客观日本

全球变暖对陆地生态系统的影响及危机评估

2012年04月05日 科技交流

前言

目前,人类社会已经普遍认识到,以消耗化石燃料为主的人类活动,会直接导致大气中温室气体浓度的升高,并对全球气候系统产生严重影响(也就是我们所说的全球变暖)。为应对这一现象,人类不断推进以联合国气候变化框架公约等各项具体对策的实施。面对全球变暖问题,不容忽视的一点是其不仅会影响人类社会活动,还将影响地球表层的多样生态系统。冰川融化、北极熊失去家园,常被作为全球变暖最具代表性的例子引用,而实际上,从热带到寒带干燥地区,全球变暖都将对生物及其生存环境(既生态系统整体)带来深刻影响。

随着人类对全球变暖的影响所带来威胁的认识不断深入,国际社会提议通过危机评估和危机管理来探讨其变化情况。这里所说的危机,是指产生影响的程度及发生可能性(频度)的乘积,是面向充满未知的未来,将意志决定付诸行动时的基准。一般来说,危机管理的实施流程有:将会产生恶劣影响的危机;针对其发生的可能性及影响度进行评估;制定避免危机并将损失降到最低的对策。与全球变暖相关的危机管理中,最简单易懂的例子就是通过修建堤坝和移民来减轻未来因海平面上升而导致沿海地区被淹没的危机影响。当然,能否实际采取此类对策,还需从危机是否超过成本的许可范围来判断。

但是,针对全球变暖对地球生态系统的影响,此前的危机评估、危机管理框架中存在某些难于解决的复杂问题。本文主要以陆地生态系统为研究对象,对全球变暖的影响评估及危机管理面临的课题进行探讨。

1.全球变暖对生态系统产生的影响及危机

全球变暖对生态系统会产生何种恶劣影响是很容易想象的,但这些影响将带来哪些危机还尚未明确。这也是加大生态系统的危机管理难度的一个原因。首先,大气中二氧化碳浓度升高及气候变化产生的影响所引发的危机都有正负两面。经试验证明,大气中二氧化碳浓度的升高会增强植物的光合作用。虽然温度上升能延长寒冷地区动植物的繁殖时期有利于生物成长,但当前的热带地区却具有发生高温灾害的危险。其次,即使是寒带地区,温度上升引起的土壤有机物的加速分解及冻土融化产生负面影响的可能性较大。总的来说,适合生物繁殖的范围,会随全球温度上升向高纬度地区或高海拔地区移动。但面对可预知的未来将发生的快速全球变暖,生态系统会出现的变化,却无法单纯地从过去气候变化与生物分布关系中进行推算。因为生物的迁移速度是有限的,尤其是植物等迁移缓慢的生物,可能根本赶不上其最佳繁殖范围每年移动数十公里的移动速度;而分布能力较高的物种,则可能会超越现在的生存范围界限,成为入侵物种在全球大范围分布。

 联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第4份评估报告书(参考文献1)中,对目前研究得出的全球变暖的影响进行了总结。报告中提到,与工业革命前的生态系统相比,温度每上升2.2°C,就有可能导致全球24%(范围在15~37%之间)的生物物种濒临灭绝;并指出,全球变暖同样会对高山及珊瑚礁等极其脆弱的生态系统产生影响。报告中对亚洲地区的研究案例较少。报告指出,与工业革命前相比,温度上升2.9°C或导致中国北方地区森林大面积消失;而有关全球变暖对日本生态系统的影响,是IPCC发布第4份报告书之后得出的研究成果(由联合国环境规划署地球环境研究综合费用实施),其对被列为世界遗产的日本白神山地山毛榉林进行了研究。研究指出,全球变暖已导致日本白神山地山毛榉林出现了相当程度的生存环境恶化。本世纪内,该地区有可能将不再适合山毛榉生长。

