n dg l o b a lc h a n g e i th a sn o wb e c o m eau s e f u l r e s e a r c hm e t h o da n dr e f l e c t e dg r e a tv a l u ei ni n t e r n a t i o n a lg l o b a lc h a n g er e s e a r c h e s i nt h i ss t u d y , w ec o l l e c t e da b u n d a n te x i s t i n gr e s u l t sa n du s e dm e t a - a n a l y s i st o s t u d yt h eo v e r a l le f f e c t so fg l o b a lc h a n g eo np l a n te c o p h y s i ol o g i c a lv a r i a b l e s ，j u s t i ns o m em o s ta t t e n d e da s p e c t s ，s u c ha sr i s i n gc 0 2 ，e l e v a t e du l t r a v i o l e t - br a d i a t i o n a n dn i t r o g e nd e p o s i t i o n i na d d i t i o n ，w ep a r t i t i o n e da l lp l a n ts p e c i e si n t od i f f e r e n t g r o u p st oi n v e s t i g a t et h e i rr e s p o n s e s t h e nw es p e c u l a t e dt h ev a r i a t i o no fv e g e t a t i o n c o m p o s i t i o na n d s t a n ds t r u c t u r ew i t hg l o b a lc h a n g e t h em a i nf i n d i n g so ft h ep r e s e n ts t u d yw e r eb e l o w ： 1 b a s e do nt h ei n d e p e n d e n te x p e r i m e n tr e s u l t so f6 4t r e e s ( 3 9g e n e r a ) a n d7 7 g r a s s e s ( 5 4g e n e r a ) ，t h ep l a n tr e s p o n s e sw e r es u m m a r i z e dw i t ham e t a - a n a l y s i st o c o m p a r ed i f f e r e n te c o - p h y s i o l o g i c a lr e s p o n s e st oa t m o s p h e r i cc 0 2e n r i c h m e n t b e t w e e nw o o d ya n dh e r b a c e o u sp l a n t s u n d e re l e v a t e dc 0 2 t h et w op l a n tl i f e f o r m s b o t hh a ds i g n i f i c a n ti n c r e a s ei nt o t a lb i o m a s s ( 3 7 8 a n d2 2 3 f o rw o o d ya n d h e r b a c e o u sp l a n t s ，r e s p e c t i v e l y ) i tw a sf o u n dt h a th e r b a c e o u sp l a n t sw o u l da l l o t m o r ei n c r e a s e db i o m a s st o a b o v e - g r o u n dp a r t s ，w h i c hm e a n te l e v a t e dc 0 2m a y b e i n c r e a s ei t sc o v e r a g e a l t h o u g hp h o t o s y n t h e s i sr a t e so f w o o d ya n dh e r b a c e o u sp l a n t s w e r en o ts i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n t ，t h et o t a ln o n s t r u c t u r a lc a r b o h y d r a t ea sa n a b o l i c p r o d u c t i o no fh e r b a c e o u sp l a n t sw a si n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l ym o r et h a nt h a to fw o o d y p l a n t s i ta l s os h o w e dt h a te l e v a t e dc 0 2h a ds i g n i f i c a n t l yp o s i t i v ee f f e c t so nw a t e r u s ee f f i c i e n c yi nb o t hh e r b a c e o u sa n dw o o d