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氣候變化對土壤的影響范文1
一
氣候變化(climate change)是指能夠識別(如采用統計檢驗)的氣候狀態的變化,即平均值變化和/或各種特性的變率,并持續較長的時間,一般可達幾十年或更長時間[1]。全球氣候變化已經是不容爭辯的事實,只是氣候系統和氣候要素變化的原因、幅度和區域分布迥異,且未來氣候變化預測還存在太多的不確定性。氣候變化影響了糧食的安全。所謂糧食安全,是指“保證任何人在任何地方都能夠得到為了生存和健康所需要的足夠糧食”。(聯合國糧農組織)中國的一些學者結合中國國情,根據FAO的定義,對糧食安全概念作了進一步闡釋。例如,郭書田認為:“中國糧食安全應該包括五方面內容,即糧食自給率、糧食庫存率、農民收入、生態環境、食物安全等?！盵2]翟虎渠認為:“現代糧食安全的概念應包括數量安全、質量安全和生態安全。”[3]從以上對糧食安全的定義可以看出,無論國際或者中國學者怎樣定義糧食安全,其中有一點是相通的,那就是都要確保有足夠的糧食。充足的糧食儲存量是國家安全的先決條件,離開這個條件談國家安全,那國家安全就好比是空中樓閣。
二
“王者以民人為天,而民人以食為天?！?《史記·酈生陸賈列傳》)民以食為天的觀念如此源遠流長,反映了中國幾千年文明史和農業關系至為密切。糧食是國民經濟基礎中的基礎,是關系到國計民生的戰略物資。目前,全球氣候的變化對中國的糧食安全有如下的影響:
第一,氣候變化影響中國糧食的充足供應。糧食的充足供應,指在數量上和市場上有糧可食,包括糧食生產、糧食儲備以及外來糧食援助等。全球氣候體系的異常導致中國在降水、氣溫、自然災害爆發頻率和分布、水資源利用、病蟲害發生機制等方面出現反常,最終沖擊中國糧食的生產和供應。
溫度對糧食單產的影響。在中國,升溫對東北農業區來說是有利的,因為升溫可以延長作物生長季節,而且減少低溫冷害的威脅,是其有利的方面;另一方面,氣候變暖會導致積溫增加,從而使作物的生長期延長。但增溫也有不利的一面,氣候變暖,特別是冬季溫度升高,將有利于害蟲和病原體安全越冬,使來年的蟲病源基數增大,加重危害程度。
氣溫升高對水分有效性也將產生影響。氣溫升高使蒸發量增加,導致了作物灌溉用水量大幅度增加。即使是良好的灌溉條件,也只能一定程度地緩和蒸發量增大引起的干旱,并不能完全補償增溫帶來的減產效應。另一方面,土壤水分條件通過影響土壤的透氣性而影響土壤固有有機碳的礦化分解和外源有機碳的降解,進而影響土壤有機碳含量。若土壤水分充足,那么土壤空隙度就大,就促進了有機碳的礦化分解[4],增加土壤肥力。但蒸發量變大會使得土壤水分不足,影響有機碳的礦化分解從而影響糧食單產量。
而在氣溫升高而降水量不增加的情況下,又將會出現中國農牧交錯帶向南擴展。首先,東北與內蒙古接壤地區農牧交錯帶的界限將南移70千米左右。其次,華北北部農牧交錯帶的界限將南移150千米左右。再次,西北部農牧交錯帶界限將南移20千米左右[5]。農牧交錯帶的南移使得草原面積有所增加,但同時也加大了荒漠化的可能,導致中國糧食安全問題進一步加重。
第二,氣候變化影響中國糧食市場價格的可持續性和穩定性。氣候變暖后,土壤有機質的微生物分解將加快,這需要施用更多的肥料以滿足作物生長的需要,而施肥量的增加意味著生產成本的增加。同時,氣候變暖可能會加劇病蟲害的流行和雜草蔓延,因此不得不增加農藥和除草劑的施用量,而這將增大農業生產成本。糧食市場價格波動,實際上是通過生產投入要素變動來實現的。所以當生產成本發生變化時,市場對之進行反應的可能途徑就是調整價格和增加市場供求量。而農民生產積極性受挫以及氣候變化引起的自然災害加重導致的糧食減產,使得糧食市場供不應求,糧價就會上漲。糧價上漲一方面對糧食增產起到刺激和促進作用[6];另一方面糧價上漲又會影響中國居民的生活水平,甚至引起通貨膨脹,往往會發生經濟社會的震動,1993 年和 2003 年就是兩次典型案例。
三
氣候變化已經對中國農業發展和糧食安全造成巨大挑戰,要解決這一問題,需要積極開展氣候變化應對策略的研究,進行遠期的規劃和防御,發揮優勢避免劣勢,保障農業生產的可持續發展和糧食安全。
第一,應對氣候變化的糧食安全科研政策對策。綜合運用氣候學、農學、遺傳育種學、災害學、生產經濟學等多門學科理論方法,以氣候變化與糧食安全之間的相互作用為切入點,以農業主產區為重點研究區域,研究并揭示氣候變化對農業生產系統的影響機理與適應機制,為農業應對氣候變化理清科學思緒[7]。
第二,應對氣候變化的糧食安全技術選擇。采取有效得當的農業技術應對氣候變化(如優質農作物品種選育及產業化技術、轉基因生物技術、重大病蟲草害預測預報及防御技術、高效低毒新型化學農藥及生物農藥的創制技術、高效低污染新型化肥農膜技術的研究與開發),不僅可以有效降低氣候變化對農業生產所帶來的破壞程度,而且在一定程度上也可以有效利用氣候變暖所帶來的有利農業生產條件。
氣候變化對土壤的影響范文2
1甘肅省氣候變化的特征
1.1整體暖干化,局部暖濕化
甘肅省氣候總體上呈暖干化變化趨勢,變化的分界線與黃河走向基本一致,黃河以東地區(簡稱河東,下同)呈顯著暖干化趨勢,以西地區(簡稱河西,下同)呈微弱暖濕化趨勢[9-11],溫度升高、降水減少,冬暖夏干是甘肅省現代氣候變化的基本特征[14].1951—2010年甘肅省氣溫一直在波動中上升,氣溫增長率為0.175℃·10a-1,以冬季升溫最快,為0.371℃·10a-1,是平均增長率的2.2倍[8].從圖1可以看出,1986年為氣候向暖干化轉型的突變點,轉型后1987—2010年與1960—1986年相比,全省年平均氣溫升高了1.1℃,其中河東和河西地區分別升高了0.9和1.4℃,全年以冬季氣溫升幅最大,平均為1.3℃,已連續經歷了23個暖冬[9-10,14].年最低氣溫升高是全年氣溫升高的主要原因[15],氣候變暖使極端氣候事件增多,加劇了農業生產的波動性和不確定性[16-17].伴隨著氣溫的持續升高,甘肅省降水總體上呈持續減少趨勢,年降水分布由東南向西北遞減,年降水量河東為減少趨勢,河西為增多趨勢,分界線也與黃河走向基本一致[10,18].1961—2008年全省平均年降水量總線性趨勢變化率為-10.1mm·10a-1.其中,河西為3.4mm·10a-1,河東為-11.0mm·10a-1,全省冬、春、夏、秋四季平均降水量的線性趨勢變化率分別為1.02、-2.94、-1.38和-6.77mm·10a-1,秋季降水量減少的趨勢更加明顯[19].近50年來,全省年平均降水量減少了28mm,河西平均增多12mm,河東平均減少51mm;近37年來河東雨養農業區3月上旬、4月中旬、9月上旬和11月上旬的降水量呈顯著減少的變化趨勢,但河西西部、隴中北部、隴南、隴東部分地方等區域性地區夏季降水則呈增多趨勢,全年降水的不確定性顯著增加,使農業生產的風險增大[20].