 生态系统中,生物间的相互作用是极其复杂的。食物链、动植物间的相互作用(如昆虫传播花粉、动物传播植物种子)、植物-微生物间的相互作用(如植物根系与微生物共生,通过菌根来吸收土壤中的水分和营养盐),因这些相互作用的存在,全球变暖的影响范围要比我们预想中广泛得多。因此,目前还不能说主要危机已经确定。而且,实际上目前连确定气候变化是由自然本身的变化导致还是由人为造成的全球变暖所引发都是很困难的事情。上面曾提到的物种减少,除气候变化外,森林破坏及环境污染等导致的生存地域缩小也是其出现的重要原因。

2.生态系统影响的危机评估

上面的内容中也提到过,在危机评估时有必要明确危机发生的可能性及影响。但即使确定了危机的种类,要想确定其在未来(如到2100年)发生的可能性还是非常困难。英国普林斯顿大学的研究组做了一项尝试:用基于多种气候模式的预测程序进行模拟试验,从某种影响发生次数的比例来推断危机发生的可能性(参考文献2)。该研究组同时对北美及欧亚大陆的森林消失、河流水流量增大及森林火灾发生次数增多等现象进行了研究。日本国立环境研究所主要对随气候变化未来的降水量变化及人为土地使用的变化对土壤侵蚀产生的影响进行了评估。我们通过研究发现,用陆地生态系统、土壤侵蚀相关模式得出的数值模拟结果显示,在降水量大且地势陡峭的季风亚洲地区,易发生严重的土壤侵蚀现象。此外,报告中指出,降水量的增加使东南亚等地区植物覆盖范围扩大;且随着植树造林力度的加强,发达国家和中国部分地区土壤侵蚀现象或将减少。研究中所使用的气候模拟群是否能充分代表未来气候变化模式及其暗含的不确定因素,目前并没有对此做充分研究。此外,前面提到的地区性生物间相互作用的推定模式尚未构建,气候预测、生态系统两个模式在推断中也遗留有不确定性。

明确危机所带来的影响,就必须导入生态系统服务这个概念。生态系统通过自身变化,为人类社会提供了许多有利条件。如,森林不仅为人类提供了木材资源,其保持水土的能力可涵养水源、净化大气和水质,同时也是人类休闲娱乐的场所,其他生态系统同样也为生存其中的人类提供了诸多与生活密切相关的生态系统服务。还有碳元素的固定对气候的调节功能等,可以说生态系统服务对其周边,甚至对全球都有许多有利之处。也就是说,对全球变暖产生的影响进行评估,不能仅从生态系统中的生物数量及物种增减来判断,还应结合与人类社会相关的生态系统服务进行评估。而因生态系统服务有多个侧面,对其进行统合性评价(如指标化和价值换算)都存在难度,目前正被广泛研究。该问题也牵扯到后面所讲的生物多样性。

从其他评估角度来看,有观点认为全球变暖只会对生态系统带来灾害性影响。全球变暖不仅会长期且均衡地影响地球的温度和降水,还会在短期内导致温度、降水的急剧变化,也就是说会增加极端现象发生的频度和强度。这会直接导致人类遭受洪水和高温等自然灾害,甚至影响生态系统。举最简单的例子来说,如果极端高温干燥现象长时间持续,森林草原发生火灾的概率就会大大提高。自然环境中发生的火灾会导致生态系统的衰退,并会释放大量二氧化碳;火灾若发生在人类居住地附近,则直接威胁人类财产及生命安全。基于历史数据和数字模式的研究中同样指出,全球变暖增加了许多地区自然火灾发生的概率。我们进行研究应从生态系统服务的降低及灾害防止的观点出发,来确立危机评估的手段。