yp l a n t s ，v i ar e d u c t i o ni ns t o m o t a l c o n d u c t a n c e i ng e n e r a l ，h e r b a c e o u sp l a n t sw o u l db e n e f i tm o r ef r o mi n c r e a s e d a t m o s p h e r i cc 0 2t h a nw o o d yp l a n t s 2 w ea l s oc o l l e c t e d14 2i n d i v i d u a ls t u d i e sw i t h i nt h ep a s tt h r e ed e c a d e sf o r m e t a a n a l y s i st oe x a m i n ea n dg e n e r a l i z eo v e r a l lr e s p o n s e so ft w om a i nl i f e f o r m s ， w o o d yp l a n t sa n dh e r b a c e o u sp l a n t su n d e rt w os u p p l e m e n t a lu v bl e v e l s ( r e l a t i v e l y l o ws u p p l e m e n t a ll e v e l ：l8 4 0 m o r et h a na m b i e n tu v br a d i a t i o n ；r e l a t i v e l yh i g h s u p p l e m e n t a ll e v e l ： 4 0 m o r et h a na m b i e n tu v - br a d i a t i o n ) t h ea n a l y s i sr e s u l t s 伞球变化几个主要冈子财植物影响的m e t a 分析研究 s u g g e s t e dt h a tb o t h l i f e - f o r m sw o u l ds u f f e ra no v e r a l ln e g a t i v ee f f e c ti n t o t a l b i o m a s su n d e rt h et w ou v - bl e v e l s 。a n dt h er e d u c t i o nw a s7 0 1 4 6 c o m p a r i n g t h eo v e r a l lr e s p o n s e su n d e rt h eh i g hs u p p l e m e n t a lu v - bl e v e lw i t ht h o s eu n d e rt h e l o ws u p p l e m e n t a lu v - bl e v e l ，n o n eo fw o o d yv a r i a b l e ss h o w e ds i g n i f i c a n tc h a n g e s y e t ，d e c r e a s e si nh e r b a c e o u sh e i g h ta n ds p e c i f i cl e a fa r e a a sw e l la si n c r e a s ei n h e r b a c e o u su v - b a b s o r b i n gc o m p o u n d su n d e rt h e h i g h e r u v - bl e v e lw e r e s i g n i f i c a n t l yg r e a t e rt h a nt h o s eu n d e rt h el o w e ru v - bl e v e l w i t hc o n t i n u e d i n c r e a s i n gu v - br a d i a t i o n ，t h e t w ol i f e f o r m sw o u l ds h o wd i f f e r e n t r e s p o n s e s t r a t e g i e sf o rt h e i rd i f f e r e n t i n t r i n s i cc a p a b i l i t i e st or e s i s tu v - bd a m a g e w o o d y p l a n t sw o u l dn o ti n v e s ti nl a r g ea d d i t i o n a la m o u n t so fu v - b a b s o r b i n gc o m p o u n d s ， w h i l eh e r b a c e o u sp l a n t sw o u l dn e e dt oi n d u c es t r o n g e rd e f e n s em e c h a n i s m st o p r o t e c tt h e m s e l v e sf i o mu v - bd e t r i m e n t a le f f e c t s m o r er e s p o n s ev a r i a b l e sw e r e s i g n i f i c a n t l ya f f e c t e db yu v - br a d i a t i o nf o rh e r b a c e o u sp l a n t st h a nf o rw o o d yp l a n t s m o s to ft h es t u d