1.2旱區南移擴大,干旱頻發
氣候變化使甘肅省河東濕潤塬區降水量逐年減少,向暖干化發展,半干旱川區逐年增多,向濕潤化發展[21],使河西疏勒河、黑河和石羊河三大河流年出山徑流量逐年緩慢下降[22].研究表明,年平均氣溫每增加1℃,≥0℃的積溫等值線將向北推移50km[23],氣候變化使甘肅省400mm降水量分界線和年蒸發量1550mm等值線向南擴張,干旱半干旱區整體南移擴大,面積增大[8,19-20,24-25].在祁連山以及青藏高原東側,隴東西側,自景泰經定西到隴西、天水、武都和文縣,年均降水量200～400mm的區域形成中部由北向南伸展的干舌,成為甘肅旱災最嚴重的區域[9].在河西走廊形成了“非灌不植”、“地盡水耕”現象,即沒有灌溉就沒有農業[26].氣候變暖使甘肅省自20世紀90年代以來旱災頻率呈持續上升趨勢.近60年來發生率達65%,其中重旱發生率為44%,特大旱災發生率為21%[9].特大干旱一般都發生在降水年代際變化的少雨時期和年際變化的少雨時期同時出現的階段,旱災往往是多個時段連續發生,呈現多季連旱、旱凍疊加、多樣化變化趨勢[10].干旱發生頻率由近500年的志書記載中的平均3.4年出現一次小旱,9年出現一次大旱,發展為近50年來的平均1.7年出現1次小災,3.5年出現1次大旱的變化趨勢和“兩年一小旱、三年一大旱、二十年一特大旱”的災害特征[27-28],旱災頻發與同期氣溫升高和降水減少密切相關.根據IPCC-AR4模式對中國21世紀氣候變化的預估結果綜合分析得出,在A1B溫室氣體排放情景下,預計到2020年,甘肅省平均氣溫增幅在0.68～0.95℃;到2050年,增幅達1.93～2.45℃,且都以河西西部增溫略高,冬季升溫最為明顯,幅度達2.17～2.82℃.同期降水則呈現出一致的增加趨勢,也以河西增加較為明顯,達6%～7.6%.預計到2050年,除隴東的降水減少0.04%～1.68%外,其余地方的降水普遍增加5.36%～9.01%,但季節降水變化的不確定性也很大.降水增加、蒸發量劇增,甘肅省特別是極端干旱區和干旱氣候區的基本現狀沒有根本改變.
2氣候變化對甘肅省糧食生產的影響
2.1對農業自然資源要素時空變化的影響
氣候變化直接導致光、溫、水、土等主要農業資源要素時空格局發生變化.1986年氣溫突變后,全省平均≥0℃積溫平均增加了161℃,≥10℃積溫平均增加了151℃,熱量資源顯著增加使生長季延長了10～20d.從地域分布看,河西地區平均增溫141℃,河東地區平均增溫156℃[14].就河東地區而言,平均氣溫每增加1℃,≥0℃的積溫等值線將向北推移50km[23].氣候變化使甘肅農業可利用的水資源量急劇減少.甘肅境內7條主要河流年徑流量以每年0.4851×108m3的速度下降[29],1990年代以來的年均徑流量比1960年代減少了14.7％～57.1%[10].境內河西內陸河流域冰川面積和冰儲量1956年至今分別減少了12.6％和11.5％,冰川厚度減薄5～20m,雪線(平衡線)上升幅度達100～140m,冰川積雪的“固體水庫”作用削弱,除黑河和疏勒河外,大部分河流徑流量呈減少趨勢,使得依靠祁連山雪水灌溉的河西綠洲逐漸成為一條極度干渴的走廊[9,11,25].氣候變暖加劇了農業對土壤水分的消耗.水分虧缺成為農田水分平衡的主要特征,導致作物生長發育關鍵期水分供需錯位[30],在作物旺盛生長的6月上旬至7月上旬出現土壤含水量的低值槽區[31-33],在120～130cm土層出現干化現象,土壤含水量與最適宜狀態水分含量夏季相差最大為50～100mm,秋季相差最小為20～40mm[34].河西內陸河流地表水資源開發利用率高達95%以上,氣溫升高、降水減少引發的干旱機率逐年增大[29].氣候變化改變了土壤水熱環境,進而影響土壤有機質、氣體、水分、礦物質、微生物活動和繁殖,從而影響土壤肥力[35].氣溫升高或降水量減少將導致土壤有機碳含量的降低;降水減少通過影響土壤水分條件和通氣性而影響土壤固有有機碳的礦化分解和外源有機碳的降解,進而影響土壤有機碳含量.土壤水分充足,則透氣性差,有利于提高土壤有機碳含量;土壤水分不足,孔隙度大,則促進了有機碳的礦化分解.氣候變暖影響土壤微生物生物量和微生物活動,改變土壤中養分利用和C、N循環,也加快了土壤有機質的分解和氮的流失[36].降水減少是黃土高原土壤有機質變化的主要原因[37],氣候變化導致高溫和強降水等極端氣候事件增多,通過加劇水土流失造成土壤養分損失使甘肅黃土高原區土壤質量和肥力一直處于下滑狀態[3,37].
2.2對糧食安全的影響
2.2.1對主要糧食作物發育特征的影響
小麥、玉米,馬鈴薯是甘肅省三大主要糧食作物,多年平均播種面積占全省糧食播種總面積的85%左右,對全省糧食安全起著決定性的作用.氣溫變暖對主要糧食作物生長發育產生了顯著的影響,對越冬作物的冬前生長發育及喜溫、喜熱作物的全生育期生長發育均比較有利.使冬小麥播種期推遲,越冬天數減少7～8d,越冬死亡率下降到2%以下,返青至開花期天數延長7d,返青期與成熟期提前,生殖生長階段提早,全生育期縮短8～10d;使春小麥生殖生長加快,乳熟至成熟期每10a縮短2～3d,全生育期每10a縮短4～5d;使玉米等喜熱、喜溫作物的生長發育速度加快,主要發育期提早,生殖生長階段延長,生育期縮短6～8d;使具有無限生長習性的馬鈴薯生育前期的營養生長階段縮短,生殖生長階段延長,全生育期延長9～13d,但對灌區喜涼作物生長發育的影響相對較小[21,23,38-41].研究表明,冬小麥關鍵生育期均表現為與日照時數和日較差呈顯著正相關,與氣溫、5月降水總量均呈顯著負相關,最低氣溫升高是冬小麥生育期提前的主要原因[21-24].氣溫對春小麥產量形成的影響除出苗期和成熟期外均為負效應,降水量的影響除出苗期和成熟期為負效應外,其余時段均為正效應,降水量每減少10mm,生長期縮短約0.8d[14,40].氣溫變暖為玉米生長發育贏得了更加充足的熱量資源,對生長和發育均比較有利[14].
2.2.2對種植制度與布局的影響
氣候變暖條件下,有效積溫增加、積溫帶北移使甘肅省主要作物宜種區向北推移、種植高度增加,熟性由早熟型向偏晚熟型發展,冬小麥種植北界向北擴展了50～100km,小麥、玉米、馬鈴薯種植海拔高度普遍增高了100～200m.1979—2012年35年間,溫度升高或降水減少使水熱供需錯位的小麥播種面積每年平均減少1.5%,其中,冬小麥播種面積相對穩定,春小麥播種面積每年平均減少3.2%;使喜溫適水玉米、喜涼適水馬鈴薯播種面積每年平均增加了3.3%和2.7%(圖2).但使主要作物品種的布局發生根本性變化,與變化后溫水條件相宜的秋糧播種面積每年平均增加了1.3%,與之錯位的夏糧播種面積每年平均減少了1.8%,夏秋比也由1.5:1變為0.5:1(圖3);相應的品種熟性也表現為強冬性冬小麥品種逐漸被抗寒抗旱性強的弱冬性品種取代,早熟玉米品種逐漸被中晚熟品種取代,高抗晚疫病、高淀粉含量、豐產性好的馬鈴薯播種面積逐年擴大[14,22,42].
2.2.3對作物主要病蟲害的影響
氣候變暖特別是暖冬凸顯導致害蟲全年可繁殖天數和越冬基數增加,越冬北界北移,向北遷出的時間提前,向南回遷的時間推遲,繁殖世代數增加,危害地理范圍擴大、程度加劇.對條銹病、白粉病、蚜蟲、紅蜘蛛等農作物病蟲害的發生和流行均有比較明顯的影響[43-44].甘肅省隴南山區是我國小麥條銹病的主要發源地,冬季顯著增溫使小麥條銹病發生的海拔高度約升高100～300m,危害范圍明顯擴大,發生時間也由3月提早到2月.從生態系統的角度來看,氣候變暖將會引起生物種間關系變化,氣溫升高將會擾亂生態系統中害蟲-捕食者、害蟲寄生天敵等種群間的平衡關系,有些害蟲的天敵可能因適應不了氣候變化而縮減甚至消亡[45].一些對高溫敏感的病蟲害呈減弱趨勢,致使小麥條銹病、蚜蟲等病蟲由低海拔地區向高海拔地區遷移危害,甚至還有減弱趨勢.相反在缺少天敵的有效控制條件下一些害蟲則會迅速繁殖,形成流行暴發.小麥蚜蟲的發生流行一般主要在5～23℃的溫度條件下,大于24℃或小于4℃時,麥蚜蟲數都會顯著減少;小麥紅蜘蛛病的適宜溫度約在8～15℃,在20℃以上就會引起死亡;粘蟲在冬季繁殖、越冬、春季遷入等均增殖1～2代,在溫度升高2.69℃的情景下,粘蟲的越冬北界將向北推移3°[14].耕作熟制改進、水肥條件改善也有利于害蟲和病原體安全過冬,使作物病蟲害的發生世代、越冬北界及分布范圍發生變化,病蟲害發生面積、危害程度和發生頻率逐年增長[43-44].
