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生物多样性保护导论 解焱中国科学院动物研究所 下次课程 11月2日 生物入侵 生物多样性保护导论4 全球变化和生物多样性解焱中国科学院动物研究所 全球变化 GlobalChange 的定义 问题一 什么是全球变化 全球变化 GlobalChange 的定义 全球变化是指改变我们的生物 社会和体制等环境的各种因素 主要人为因素 这些因素正在导致物理性或者生物性的改变 例如气候变化或海平面上升可能是受社会和经济因素的驱使 例如人口增长 对食品需求的增加 或者由于新的管理政策导致 例如权力下放和共同管理等 总之 这些新趋势改变了整个大环境 也增加了我们管理地球上最珍贵地区的不确定性 生物物理变化BiophysicalChange 问题2 有哪些全球性的生物物理变化 气候变化ClimateChange海平面上升SeaLevelRise栖息地丧失和片断化HabitatLossandFragmentation外来入侵种InvasiveAlienSpecies陆地水资源变化In landWaterChange 全球气候变化 历史上的气候变化对生物区系的分布有十分重要的作用 南美洲最南端的开花植物有四五十种和北美洲和欧洲的相同 更多的相似美洲赤道地区的高山上 有大群独特的属于欧洲属的物种非洲的阿比西尼亚山上 生长着几种欧洲特有的类型和少数好望角植物的代表类型爪哇高山上采集的植物好像是欧洲丘陵上的植物婆罗洲山顶上生长的植物竟然代表了澳洲的特殊类型澳洲南部山上有欧洲的物种 历史上的气候变化对生物区系的分布有十分重要的作用 全世界热带地区的高山上生长着的某些植物 和南北温带平原的植物是同种或同一个物种的变种 历史上的气候变化对生物区系的分布有十分重要的作用 海洋生物也有类似情况新西兰的甲壳动物和英国的非常相似新西兰和欧洲有25种海藻是相同的 但在它们中间的热带海洋里却没有这些海藻 历史上的气候变化对生物区系的分布有十分重要的作用 但北半球经受冰期严寒的时候 南半球实际上是温暖的 南北冰期交替 全球气候变化GlobalClimateChange 气候变化是指自1900年代以来发现的地球上气候的变化 最近我们看到的和预计今后80年将发生的变化 主要是由于人类的行为引起而非自然变化 莱索托的Thaba Tseka村 因为降雨要么过早 要么过晚 所以莱索托境内崎岖山区的庄稼不断减产 还有大冰雹和龙卷风 过早出现的霜冻冻死了大部分在前一段奇怪的天气中幸存的玉米苗 村里的老人都相信宇宙已经乱套了 他们说 上帝一定是对我们发怒了 但是我不知道为什么 这个村庄和其他近四百万非洲人正面临被饿死的危险 他们可能是全球气候变化的首批牺牲品之一 近50年来 我国北方地区最低气温显著升高 暖冬年份连续出现 中国气候变化 问题 为什么气候会变暖 温室效应GreenhouseEffect 温室气体使地球保持温暖如果没有温室气体 地球会比现在低30度大气的99 由78 氮气nitrogen和21 氧气oxygen组成 它们对气候调节基本没有直接的作用 温室气体GreenhouseGases 问题 温室气体有哪些 在剩下的1 左右的大气中有小部分 二氧化碳Carbondioxide甲烷Methane一氧化二氮Nitrousoxide臭氧Ozone水蒸汽Watervapour卤烃Halocarbons 温室气体GreenhouseGases 问题 什么原因造成温室气体增加 温室气体增加的原因煤 石油和天然气燃烧后产生二氧化碳森林破坏降低了植被的二氧化碳吸收能力温室气体状况CO2浓度现在大约比自然状况高30 35 甲烷 一氧化二氮25 的商业性能量消耗来自交通 人类活动产生了过多温室气体 政府间气候变化调查组TheIntergovernmentalPanelonClimateChange IPCC 1988 其第三次评估报告估计到世纪末 全球气温将升高1 4C 5 8C IPCC关于气候变化的陈述 2001 最近50年来观察到的变暖现象很可能是由于人类活动造成的 mostofthewarmingobservedoverthelast50yearsislikelytobeattributabletohumanactivities 1996 