气候变化与人类活动对生态质量影响的定量解析研究_分析气候变化对人类社会的影响

1.全球气候变化对城市生态系统的影响有哪些

2.人类活动与气候变化有什么关系

3.人类活动对地球气候的变化有什么影响

4.理论生态学的理论生态学成就

5.国际绿洲方面研究资料

6.气候变化趋势与影响

一、气候变化背景下的水演化问题

西北地区为干旱半干旱区，土地广阔，但水相对贫乏，水是当地经济社会发展和生态保护的主要限制因子。在全球气候变化的背景下，未来西北地区水将会有什么样的变化？既是重要的科学问题，又对规划当地的发展战略具有重要的现实意义。

施雅风对西北地区的气候与水变化进行了很多研究。他认为西北干旱区在20世纪处于气候干旱化、水萎缩过程中（施雅风，1995；2001），而乌梢岭、日月山以西的西北西部地区于80年代末出现气候由暖干向暖湿转型的现象（施雅风等，2002）。2005年6月在兰州“科学与中国”报告会上，他进一步明确了如下观点：“未来降水量增加趋势实现，结合冰川融水增加，则西北和青藏高原径流量或地表水量也存在增加趋势，西北东部与黄河源区已持续多年的干旱现象将会转入多雨的丰水期，但还不能确切预估转向湿润的具体年份”（宋华龙，2005）。

西北地区西部降水从80年代末呈增加趋势已得到气象和水文资料的证实（刘春蓁，2000；任国玉等，2000；周陈超等，2005）。但关于温度升高后蒸发的变化趋势则有不同的认识。一些研究认为陆面蒸发量会增加，而另一些研究则认为蒸发会下降（任国玉，2005）。特别是对气候暖湿（或暖干）转变导致的内陆河流域两个水源地——冰雪带与森林带径流变化对山区总径流变化的综合效应，仍需深入探讨。

目前，回答这一问题最大的障碍之一是没有满足研究（模型模拟）所需要的山区不同地带的综合观测。今后，在加强冰雪带与森林带径流变化观测的基础上，应重点研究以下问题：（1）西北地区气候暖干与暖湿转型在时空尺度上的变化；（2）气候变化背景下西北地区蒸发将如何变化？（3）气候变化对山区冰雪带和森林带径流变化的总体效应。

二、生态用水与生产生活用水的协调问题

流域生态需水量是指维持流域正常的生态和环境功能所必需蓄存和消耗的水量(刘昌明，2004)。长期以来，由于对生态需水的重视不够，西北干旱区水过度开发利用的现象普遍存在。生态需水被大量挤占，生态和环境质量恶化问题非常严重。如塔里木河、黑河、石羊河，由于水的过度开发利用，导致了其河流下游水量锐减、河道断流、湖泊沼泽萎缩（台特玛湖、居延海、青土湖等已干涸）、地下水位下降、植被（胡杨、红柳等）枯死、生物栖息地破碎、消失等生态和环境退化现象。

在西北干旱地区，由于降水稀少，使水成为维系生态系统的关键因子。只有在降雨较多的山区和平原的河流两岸才有较好的植被分布。西北地区生产、生活用水与生态用水矛盾非常突出。要解决这一矛盾，合理配置两者的用水量，一个关键的问题是生态需水的定量估算。

生态需水估算的常用方法包括：（1）传统的水文流量计算方法（标准流量法）；（2）基于水力学基础的水力学方法；（3）基于生物学基础的生物栖息地方法。然而，对于西北内陆河流域生态需水量的估算，传统方法仍存在很多问题。如：如何确定下游适宜的生态水位？它与沿岸植被生长的关系如何？与河水水位和流量的关系如何？尾闾湖泊要保护到什么程度？需水量如何确定？天然绿洲的变化与河流水量是什么关系？与洪水流量和淹没范围之间是什么关系？等等问题，现有方法都很难确定。缺乏足够的观测数据也是重要的原因之一。 今后重点科研工作包括：（1）加强生态水文学的研究，特别是水与生态系统变化关系的规律性研究；（2）将生态用水、生产生活用水的配置与流域水循环和水量平衡结合起来，开展研究；（3）综合研究不同水配置下的生态、环境和经济效应。

