封面圖片背後的故事 | 全球變化與生態系統響應

2021-01-14 植物生態資訊

封面圖片為全球變化與生態系統響應示意圖 (陳偉彬、陳保冬繪製)


封面圖片示意了氣候變化(如氣溫升高、降水格局變化)、大氣溫室氣體濃度升高, 以及人類生產活動導致的土地利用/土地覆被變化等不同全球變化情形對森林、草地、農田、海洋等不同生態系統產生廣泛而深刻的影響。圖中上方示意人類生產活動排放溫室氣體、降水格局變化等全球氣候變化情形; 右上方示意氣溫升高導致冰川消融, 進而導致水資源空間分布和水循環的變化; 中間部分示意森林、草地、農田等主要陸地生態系統類型, 以及農田耕作、放牧等不同土地利用情形; 左下方土壤剖面示意全球變化對生態系統地下部分結構、過程和功能產生影響, 右下方示意海洋和淡水生態系統響應全球變化。


全球變化是指由於自然和人為因素而造成的全球性環境變化, 主要包括氣候變化、大氣組成變化(如二氧化碳及其他溫室氣體濃度的變化), 以及由於人口、經濟和社會發展而引起的土地利用/土地覆被的變化三個方面。全球變化已經導致生態系統發生深刻改變, 這些改變將直接影響甚至威脅人類的生存環境及社會經濟的可持續發展。全球變化與生態系統研究領域正是在人類活動的強度和廣度已經發展到對全球環境和生態系統產生深刻影響的背景下形成的, 是一門宏觀與微觀相互交叉、多學科相互滲透的前沿研究領域。它以研究生態系統的結構、功能及其對全球變化的響應和適應為主要內容, 目標是實現人類對生態系統服務的可持續利用。


全球變化與生態系統研究是從20世紀60年代初逐步形成並發展起來的生態學分支領域。一些全球研究計劃的興起支撐和推動了全球變化與生態系統的研究, 比如國際地圈生物圈計劃(IGBP)、世界氣候研究計劃(WCRP)、生物多樣性計劃(DIVERSTATS)等。「全球變化和陸地生態系統」(GCTE)研究計劃是IGBP的核心研究計劃之一, 旨在分析全球尺度上大氣成分、氣候、人類活動和其他環境變化對生態系統結構和功能的影響, 預測未來全球變化可能帶來的農業、林業、土壤和生態系統複雜性的改變。世界範圍內不同國家和地區也先後啟動了相關重大研究計劃, 例如美國的全球變化研究計劃(USGCRP)以及歐洲的CarboEurope、NitroEurope等項目, 中國也啟動了多個全球變化重大項目比如科技部的全球變化專項。伴隨著這些計劃的執行, 一系列全球變化與生態系統研究的專著陸續出版, 標誌著這一學科逐步走向成熟。我國學者方精雲於2000年主編的《全球生態學》推動了國內全球變化與生態系統研究的發展。至今, 聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)已發布了5期評估報告, 全面總結了氣候變化及其影響的研究成果。2014年, 由國際科學理事會(ICSU)和國際社會科學理事會(ISSC)發起的未來地球計劃(Future Earth), 加強了自然科學與社會科學領域全球變化研究的溝通與合作, 標誌著全球變化與生態系統研究跨入服務於可持續發展的全新階段。


在中國科學院學部和國家自然科學基金委員會聯合資助方精雲院士主持的「生態系統生態學學科發展戰略項目」的支持下, 我們組織了本期「全球變化與生態系統」專輯。專輯在對國內外全球變化研究進行歷史回顧和綜合分析的基礎上, 總結了全球變化與生態系統研究的階段性重大進展及存在的主要問題, 並對全球變化研究的前沿方向進行了展望, 建議了需要加強的優先研究領域。


專輯共收錄10篇綜述文章, 在總體回顧和展望全球變化與生態系統研究(牛書麗和陳衛楠)基礎上, 分別綜述了陸地生態系統植物生理生態、群落結構、生物地球化學循環過程對大氣二氧化碳(馮兆忠等)和臭氧濃度升高(馮兆忠等, 圖1)、氣候變暖(夏建陽等)、降雨格局改變(周貴堯等)、氮沉降(付偉等, 圖2)、土地利用(白娥和薛冰)和放牧(張揚建等, 圖3)等全球變化因子的響應, 同時還綜述了淡水生態系統(邢鵬等)和海洋生態系統(葉幼亭和史大林, 圖4)對全球變化的響應。在明確全球變化生態效應的基礎上, 討論了生態系統對氣候和環境變化的反饋作用, 以期為構築全球變化的適應對策提供生態學理論依據。


圖1  地表臭氧對植物葉片、根際、植株和生態系統的影響(馮兆忠等, 2020)。



圖2  陸地生態系統大氣氮沉降生態效應示意圖(付偉等提供)



圖3 放牧對生態系統的影響熱點關鍵詞關聯可視化圖(張揚建等, 2020)


圖4 全球變化對海洋生態系統初級生產關鍵過程的影響(葉幼亭和史大林提供)