可辨别的人类对气候的影响 discerniblehumaninfluenceontheclimate IPCC关于气候变化的陈述 全球温度在过去300年上升超过了0 7 因此气候变化已经发生 20世纪温度增加了0 5 最严重的变暖发生在1910 1940年间和1976年至今 最近1000年内 90年代是最温暖的 5个最温暖的年度有4个发生在90年代 1998年是1861年有记录以来全球最温暖的一年 1995年是225年以来炎热天数最多的一年 超过20 的天数为26天 而冷天的数量 平均温度低于0 则从20世纪以前的每年15 20天 减少到最近几年每年大约10天 关于全球气候变化的关键点 北半球的冰雪覆盖量自1960年减少了大约10 山脉冰川在20世纪期间明显退缩 北极的冰雪厚度在过去的40年间已经丧失了近40 气候变化导致全球海平面在过去100年中平均上升了0 1 0 2米 20世纪 平均每年上升1 2毫米 预计1999 2100年 上升0 09 0 88米 比20世纪高2 4倍 世界大部分地区降雨明显增加 北半球的中高海拔区每10年增加0 5 1 严重降雨事件发生率增加了2 4 亚洲和非洲过去几十年旱灾的频率和严重程度都一直在增加 关于全球气候变化的关键点 21世纪后半叶 中高北纬度地区和南极洲冬季降雨量将增加 同时 澳大利亚 新西兰和南太平洋岛屿 中美洲 南部非洲冬季降雨量很可能会减少 目前已有迹象表明生物多样性开始在对全球气候变化作出反应 亦更有可能发生与 热 相关的疾病和死亡 由昆虫和啮齿动物携带的传染性疾病会被更广泛地传播到以前没有这种疾病的地区 如果全球气候变化趋势持续地不减退 全球变暖将威胁我们人类的健康 威胁城市 农场 森林 沙滩和湿地以及其他自然栖息地 关于全球气候变化的关键点 目前已有清楚的迹象表明生物多样性开始在对全球气候变化作出反应生物多样性对全球气候变化的反应包括地理分布的改变生理发生改变生活周期发生改变迁徙习性和栖息地发生改变生存能力降低 全球气候变化和生物多样性 生物学的改变蛙类提早产卵蝴蝶分布区向北方扩展英国的鸟类卵孵化速度加快东欧的树木提早开花一些生物多样性丰富区已经受到影响哥斯达黎加的鸟类坦桑尼亚和印度尼西亚的蚊子加利弗尼亚的蝴蝶不能耐受霜冻的植物上升到新的海拔高度 全球气候变化和生物多样性 哥斯达黎加的MonteVerde森林最后一次见到是198770年代以来 由于温度上升 云层升高导致鸟类 爬行和两栖类种群的变化 有21种蛙类消失MonteVerde特有种 MonteVerdeGoldenToadBufoperglenes绝灭 加利弗尼亚北到加拿大 南到墨西哥在其南部分布区内正在绝灭 向北部和高海拔地区扩展 斑蝶Edith sCheckerspotButterflyEuphydryaseditha分布转移 分布区转移 同时携带着疾病转移转移到更高海拔的地区 以前从来没有疟疾 Malaria 或其他蚊子传播的疾病 也开始发生1997年坦桑尼亚和印度尼西亚的热带高地第一次爆发了疟疾 登革热 DengueFever 以前只在1000米以下的地区发生 现在在墨西哥近2000米地区也有报道 在哥伦比亚超过2000米的地区发现了登革热和黄热病 YellowFever 的媒介昆虫 蚊子出现在更高海拔 哥斯达黎加MonteVerde森林 气候变化导致厚嘴巨嘴鸟筑巢地位置上升捕食凤尾绿咬鹃Resplendentquetzals Pharomachrusmoccino 的幼雏凤尾绿咬鹃没有更高的海拔区可以筑巢 Keel billedToucan厚嘴巨嘴鸟Ramphastossulfuratus分布转移 Fynbos 南非植被变化模型 Fynbos 南非植被变化模型 FynbosSucculentKaroo 美国的大部分鸣禽转移其分布区 并提早迁飞 常常导致食物缺乏 如很难找到足够的食物如昆虫 花卉和浆果 因为鸣禽在维持生态系统中的重要作用 这种变化可能导致生态系统失去平衡 美国情况 按照目前气候变化的情况 一些脆弱的生态系统如落基山的高山草甸 沿海湿地和河口可能会消失 东北地区枫树为主的硬木林 Mapledominatedhardwood 将让位于青冈和针叶树为主的森林 Forestdominatedbyoaksandconifers 美国情况 目前已经有近20 的珊瑚礁是由于白化现象所破坏 