三、草地退化问题

据北方地区实测的样方资料，目前西北五省区草地总面积115万ha，因各种因素造成的退化草地总面积为6960万ha，占草地总面积的58%。其中轻度退化面积3020.9万ha，占退化总面积的43.4%；中度退化2650.7万ha，占退化总面积的38%；重度退化面积1289万ha，占退化总面积的18.5%。与80年代和90年代的调查结果比较，草地退化有加剧的趋势（洪绂增，待出版）。关于如何控制西北干旱区草地的退化、走可持续草原畜牧业经营之路，争论的焦点是：在我国西北生态这样脆弱的地区，应该粗放还是集约？是较大尺度的自然轮牧还是定居（李向林，2002）？支持集约的观点认为：（1）集约化的草地畜牧业生产是现代草业发展的方向；（2）人工草地建设是解决饲养家畜饲草料稳定来源的有效途径；（3）人工草地的建设有利于草场的管理；（4）可以减轻天然草地压力；（5）有利于社区建设和草原地区教育事业的发展。而支持粗放的观点认为：（1）游牧和季节性迁移生产方式是世界上几乎所有牧业地区（包括我国北方草原地区）牧民千百年来智慧的结晶，符合北方地区草地空间分布不均、季节性差异大的特点。而定居高强度的草地畜牧业生产在北方和西北的干旱地区更容易造成草地的退化；（2）在澳大利亚等国家类似我国西北的内陆干旱地区也实行粗放的经营方式，并不提倡集约化的生产；（3）大规模的人工草地建设，由于耗费土壤水分，造成土壤干化（魏永胜等，2004）。

实际上，因地制宜，在空间上合理配置集约化和粗放化经营，才是正确的选择。然而，要做到这一点，尚有许多科学问题有待探讨：（1）在气候的季节和年际波动都很大的我国西北地区，如何合理确定放牧“压力”，合理计算草地承载力？特别是如何根据草地承载力的时空变化选择合理的经营方式？（2）如何综合考虑草地退化的状况与牧民生计，合理确定经营性草地和保护性草地面积的比例？

四、沙尘暴灾害与荒漠化问题

2000年及随后几年我国北方地区沙尘暴灾害的加剧，引起各界对我国生态状况的广泛关注，也是增加生态建设工程投入的主要驱动因素之一。然而，近几年沙尘暴的加剧究竟在多大程度上说是人类活动造成的？或者在多大程度上与荒漠化有关？又在多大程度上说与气候波动有关？学者们的观点莫衷一是。

争论的焦点是沙尘来源和沙尘暴的发展趋势。关于沙尘的来源，人类活动成因说认为：沙漠中的沙尘含量百分率低，流沙的风沙流中，只有5%的粉砂和粘土。从而推论说沙尘天气的物质来源为沙漠边缘的沙漠化土地。气候波动说则认为，流沙中沙尘含量低并不能否定沙尘天气的主要物质来源是沙漠，况且沙漠景观中并不都是流沙，存在大量的细物质。沙漠和戈壁在不断产生细物质，其机理并未搞清楚。

关于建国后沙尘天气的发展趋势，人类活动成因说主要依据媒体报道的强度沙尘天气在50-90年代间有增加的趋势；而持气候波动说的学者则认为这一统计不够全面。根据北方681个气象站的记录，45年(1954-1998)间，三种沙尘天气（沙尘暴、扬沙、浮尘）都呈现减弱趋势，只有朱日和、海兴两站例外（周自江，2001）。

对于沙尘来源和沙尘暴形成机制的认识，决定到底应该取什么对策和措施，来应对这一自然灾害。今后需要重点研究的问题包括：（1）沙漠中细物质产生的机理；（2）粉尘来源的定量监测；（3）统一标准的沙漠化土地变化定期制图。 五、生态建设中需统筹和协调的深层次问题 大自然是各种要素密切联系相互作用构成的有机整体，而利用自然和生态服务的各方利益不同。统筹和协调产业之间、城乡之间、上下游之间、自然生态与人类发展之间以及近期利益与长远利益之间的矛盾和冲突，才能真正走上可持续发展之路。目前，西北地区生态建设中需统筹和协调的深层次问题主要表现在以下几个方面：

（1）禁牧、退耕政策与农牧民生计的统筹问题。西北地区的农牧区群众生活一般都比较贫困，农牧业以外的从业机会较少，其生计主要来源于农牧业，即对于生态系统生产力的利用。这注定了农牧业发展与生态保护之间存在矛盾和冲突，特别是在干旱年份，生产性用地难以维持农牧民的生计，部分地区实施“禁牧”，难度很大。

（2）生态建设措施实施中“一刀切”的问题。西北地区环境复杂，区域差异较大，生态建设应取因地制宜的措施。然而这在管理上存在难度。许多地区在植树造林、人工草地的牧草引种、人工草地的栽培方式以及草地的恢复等方面，违反地带性原则和因地制宜原则，出现“一刀切”的现象，违反自然生态规律，给农林牧业发展带来损害。

（3）各地区尤其是上下游之间利益的统筹问题。流域是一个上中下游功能互补、相互联系的整体。然而，在尤其是西北地区紧缺的水的利用上，在产业发展的环境效应上，流域上下游之间往往存在着利益冲突。没有流域上下游之间的共同努力，西北地区生态质量的整体提高是不可能的。

（4）涉及生态建设各部门（农、林、水、土、环境）工作的协调问题。大自然是一个整体，任何人类活动对大自然的影响也是多方面的，然而对自然环境、和生态的管理只能分部门进行。各部门都希望为生态建设多做贡献，多做工作。有时，自然的综合性特点与分部门管理之间会出现冲突。例如，对于有些地区，有些生态系统，自然恢复可能是最佳途径。只有农、林、水、土、环境各部门之间相互协调，才能达到生态保护的目的。