2.2.4對糧食安全的影響
氣候變化對糧食安全的影響已成為氣候變化研究的一個重點領域[45-47].氣候變暖將使雨養農業區大多數作物的光合速率明顯下降,生育期顯著縮短,對甘肅省主要糧食作物產量影響的不確定性增加,利弊兼有[17,48].研究表明,平均氣溫與農業受旱災面積、糧食產量之間呈顯著正相關,降水量與農業受旱災面積、糧食產量之間呈顯著負相關.氣溫升高,降水減少變率增大,氣候暖干化導致了干旱災害頻繁發生,是農業受旱災面積擴大、糧食減產的主要原因[19].春季低溫對糧食生產的影響比冬季低溫更明顯,春季低溫的影響具有顯著性和持續性,而冬季低溫的影響具有階段性和滯后性的特點.降水減少是旱地糧食生產的最大威脅[49-50],雨養農業區3—10月年平均降水量與干旱受災面積和糧食減產量呈顯著負相關,平均氣溫與干旱受災面積和糧食減產量均呈顯著正相關[11,17,48].氣候變暖,氣溫升高,將改變作物生長季節的長短,可能會加劇對光熱敏感作物的吸收作用,降低作物干物質積累,最終導致作物產量降低.氣候變暖不利于雨養農業,但有利于灌溉農業.研究表明,雨養農業區作物產量主要受降水量的影響,與生育關鍵期降水量呈正相關,“暖濕型”氣候對生產活動更為有利,年氣候生產力可增加13.7％～31.2％,而“冷干型”氣候對生產活動更為不利,年氣候生產力減少5.1％～27.1％.氣候變化使綠洲灌溉區農作物的氣候產量提高了10％～20％,使雨養旱作區農作物氣候產量減少了10％～20％[14,51-52].氣候暖干化加劇了水資源危機[10],改變作物種植格局、結構和熟性[23],造成土壤干旱、土壤養分流失,降低了土壤肥力和土地生產力[3],直接導致減產[49],進而威脅區域糧食安全.1950—2010年60年間,甘肅省成災面積超過100萬hm2的重旱就發生了18次,僅20世紀90年代以來就出現了10次.年均受旱面積、成災面積、成災率分別為70.94萬hm2、52.84hm2和28.5%,旱災造成糧食年均減產41.64萬t,減產率達31.6％,受旱率和成災率分別增加了1.25和1.6倍(圖4,圖5)[37,50].
3應對氣候變化發展糧食生產的研究方向
溫度升高、降水減少導致旱薄疊加負效應對甘肅省糧食生產的威脅最大[15,37,48].生產和實踐都表明,以改善和提高有限降水利用率、土壤質量和土壤肥力為核心,治旱與治瘠有機結合,是甘肅省應對氣候變化增加食物產出研究發展的主要方向.
3.1選育優勢作物新品種,適溫適水種植
加快培育和種植較為“強悍”的農作物,合理改變農作物種植方式,是應對全球氣候變化、保障糧食生產的有效途徑之一.氣候變暖使甘肅省冬季氣溫升高、有效積溫顯著增加、作物生長周期有效延長,為培育弱冬性中晚熟小麥品種與中晚熟玉米品種提供了可能;使作物生長發育特性,宜種區、熟性和熟制向有利的方向改變,作物布局和種植制度優化調整優勢加強,但在大尺度上因降水減少、低溫凍害、干旱等極端氣候事件的制約難以高效實現.與全國一樣,甘肅省在應對氣候變化的主要農作物多樣性布局、基因資源發掘和新品種培育方面比較滯后,相關的理論和技術儲備薄弱,應以發揮作物自身抗逆高效用水的品種特性為突破口,通過生物、分子或轉基因育種,選育抗寒抗旱、高水分利用效率、弱冬性、中晚熟作物新品種,逐步取代生產上推廣的強冬性、中早熟品種.并以“適水適溫種植”、“逃旱避旱”為指導思想,針對喜溫作物提早成熟、多熟制北移等氣候變暖響應,壓縮高耗水、水分利用效率低的作物種植面積,擴大與區域降水季節分布特點相吻合、低耗水、高水分利用效率的作物種植面積,使主要作物向宜種區集中,建立作物需水規律與降水時空分布規律相一致的作物種植布局和種植制度,是保障糧食安全生產的基礎[53].
3.2集雨治旱,高效用水主動抗旱
“雨水治旱,主動抗旱”是甘肅省發展旱地農業生產的重要理論依據,傳統上就地攔蓄雨水徑流蓄墑防旱技術仍是雨水治旱重要的技術支撐[17,48,54].如,利用耐旱作物對降水的適應能力逃旱、避旱,“順天時,量地力”高效利用自然降水;增施有機肥,以肥調水、以水促肥,提高水肥利用效率;利用精耕細作納、蓄、保、用水;改變土壤微地形,“和土”集雨蓄墑;采用耕、耙、耱、壓土壤精細集約耕作保墑防旱;坡改梯納雨保墑等,是甘肅省發展現代旱地農業應采用的重要技術措施.富集疊加高效利用雨水主動抗旱是甘肅省應對氣候變化發展旱農生產的主要方向.甘肅省依據“雨水富集疊加+就地入滲+覆蓋抑蒸”與“作物旱后復水補償超補償效應”理論,研究建立了集水高效農業技術體系,組建的以“梯田+品種+施肥+覆蓋+水窖+微灌”硬技術綜合配套為特征的旱農綜合增產技術,解決了降水少、變率大、季節分配不均,與作物需水供需錯位等問題,增加了干旱時段水分供應,降低了干旱脅迫,使作物安全度過干旱期,實現穩產豐產,使作物增產31.6%～72.0%[55];提出的旱地稀植作物全膜雙壟集雨溝播技術,通過地膜覆蓋增溫保墑、大小兩個壟面集雨提墑改善了作物根區水熱微環境,使玉米增產達30%以上[56];提出的密植作物全膜覆土穴播種植技術,有效解決了7—93個月降雨高峰期與高蒸發期同步、棵間蒸發損失大、地膜小麥苗穴錯位、人工掏苗工作量大、放苗難等關鍵問題,使地膜小麥畝產比裸地提高29.1％[57].雨水治旱技術使甘肅省以相當于50%的全國平均人均占有水資源量生產了相當于90%的全國人均占有糧食,用全省1/4的糧食播種面積生產了全省56.3%的糧食,但其配套的水肥精準調控、地力培肥等關鍵技術仍需深化研究.
3.3治瘠沃土,水肥互促調
水治旱干旱和瘠薄互作負效應惡性循環降低土壤肥力和土地生產力,直接導致減產是甘肅省糧食安全生產的桎梏[10],治旱必治瘠是以肥調水高效用水的關鍵措施[38].化肥秋深施、有機無機配施、秸稈堆腐秋施還田和豌扁豆輪作是旱薄地地力提升的關鍵基礎技術措施[38,58-59];優化施肥、平衡施肥和緩控施肥是均衡土壤養分供應、平衡作物養分汲取、減少養分損失、提高肥料利用率的重要技術支撐.但是適用于不同作物、不同耕作方式和不同栽培目的的具體培肥措施,以及各種措施的互作效應、集成效應和配套組裝方式等仍需深化研究.
3.4結構調整,糧食生產向主產區集中分析
研究表明,甘肅省必須確保333.33萬hm2耕地“紅線”,才能確保1000萬t糧食的有效供給.綜合分析近10年生產實踐數據認為,糧食作物播種面積應確保穩定在200萬hm2以上,經濟林果、油料、小雜糧及其他作物種植面積應穩定在133.33萬hm2左右.合理的作物種植結構應為全膜雙壟溝播玉米、地膜小麥、地膜馬鈴薯、經濟林果、油料、小雜糧等其他作物各66.67萬hm2,糧經比例為3:2.結合作者的研究實踐分析認為,糧食生產必須向主產區集中.根據甘肅省農業區劃[60],在隴東黃土高原農林牧區、隴南山地農業經濟林區、甘南高原牧林區、隴中黃土高原農林牧區、河西走廊灌溉農業區、祁連山、馬鬃山山地畜牧水源林區6個類型區中,隴東黃土高原農林牧區及隴南山地農業經濟林區的大部,隴中黃土高原農林牧區、河西走廊灌溉農業區是甘肅省糧食的主產區,并分別代表年降水量250~550mm及其以上的雨養農業區和250mm及其以下的內陸沿黃和綠洲灌區,涵蓋慶陽、平涼、定西、白銀、天水大部、中部沿黃灌區和河西綠洲灌區,總耕地336.22萬hm2,也是未來甘肅省發展糧食生產的重點區域.雨養農業區應重點發展集水高效農業,沿黃及綠洲灌區應著重發展節水高效農業,通過富集疊加高效利用雨水和節約高效利用灌溉水,達到資源持續高效利用、糧食穩定增產的目的.
