第十四章-景观与全球变化

1第十四章景观与全球变化生态学2景观生态学是研究景观单元的类型组成、空间格局及其与生态学过程相互作用的综合性学科。强调空间格局、生态学过程与尺度之间的相互作用是景观生态学研究的核心所在。下面看一组景观图片第一节景观和景观生态学3山地景观45森林景观67草地景观89农田景观1011景观生态学的研究对象和内容可概括为三个基本方面：(1)景观结构：即景观组成单元的类型，多样性及其空间关系；(2)景观功能：即景观结构与生态学过程的相互作用，或景观结构单元之间的相互作用；(3)景观动态：指景观在结构和功能方面随时间推移发生的变化。景观的结构、功能和动态是相互依赖、相互作用的。一、景观生态学的研究内容121.尺度及其有关概念在景观生态学中，尺度往往以粒度（grain）和幅度（extent）来表达。空间粒度指景观中最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或体积。在景观生态学中，尺度一词的用法往往不同于地理学或地图学中的比例尺（虽然尺度和比例尺的英文均为scale）。一般而言，大尺度（或粗尺度，coarsescale）常指较大空间范围内的景观特征，往往对应于小比例尺、低分辨率；而小尺度（或细尺度，finescale）则常指小空间范围内的景观特征，往往对应于大比例尺、高分辨率。二、景观生态学中的一般概念和理论132.格局与过程景观生态学中的格局，往往是指空间格局，即斑块和其他组成单元的类型、数目以及空间分布与配置等。空间格局可粗略地描述为随机型、规则型和聚集型。更详细的景观结构特征和空间关系可通过一系列景观指数和空间分析方法加以定量化。与格局不同，过程则强调事件或现象发生、发展的程序和动态特征。143.空间异质性和斑块性空间异质性（spatialheterogeneity）是指生态学过程和格局在空间分布上的不均匀性及其复杂性。这一名词在生态学领域应用广泛，其涵义和用法亦有多种。具体地讲，空间异质性一般可理解为是空间斑块性（patchness）和梯度（gradient）的总和。而斑块性则主要强调斑块的种类组成特征及其空间分布与配置关系，比异质性在概念上更为具体化。因此，空间格局、异质性和斑块性在概念上和实际应用中都是相互联系，但又略有区别的一组概念。154.斑块-廊道-基底模式组成景观的结构单元不外有三种：斑块（patch）、廊道（corridor）和基底（matrix）。斑块泛指与周围环境在外貌或性质上不同，但又具有一定内部均质性的空间部分。这种所谓的内部均质性，是相对于其周围环境而言的。165.等级理论等级理论（hierarchytheory）是20世纪60年代以来逐渐发展形成的、关于复杂系统的结构、功能和动态的系统理论。它的发展是基于一般系统论、信息论、非平衡态热力学、数学以及现代哲学的有关理论之上的。根据等级理论，复杂系统具有离散性等级层次（discretehierarchicallevel），据此，对这些系统的研究可得以简化。176.景观生态学的研究方法和应用（1）遥感和地理信息系统在景观生态学中的应用(a)遥感遥感可以为景观生态学提供哪些有用的信息呢？最常用的包括：植被类型及其分布，植被类型内部斑块（包括个体植物）的空间分布，土地利用类型及其面积，生物量分布，土壤类型及其水分特征，群落蒸发蒸腾，叶面积指数，以及叶绿素含量等。18(b)地理信息系统GIS在景观生态学中的应用大致包括以下几个方面：分析景观空间变化；确定不同环境和生物学特征相关性；确定斑块大小、形状、毗邻性和连接度；分析景观中能量、物质和生物流的方向和通量；景观变量的图像输出；以及与模拟模型结合在一起的使用。19二、景观结构分析的数量方法景观指数可用来描述斑块镶嵌体或整个景观的结构特征。这里只介绍常用的几个：相对丰富度指数(relativerichness），多样性指数（diversityindex），优势度指数（dominanceindex），均匀度指数(evennessindex），聚集度指数(contagionindex），和空间自相关指数（spatialautocorrelationindex）。