全球變化及其引發的全球生態問題是人類需要共同面對的挑戰, 而科學評估和預測全球變化生態效應, 認識生態系統對全球變化的響應和反饋機制, 是制定應對全球變化策略的前提和基礎。儘管各國科學家已經開展了大量的研究和探索, 但無論是在全球變化與生態系統的相互作用機理還是在其響應調控對策方面仍然存在許多未知的領域, 需要更為系統深入的研究和探索。雖然本專輯的出版有望引發學術界對全球變化和生態系統研究的關注, 但因篇幅有限只能涉及部分主要的研究方向, 期望專輯能夠起到拋磚引玉的效果, 為推動我國全球變化與生態系統研究進展起到積極作用。



作者簡介：


牛書麗
博士, 中國科學院地理科學與資源研究所研究員, 博士生導師。主要研究方向為全球變化生態學。


陳保冬

博士, 中國科學院生態環境研究中心研究員, 博士生導師。主要研究方向為土壤生態學。



牛書麗, 陳衛楠. 全球變化與生態系統研究現狀與展望. 植物生態學報, 2020, 44(5): 449-460.


馮兆忠, 李品, 張國友, 李徵珍, 平琴, 彭金龍, 劉碩. 二氧化碳濃度升高對陸地生態系統的影響: 問題與展望. 植物生態學報, 2020, 44(5): 461-474.


付偉, 武慧, 趙愛花, 郝志鵬, 陳保冬. 陸地生態系統氮沉降的生態效應: 研究進展與展望. 植物生態學報, 2020, 44(5): 475-493.


夏建陽, 魯芮伶, 朱辰, 崔二乾, 杜瑩, 黃昆, 孫寶玉. 陸地生態系統過程對氣候變暖的響應與適應. 植物生態學報, 2020, 44(5): 494-514.


周貴堯, 周靈燕, 邵鈞炯, 周旭輝. 極端乾旱對陸地生態系統的影響: 進展與展望. 植物生態學報, 2020, 44(5): 515-525.


馮兆忠, 袁相洋, 李品, 尚博, 平琴, 胡廷劍, 劉碩. 地表臭氧濃度升高對陸地生態系統影響的研究進展. 植物生態學報, 2020, 44(5): 526-542.


白娥, 薛冰. 土地利用與土地覆蓋變化對生態系統的影響. 植物生態學報, 2020, 44(5): 543-552.


張揚建, 朱軍濤, 沈若楠, 王荔. 放牧對草地生態系統影響的研究進展. 植物生態學報, 2020, 44(5): 553-564.


邢鵬, 李彪, 韓一萱, 顧秋錦, 萬洪秀. 淡水生態系統對全球變化的響應: 研究進展與展望. 植物生態學報, 2020, 44(5): 565-574.


葉幼亭, 史大林. 全球變化對海洋生態系統初級生產關鍵過程的影響. 植物生態學報, 2020, 44(5): 575-582. 



點擊文章題目可閱讀原文

彭書時, 嶽超,常錦峰. 陸地生物圈模型的發展與應用. 植物生態學報, 2020, 44(4): 436-448.


馮兆忠, 徐彥森, 尚博. FACE實驗技術和方法回顧及其在全球變化研究中的應用. 植物生態學報, 2020, 44(4): 340-349.

 

馮曉娟, 王依雲, 劉婷, 賈娟, 戴國華, 馬田, 劉宗廣. 生物標誌物及其在生態系統研究中的應用. 植物生態學報, 2020, 44(4): 384-394.

 

郭慶華, 胡天宇, 馬勤, 徐可心, 楊秋麗, 孫千惠, 李玉美, 蘇豔軍. 新一代遙感技術助力生態系統生態學研究. 植物生態學報, 2020, 44(4): 418-435.


符義穩, 田大栓, 汪金松, 牛書麗, 趙墾田. 內蒙古和青藏高原草原植物葉片與根系氮利用效率空間格局及影響因素. 植物生態學報, 2019, 43(7): 566-575.

 

刁勵瑋,李平,劉衛星,徐姍,喬春連,曾輝,劉玲莉. 草地生態系統生物量在不同氣候及多時間尺度上對氮添加和增雨處理的響應. 植物生態學報, 2018, 42(8): 818-830.

 

嚴月, 朱建軍, 張彬, 張豔傑, 魯順保, 潘慶民. 草原生態系統植物地下生物量分配及對全球變化的響應. , 2017, 41(5): 585-596.


楊麗麗, 龔吉蕊, 劉敏, 楊波, 張子荷, 羅親普, 翟佔偉, 潘琰. 氮沉降對草地凋落物分解的影響研究進展. , 2017, 41(8): 894-913.


李靜鵬, 鄭志榮, 趙念席, 高玉葆. 刈割、圍封、放牧三種利用方式下草原生態系統的多功能性與植物物種多樣性之間的關係. 植物生態學報, 2016, 40(8): 735-747.


張彬,朱建軍,劉華民,潘慶民. 極端降水和極端乾旱事件對草原生態系統的影響. 植物生態學報, 2014, 38(9): 1008-1018.

 

姚凡雲,朱彪,杜恩在. 15N自然豐度法在陸地生態系統氮循環研究中的應用. 植物生態學報, 2012, 36(4): 346-352.


孫敬松, 周廣勝. 散射輻射測量及其對陸地生態系統生產力影響的研究進展. 植物生態學報, 2010, 34(4): 452-461.





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