鉴于以上问题，应加强环境科学与经济学和法学的学科交叉，加强人地关系的综合研究。社会科学工作者应在经济和社会层面上积极探索冲突的根源和关键环节，而自然科学工作者应瞄准其中的关键自然科学问题，提供准确的评估信息。只有自然科学与社会科学的交叉协作，才能找到生态建设有效可行的策略。

个人简历：

孙鸿烈,土壤地理与土地学家，中科院院士。中国科学院地理科学与研究所研究员。1932年生于北京,原藉河南濮阳。1954年北京农业大学土壤农化系毕业，1960年中国科学院沈阳林业土壤研究所研究生毕业。1987年当选为第三世界科学院院士， 1991当选为中国科学院院士。曾任中国科学院副院长、自然综合考察委员会主任，国际科学联合会（ICSU）副，国际科技数据委员会（CODATA）副，国际山地综合开发中心(ICIMOD)，中国环境与发展国际合作委员会（CCICED）中方首席专家。现任国家重点基础研究项目专家顾问组成员、国家重点野外观测试验站规划组长等职。长期从事农业自然及区域综合开发研究，并主持青藏高原综合科学考察研究工作，取得了一系列为国内外关注的成果，倡导并领导建立了中国生态系统观测研究网络,把环境的研究推向深入阶段。1986年获中国科学院科技进步特等奖；1987年获国家自然科学一等奖；1989年获陈嘉庚地球科学奖；1996年获何梁何利奖。（人民网乌鲁木齐8月20日电）

全球气候变化对城市生态系统的影响有哪些

科学家指出，人类活动引起气候变化，而气候变化最终将影响地球内部的运行方式。全球气候变暖造成的影响包括：极地冰原融化，海平面上升，淹没较低洼的沿海陆地，冲击低地国及多数国家沿海精华区并造成全球气候变迁，导致不正常暴雨、干旱现象以...

人类活动与气候变化有什么关系

全球变暖与城市“热岛”

全球变暖会引起世界各地区降水与干湿状况的变化,进而导致世界各国经济结构的变化.中纬度地区将会因气候变暖使蒸发强烈而变得干旱,现在农业发达的地区将退化成草原；高纬度地区则会因变暖而增加降水,温带作物将可以在此安家.但就全球来看,气候变暖对世界经济的负面影响是主要的,得到好处的仅是局部某些地区.

城市的气温比近郊要高得多,犹如一座温暖的岛屿.我国最大的城市“热岛”北京,比郊区温度高出9.6度,上海与郊区的最大温差也达6.8度.造成城市“热岛”效应的原因在于城市人口集中并不断增多,工业发达,居民生活、工业生产和汽车等交通工具每天要消耗大量的煤、石油、天然气等燃料,释放出大量的人为热.还有一个原因是城市中由混凝土、石料、砖瓦堆砌成的建筑群与柏油、水泥、陶瓷、石料等铺设的路面、人行道、广场,代替了原为植被、作物覆盖的自然地面.它们反射率小,热容量高,大量吸收太阳能.

2、物种迅速灭绝

由于人类活动的影响,尤其是人们乱伐森林、滥垦草原,以及环境污染,造成了野生

动植物栖息地或生长地的丧失和生活环境的恶化,再加上人们滥捕滥猎野生动物,使世界上许多种野生动植物已经灭绝或濒临灭绝.

国际保护自然联盟1996年发表的濒危物种《红色警报名单》显示,世界现存4500种哺乳动物中,面临绝种的已占24%,而现存约9500种鸟类中,有12%即将灭绝.在已知的大约1万种木本植物中,濒临绝种的约占6%,其中1000种左右危在旦夕.每24小时就有150～200种生物物种永远告别地球,据资料表明,目前地球上物种灭绝的速度比形成的速度快100万倍.中国是野生动植物十分丰富的国家,但是,中国生物的多样性正面临严重的威胁.被子植物中,濒危种有1000种,极危种28种；裸子植物濒危种63种,极危种14种,已有1种灭绝；脊椎动物受威胁的有433种.

3、世界水严重不足

随着世界人口的急剧增长,用水量不断增加,加上水污染日益严重,使许多本来可以

利用的淡水遭到破坏.目前世界上60%的地区面临供水不足,已有20%的人口难以得到清洁水,50%的人口无法得到卫生用水.许多国家用水紧张,近年来美国、日本及东欧许多国家都出现了水不足的问题,甚至连淡水比较丰富的俄罗斯与加拿大,有些地区也受到缺水的威胁.非洲的一些国家连年干旱,缺水直接威胁着人们的生存.有人预计,水危机将成为21世纪城市里“最容易引起争端的问题”.