3.5研究展望
氣候變化對土壤的影響范文3
【關鍵詞】氣候變化；春旱；農作物
0.前言
“氣候變化”有著漫長的歷史時期，近百年來氣候系統都發生著很大的變化[1]。近幾十年里氣候科學進展很快，并且氣候變化和氣象災害頻繁地影響人類經濟活動[2]。而農業直接關系到人類生存，農業產量的穩定和可持續性是農業發展的關鍵[3]。農作物產量水平是農業可持續性的一個重要衡量標準，影響農業產量的一個重要的環境條件就是氣候狀況。它既為農作物提供物質、能量基礎，又是農業技術有效實施的一個限制因素[4]。
河南是全國小麥生產第一大省，目前，全省形成了豫北、豫西優質強筋小麥各種植區，豫中、豫東、豫東南、豫西南優質強筋、中筋小麥種植區，豫南淮河兩岸優弱筋小麥種植區。優質小麥規模化、區域化種植，也促進了制種業、糧食加工業等相關產業的發展。
1.氣候變化條件分析
1.1溫室效應為主因的全球氣候變化對河南農業產量的影響
氣候發生明顯變化，河南各地區需要采取適當的適應措施減小氣候變化對作物生產的影響。溫度過高，將對花蕾的形成產生不利影響，從而影響作物的產量。因此可以采取適當的措施（提前或推后播種期）避開高溫干旱的影響，從而減少氣候變化對河南春旱的影響。溫室效應使得我省積溫及其持續日數增加 ，種植界限北移。復種面積擴大，這將有利于許多作物產量的提高。 然而氣溫升高 ，田間雜草、病蟲害的發生也會加劇。還可導致土壤退化，影響種子質量，這將直接威脅到農業產量的可持續性。高溫會加速肥料分解，而且導致土壤水分惡化[5]。
1.2年、季氣候變動與作物產量
我省是我國重要的糧食產區，但產量變異系數較大，對氣候變化較敏感。我省絕大部分地區位于暖溫帶半濕潤和半濕潤易旱氣候區，而且受地形過渡帶的影響，氣候過渡性和災害多發性均十分明顯。氣候變化改變了我省作物的生態環境，使農作物，特別是小麥生產不穩定性增加、產量波動大、種植熟制發生變化[6]。河南的氣候變化正在發生著溫度升高、降水減少的變化。
2.春旱
春旱是由于氣溫突然升高，降雨量偏少，土壤的保墑能力差，土壤的水分低于農作物需要的量，不利于農作物生長，產量降低的現象。作物所利用的水分最終來源是大氣降水，利用形式是水分在土壤、植物、大氣之間的循環過程，所以直接影響到作物水分利用的是土壤有效水分。
3.作物生長研究分析
3.1作物需水量計算方法介紹
作物需水量，指生長在大面積上的無病蟲害作物，土壤水分和肥力適宜時，在給定的生長環境中能取得高產潛力的條件下，為滿足植株蒸騰、棵間蒸發、組成植株體的水量之和。在生產實踐中，人們就近似地認為作物需水量等于作物生長發育正常條件下的作物蒸發蒸騰量。作物理論需水量可用作物蒸散量代替。
3.2參考作物蒸散量
參考作物蒸散量為一種假想的參考作物冠層的蒸發蒸騰速率。假設作物高度為0.12m，固定的作物葉面阻力為70s/m，反射率為0.23，非常類似于表面開闊、高度一致、生長旺盛、完全遮蓋地面而不缺水的綠色草地的蒸發蒸騰速率。
3.3作物需水量變化趨勢
河南省各站點每月的月均參考作物蒸散量分布均呈較典型的拋物線型，其走勢大致相同。但是地區間差異較大。各地區參考作物蒸散量的年內分布，都在盛夏的6月份達到全年的最高值；而在隆冬的11月或12月份降至全年的最低值；其它月份呈過渡階段，即1月至6月ET0持續上升，其中3月至5月上升速度最快，而6月至11月ET0持續下降，其中6月至8月的下降速度最快；同時還可以發現，冬半年（10-3月）各站ET0值差別較小，而夏半年（4-9月）差別較明顯。在40年里，月際日均ET0最大值為3.4各地區參考作物蒸散量的年內分布，都在盛夏的6月份達到全年的最高值；而在隆冬的11月或12月份降至全年的最低值；其它月份呈過渡階段。
3.4主要作物需水量的空間分析
通過計算40年來河南省各個地區主要作物需水量變化趨勢。結果表明：部分區域需水量顯著增加或減少，但無一致變化趨勢。夏玉米需水量主要表現為不顯著減少趨勢。40年來河南地區棉花需水量變化趨勢為：1個站（許昌）為不顯著增加趨勢，其余站為減少趨勢，8個顯著減少趨勢。從影響作物需水量的諸因素中，選擇幾個主要因素（ 水面蒸發、氣溫、濕度、日照、輻射），再根據試驗觀測資料分析這些主要因素與作物需水量之間存在的數量關系，得出主要作物需水量線性變化趨勢。
4.春旱解決措施
利用各種水利設施，合理調配水源，擴大春耕面積如濮陽市地處黃灌區，當地政府可以充分利用有利水源，盡可能多放水緩解黃灌區與補源區之間的用水矛盾。古都安陽市則可充分引用境外水源進行春旱灌溉。紅旗渠灌區、躍進渠灌區可引用漳河水源來緩解抗旱水源不足的狀況等。
4.1突出抗旱措施，千方百計提高播種質量
合理安排播種順序，播種前認真進行驗墑，根據土壤墑情，先播半墑地、滿墑地，后播無墑地，防止墑情較好地塊后期跑墑失水；適時早播“搶墑”，深種淺蓋，“接墑”播種。要抓住氣溫回升的有力時機，利用早春“返漿水”搶墑播種，在溫度達到7-8℃播種比較適宜，可采取深開溝，淺覆土，重鎮壓的播種方法；育苗移栽。在旱情嚴重，土壤水分低于10%以下的地塊種植青食玉米等作物，要盡量育苗移栽。選擇合理品種，提早育苗備栽，育苗可用營養缽或紙袋，移栽時在定植穴內澆足水或選擇雨后移栽，操作時要格外小心，不要碰傷根系，有條件的最好帶土坨移植，時間要選擇陰天或下午，以提高成活率，出現缺苗斷壟時要及時移苗補栽。
4.2有機無機相結合，合理施肥
增施有機肥，與化肥配合施用。施用有機肥不僅能培肥地力，還可以提高化肥的肥效，改善土壤理化環境，提高土壤保肥保墑能力，增大田間持水量，從而達到以肥調水，使水肥協調，提高水肥利用率；增施磷鉀肥：磷肥能促進早發根、快發根，提高抗旱能力，磷肥可做底肥一次性施入。鉀肥對作物的生長發育有多方面的作用，增施鉀肥促進根系發達，莖桿粗壯。還減少植株蒸騰，來提高水份利用率，增強作物自身的抗旱力；配方施肥：施肥要有個限度，要合理施肥，要適量，通過實施測土配方施肥技術，使得各種作物的施肥更加合理，防止干旱年份過量施肥給作物造成危害。尤其是氮肥的過量使用。
5.總結
總體而言，在全球變暖的大背景下，氣候發生了明顯變化，河南各地區需要采取適當的適應措施減小氣候變化對作物生產的影響。作物需水量與平均氣溫、最高氣溫、風速和日照時數等氣象因子密切相關。溫度過高，將對花蕾的形成產生不利影響，從而影響作物的產量。因此可以采取適當的措施（提前或推后播種期）避開高溫干旱的影響，從而減少氣候變化對河南春旱的影響。 [科]
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氣候變化對土壤的影響范文4
關鍵詞：氣候變化；土地利用/覆被變化；情景分析；水文效應；SWAT；古浪河流域
中圖分類號：P343 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1683（2014）01-0042-05
流域水循環是一個復雜的過程，主要受氣候、流域物理特性和人類活動的影響[1]。全球氣候變化將引起氣溫變化和水文循環強度改變，人類活動主通過改變土地利用/覆被變化，從而影響水文循環過程。在氣候變化的水文響應方面，馮夏清等[2]應用SWAT模型研究了嫩江水系烏裕爾河流域氣候變化的水文響應，說明氣候變化對徑流量影響較為顯著；夏智宏等[3]在漢江流域水資源氣候變化響應的研究中指出，氣候變化情景下徑流變化較實際蒸散發的變化明顯；于磊等[4]以漳衛南運河流域為研究對象，以流域徑流量、騰發量和產水量三個指標探究了不同降水和氣溫交互作用情景下氣候變化對中尺度流域水循環的影響。在土地利用/覆被變化的水文響應方面，Wenming Nie等[5]基于分布式水文模型SWAT在子流域尺度上運用回歸分析的方法量化了不同土地利用/覆被方式對水文要素的影響；李恒鵬等[6]定量評估了土地利用變化對產流量的影響，并分析了產流量增加的區域差異。以上這些研究在探索氣候變化和土地利用/覆被變化的水文效應時，主要以年為時間尺度，很少涉及水文效應的季節特征，且研究范圍局限于濕潤氣候地區。
