全球生态系统

第二节全球生态系统作者：郭琳点击添加标题厄尔尼诺点击添加标题氮循环气候变暖生物多样性1、大尺度大气----海洋系统对于生态系统的全球影响。2、土地利用和景观的变化对于生物多样性的影响。3、人类活动通过人工固氮对于全球尺度氮循环的影响。4、人类活动通过增加大气二氧化碳对于全球温度的影响。大气臭氧浓度随高度的变化臭氧的浓度随高度的分布，具有不连续或突变现象。大气中O3主要存在于10～50km的大气层中，绝大部分集中在平流层，对流层只占了10%左右。近地面层臭氧含量少，从10km高度开始增加，到35～40km高度浓度达到最大值，称为“臭氧层”，再往上逐渐减少，到50Km以上就极少了。这是由于不同高度上O3的形成条件不同造成的。可见光大气逆辐射吸收O3CO2，H2O地面辐射CO2，H2O大气逆辐射的量，取决于大气中CO2，水汽的量。“太阳暖大地”“大气还大地”“大地暖大气”太阳辐射123厄尔尼诺全球氮循环全球土地利用格局与生物多样性全球生态学45大气二氧化碳浓度与全球气候变暖全球生态学研究与工具蝴蝶效应一、厄尔尼诺---南方涛动的生态影响大尺度大气和海洋系统在全球范围内对生态系统产生的影响称ElNino现象。通常在每年的圣诞节期间在秘鲁西海岸出现暖流，因此称ElNino（义为Christchild）在ElNino过程中，大风暴形成的地点向东移动。在东热带太平洋出现的海面温度低，平均气压较高的现象称LaNina,在此期间，太平洋形成的风暴向西移动。ElNino和LaNina分别代表了ENSO周期的两个极端的气候现象秘鲁鯷鱼鹈鹕厄尔尼诺现象对海洋生物种群的影响美国大盐湖澳大利亚红大袋鼠陆地生物种群湖泊生态系统海洋生物厄尔尼诺现象发生时，秘鲁渔场的鱼大量死亡，其成因有以下几种可能：1.温暖海水大规模南下，改变了鱼类的生存环境，导致鱼类的大量死亡。2.东南风减弱，使上升补偿流减弱，营养盐类减少，浮游生物减少，鱼类缺乏食物死亡。3.水温升高，海水的含氧量等物理、化学成分改变，使鱼类死亡。秘鲁渔场是由秘鲁沿岸的上升补偿流形成，而补偿流的形成和东南信风密切相关。同时，秘鲁寒流冷海水上泛，带来丰富的营养盐类和浮游生物，从而形成冷水性渔场暖流赶走了鹈鹕的主要食物，秘鲁渔民不得不给鹈鹕喂食PICTURE鹈鹕美国大盐湖GreatSaltLake位于北美洲内陆，受到1982～1983年的厄尔尼诺现象的影响降水量明显高于往年，其水位升高3.7m，盐度由100g/L降至50g/L由于GreatSaltLake湖水的盐度高于海水约4倍，所以只有很少一部分耐盐生物能够存活，但是随着盐度的下降，物种得以入侵（捕食性昆虫）并使得小虾由12000个/米3降至74个/米3

，藻类大量生长，湖水变得混浊，营养元素含量减少1987～1990年湖水盐度才恢复澳大利亚ElNino带来澳洲的干旱，LaNina带来澳洲丰富的降水。因此，在澳洲ENSO的影响表现为干旱期和丰富降水期的交替出现。PICTURE蛇麻草24厄尔尼诺与袋鼠种群数量的关系降水的减少会导致袋鼠的食物来源减少，雌袋鼠性成熟时间会推迟（15到20个月推迟到3年）袋鼠种群数量随降水而波动天然氮130×1012g人工固氮130×1012g~145×1012g轮种、混种豆科植物和苜蓿等大约每年增加30×1012工业途径生产氮肥大约每年80×1012