珊瑚礁白化 Bleach 海平面上升SeaLevelRise 气候变化 减少雪和冰的覆盖增加极地冰盖的融化增加陆地和海洋的水量海水热膨胀 1986年冰川的位置 100米 1998年冰川的位置 西藏林芝地区川藏公路以北的冰川 由于受全球气候变化的影响 大面积后退萎缩 冰川退缩 海平面上升SeaLevelRise 过去3000年 海平面平均每年上升0 1 0 2mm过去一个世纪 平均每年上升1 2mm预计1999 2100年 上升0 09 0 88m 中间值是0 48m 比20世纪高2 4倍 海平面上升的影响 沿海洪水地表坍塌河口三角洲人类活动野生动物栖息地已经低于海平面的地方 爱尔兰 小岛屿国家 2020 3 15 43 可编辑 Maryland TheChesapeakeBay是美国最大的河口 上个世纪 上升了1英尺 其中一半原因是抽取地下水 一半很可能是全球变暖BlackwaterNationalWildlifeRefuge湿地被海水淹没 自1938 Blackwater的湿地的1 3已经消失 剩下的部分可能在30年内消失 湿地正在变成水域 消失的速度远远大于新的湿地形成速度 Florida 150万公顷的EvergladesNationalPark被称为 美国最濒危的国家公园 海水正在侵蚀当地人口依赖的淡水沼泽地目前一个宽阔的环形红树林象水坝一样将淡水沼泽地和海洋分开如果红树林屏障增长速度不如海水水位增长快 或者被台风破坏淡水沼泽地会逐渐被海水湿地取代 栖息地丧失和片断化HabitatLossandFragmentation 资源开发 城镇建设 交通网络 导航设施以及其他形式的栖息地改变 栖息地丧失和片断化影响 首先从边缘开始导致剩余植被退化交通道路导致人们更容易进入以前被隔离的森林 大熊猫栖息地分割 大熊猫栖息地重大问题之一是植被破坏造成的种群隔离 外来入侵种InvasiveAlienSpecies 陆地水资源变化In landWaterChange 问题 陆地水资源发生了什么变化 地表水资源普遍减少 河流减少 断流现象加重地下水位下降严重水质污染日益加重导致水资源严重缺乏 地表水下降 黄河中游三门峡站10年平均年径流量变化 西部地区河流断流日趋严重 断流情况不仅出现在降水量少的西北部地区 而且出现在雨量充沛的西南地区 广西60年代可通航河流214条 90年代减少到40条 通航里程缩短一半 河流污染加重 使原本水资源短缺的西北地区 雪上加霜 水资源相对丰富的西南地区出现水质性短缺现象 西北干旱 半干旱地区河流下游湿地消失 湖泊干涸现象十分严重 青藏高原众多湖泊相继萎缩 甚至消亡 部分淡水湖泊向咸水湖泊转变 黄河源区88年以来 湖泊减少了732个 60 80年代内蒙古湖泊减少了1321km2 地下水 西部地区地下水利用量呈持续增长趋势 部分地区地下水超采严重 导致局部地区地面下沉严重 漏斗范围不断扩大 对城市建筑和人民生命财产安全构成严重威胁 地下水位持续下降 造成水质恶化 植被衰亡 土地沙化速度加快 塔里木河下游地区 地下水位由70年代的1m左右 下降到80年代2 10m 90年代下降到12 16m 同期河水矿化度由1g L增加到3 6g L 西安城区地下水开采造成地面下沉面积高达162km2 出现13条地裂缝 近3000年来呈明显的干旱化趋势 近50 100年有明显的干旱化趋势 20世纪70年代开始干旱化趋势加快 西北 北方 东北 70年代以来干旱化加速 干旱指数 T P 实际计算值 滑动平均值 趋势平均值 不合理的水资源利用导致水资源的自然分配机制被严重改变 大坝水库建设农业灌溉地下水抽取 大坝建设 自本世纪五十年代以来 各国建造水坝的数量一直呈上涨趋势 目前全球至少已建成45000个大型水坝大型水坝的定义 水坝高度 从地基处算起 大于或等于15米 高度在5米至15米之间 且总储水量超过300万立方米的水坝 大坝建设的生态困惑 黑河流域的水坝建设导致了下游地区生态环境的急剧退化石羊河流域筑坝截水 导致民勤县绿洲生态急剧恶化10座水库 进入民勤县的水量从50年代5 9亿立方米1亿立方米 大坝建设的生态困惑 水坝引水工程威胁了青海湖的生物多样性2001年7月3日是青海湖湟鱼的灾难性的一天 成千上万的产卵亲鱼死在了沙柳河拦河坝上下一段约长200米的河道内 死鱼形成了一条约50厘米厚的鱼尸带 