4、环境问题的全球性

环境问题不仅是某个国家或某个区域的问题,目前已经发展成全球性的问题了.一个地区发生环境问题,影响的范围往往会大大超过该地区.例如,酸雨随着大气的运动,能影响到很远的地区；国际性河流上游被污染,将使河流全流域遭受影响……环境污染问题日益严重,废气、废水甚至固体废弃物都可以从一国转移到另一国.有些环境问题甚至影响着全人类的生存与发展.例如,亚马孙河流域热带雨林的破坏,会对全球的气候产生影响；大气中CO2浓度的升高和臭氧层的破坏,更是威胁着全人类.

5、我国的状况

从自然总量讲,我国许多种自然的总量都在世界前列,称得上是地大物博的

大国.但我国人口众多,各类的人均占有量都是很少的.人均相对不足,是我国方面的基本国情.

我国耕地面积居世界第四位,人均耕地占有量却只相当于世界人均值的1/3；森林面积居世界第六位,人均森林占有量只相当于世界人均值的1/5；我国矿产储量总值居世界第三位,人均占有量相当世界人均值的3/5……而且随着我国人口持续增多,各种的人均占有量还会继续下降.人均相对不足,已成为我国经济发展与人民生活水平提高的制约性因素.我国的还存在地区分布不均衡的特点.例如我国水南方多、北方少,耕地却南方少、北方多,很不利于农业的发展.

6、大气污染

科学家发现,至少有100种大气污染物对环境产生危害,其中对人体健康危害较大的

有二氧化硫、氮氧化合物、一氧化碳、氟氢烃等.大气污染物严重危害人的气管、肺等呼吸系统.

造成大气污染的途径主要是工业生产与交通工具排放的废气和尘埃,工业生产排放出的尘埃颗粒物还吸附了许多有毒有害的物质.这些污染物在大气中还会发生各种化学反应,生成更多的污染物,形成二次污染.二氧化硫是大气污染物中最普遍的一种,它在大气中通过反应可形成硫酸烟雾,甚至形成酸雨.氮氧化合物、一氧化碳和碳氢化合物也是大气中常见的污染物,它们在阳光下,发生光化学反应,可形成光化学烟雾.

大气污染物在空气中积累,导致空气质量下降,直接危害人类健康,而且使全球气候变暖,臭氧层遭到破坏；污染物随风飘散,甚至影响农业、林业和畜牧业,美国每年因此损失数亿美元,我国的损失也相当严重.

7、认识沙尘暴

沙尘暴,又称黑风暴,是发生在沙漠地区的一种自然现象.沙漠地区的大量流沙,是沙尘暴的沙源,春季的大风是沙尘暴的凭借力量.

近百年来,由于人类过度垦荒,过度放牧,乱砍滥伐,使地表植被遭到严重破坏,大片土地成为裸地,随着荒漠化的不断加快,沙尘暴的范围也逐渐扩大了,沙尘暴的程度也逐渐加重了.2000年春季,首都北京连续八次遭到沙尘暴的袭击.据科学家计算,在一块草原上,刮走18厘米厚的表土,大约需要2000多年的时间；如把草原开垦成农田,则只需49年；若是裸地,则只需18年.从沙尘暴的起因与发展来看,人为破坏环境,破坏地表植被是沙尘暴最重要的起因.只有保护好植被,防止土地沙漠化,才能真正减少沙尘暴危害.

我国的沙尘暴灾害可以说是俞演愈烈.据专家统计,从1952年到1993年,我国西北地区发生沙尘暴的次数是：50年代5次,60年代8次,70年代13次,80的代14次；1993年发生了一次剧烈的黑风暴.之后,每年四五月份,甘肃河西走廊至少要发生一次,而在2000年,连续就是8次.据权威专家分析,在10—20年内,面对人口越来越多,生态环境越来越恶化的现状,如果不取得力措施,我国沙尘暴的频率、强度和危害程度还有进一步加剧的可能.

8、世界上最严重的一次沙尘暴

1934年5月12日,美国发生了地球上最严重的一次沙尘暴.这次沙尘暴起自美国西部平原.一股强风暴迅速掠过西部广阔的土地,将千顷农田的沃土卷起,并以每小时60—100千米的速度,咆哮着由西向东横扫了整个美国国土.连刮3天的这次沙尘暴,将美国西部的表土层平均刮走了5—13厘米,从而毁掉耕地4500多万亩,造成西部平原的水井、溪流干涸,农作物枯萎,牛羊大批死亡.

在历史上,北美大陆到处森林茂密,水草丰美,野生动植物十分丰富.随着美国的西部大开发,大片森林、草原被毁.美国人几乎砍光了从大西洋畔一直到大平原区的无际的森林,使土地裸露,失去植被保护,种下了祸根.

9、水俣病与痛痛病

1953年,在日本熊本县的水俣镇发生了一场奇怪的流行病.首先是出现了大批病猫,这些猫疯了一般,步态蹒跚,身体弯曲,纷纷跳海自杀.不久又出现了一批莫名其妙的病人,病人开始时口齿不清,表情呆滞,后来发展为全身麻木,精神失常,最后狂叫而死.多年之后,科学家们才找到这种怪病的起因：汞中毒.原来在水俣镇有一家合醋酸的工厂,在生产过程中用汞做催化剂,然后把大量的含汞废水排进了水俣湾.汞的毒性很大,在水中微生物作用下,转化成毒性更大的甲基汞,在鱼、贝等体内富集,人吃了这些被甲基汞污染的生物才得了可怕的水俣病.甲基汞会聚集在人脑中,损害脑神经系统,因此猫与人都疯了.