[HJ1.8mm]然而，全球氣候變化和土地利用/覆被變化對局部地區水文循環的影響隨著區域地理條件、氣候條件等的不同而有很大不同：在濕潤地區，即使是極端的土地利用變化對局部水量平衡也只引起相對較小的變化[7]，而在干旱半干旱且人類活動十分劇烈的生態脆弱地區，局部水文循環對氣候變化和土地利用覆被變化則更為敏感。另一方面，干旱半干旱地區氣候變化和土地利用/覆被變化（LUCC）的水文效應在年內分配也是極不均勻的。因此，在不同的時間和空間尺度上定量評估干旱半干旱地區土地利用方式和氣候變化的水文效應，并分析其年內年際變化規律，對于流域水資源管理和利用具有十分重要的現實意義。[HJ]
1 研究區概況
石羊河是我國西北干旱半干旱地區的主要內陸河之一，發源于祁連山，消失于民勤盆地，包含的行政區主要有4市9縣（區）：白銀市的景泰縣，武威市的涼州區、民勤縣、古浪縣、天?？h，金昌市的金川區、永昌縣以及張掖市的山丹縣、肅南縣。石羊河有支流：古浪河、黃羊河、雜木河、金塔河、西營河于武威城附近匯成石羊河干流，經紅崖山水庫后消失于民勤盆地；西大河及東大河部分匯成金川河，經過金川峽水庫后進入金昌盆地，大靖河主要分布在古浪縣境內。在社會狀況上，石羊河流域是我國西北內陸河流域灌溉農業發展最早、社會經濟發達、人口密度最大、水資源開發利用程度最高、水資源供需矛盾最突出、生態問題十分嚴重的區域[8]。氣候條件上，石羊河流域深居西北內陸，屬大陸性溫帶干旱氣候，太陽輻射強、日照充足、溫差較大、降水少、蒸發強烈[9]。古浪河流域南部在天祝藏族自治縣境內，是開發較少的天然林地；北部則位于古浪縣境內，人類活動較為劇烈，是石羊河流域的典型流域。因此，本文選擇古浪河流域作為研究對象。
古浪河共有黃羊川河、萱麻河等7條支流，通過紅水河流入石羊河干流，進入民勤盆地，流域面積約876 km2。古浪河流域的氣候特征具有石羊河流域的典型特征，干旱少雨，蒸發強烈。
2 SWAT模型構建
本文選擇分布式水文模型SWAT來研究氣候變化和土地利用變化的水文效應。SWAT模型是由美國農業部研究服務中心（USDA-ARS）開發的流域尺度的分布式水文模型，其主要作用是模擬和預測農業、土地管理等對水量、泥沙、水質等的影響。SWAT模型是連續的基于物理機制的日尺度模型，可以直接輸出各水文要素的數量及空間分布，因此，在研究氣候變化和土地利用/覆被變化的水文效應上具有獨特的優勢。在SWAT模型中，一個流域被分為多個子流域，每個子流域又根據特定的土地利用、土壤特性和坡度組合劃分為多個水文響應單元（HRU），同一個HRU內部水文特性被認為是相同的。HRU是SWAT水文計算的基本單元，每個HRU滿足水量平衡，子流域的產流為各HRU產流之和，每個子流域的產流又遵循一定的規律匯流至流域出口[10]。
[JP2]SWAT模型所需要的數據主要有流域的數字高程模型（DEM）、土壤分布及土壤屬性數據、土地利用數據、日雨量數據及相對濕度、日最高氣溫等氣象數據。本文所用DEM來自Aster Gdem 30 m分辨率數據，經過影像校正和裁切；基準期土地利用數據通過2002年Landsat TM遙感影像數據解譯得到，并認為在模擬期土地利用/覆被的狀況不發生變化；土壤數據來自中國科學院南京土壤研究所1∶100萬全國土壤數據庫，土壤屬性數據由SPAW等軟件計算得到[11]；降水數據來源于流域內8個雨量站2000年-2005年的降水數據（見圖1），其中牛圈溝、崖頭、頭道溝、天祝、馬家臺、張家墩、古浪為月降水量，烏鞘嶺為日降水量。因為SWAT模型要求輸入的降水數據為日降水數據，因此，本文認為其它7個雨量站具有和烏鞘嶺站相同的月內降水分布，從而生成日降水數據；氣溫、平均風速、最高最低氣溫、平均濕度數據來自于烏鞘嶺氣象站日觀測數據，太陽輻射參考相關文獻計算得到[12]。
對于土地利用/覆被變化的水文效應，常用的情景分析方法有參照對比法、歷史反演法、模型預測法、極端土地利用法和土地利用空間配置法[15]。本文將綜合極端土地利用法和模型預測法，對研究區域土地利用/覆被變化的水文效應進行探討。土地利用變化情景的設計主要考慮三種情況：退耕還林/還草、繼續開墾耕地、極限土地利用（即某一種土地利用方式為主體），共設置八種土地利用情景：情景1是現狀土地利用，即2002年的土地利用狀況；情景2是退耕還林，即將坡度大于等于25%的耕地全部退為有林地；情景3是將坡度大于等于25%的耕地退為草地；情景4是人口增加，繼續開墾耕地，將坡度小于25%的草地和林地都開墾為耕地；情景5認為流域內除了水域、農村居民點及裸地之外都是林地；情景6設置為流域內除了水域、農村居民點及裸地之外都是草地；情景7則是流域內除了水域、農村居民點及裸地之外都是耕地；情景8設置為流域內除了水域就是農村居民點和裸地。設計情景下各種土地利用所占比重見表2。
半干旱地區蒸散發和地表徑流的影響，并分析了該影響的年內變化規律。結果表明，氣候變化和土地利用/覆被變化對蒸散發和地表徑流的影響具有很強的季節特征，夏秋兩季的變化幅度相對于冬春更大一些。降水增加（減少）將使得夏季的蒸散發量增加（減少），冬季蒸散發量減少（增加），降水增加（減少）會引起地表徑流相應地增加（減少）；溫度升高則會引起蒸散發增加，地表徑流減少，且地表徑流的減少集中在4月、5月份；林地和草地的增加都具有增加蒸散發、減少地表徑流的作用，且林地的影響幅度更大一些；耕地增加則導致蒸散發減少，徑流增加；農村居民點或裸地增加則會大幅增加蒸散發和地表徑流。
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氣候變化對土壤的影響范文5
[關鍵詞]土壤 碳 森林
中圖分類號：P467 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）14-0300-01
一、 森林的碳匯功能
自20世紀80年代以來，全球氣候變暖已成為不爭的事實，由此引起的一系列生態問題日益引起國際社會的廣泛關注，氣候變化是當前國際社會普遍關注的重大環境問題之一。最新數據顯示，大氣中溫室氣體水平已經超過了可能引起危險氣候變化的極限，人類面臨的緩減和適應全球氣候變化任務變得更加嚴峻和緊迫。森林在維持全球碳平衡及潛在的碳儲存方面發揮著不可替代的作用，已成為與全球氣候變化密切相關的重要有機體。森林生態系統是地球上除海洋之外最大的碳庫，森林碳庫包括森林土壤碳庫和植被碳庫兩部分，約占整個陸地生態系統碳庫總量的50%，而這其中2/3的碳被固定在森林土壤中。土壤是陸地表層系統的重要組成部分，處于大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈的交匯處，被認為是處于活躍狀態的最大碳匯。應對氣候變化，關鍵是減少溫室氣體在大氣中的積累，其做法是減少溫室氣體的排放（減排）和增加溫室氣體的吸收（增匯）。減少溫室氣體的排放主要是通過降低能耗、提高能效、使用清潔能源來實現。而增加對溫室氣體的吸收，主要是通過森林等植物的生物學特性，即光合作用吸收二氧化碳，放出氧氣，把大氣中的二氧化碳固定到植物體和土壤中，這個過程和機制實際上就是清除已排放到大氣中的二氧化碳，因此，森林具有碳匯功能。由于森林吸收二氧化碳投入少、成本低、簡單易行，有利于保護生物多樣性。我國政府把林業納入減緩和適應氣候變化的重點領域，要求全力打好“森林碳匯”這張牌，充分發揮林業在應對氣候變化中的特殊作用。