i e dv a r i a b l e sw e r en o ta f f e c t e ds i g n i f i c a n t l yu n d e re l e v a t e du v - b f o rw o o d yp l a n t sa n de x h i b i t e dv e r yl a r g ec o n f i d e n c ei n t e r v a l s f u r t h e rs t u d i e s s h o u l d i n v e s t i g a t ei ft h er e s p o n s et o e l e v a t e du v - br a d i a t i o nv a r i e sb e t w e e n d i f f e r e n tf u n c t i o n a lg r o u p so fw o o d ys p e c i e s t os u mu p ，w es u g g e s t e dt h a ti fu v - b r a d i a t i o nc o n t i n u e dt oi n c r e a s e ，g r a s s l a n de c o s y s t e m ss h o u l dr e c e i v em o r ea t t e n t i o n f o rf u t u r ev e g e t a t i o nm a n a g e m e n t 3 t oe s t i m a t eh o we l e v a t e da t m o s p h e r i cn i t r o g e nd e p o s i t i o ne f f e c tf u t u r ef o r e s t i n s e c tp e r f o r m a n c e ，w eu s e dt h ei n d e p e n d e n te x p e r i m e n tr e s u l t so f10 3s t u d i e sa b o u t t r e ep a l a t a b i l i t yr e s p o n s e st on i t r o g e nd e p o s i t i o na si n d i r e c te v i d e n c e s m e a n w h i l e ， t h er e s u l t so f16s t u d i e sa b o u tf o r e s ti n s e c tp e r f o r m a n c et on i t r o g e nd e p o s i t i o nw e r e u s e da sd i r e c te v i d e n c e s t h em e t a a n a l y s i sr e s u l t ss h o w e de l e v a t e dn i t r o g e n d e p o s i t i o nw o u l ds i g n i f i c a n t l y i n c r e a s eo v e r a l la b o v e g r o u n db i o m a s sa n dl e a f w e i g h to ft r e e s t h en i t r o g e nc o n t e n t s ，n b a s e dp r o t e i na n ds o m ea m i n oa c i d sw e r e i n c r e a s e d ，w h i c hw o u l da m e l i o r a t et r e ep a l a t a b i l i t yf o ri n s e c t s o nt h eo t h e rh a n d ， t h ec o n t e n t so ft o t a lp h e n o l i cc o m p o u n d sa n dl i g n i n , w h i c hw e r ec o n s i d e r e da s d e f e n s i v ec h e m i c a l sf o ri n s e c ti n f e s t a t i o n ，d i d n tc h a n g em u c ht on i t r o g e nd e p o s i t i o n b u tt h ec o n t e n to fo n eo t h e rd e f e n s i v ec h e m i c a lt a n n i ns i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e db y 英文摘要 3 2 9 5 c o n s e q u e n t l y , t r e er e s i s t a n c ec a p a b i l i t i e st oi n s e c ti n f e s t a t i o nm a y b ef a l l a d d i t i o n a l l y ，t h ed i r e c te v i d e n c e so f t h er e s u l t sa b o u tf o r e s ti n s e c tp e r f o r m a n c ea l s o i n d i c a t e dt h a te l e v a t e dnd e p o s i t i o na f f e c t e di n s e c tp e r f o r m a n c ep o s i t i v e l y