痛痛病也发生在日本.在日本富山县,当地居民同饮一条叫作神通川河的水,并用河水灌溉两岸的庄稼.后来日本三井金属矿业公司在该河上游修建了一座炼锌厂.炼锌厂排放的废水中含有大量的镉,整条河都被炼锌厂的含镉污水污染了,河水、稻米、鱼虾中富集大量的镉,然后又通过食物链,使这些镉进入人体富集下来,使当地的人们得了一种奇怪的骨痛病（又称痛痛病）.镉进入人体,使人体骨胳中的钙大量流失,使病人骨质疏松、骨胳萎缩、关节疼痛.曾有一个患者,打了一个喷嚏,竟使全身多处发生骨折.另一患者最后全身骨折达73处,身长为此缩短了30厘米,病态十分凄惨.痛痛病在当地流行20多年,造成200多人死亡.

10、噪声污染

噪声指人们不需要的声音,不论什么声音,只要令人生厌,对人们的生活形成干扰,就都被称为噪声.工厂里机器的轰鸣,道路上汽车的喇叭声,人群的喧闹等,都是令人头痛的噪声.有时节奏强烈的摇滚音、迪斯科等也会成为噪声,影响到人的生活及健康.

强烈的噪声会引起听觉器官的损伤,如果是长期在机器轰鸣的厂房工作的人员,其听力往往不及一般人.噪声还会严重干扰人的中枢神经,使人神经衰弱、消化不良,甚至恶心、头痛.噪声对于人的正常生活工作也有很大影响,它会使人失眠,没有食欲,产生烦恼等不愉快的情绪.科学家还发现,长期受噪声刺激还会削弱人的免疫系统的功能,使恶性肿瘤的发生率不断提高.

11、可持续发展的概念

世界环境与发展委员会在《我们共同的未来》报告中,对可持续发展作了明确的定义：可持续发展是这样的发展,它既满足当代人的需求,又不损害后代人满足其需求的能力.

可持续发展是一个综合的概念,其丰富的内涵概括起来有三点：生态持续发展、经济持续发展和社会持续发展.生态、经济、社会的持续发展相互联系、相互制约,共同组成一个复合系统.可持续发展要求人们与自然和谐共处,能够认识到自己对自然、社会和子孙应负的责任.要求人们必须具有很高的道德水准,保护好人类生存和发展所必需的和环境基础.

人类活动对地球气候的变化有什么影响

以下是李崇银院士的一段访记录：

另外我个人搜集到的材料如下：

人与自然的关系,自古至今一直以无穷的魔力吸引众多的科学家、哲学家、政治思想家乃至文学艺术家.无论是古代“天人合一”观还是现代“回归自然“论,无不倡导人类与自然的协合统一、人与环境密不可分的鱼水之情.但是,本世纪以来,伴随世界经济迅速发展、人炸性增长、过度开发、能源需求量大增,不仅导致全球性的匮乏、环境污染、生态失衡,而且使大气二氧化碳、甲烷、一氧化碳等温室气体含量猛增,引发了诸如气候变暖等环境效应,使气候变化问题不得不从学术论坛搬进地球首脑会议的“大雅之堂”.?

据科学家估算,目前地球大气中二氧化碳、甲烷和一氧化碳浓度比工业革命以前分别增加了30％、145％和15％,其中,人类活动引起的二氧化碳浓度增加量为25％.科学家依据CO2猛增的气候敏感度预测,2100年全球平均气温可能上升1～4.5℃,这将意味着未来世界的自然生态环境和社会经济发展面临不可忽视的巨变：土地干旱化加重、土壤侵蚀加剧、病虫害蔓延、物种进一步减少、农业成本和投资增大等社会经济问题.气候变化还可能导致水短缺、污染浓度提高以及旱涝灾害增多等等.为此,19年以来,国际社会对人类活动引起的气候变化问题给以高度重视,多次召开国际会议,签署气候变化公约,要求世界各国取一致行动,减缓气候变暖.

如果说人类释放温气导致气候变化,是科学家数学游戏制造的事端,那么,下列严酷的事实不难看出,人类活动对环境气候的破坏是何等触目惊心!?

亚马逊河流域拥有全世界2／3的热带雨林、30％的陆地生物.但80年代以来,热带雨林已遭大量砍伐,仅是朗多尼亚州由于雨林被砍伐而使土地面积从10000平方公里增至27000平方公里.目前亚马逊河流域森林破坏仍以每年25000～50000平方公里的速度发展.有关方面预测,如果继续下去,亚马逊森林将在今后50～100年完全从地球上消失；2000年,全世界的森林面积将由目前陆地面积的1／5下降至1／6,世界耕地减少1／3,沙漠扩大1／5,热带雨林将于80年后完全消失.世界森林锐减不仅导致物种灭绝,同时因吸收CO?2能力减弱使全球气候发生变化.