20三、景观模型景观模型的重要性和必要性可以从以下几个方面说明：（1）由于受时间、空间以及设备和资金的限制，在大尺度上进行实验和观测研究往往困难重重，而模型可以充分利用和推广所得的有限数据。（2）在对于实际景观研究中，由于很难找到两个在时间和空间上相同或相似的景观，重复性研究往往不可能，而这一问题可通过模型模拟来帮助解决。（3）景观空间结构和生态学过程在多重尺度上相互作用，不断变化，对于这些动态现象的理解和预测就必须要借助于模型。最后，景观模型可以综合不同时间和空间尺度上的信息，成为环境保护和资源管理的有效工具。21全球变化生态学（globalchangeecology）是在人类活动的强度和广度已经发展到对全球环境和生态系统产生深刻影响的背景下形成的，是一门宏观与微观相互交叉、生物学与地学相互渗透的新兴学科。它重点研究全球变化领域中的基本生态学问题以及它们之间的相互关系，为预测全球变化对人类生存环境的影响，以及人类采取相应的对策提供理论依据。第二节全球变化生态学22一、全球气候变化的成因长期认为CO2对全球变暖的贡献率达55%。有足够的研究证据表明,大气CO2的增加主要是由于人类使用化石燃料以及砍伐森林后向大气的大量释放。其次是甲烷(CH4)贡献率达15%,、氧化亚氮(N2O)贡献率达5%,、氟里昂类物质(CFCs)贡献率达24%。图14-1和图14-2是根据IPCC第三次评估报告有关气候变化的结论绘出来的。23图14-1千年来地球表面气温的变化（北半球）柱线—年平均，据树轮、珊瑚、冰芯、历史文献；黑线—50年滑动平均24图14-2过去140年地球表面气温的变化柱线—年平均，据器测数据；黑线—10年滑动平均25从百年尺度上看，温度在变暖，而从千年尺度上看，温度的变化仍然处于波动中,只是从1960年之后,温度有较明显的增高。从图14-3可以看出，气温的变化与CO2的变化趋势并不是完全一致的，究其原因，有学者认为，不能忽视水汽反馈和气溶胶对大气增温的作用。26图3-4-3最近百年大部分年代气温上升，但在1950—1970年，全球平均气温则明显下降27关于气候变暖论点的讨论（1）2011年尹应武等发表了《上善是水—破解地球危机》的学术专著，本书对片面认为大气中二氧化碳浓度增加是导致全球变暖的主要原因等主流观点以及碳捕捉效果提出了质疑，明确指出二氧化碳导致全球变暖是误判，提出“水失衡”才是一切危机之“源”，“保水”才是破解诸多危机的“上善”之策。28由科学家拉尔夫·菲利普纳领导的研究小组分析了从1995～2002年的欧洲气象观测数据，结果表明近年欧洲快速的增温现象与湿度变化有明显的正比关系，温室效应的增加有70%来自水蒸气的贡献，其次才是人为制造的一些温室气体（如二氧化碳和甲烷）。29水是调节地球环境温度中的主要因素。原因是，水是最有效率的换热物质，太阳照射到地表的热量大部分通过水的吸热与放热作用得到转换。水可以通过时间和空间的变换有效地吸收和释放太阳的热量，平衡环境温度，因此，水是地球上的“空调”物质。30（2）2011年科技日报发表“气候变暖论的误区”的文章大气水汽平均含量约为10000ppm，最大含量约为40000ppm，大气二氧化碳含量约为385ppm。水汽平均含量是二氧化碳的26倍，最大含量是二氧化碳的104倍。大气水汽对温室效应的贡献率为95%；二氧化碳为3.62%。IPCC把二氧化碳说成是导致气候变暖的罪魁祸首，过分夸大了二氧化碳的作用。31人为排放与自然界产生的二氧化碳总量为7931亿t/a，其中人为排放的二氧化碳为231亿t/a，人为排放占二氧化碳排放总量的2.91%。人为排放的二氧化碳对温室效应的贡献率是0.105。IPCC把人为排放的二氧化碳说成是导致气温升高的主要因素，过分夸大了人为活动排放的二氧化碳的作用。32二、气候变化的负面效应1.