青海湖周围的入湖河流已由以前的108条减少为5条 其他河流均已干涸 1997年青海湖环湖地区耕地已达2242万公顷 大部分利用了水利灌溉 西部地区农业灌溉比重大 农业 林业用地面积持续增加 导致水资源需求量增长 水资源短缺矛盾加剧 特别是造成下游地区水资源匮乏 农业灌溉 西部地区部分省区地表水资源利用状况 西部部分省区农业灌溉状况 农业节水工作滞后 单位面积用水量高 水资源的浪费严重 进一步导致区域水生态失衡 森林 草原 农田 湿地 上中游大量围垦湿地和挤占河道 98年洪水将科右中旗县城冲毁 下游大面积的湿地 蓄洪滞峰 保护了吉林通榆县 有效地抵御了98年洪水灾害 科旗县城 湿地 滩涂现状及变化 80年代以来 天然湿地萎缩严重 恢复治理极为有限 围垦是导致湿地减少的重要原因 加之受全球变暖的影响 西部地区天然湿地普遍退化 不同程度地出现盐碱化 旱化甚至沙漠化 湿地自然调控能力降低 湿地生态功能下降 西部地区湿地围垦现状 罗布泊野骆驼保护区 罗布泊野骆驼 1980 1981野骆驼的数量估计是1070 1340头 1995估计只有60 80头 大约是15年前的1 15 1 18阿尔金山野骆驼数量80年代初是280 340 1995年估计是300头 影响生物多样性和生态系统功能的社会因素变化 问题 社会经济有哪些全球性的变化 人口的变化Demography高强度的土地和资源利用IntensifiedLandandResourceUse对生态功能价值认识的变化ChangingValuesofEcosystemServices 人口增长 2000年是60亿 联合国估计2025年大约79亿 2050达93亿目前人口增长最迅速的是热带生物多样性丰富地区 城市化 到2010年 有超过50 的人居住在城市 增长最快的是人口约100 500万人口的中等城市 过去20年中中等城市的增长数量占总数的80 大约超过50 的世界人口居住在距海岸200公里的地方 到2025年 估计沿海人口将超过总人口数量的75 即大约63亿 收入增长 收入增长 自1975世界经济平均每年增长2 9 东亚和太平洋地区GDP增长280 北美洲增加66 世界平均每家收入从1980到1998平均增加68 收入分配 分配越来越不平均 目前大约有78 的穷人 11 中等收入 11富裕 最富裕的1 拥有世界收入的57 24 的人每天收入只相当于每天 1 收入增长 贫穷和环境 贫穷和资源管理不善通常联系在一起 贫穷 生态退化 更贫穷常成为一种恶性循环 贫穷常常使当地人无法考虑长期效益 常和高强度土地利用联系在一起 富裕和环境 富裕和环境退化以及对环境质量的高支付能力 高环境意识和执法能力等联系在一起 富裕意味着对石油 食品等的新的需求 促进了大规模商业化种植和砍伐 但是富人往往看不见其消费所造成的影响 科学技术革新 农业改革 过去40年 人均耕地的减少 导致更高强度的生产 高产出主要是由于改良品种 使用化肥 大面积灌溉和能源的使用 现在农业生态学 自然资源管理 监测 遗传学等科学的进步 使我们能够设计更可持续和有利于生物多样性保护的农业 牧业和森林生产体系 工业改革 允许资源重复使用 降低污染 对生态系统服务价值认识的改变 过去生物多样性保护和服务价值没有被纳入市场经济过去十年 政府 企业 消费者和保护者都表示越来越强烈的意愿来支付生物多样性和生态系统保护这个趋势反映了意识的提高 对生态系统服务的需求的增长和日益稀少的状况 因为资源越来越缺乏 因而价值也越来越重要 体制变化InstitutionalChange 体制 是调整社会与政府之间相互作用的 一系列规定 这些规定是法律 政策 规章 组织框架 传统和其他根据文化而定的个人 团体 正式组织 例如政府机构 非政府组织和民间协会 和整个社会之间的关系 体制变化是指构架这些关系的各项规定发生的变化 体制变化InstitutionalChange 问题4 全球体制上有哪些变化 全球化Globalization民主化Democratization权力下放Decentralization 全球化Globalization 指信息 金融资本和商品 产品和消费品 迅速而广泛的流动 已经并且继续创建一个更加紧密联系的世界 全球化提供合作和机会但是一些国际势力越来越有能力左右世界随着全球资本流动 自由贸易协定等使市