30年代以前,美国大规模开发西部,大量焚烧草原,盲目垦荒.结果导致1934年震惊世界的黑风暴.这场沙尘暴从土地破坏严重的西部刮起,很快发展成为一条东西长2400公里、南北宽1500公里、高3公里的巨大**尘土带,连续3天横扫美国2／3土地,使大气含尘量每立方公里高达400吨,把数亿吨土壤卷进了大西洋,毁掉耕地4500万亩.

1954年起前苏联在哈萨克、西伯利亚、乌拉尔、伏尔加河流域和高加索地区,盲目大量开垦荒地,到1963年已垦荒6000万公顷.由于耕作制度混乱,缺乏防护林带,加之气候干旱,造成新垦荒地风蚀严重,每年春季疏松的表土经常被大风吹起,形成黑风暴.1960年3、4月份的黑风暴,席卷了俄罗斯南部平原广大地区,垦荒地区受灾面积达400万公顷以上；1963年的黑风暴又使哈萨克被开垦的土地受灾2000万公顷.

解放以来我国西部沙漠治理取得一定成绩,但总体进展不大,破坏环境的常有发生,加之气候变干变暖,西北地区的黑风暴逐年增多.1993年5月份的一场黑风暴,是1927年有气象记录以来最强的一次,形似爆炸后的蘑菇云,使新疆东部、河西走廊、内蒙古、宁夏等省部分地区遮天蔽日,飞沙走石,能见度为零,造成85人死亡,数百人受伤或失踪,直接经济损失7.25亿元；黑风暴造成的土地退化、大气污染给生态环境带来的危害更是难以估计.

理论生态学的理论生态学成就

自从工业革命以来,大气中二氧化碳（CO2）的浓度已增加了约28％.工农业的发展,也使大气中甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）的浓度增加.它们产生的效应约占温室效应的24％,氟氯烃（CFC）约占14％,而且CFC正在损耗大气臭氧层.

森林以及海洋中的浮游生物从空气中吸收二氧化碳释放氧气.而人类正以每年数百万公顷的速度毁掉森林（据1989年资料,全球1227km2热带雨林的一半以上已遭破坏）.同时,由于臭氧层变薄,局部地区上空的臭氧层出现空洞,这将使大量的紫外线长驱直入,威胁动植物的生存,使更多的海洋浮游生物死亡.一方面人类活动加大了二氧化碳的释放量,另一方面人类通过破坏地球上两个主要的二氧化碳吸收系统,而减少了二氧化碳吸收量.

伴随全球平均气温的升高,可以预见全球的雨量分布将会发生广泛的变化.尽管目前对区域性降水方式的变化尚不能准确预测,但对大规模变化的估计已做了一些工作.例如,人们建立了一系列总循环模型（general circulation model, GCM）,试图对此加以描述,其中最为著名的有三种倍增二氧化碳模型（GCM2×CO2）——英国气象局（UKMO）模型（1988）、美国纽约戈达德空间研究所（GISS）模型（1982）和美国普林斯顿地球物理流体力学实验室（GFDL）模型（1985）.这些模型把人地系统分成四个子系统：即大气成分、气候和海平面、人类活动和生态系统,重点考察它们之间的相互作用.所得到的研究结果表明,如果全球大气中二氧化碳浓度增加1倍,则全球平均气温将升高4～5.2℃,降水量将增加8％～15％.又如,马纳贝（Manabe）和威热拉德（Wetherald）在1980年运用一种全球气候模型来检验2倍和4倍于工业革命前的二氧化碳水平可能造成的气候影响,研究结果指出：①在北纬大约37°至50°地区,大气表层的气温将上升3℃；②在北纬大约12°至37°地区的降水量增加,而在北纬大约37°至50°地区的降水量将减少；③所有纬度上的蒸发量略有增加；④在北纬37°以南,土壤湿度将有微小变化,但在北纬大约37°至47°地区,土壤湿度将显著降低.由此,我们可以推测,美国、加拿大、欧洲和原苏联的大多数产粮区可能变得更加干燥并减产,而南亚、东亚、东南亚、北非、中非以及中东地区的沿海和低海拔平原地区,则由于海平面上升和暴风雨频繁发生,将会增加洪水灾害.另外,由于气温升高引起的蒸发量增加可能会加剧某些地区的干旱；再者,大气二氧化碳浓度的增加,会导致土壤的酸化和退化,也可使不同植物种的光合作用效率、生长效率、水的需求量等发生不同程度的变化.