3.对生态系统危机的缓和适应

 全球变暖问题中,谈及避免可能发生的危机并将损失最小化时,经常用到适应、缓和的字眼。陆地生态系统中,何种缓和适应手段较为可行,会因成本方面的适当性出现议论的分歧。更何况在目前情况下,能够缓和并适应全球变暖给生态系统以及对与生态系统服务密切相关的人类社会带来的危机的手段,是不能脱离地球环境问题来考虑的。现在采取的全球变暖对策中,包括从人类工业活动这一源头来抑制温室气体排放、森林吸收源对策及清洁发展机制(CleanDevelopmentMechanism:CDM)、防止发展中家森林减少衰退(ReducingEmissionsfromDeforestationandforestdegradationinDevelopingcountries:REDD)等,从生态系统服务为出发点的机制占了相当大的比重。这就要求不能只是单纯保护生态系统现状,还要利用碳元素固定调节气候的功能,从更广的角度来进行生态系统管理。而相反的观点则认为重点是不能轻易采取大规模砍伐原始森林改种桉树等能够大量繁殖的早生树种之类的极端对策,而要从综合考虑生态系统中各有利条件后得出的对策中进行选择。201010月,在日本名古屋召开的生物多样性条约第10次缔约国会议(COP10)上,保护生物多样性、遗传基因资源问题被国际社会广泛关注。我们要从生态系统的观点出发,在保护生物多样性和适应·缓和全球变暖影响之间找寻平衡点避免矛盾,协调地推进研究进程。

 那么,可缓和适应全球变暖对陆地生态系统带来影响的选项有哪些呢?一般来说有:设置或移植可帮助生物在温度升高时进行迁移的走廊,对有可能失去生存环境的高山植物等进行物种保护、生存环境复原。但生态系统受到的影响大多数情况下是不可逆转的,一旦失去很难复原,这要求我们必须根据预测结果事先研究对策,维持生态系统的恢复能力,同时制定预见性的应对方案。对规模宏大且多样的生态系统进行危机评估,若考虑对策所需的人力、财力成本,并采取合适的缓和适应措施是很困难的。但也正同之前提到的,不仅是对全球变暖的危机管理,国际社会对能够成为抑制全球变暖手段的生态系统机能的期望也在不断升温。如将生物多样性的基本需求考虑在内,人类社会对实现综合性生态系统管理的期望将会前所未有的高涨。从这些需求现状来看,人类对全球变暖和生态系统影响有关科学知识的积累还不够充足。尤其是,从IPCC的报告书中记载的有关亚洲生态系统的研究案例非常少这一点可以看出,日本、中国等亚洲国家在该领域还有很大的研究空间。填补这一空白,对今后在科学知识基础上进行全球变暖对策制定、保护生物多样性来说都是必不可少的。

 4.结语

本文对全球变暖对生态系统带来的影响、危机评估的观点进行了讨论(本文中主要讲的是陆地生态系统,海洋生态系统中还存在海水酸化和水产资源枯竭等深刻危机。)生态系统是极其复杂多样的,而依目前的生态学水平只能对其进行定量预测。生态系统与人类生活密切相关,在不断加深的全球变暖危机中,我们必须确立有效的生态系统管理和降低危机的对策。本文虽未提及该点,但目前全球已有多家研究机构,为达成这一目的每天通过实验、观测、解析、模型进行研究。在研究全球变暖等地球环境问题的过程中,研究者的活动也必然成为全球化的行动。与走在世界前沿的欧美国家的研究相比,日本和中国等亚洲国家在众多领域还很落后,这不利于评估全球变暖对亚洲地区的影响和危机管理,最终只能用全球性的模式来进行本地区的全球变暖影响的预测。亚洲国家的研究者应集中力量,共同合作提高研究水平。

 

 

参考文献

1. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2007. Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Cambridge University Press, Cambridge.

2. Scholze, M., Knorr, W., Arnell, N.W., Prentice, I.C., 2006. A climate-change risk analysis for world ecosystems. Proceedings of the National Academy of Science U.S.A. 103, 13116-13120.

 

简历

伊藤昭彦

日本独立行政法人国立环境研究所地球环境研究中心研究员

生于19728月。2000年在筑波大学研究生院生物科学研究系修满学分退学,博士(理学)。2006年起兼任独立行政法人海洋研究开发研究机构招聘主任研究员。研究专业是植物生态学、生物地球化学。目前正在进行的研究是,使用自己开发的陆地生态系统模型(VISIT)来评估全球变暖产生的影响评估并推断随森林砍伐碳释放量的变化。

专题网页