二、 研究方法
（一） 數據來源
本文涉及的土壤類型、面積、土層厚度等基礎數據來源于2010 ―2012年黑龍江省市縣森林資源調查數據。設置按林種，林分類型，林齡（幼齡林、中齡林、近熟林和成、過熟林），坡向（陰坡、陽坡），密度級（疏、密）有代表性地段設置標準地36個。
（二） 統計處理
采用Visual Foxpro 6.0軟件計算土壤碳儲量，采用excel和SPSS17.0軟件統計處理數據。
三、 結果
（一） 空間分布
研究結果表明，不同土壤類型有機碳密度：沼澤土>暗棕壤>黑土>草甸土>白漿土。各土壤類型有機碳密度與年均降水量之間除暗棕壤外，均無顯著相關性。小興安嶺北坡各土壤類型有機碳密度與年均降水量之間的相關性分析。森林土壤碳儲量達1.65億噸（不含森工集團所屬區域）。各類型土壤碳儲量分布規律為：暗棕壤>白漿土>沼澤土>草甸土>黑土。其中暗棕壤碳儲量最高（1.62億噸），黑土碳儲量最低（27萬噸）。有機碳密度：沼澤土>暗棕壤>黑土>草甸土>白漿土。各土壤類型有機碳密度與年均降水量之間除暗棕壤外，均無顯著相關性，說明降水量對土壤有機碳密度影響不大。土壤碳儲量分布規律為：暗棕壤>白漿土>沼澤土>草甸土>黑土。森林土壤有機碳儲量整體呈先減后增趨勢，這主要與森林經營導致的森林面積改變有關。
（二） 時間分布
森林土壤有機碳儲量整體呈先減后增趨勢。2011年土壤有機碳儲量達1.63億噸，較2010年減少278742噸，減少0.17%。2012年土壤有機碳儲量達1.65億噸，較2011年增加520794噸，增加0.32%。2010-2012年，土壤有機碳儲量共增加242052噸，增加0.15%。2010～2012年，各類型土壤中草甸土碳儲量增幅最大，增加11.65%；暗棕壤碳儲量增幅最少，增加0.09%。土壤有機碳密度接近我國全土平均水平，但低于世界全土平均值。
四、森林經營對土壤有機碳儲量的影響
氣候變化對土壤的影響范文6
關鍵詞 全球氣候變化；森林生態系統；影響
雖然目前關于氣候變化的預測還存在著很多不確定性[1]，其預測的結果也不一定準確，但是現有大量證據已表明：由于人類活動的影響，大氣中二氧化碳濃度已由工業革命前的 280μmol/mol 增加到 90 年代初期的 350μmol/mol[2、3]，與此相對應，地球表面的年平均溫度在一個多世紀以來也上升了 0.6℃[4]。因此，人類活動所引起的溫室效應在不斷加強是毋庸置疑的。許多科學家堅信：即使以目前 co2 排放的速率計算，到本世紀中后期，大氣中二氧化碳濃度將倍增[4～6]，因此，在未來的一百年中全球氣候格局將發生變化基本上是可以肯定的。目前，雖然各種大氣環流模型 (gcms) 對未來氣候變化預測的量上不盡相同，但其所預測的未來氣候變化的總體趨勢基本趨于一致[7]?？v觀現有對大氣中二氧化碳濃度倍增后有關未來氣候變化的預測結果，可歸結為以下幾點：①全球平均氣溫將升高 1.5～4.5℃，全球氣候帶將向極地方向發生一定程度的位移；②最低溫度的增幅比最高溫度的增幅大，夜晚溫度的增幅比白天溫度的增幅大，冬季增溫比夏季增溫明顯；③全球降雨量總體上有所增加，但全球降雨的格局將發生改變，降雨量可能因不同的地區和不同的季節而有很大的區別（如沿海地區的降雨將增加，而內陸地區的降雨則不變甚至減少）；④由于蒸散作用所損失的水分遠大于降雨增加的量，因此中緯度內陸地區的夏季干旱將明顯增加[7]。由于未來氣候的變化可能將對全球的生態環境、社會和經濟等產生巨大的影響，這是人們對氣候變化密切關注的主要原因。
森林生態系統是地球陸地生態系統的主體，它具有很高的生物生產力和生物量以及豐富的生物多樣性。目前，雖然全球森林面積僅占地球陸地面積的約 26%，但是其碳儲量占整個陸地植被碳儲量的 80% 以上，而且森林每年的碳固定量約占整個陸地生物碳固定量的 2/3[8]，因此，森林在維護全球碳平衡中具有重大的作用。此外，森林還為人類社會的生產活動以及人類的生活提供豐富的資源；在維護區域性氣候和保護區域生態環境（如防止水土流失）等方面，森林也有著很大的貢獻，所以，森林在維系地球生命系統的平衡中具有不可替代的作用。由于森林與氣候之間存在著密切的關系，氣候的變化將不可避免地對森林產生一定程度的影響。反過來，因全球森林生態系統是一個巨大的碳庫，受氣候變化的影響，它對大氣中的 co2 起著源或匯的作用，從而進一步加強或抵消未來氣候的變化。因此，未來氣候的變化對森林的影響及森林對氣候的反饋作用已引起人們極大的關注，并進行了大量的研究[7～9、13]。人們通過氣室實驗和模型模擬，在時間尺度上從幾天到幾世紀及在空間尺度上從葉片到個體、種群、群落、生態系統、景觀、區域及全球等各個層次來闡述氣候變化對樹木生理、物種組成和遷移、森林生產力以及物種和植被分布等多方面的影響。
1 全球氣候變化對森林生態系統結構和物種組成的影響
森林生態系統的結構和物種組成是系統穩定性的基礎，生態系統的結構越復雜、物種越豐富，則系統表現出良好的穩定性，其抗干擾能力越強；反之，其結構簡單、種類單調，則系統的穩定性差，抗干擾能力相對較弱。千萬年來，不同的物種為了適應不同的環境條件而形成了其各自獨特的生理和生態特征，從而形成現有不同森林生態系統的結構和物種組成。由于原有系統中不同的樹木物種及其不同的年齡階段對 co2 濃度上升及由此引起的氣候變化的響應存在著很大的差別。因此，氣候變化將強烈地改變森林生態系統的結構和物種組成。氣候變化可能通過以下途徑使森林物種組成和結構發生改變。
（1）溫度脅迫：溫度是物種分布的主要限制因子之一，高溫限制了北方物種分布的南界，而低溫則是熱帶和亞熱帶物種向北分布的限制因素。在未來氣候變化的預測中，全球平均溫度將升高，尤其是冬季低溫的升高，這對于一些嗜冷物種來說無疑是一個災害，因為這種變化打破了它們原有的休眠節律，使其生長受到抑制；但對于嗜溫性物種來說則非常有利，溫度升高不僅使它們本身無需忍受漫長而寒冷的冬季，而且有利于其種子的萌發，使它們演替更新的速度加快，競爭能力提高。
（2）水分脅迫：雖然現有大氣環流模型預測全球降雨量將有所增加，但是由于地區和季節的不同而存在很大的差別。例如預測的結果還表明，在中緯度內陸地區其降雨會相對
減少尤其是在夏季，在一些熱帶地區其干旱季節也將延長。此外，氣溫升高也將導致地面蒸散作用增加，使土壤含水量減少，植物在其生長季節中水分嚴重虧損，從而使其生長受到抑制，甚至出現落葉及頂梢枯死等現象而導致衰亡。但是對于一些耐旱能力強的物種（如一些旱性灌叢）來說，這種變化將會使它們在物種間的競爭中處于有利的地位，從而得以大量地繁殖和入侵。
（3）物候變化：冬季和早春溫度的升高還會使春季提前到來，從而影響到植物的物候，使它們提前開花放葉，這將對那些在早春完成其生活史的林下植物產生不利的影響，甚至有可能使其無法完成生命周期而導致滅亡，從而導致森林生態系統的結構和物種組成的改變。
（4）日照和光強的變化：日照時數和光照強度的增加，將有利于陽性植物的生長和繁育，但對于耐陰性植物來說，其生長將受到嚴重的抑制，尤其是其后代的繁育和更新將受到強烈的影響。
（5）有害物種的入侵：有害物種往往有較強的適應能力，它們更能適應強烈變化的環境條件而處于有利地位。因此，氣候變化的結果可能使它們更容易侵入到各個生態系統中，從而改變由于系統的種類組成和結構。此外，氣候變化還將通過改變樹木的生理生態特性（如氣孔的大小和密度、葉面積指數等）和生物地球化學循環等途徑對不同物種產生影響。而不同物種的耐性、繁殖能力和遷移能力在新系統的形成中也起著重要的作用?？傊瑲夂蜃兓瘜ι稚鷳B系統的結構和物種組成的影響是各個因素綜合作用的結果。它將使一些物種退出原有的森林生態系統中，而一些新的物種則入侵到原有的系統中，從而改變了原有森林生態系統的結構和物種組成。這些影響對不同森林生態系統之間的過渡區域可能尤為嚴重。