汽车和其他内燃机产生的大约每25×1012二、人类活动与全球氮循环陆地上生物固氮总量每年100×1012

海洋中生物固氮总量每年20×1012雷电固氮每年10×1012另一个报道认为，通过化学燃料，包括内燃机、发电机等产生的每年35×1012人工固氮20世纪初，德国化学家F.Haber发明了用氮和氢合成氨的技术，开创了人工固氮的时代。并在1919年获得诺贝尔化学奖。1002000陆地固氮海洋固氮雷电固氮化石燃料工业固氮作物固氮天然固氮人工固氮人工固氮总量以超过天热固氮总量最早的合成氨工厂于1913年出现在德国，年产量仅6000吨。二次世界的大战以后的50年代，年产量开始迅速增加，到了80年代末就到达到了80×1012g年产量。第二次世界大战以后氮消费量的指数式增长是与世界人口的指数增长平行出现的。0123456100406080199019501975世界人口×109氮肥消费量×1012g20世纪全球氮肥消费与世界人口增长人工固氮对于全球碳循环的不利后果全球变化局部卫生深至地下水高达同温层可耕土壤的酸化造成水体富营养化水体硝酸盐NO3浓度对于生物是危险的-----蓝婴病污染水体土壤生物多样性下降一氧化二氮，由细菌作用于土壤中硝酸盐。1772年，英国化学家普利斯特利发现了一种气体。他制备一瓶气体后，把一块燃着的木炭投进去，木炭比在空气中烧得更旺。他当时把它当作“氧气”。但是，这种气体稍带“令人愉快”的甜味，并且溶解度也大得多。它是什么，成了一个待解的“谜”。

事隔26年后，普利斯特利实验室来了一位年轻的实验员，他的名字叫戴维。凡是他制备的气体，都要亲自“嗅几下”。当戴维吸了几口这种气体后，奇怪的现象发生了：他不由自主地大声发笑，还在实验室里大跳其舞，过了好久才安静下来。因此，这种气体被称为“笑气”。

戴维发现“笑气”具有麻醉性：“我并非在可乐的梦幻中，我却为狂喜所支配；我胸怀内并未燃烧着可耻的火，两颊却泛出玫瑰一般的红。我的眼充满着闪耀的光辉，我的嘴喃喃不已地自语，我的四肢简直不知所措，好象有新生的权力附上我的身体。”

不久，以大胆著称的戴维在拔掉龋齿以后，疼痛难熬。他想到了令人兴奋的笑气，取来吸了几口。果然，他觉得痛苦减轻，神情顿时欢快起来。

汉弗莱·戴维普利斯特里他在同温层中与氧反应，破坏臭氧，从而增加大气的紫外线辐射它在对流层作为温室气体，促进气候变暖一氧化二氮值得重视的两个过程2000年9月6号臭氧层破坏臭氧层破坏

1985年英国南极探险家J.C.Farman提出南极出现“臭氧空洞”臭氧空洞形成的原因人工合成的含溴和含氯的物质：哈龙、氟利昂等甲烷氧化亚氮一氧化碳二氧化碳臭氧层层破坏的危害对人体健康的影响引发和加剧咽部疾病、皮肤癌和传染性疾病对生态系统的影响植物形态改变、生物蛋白质和核酸分子结构破坏、生物多样性降低对空气质量和全球变暖的影响对材料的影响加速建筑、喷涂、包装及电线、电缆等尤其是高分子材料的老化三、大气二氧化碳浓度与全球气候变暖图为1921年拍摄的西藏绒布冰川。2007年，绒布冰川14万年前全球CO2明显上升，随后逐渐下降近1000年来CO2浓度的变化030102近十六万年大气二氧化碳浓度的变化与全球温度变化相平行，即二氧化碳浓度与高全球温度一致近二个世纪来，大气二氧化碳浓度增高很多大气二氧化碳的高浓度，很可能与工业革命中大量消耗化石燃料有关结论01020304排干沼泽以建设城市和机场砍伐森林、开垦草场以发展农田和牧场围海围湖造田，改变河道以调节淡水的分布建设高速公路以发展交通四、全球土地利用格局与生物多样性人类主要通过农业和城市化改变了土地利用格局，至今大约有3/1到2/1的地球上无冰陆地面积已经失掉了原来面貌。热带雨林生态系统的重要意义1、热带雨林生态系统支持了全球物种多样性的一半或者更多。2、热带雨林面积的大规模减少影响全球的气候。Vitousek认为，土地利用格局的变化是威胁全球生物多样性的重要原因。下面以热带雨林面积迅速减少为例，说明土地覆盖度变化对生物多样性的影响及机制39世界热带雨林的分布小森林片段暴露的边缘相对地较长，那里就有更多的风和太阳辐射，两者结合改变了片段内部的物理环境，即片段边缘比较热、干燥和具有更强的太阳辐射。森林斑块大小与间隔程度对于森林面积减少的影响物理环境的变化影响了群落结构，森林片段边缘上的乔木死亡率比较高林冠层更加稀薄，而林下植被更加稠密片断化也影响许多动物类群的多样性，包括猴、鸟、蜂和食腐肉和