对人体健康的影响气候变化对人体的直接影响是，由气候变化引起的热浪、洪水、暴风雨等天气、气候异常事件和海平面上升等，危害人类的健康和生命。33间接影响是，气候变化还会影响淡水资源的供应,加重空气污染。随着全球气候变暖，疟疾、登革热等通过昆虫传播的疾病将可能殃及世界人口的40%~50%，极大地威胁人类的健康和日常生活。在高温与高湿地区，气候变暖可能造成蚊蝇孳生，增加霍乱病、疟疾和黄热病等发病率，同时因温度和降水区发生系统性变化，可能从根本上改变病媒传染的疾病和病毒性疾病的分布，使其移向较高纬度地区，致使生物病因疾病如疟疾、血吸虫病、锥虫病、黄热病、鼠疫、霍乱等一系列疾病的流行范围扩移等，使更多人口面临疾病危险。342.冰山融化，海平面的上升由于全球气候变暖，冰川和冰盖的消融导致冰川的大规模退缩，北半球的雪盖、永冻层和海冰的范围将进一步减少，导致海平面上升。:据统计，在过去的100年中，海平面上升了10~20cm,。按IPCC的第2次估计,在1990—2100年间,海平面上升的高度在15~95cm,平均上升50cm左右。直接危害到沿海城市的安全。35363.湖泊干涸消亡气候变暖是导致湖泊水位下降和面积萎缩的主要因子之一。我国西北各大湖泊，除天山西段赛里木湖外，水量平衡均处于入不敷出的负平衡状态，自20世纪50年代以来，湖泊均向萎缩方向发展，有的甚至干涸消亡。如内蒙古额济纳旗的居延海、奈曼旗的西湖，原来一眼望不到边的美丽湖面，现在是一片白茫茫的沙底。严重影响到区域的气候调节和农业生产。37干枯的居延海居延海原貌384.冰川退缩，雪线的上移背靠青藏高原，横贯河西走廊全境的祁连山一向被称作河西走廊的“母亲山”，冰雪融水孕育了56条内陆河，汇集而成的石羊河、黑河、疏勒河三大水系造就了河西数千年的富庶与繁荣，可是，随著全球升温和人类活动的加剧，祁连山出现了严重的雪线上移、冰川退缩现象，祁连山西段西北坡170条冰川中，95％的冰川都在以每年平均4.9m的速度退缩。39405.生物多样性的减少由温室效应导致的全球气候变暖将带来全球和区域的水热条件变化，温度上升使物种向高海拔、高纬度地区迁移，沿高海拔迁移的物种向上移动退到山顶时，只能在当地灭绝；沿高纬度方向迁移的物种无法逾越在迁移途中遇到大的自然障碍和人为障碍时也将面临灭绝危险。416.引发生态灾害在全球气候变暖的大背景下，气候极端事件的次数和强度都将是惊人的，所造成的气候灾害主要表现在暴雨、干旱、地震、厄尔尼诺现象的频繁发生。地震还可能造成滑坡，崩塌，泥石流、海啸等次生灾害。从客观上说，由于影响我国东部季风气候区的气压团产生非正常年份的异常，因此导致水汽输送出现地区分布不均，造成某些地区降雨过于集中，短时间内江河道水位急涨从而泛滥成灾。长江中下游平原地势低洼，河道弯曲，排洪不畅，同时又是多路支流汇合的地方。42从主观原因看，人类为眼前利益而盲目地对自然资源的掠夺式开发和利用，破坏了大自然的生态平衡，如开发破坏两岸植被，造成河堤脆弱；上游地区不合理兴建的蓄水发电的大坝，减缓了水流的速度，使河道与下游湖泊都容易淤积，令河床与湖泊面升高；盲目地填湖造陆，大大削弱了湖泊的泄洪能力。4344三、人类如何应对全球气候变化带来的影响1.加强国际合作《联合国气候变化框架公约》于1992年6月4日在巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会上通过。1994年3月21日正式生效。《联合国气候变化框架公约》是世界上第一个为全面控制二氧化碳等温室气体排放，应对全球气候变暖给人类经济和社会带来不利影响的国际公约，也是国际社会在对付全球气候变化问题上进行国际合作的一个基本框架。45值得注意的是，1997年于日本京都召开第三次缔约国大会，会议期间拟定了《京都议定书》(KyotoProtocol)，《京都议定书》的宗旨就是抑制人为温室气体的排放，以防制地球气候的进一步恶化。462.发展低碳经济所谓低碳经济就是在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高