2 全球氣候變化對物種和森林類型分布的影響
氣候是決定森林類型（或物種）分布的主要因素，影響森林生態系統特點和分布的兩個最為顯著的氣候因子是溫度的總量和變量以及降雨量。植被（物種）分布規律與氣候之間的關系早就被人們所認知，并由此而提出一系列氣候—植被分類系統（如 holdridge 生命帶、thorn thwaite水分平衡及 kira 溫暖指數和寒冷指數等）。當前，人們正是基于氣候與植被（或物種）間的關系來描繪未來氣候變化下物種和森林分布的情形。而另一個有利于氣候變化對物種和森林分布影響的證據是來自于全新世大暖期物種的遷移和滅絕，但是，與全新世相比，未來全球溫度升高的速率更大，全球自然景觀也因人類活動的影響而發生了巨大的變化，因此，未來氣候變化將給物種和森林的分布帶來更為嚴重的影響。目前，大多數有關氣候變化對森林類型分布影響的預測都是根據模擬所預測的未來氣候情形下森林類型分布圖與現有氣候條件下森林分布圖的比較而得到，其結果都認為各森林類型將發生大范圍的轉移[13～16]。例如 smith 等人[13]利用 holdridge 模型，根據 gcms 對氣候變化的估測結果來預測未來植被分布的變化，他們發現森林類型的分布將發生相當大的轉移，例如北方森林轉化為寒溫帶森林、寒溫帶森林轉化為暖溫帶森林等，寒溫帶和熱帶森林的面積趨于增加，北方森林、暖溫帶森林和亞熱帶森林的面積則將減少。neilson[17] 同樣發現森林覆蓋的顯著轉移。然而需要指出的是這僅僅考慮了氣候因素對森林分布的影響，而其它環境因子在森林的分布中實際上也起著很大的作用；此外，他們通常把某一森林類型作為一個整體（如溫帶森林等），而且認為它與氣候之間是一種平衡關系，但實際情況并非如此。因為不同物種對氣候變化的響應以及遷移能力等差異很大，因此，森林類型的轉移（如從北方森林轉化為寒溫帶森林）在很大程度上取決于不同物種通過景觀的運動和新物種侵入現有群落中的能力。對于大多數物種來說，其遷移的時間尺度或許是幾個世紀[18]。
由于在不同的區域其未來氣候變化的情形不一致，而不同的森林類型也有其獨特的結構和功能等特點，因此，氣候變化對各個森林類型的影響是不同的。
（1）熱帶森林生態系統：一般認為，隨著全球氣候變暖，熱帶雨林的更新將加快?？傮w上，熱帶雨林將侵入到目前的亞熱帶或溫帶地區，雨林面積將有所增加，如李霞等[16]對我國植被在不同氣候變化條件下（溫度升高 4℃，降雨增加 10%；溫度升高 4℃，降雨不變及溫度升高 4℃，降雨減少 10%3 種情況）的模擬預測認為：全球氣候變化后，我國熱帶雨林的面積將顯著增加。但是有些地區降雨的減少也可能加速季雨林和干旱森林向熱帶稀樹草原 (sava na)的轉變。此外，從對環境變化的適應性來看，熱帶森林比溫帶森林更嬌氣一些，它的生長與水分的可利用性和季節性關系更為密切，所以熱帶森林在其干旱的邊緣地帶被草地或稀樹草原的吞食以及周圍村落等人為活動等影響下，可能會變得
比較脆弱。全球氣候變暖的模式表明：濕熱帶區域的平均氣溫上升比中、高緯度地區要小，一般只有 1～2℃，但降雨量可能增加較多，降雨過多，土壤積水，就要限制濕熱帶許多森林的生長。此外，不按季節的降雨，會使大多數樹木不落葉，地面的枯枝落葉層不能形成，節肢動物，如蜈蚣、甲蟲等因缺乏棲息生境和食物而大量減少，由此影響到生物鏈上的一系列物種，進而影響整個森林生態系統的物質流、能量流，使原本復雜多樣的森林生態系統失穩、簡單化，直至構成一個更為脆弱的新平衡體系。此外，隨全球變暖而增加的熱帶風暴對熱帶森林的結構和組成以及分布也將產生重大的影響。
（2）溫帶森林：溫帶森林是受人類活動干擾最大的森林，地球上現存的溫帶森林幾乎都成片斷化分布，因此，未來氣候變化對溫帶森林的影響是巨大的。一般認為，隨著全球氣候變暖，溫帶將向極地方向擴展，而溫帶森林也將侵入到當前北方森林地帶，而在其南界則將被亞熱帶或熱帶森林所取代，同時由于溫帶內陸地區將受到頻繁的夏季干旱的影響，從而導致溫帶森林景觀向草原和荒漠景觀的轉變。因此，溫帶森林面積的擴張或縮小主要取決于其侵入到北方森林的所得和轉化為熱帶或亞熱帶森林及草原的所失。目前大部分模擬預測都認為溫帶森林面積將減少[13、15～17]。此外，由于溫度的升高及夏季干旱頻度和強度的增加，火干擾可能對未來氣候變化下溫帶森林的變化起著決定作用。
（3）北方森林：北方森林被認為是目前地球上最為年輕的森林生態系統，還處于不斷地形成和發育之中，易于受到各種外部因素的干擾。而在未來的氣候變化中，由于高緯度地區的增溫幅度遠比低緯度地區的增溫幅度大，因此，目前的研究基本一致地認為氣候變化對北方森林的影響要比對熱帶和溫帶森林的影響大得多，而且其面積將大大減少[13、15、17]。
3 全球氣候變化對森林生產力的影響
森林生產力是衡量樹木生長狀況和生態系統功能的主要指標之一。大氣中 co2 濃度上升及由此而引起的氣候變化被認為將改變森林的生產力。這主要表現在 co2 濃度升高的直接作用和氣候變化的間接作用兩個方面。一般認為，co2 濃度上升對植物將起著“肥效”作用。因為，在植物的光合作用過程中，co2 作為植物生長所必須的資源，其濃度的增加有利于植物通過光合作用將其轉化為可利用的化學物質，從而促進植物和生態系統的生長和發育。目前，大部分在人工控制環境下的模擬實驗結果也表明 co2 濃度上升將使植物生長的速度加快從而對植物生產力和生物量的增加起著促進作用，尤其是對 c3 類植物其增加的程度可能更大[19～24]。但是，并不是所有的植物都對 co2 濃度升高表現出一定的敏感性，也有一些研究表明：即使在高水平營養供給下，同樣還有許多物種對 co2 濃度的升高沒有反應[25～27]。此外，co2 濃度升高對植物的影響根據其所在的生物群區、光合作用方式和生長形式的不同而存在著較大的差異。wisley[28] 分析了目前的有關研究發現：來自熱帶和溫帶生物群區的植物比來自極地生物群區的植物對 co2 升高的響應大；來自溫帶森林的物種比來自溫帶草原的物種對 co2 的響應大；落葉樹比常綠樹對 co2 的升高更為敏感。簡言之，生長速率快的物種比生長速率慢的物種對 co2 升高的響應更大[28～29]。然而需要指出的是所有這些實驗幾乎都是在人工氣室中的盆栽實驗，其實驗時間相對較短（從數天到幾年），而且有充足的養分和水分供給。此外，對于那些生長在野外的植物如何受 co2 濃度升高的長期影響還不是很清楚，尤其是有關木本植物影響的研究在盆栽實驗中往往選擇幼苗作為對象，而其成熟個體所受的影響是否與其幼苗一樣也不清楚[29]。一般認為，co2 濃度升高對森林生產力和生物量的增加在短期內能起到促進作用，但是不能保證其長期持續地增加[27]，因為，在競爭環境中生長的樹木對 co2 升高的反應常常表現出比單個生長的樹木的反應要小[30]，而森林物種組成的長期變化也能間接地影響森林生產力[20]。此外，co2 濃度的升高將使植物葉片和冠層的溫度增加以及氣孔傳導率下降[21、31、32]，從而使植物受到熱量的脅迫，使其生長被抑制。co2 所引起的溫度升高似乎對植物的生長又將進一步產生負面作用，因為大氣環流模型對氣候的預測結果認為晚上的增溫幅度將比白天要高，這樣就可能使植物在晚上的暗呼吸作用加大，從而白白“耗費”大部分初級生產力；其次，溫度的升高將增加土壤水分蒸發量，導致土壤水分下降，從而可能引起植物的“生理干旱”，限制植物的光合作用和生長速度[28]；此外，溫度的升高還會增加土壤微生物的活性，加速有機質的分解速率和其它物質循環，改變土壤中的碳氮比，使植物的生長受到氮素缺乏的制約[22、33～35]。因此，要準確評估