b y 15 13 a n d t h e n ，w e f u r t h e r c o m p a r e dr e s p o n s e s o fd i f f e r e n tt r e e t y p e s ( b r o a d l e a v e dt r e e sa n dc o n i f e r o u st r e e s ) t oe l e v a t e dnd e p o s i t i o n t h ei n c r e a s e d l e a fw e i g h to fb r o a d l e a v e dt r e e sw a ss i g n i f i c a n t l yl e s st h a nt h a to fc o n i f e r o u st r e e s ， w h i l et h ei n c r e s c e n tl e a fa r e ao ft h ef o r m e rw a ss i g n i f i c a n t l ym o r et h a nt h a to ft h e l a t t e r i tm e a n tb r o a d l e a v e sw i t ht h i n n e rl e a v e sw o u l dh em o r es u i t a b l ef o ri n s e c t f e e d i n gt h a nc o n i f e r s m o r e o v e r ，t h eo v e r a l lc a r t ) o h y d r a t ec o n t e n to fb r o a d l e a v e s w a ss i g n i f i c a n t l yr e d u c e db y13 1l w i t he l e v a t e dn d e p o s i t i o n ，w h i l et h i sr e s p o n s e v a r i a b l ew a s n ta f f e c t e dm u c hi nc o n i f e r s a n dt h eo v e r a l lt a n n i nc o n t e n to f b r o a d l e a v e sa l s od e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y t h u s ，b r o a d l e a v e s w o u l dh a v el e s s r e s i s t a n c ec a p a b i l i t i e st oi n s e c ti n f e s t a t i o nu n d e re l e v a t e dnd e p o s i t i o n a sn d e p o s i t i o nk e e p sr i s i n gi nf u t u r e ，o v e r a l li n s e c tp e s t so ff o r e s te c o s y s t e m sa c r o s st h e g l o b e ，e s p e c i a l l yi nt h ea r e a sd o m i n a t e db yb r o a d l e a v e s ，w o u l db eg r o w i n gi n i n t e n s i t y t h e n ，i tw o u l dh a v eg r e a tp o t e n t i a l i n f l u e n c eo np r o d u c t i v i t ya n d b i o d i v e r s i t yo fg l o b a lf o r e s te c o s y s t e m s k e yw o r d s ：g l o b a lc h a n g e ，m e t a a n a n l y s i s ，e l e v a t e dc 0 2 ，e l e v a t e du v - br a d i a t i o n , n i t r o g e nd e p o s i t i o n i v 原创性及学位论文使用授权声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品 成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：专富荥 日期：2 ol o 年岁月30 日 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复 制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位 论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。保密的学位论文在解密后使用本规定。 学位论文作者签名：套曷隶 e l 期：2 0 田年5 月3 0 日 伞球变化几个主要i 灭j 子时植物影响的m e t a 分析研究 第一章前言 1 1 全球变化的概念及其方法 1 1 1 全球变化的概念及主要内容 近一个世纪以来，由于世界人口的激增和科学技术的巨大进步，使得人类 j 下以自仃所未有的规模和速度改变着地球的生念环境，极大地影响了全球生态系 统的结构组成和服务功能( g r i m me la 1 ，2 0 0 8 ) 。政府l 日j 气候变化专门委员会 ( i p c c ) 的评估报告显示，全球平均气温比1 0 0 年前上升了大约0 6 并将继 续升高；而c 0 2 浓度比工业革命日订增加了3 8 ，到本世纪木将达7 0 0g m o lm o l 。 ( i p c c ，2 0 0 1 ；l e ie ta 1 ，2 0 0 7 ) 。全球范围内的环境变化是社会经济可持续发展 所面临的巨大挑战，已受到相关研究者和国际组织的广泛关注。 全球变化( g l o b a lc h a n g e ) 是指地球生念系统受自然和人为影响所导致的 各种全球问题及其相互作用下的变化过程( 张兰生等，2 0 0 0 ) 。全球变化包括了 广泛的内容，主要分为气候变化、大气化学成分的变化导致全球大气环境的变 化、生物多样性减少导致生态系统性质的变化和土地利用格局与环境质量的改 变( 如荒漠化、森林减少与退化、环境与水资源污染等) 等四个方面( v i t o u s e k ， 1 9 9 4 ；林光辉，19 9 5 ；w a l k e ra n ds t e f f e n ，19 9 9 ；杨持，2 0 0 8 ) 。 对全球变化影响的研究通过描述和理解人类赖以生存的地球环境系统运转 的机制、变化规律以及人类活动对地球环境的影响，从而能提高人们对未来环 境变化及其对人类社会发展影响的预测和评估能力的科学( i g b p , 1 9 9 0 ) 。在增 加人类对全球气候和环境演变规律认识的基础上，对未来环境发展趋势进行科 学预测，从而为全球环境问题上的宏观决策提供科学依据，也为各国政府在资 源丌发和利用、环境保护和管理等方面的决策提供重要建议。 1 1 1 1 全球气候变化 全球气候变化是全球变化研究的核心内容之一，其基本原因是大气中温室 气体浓度的增加导致的温室效应所引起的。目前已有足够的证据显示，由于大 1 第+ 章前卉 气中c o ：等温室气体的增加，全球气候f 在发生前所未有的急剧变化，主要表 现为全球变暖、两极冰雪融化、海平面上升、降水格局改变、全球云量分布变 化、极端气候灾害增加、厄尔尼诺( e 1 n i n o ) 现象频繁发生等( 杨持，2 0 0 8 ) 。 1 1 1 2 大气化学成分的变化导致全球大气环境的变化 在地球漫长的演化过程中，一直进行着缓慢而自然的大气成分的变化，这 主要是由大气圈的演化和冰期、间冰期的交替等自然因素共同作用造成的。而 工业革命以后，人类活动对大气成分的影响同益加剧。其中，最受关注的几种 大气成分为：二氧化碳( c 0 2 ) 、甲烷( c h a ) 、氧化亚氮( n 2 0 ) 、氯氟烃( c f c s ) 和臭氧( 0 3 ) 。这5 种大气成分对全球变暖的影响也最为显著，如表l 一1 所示。 除此之外，这些大气化学成分的改变还会引起全球大气环境的其它变化，如大 气n 2 0 浓度增加会导致酸沉降增加( 刘兆荣等，2 0 0 3 ) ，平流层0 3 的损耗会使 生物受过量的紫外辐射而受害( 方精云等，2 0 0 0 ) 。 表1 j 主要温室气体及其对全球变暖的贡献率( g a t e s ，1 9 9 3 ；方精云等，2 0 0 0 ) t a b l e1 1t h em a i ng r e e n h o u s eg a s e sa n dt h e i rc o n t r i b u t i o nr a t e st og l o b a lw a r m i n g 其中，掌表示1 9 9 0 年时的人气浓度。 i nt h et a b l e ，幸m e a n st h ea t m o s p h e r ec o n c e n t r a t i o ni n19 9 0 2 伞球变化几个主要冈子时植物影响的m e t a 分析研究 1 1 1 3 生物多样性减少导致生态系统性质的变化 伴随着人类对资源的需求同增和利用不当，以及对坏境的不断破坏，使全球 的生物多样性受到极为严重的威胁。由于生境破碎化、过度利用、污染、气候 变化等原因，全球动植物正在加速灭绝，现在物种灭绝的速度为人类社会出现 之自订自然速度的1 0 0 1 0 0 0 倍以上( p e t e ra n dl o v e j o y , 1 9 9 2 ；w i l s o n ，1 9 9 2 ) 。以 至于现在生物多样性丧失已不再是局部现象，而是受全球变化各方面影响而出 现在全球范围内的现象，而生物多样性的改变又反过来影响了生态系统的结构 和功能，进而影响到全球气候变化以及土地利用格局的改变，成为了全球变化 研究中的重要内容( m o o n e ya n dc h a p i n ，1 9 9 4 ；w a l k e ra n ds t e f f e n ，1 9 9 9 ) 。 1 1 1 4 土地利用格局与环境质量的改变 土地利用表示人类利用土地覆盖类型的方式，其中土壤覆盖是指陆地表面 生态系统类型及其生物和地理特征，如森林、草地、农田等。在过去的几十力 年中，有一半以上的陆地表面的土地覆盖类型发生了改变。而2 0 世纪以来，这 种改变更加显著，全球绝大部分的耕地是在这期间丌垦出来的( h o u g h t o n , 1 9 9 4 ) 。土地利用格局和土地覆盖类型的改变对环境质量以及生态系统的结构和 功能都将产生深远的影响，主要表现为：土著种的减少和外来种的引入、土地 退化、土壤碳和养分的丧失、植被生产力的变化、温室气体排放的增加以及对 区域气候的直接影响( 方精云等，2 0 0 0 ) 。 1 1 2 全球变化的研究方法和手段 人类活动加剧造成的全球变化，不仅能通过改变植物或动物的生长形态等 方面来影响生态系统的结构和组成( 如森林冠层高度和植物物种组成) ，还能通 过改变植物或动物的生理生态过程来影响生念系统的功能( 如植物光合和呼吸 作用、森林碳同化速率) 。而生态系统又通过一系列的f 负反馈机制来影响全球 变化，全球变化又影响人类活动，从而改变生态系统和全球变化的反馈机制( l e i e ta 1 ，2 0 0 7 ) 。因此，全球变化、人类活动与生态系