我们未来的气候

在21世纪,人类活动对气候变化的影响将愈加严重,气候变化对人类社会的影响也将越来越严重.预计21世纪地球将继续变暖,增暖的速率将快于过去的100年,并且这种变暖趋势还要继续下去.在21世纪,全球平均表面温度将升高1.4～5.8?C.由于温度上升,海水体积膨胀,加上极区冰雪融化,海平面将上升0.4～1.0米,冰川和雪盖面积将进一步减少,极端天气与气候发生的可能性有增加和扩大的趋势,陆地区域的最高气温会变得更高,炎热日数变多,极端降水强度可能增加,部分地区干旱的威胁增加.气象灾害可能加剧,随着社会财富的增加,由气象灾害引起的损失也将急剧增大.气候变化对全球都将产生重大影响,有些影响甚至是不可逆转的、破坏性的.

科学家预计21世纪我国的年平均温度也将显著升高,降水将增加,但时空分布不均匀.随着气候的增暖,冰雪消融加剧,导致冰川洪水与泥石流频繁发生,积雪提前消失,春旱加剧,我国的极端天气和气候的强度和频率也会受到影响.

国际绿洲方面研究资料

1、提出气候变化对自然界种群、群落及生态系统影响的理论模型

由于人类活动引起的全球和地区变化将导致生物栖息地的改变，栖息范围及生物数量的波动。需要提出一个能预测这种生物变化的理论模型。其只对重要的有代表性环境变化的群落建模，通过这些摸型的行为来预测其它与此相似的生态变化。一类模型将着重于与气候有关的环境变量的时间有效性，这些变量对种群、群落动态的影响及生命历史特征的演化来建模。另一类模型则侧重于空间异质性及特定栖息地的种群统计学变化。最后将利用野外实验数据对模型进行检验。

2、功能性群落单元演化的理论及验证

构造可以揭示立体结构的种群及其物种间及物种中基因型间复杂相互作用的理论。研究的两个焦点是：（1）全球物种的多样性——种群的结构及复杂的相互作用所产生的综合效应，可以大大增加全球范围内共存物种的数量的了解；（2）功能性群落单元——复杂的相互作用可以增加亚群体中小区域的变异性，这可以作为在小区域水平上自然选择的原材料。 种群动态的研究，是经典生态学研究的核心问题之一，至今仍然是生态学中的重要议题。经典生态学研究的种群动态往往是在同质空间里研究，因而种群的平均密度就代表了这一区域的种群大小。然而自70年代以来，由于人为活动的干扰和栖息地的破碎化，种群在空间的动态越来越受到关注。

1、力图建立结构化种群动态模式

多少年来，Lotka-Volterra方程一直作为生态建模的基本摸型。基于它建立的方程和模型，产生了诸多如竞争排斥原理，以致最近有关食物网动态的概念等。但是，正如研究者早已认识了的，这些模型是对生态学上真实情况的一种简化表述。尤其是这些模型忽略了建模种群的内部结构（如：空间结构、年龄结构、生理结构、基因或表现型结构和/或可能的其它结构）。目前的研究正促进对结构化的单种群和多种群系统的理解。尤其要考查种群内部的两种结构。首先，要考查相互作用的年龄或生理结构种群的动态。其次，还要考查相互作用的空间结构种群的动态。

2、海洋种群理论

提出由：①分布于非均质空间、在海洋深处栖息的固着性成体及②周围水体的幼虫两部分构成的种群数学模型。这些模型探讨海洋生命历史的演化及海洋物种地区性共存的条件。

经典种群动态理论定种群中新个体的出现是由于该种群中个体的繁殖。而这个设对许多海洋有机体却不适用，因为在海洋中蚜虫可以从远距离水域飘移过来。这些有机体包括许多在生态（及经济）上最重要的物种。目前正力图提供三个有关种群增长的模型并进行分析。这三个模型分别为：依赖密度的统计模型；不依赖密度的统计摸型；介于二者之间的统计模型。每个模型表达种群增长问题的不同侧面，但它们又通过对增长的描述而联系在一起。

3、Meta-种群（Metapopulation）动态——集合种群

Metapopulation是当今国际数学生态学、理论生态学和保护生物学的一个主要研究前沿，其研究为濒危物种及种群的研究提供了新颖的理论依据，也为全球范围内的环境恶化和生境破坏对物种造成的伤害做出预测和度量，并与空间技术（3S，包括GIS、GPS和RS）相结合，为景观生态学提供深层次的生态与模型机理。它的兴起与蓬勃发展已使一个全新而又重要的生态学分支——空间生态学，突显出来，成为当今国际生态学的热点与前沿。

Meta-种群

一个大的兴旺的种群因环境污染、栖息地破坏或其他干扰而破碎成许多孤立的小种群，各局域（生境缀块）种群通过一定程度的个体迁移而使之成为一个整体，这些小种群的联合体或总体就称为Meta种群。关于 Metapopulation的中文翻译，却存在诸多争论，如复合种群，集合种群，联种群等。现在应用较多的是复合种群。Harrison 和 Taylor （19）将复合种群分为五种类型：

A、经典型或Levins复合种群（classic or Levins metapopulations）：由许多大小和生态特征相似的生境缀块（patch）组成，这类复合种群的主要特点是，每个亚种群具有同样的绝灭概率，而整个系统的稳定必须来自缀块间的生物个体或繁殖体交流，并且随生境缀块的数量变大而增加。这种类型比较少见。