co2 濃度上升對森林生產力和生物量的影響還存在很大的困難，這不僅需要綜合考慮各個影響因素，而且也要求我們進行長期的野外觀測和實驗。
除受上述各種因素影響外，森林生產力和生物量也受到氣候因素（溫度和降雨）的強烈影響。由于生產力與氣候（水熱因子）間存在著一定的關系，因此，人們常用氣候模型（如 miam i模型、筑后模型等）估算大尺度生產力。對于未來氣候變化對生產力的影響也常利用大氣環流模型 (gcms) 對未來氣候預測的結果通過各種氣候模型來模擬，然后與當前氣候情形下所模擬的結果相比較[36、37]。由于不同的 gcm 對未來氣候預測的結果不同，因此對生產力變化的預測也表現出一定的差異。此外，氣候變化對森林生產力影響的預測僅僅考慮氣候與生產力的線性平衡關系，而沒有考慮其它因素的影響；在預測過程中假定森林植被的分布不隨氣候的變化而發生改變；預測中所選用的氣候因子是其年平均的年際變化，而沒有考慮其季節變化。所以，其預測的結果并不能準確地反映出未來的實際情況。
4 存在的問題及建議
前面論述了氣候變化對森林生態系統物種的組成和結構、物種和森林類型分布以及系統生產力的可能影響。但是需要指出的是，當前有關氣候變化對森林生態系統影響的研究還存在很多的不足之處，主要體現在以下幾點：
（1）對溫室氣體所引起的氣候變化的預測存在著嚴重的局限性：首先，大氣環流模型 (gcms) 對未來氣候情形的預測通常采用大網格（50×50 經緯網格或更大）模擬，從而降低了對氣候變化預測的準確性（尤其是對一些特殊區域），因此，這往往制約了人們對氣候變化影響的評估；其次，這些模型本身極大地簡化了控制氣候的復雜的物理過程，其結果是使得這些模型在區域氣候變化的預測上常常不一致，因此，其預測的氣候情形很難說是未來氣候的預言[38]。
（2）僅考慮氣候因素的影響而忽略了其它環境因子的作用：目前大多數有關氣候變化對森林生態系統潛在影響的預測都是根據一個假設，即氣候（溫度和水分）對樹木物種的分布、森林類型以及生物群區和森林生態系統過程發揮最主要的限制作用，是控制樹木物種和森林類型分布的惟一因素。這意味著在現有的模擬預測研究中是利用當前樹木（或森林）分布與氣候間的相關性來預測其未來分布的變化?；谶@一假設，大多數預測結果表明：樹木物種及森林的分布將發生很大的變化，而且這些變化也許與顯著的樹木死亡、森林下降和森林覆蓋的喪失相關。然而，制約樹木和森林分布的氣候因子間的相關性可能將隨氣候變化而改變。在所預測的未來氣候變化情形下，冬季尤其是在北方將增溫快，因此，對未來氣候增溫的趨勢而簡單地引起現有氣候帶北移的假設是不合理的。所以，盡管這些模型對當前氣候—植被間關系的模擬與實際相當吻合，但對未來氣候變化情形下物種與森林的預測則不一定適用。此外，除氣候因素外，樹木和森林的分布還受到一些區域性環境因子（如土壤類型、質地、深度和組成、水分的可利用性、坡度、坡向、海拔及現有物種的組成等）的影響。盡管某一地方的氣候對一些樹木和森林比較適宜，但是區域性環境因子可能限制其在該地的分布。綜上所述，僅僅從氣候因素的變化來預測未來樹木和森林的分布有其局限性和主觀性。
（3）現有氣候變化對樹木和森林生態系統影響的研究常集中在單個物種或是把各個森林類型作為一個整體，忽略了不同物種之間的競爭機制。眾所周知，自然界不同的物種都是互相影響互相依存的，每一個物種通過對資源的競爭占據著生態系統內相關的時間和空間位置，即每個物種有其獨自的生態位（niche）。生態位的概念又可分為基本生態位（fundamental niche）和實際生態位（realized niche）。基本生態位是指物種在理論上所能占據的最大生態位空間位置，實際生態位是指理論生態位和物種競爭作用的結果，即物種在生態系統中實際占據的生態位空間。但是物種的生態位并非一成不變。由于每個物種對氣候變化的反應不同，當一個物種暴露在新的氣候條件下，往往可能改變其原有的競爭組合，而與其他物種形成新的競爭關系。因此隨著氣候的變化，實際生態位也將隨著不同物種競爭組合的變化而發生改變。而生態系統的演替和發展正是這種不同物種間相互競爭作用的結果。由此可見，物種間的競爭在生態過程中起著重要的作用。但是現有氣候變化模擬的預測卻認為：只要某地氣候條件沒有限制，那么相關的樹木就可以在該地分布。這往往混淆了基本生態位和實際生態位間的概念，也就是說這些預測缺乏對物種競爭的了解，因此，它們很難真實地反映未來樹木和森林的分布狀況。當然，有一些模型也能很好地反映出物種的競爭關系，如林分模型（stand model or gap model），但是由于其模擬的尺度較小（常小于 1h
m2），因而在放大到區域和全球尺度上時容易出現偏差。
（4）關于物種遷移的評估：由于現有模型的預測只考慮氣候因素，認為氣候與物種和森林之間存在著一種平衡關系，因此其結果認為氣候變化能立即導致物種和森林的位移。然而，實際上物種對氣候的變化往往有一定的耐性，其遷移在時間尺度上常常表現出滯后于氣候變化的速率，這種滯后的時間尺度可達一、二百年甚至
更長[18]。因此，物種的遷移與氣候的變化是非平衡的。此外，物種對氣候變化的適應還受其遷移能力、遷移速率和地形及地貌的影響。與全新世氣候變化對物種遷移的影響相比，未來氣候變化對物種的影響更大，因為受人類活動的影響，自然景觀已經發生了很大的變化，而景觀的破碎化已經成為物種遷移的嚴重障礙。因此，即使一些地方的氣候適于物種的生存，但可能因自然景觀的隔離而使物種不能到達，從而可能造成一些物種的滅絕。但是當前的預測模擬卻很少或者沒有考慮物種的耐性、遷移能力、遷移速率以及遷移障礙等因素對物種的影響。
（5）沒有考慮森林變化對氣候變化的反饋作用及其進一步對森林的影響：森林與氣候之間通過陸地表面與大氣間的物質、能量和水分的相互交換而互為
影響[39～41]。氣候變化對森林的影響是多方面的，包括對森林生產力和生物量、森林的物種組成和結構、森林的分布、森林的生物地球化學循環和森林的水分平衡等，而森林的這些變化可能對氣候產生一定的反饋作用。首先，森林碳循環的改變，可能使森林成為大氣中 co2 的源或匯，造成大氣中 co2 濃度的升高或降低，從而進一步加強或削弱全球變暖趨勢；其次，森林結構和分布的變化將改變地表原有的反射率和全球的水循環模式。所有這些將對氣候的變化產生一定的影響，從而進一步影響到森林的結構和功能，因此，森林與氣候間的相互作用是非常復雜的。所以，現在有關的模型預測研究中為了避免這種復雜的關系，往往很少考慮到氣候變化所引起的森林變化對氣候的反饋作用。
（6）缺乏對極端氣候事件的考慮：目前有關氣候變化對森林生態系統影響的預測所采用的氣候指標都是年平均的變化，而很少或沒有考慮其季節變化和極端氣候事件。但是，未來全球氣候變暖卻可能會使極端高溫和寒冷的頻度和強度加大以及氣候的季節波動更為明顯[42]，而極端高溫或低溫對很多物種來說可能是致命的。氣候變化的另一個間接結果就是可能使極端災害（如火災、蟲災、干旱、颶風和熱帶風暴等）的發生頻率和強度增加。例如，夏季的高溫和干旱條件使火災發生的可能性增加；高溫和高濕則將有利于一些有害昆蟲的生長繁育；海溫的升高也為颶風和熱帶風暴的發生提供了有利的條件。很多科學家認為極端氣候事件為人類生存環境帶來的危害將更加嚴重[42～43]。極端災害的增加將對森林景觀造成嚴重的威脅?；馂暮拖x災的頻繁發生將對溫帶森林景觀的演替和發展造成嚴重的干擾和破壞，導致出現一些偏途演替群落，甚至造成森林景觀的消失；而颶風和熱帶風暴對于熱帶雨林來說其破壞力是巨大的，它們對雨林生態系統結構的改變往往起著決定性作用。然而，現在模型預測的研究卻很難對這些極端氣候事件作出評估。