B、大陆－岛屿型复合种群（mainland-island metapopulations）或核星－卫星复合种群（core-satellite metapopulations）：由少数很大的和许多很小的生境缀块所组成，大缀块起到“大陆库”的作用，因此基本上不经历局部灭绝现象。

C、缀块性种群（patchy populations）：由许多相互之间有频繁个体或繁殖体交流的生境缀块组成的种群系统，一般没有局部种群绝灭现象存在。

D、非平衡态复合种群（nonequilibrium metapopulations）：在生境的空间结构上可能与经典型或缀块性复合种群相似，但由于再定居过程不明显或全然没有，从而使系统处于不稳定状态。

E、中间型（intermediate type）或混合型（mixed type）复合种群：以上四种类型在不同空间尺度上的组合。例如，一个复合种群由核心区（即中心部分相互密切耦连的缀块复合体）和若干边远小缀块组成，而核心区又可视为一个“大陆”或“核星”种群。

集合种群的研究主要集中在动态、空间结构与模式形成等方面。在Meta-种群动态的研究中，数学模型一直起着主导作用。目前已经发展了4种Meta-种群的灭绝风险模型：

A、经典Meta种群模型（Levins，1969年提出，又叫斑块占据模型）：在这个模型中设一定区域内包含许多相似的生境斑块，占据这些斑块的种群大小要么为0，要么为K（小斑块的承载容量），不考虑种群内部的动态，并且忽略各斑块的空间格局，每个斑块上种群的灭绝和定居是随机的。

B、大陆—岛屿meta种群模型：大陆—岛屿模型中存在一个或多个大陆种群，以及许多小的岛屿种群。岛屿种群由于种群较小，经常发生局部灭绝。而大陆种群则相对稳定，并且不断为小的岛屿种群提供迁移者。局部灭绝只影响局部岛屿种群、但对大种群没有影响。

C、斑块种群模型：这个模型中许多局部种群分布在块状并且（或）时空可变的生境上，斑块之间存在很强的扩散，将各斑块连成一个整体，因此局部小种群灭绝的可能性很小。在这个模型中，局部种群之间连接的类型和程度是关键因素。

D、不平衡meta—种群模型：分布在一定区域内的局部种群之间没有扩散或只有很小的、不足以与局部灭绝抗衡的扩散，因此局部的灭绝组成了整个meta种群灭绝的一部分，最后整个meta种群将灭绝。这种meta种群结构主要是由于再定居的频率很低造成的，而这往往又是长期片断化引起的，生境片断化增加种群问的间隔距离，这样由于没有个体迁入。局部种群很容易灭绝。许多局限于隔离小生境上的稀有物种，由于隔离生境间的距离很远，几乎没有再定居的发生，也是居于这种meta种群结构。

以上4种meta种群结构之间的区别，主要在于生境斑块面积的变化幅度和物种扩散能力两个方面。目前的研究应当是建立不同meta种群结构的划分标准，以为更好地了解种群实际存在的格局，进而为制定合理保护方案提供科学依据，从而避免保护中的盲目性。

在理论研究方面应进一步指出的是：斑块的异质化以及质量的变动都对meta种群动态和续存造成影响。meta种群的遗传学以及适应性进化方面的理论研究也有待开展和深入。另外meta种群理论和景观生态学、保护生物学的综合运用，对野生濒危物种的保护与管理措施的改善和修正也是一项新兴的交叉科学。

4、源-汇理论（Source-sink theory）

源-汇理论强调了种群结构和分布之间的联系。某些小生境是个体的净输出者，这就是源。而另外一些则是个体的净输入者，这就是汇。源-汇理论被广泛用于生态毒理学模型，农业生态系统结构模型，以及基于遗传的种群结构评估模型。

Meta-种群动态和源-汇理论之间的联系是十分明显的，它们之间的结合可能会对未来种群生态学和种群遗传学的发展带来光辉的前景。

5、种群对时空变化的响应

已知很多物种已经建立特别的进化机制或者取某种生态策略以适应在其或者环境中的时、空变异。例如很多两栖类动物建立了多阶段的生活周期，以便能在陆地和水域里生存。Rezinick等以虹鳉（Guppy）为对象连续13年在特立尼达田间通过增加捕食者改变虹鳉的死亡率，然后再在实验室里在恒定条件下饲养两代进行比较，发现死亡率的增加会使虹鳉的成熟期提前，体形变小，生殖率增加，后代体形变小。Stephen在他的实验室里，以果蝇为对象，比较两种处理，得到结果表明提高成虫期的死亡率，会使雌虫提前9～12h发育，体重降低，而使前期生殖率增高，而后期生殖率降低，这些实验结果是和生活史对策中的繁殖力模型（Reproduction effect model）预测的结果完全一致。

生活史理论中的模型可能是生态学中最成功的模型。这正如Stephen所指出：“伟大的理论做出惊人的预测”，“生活史理论正帮助进化论成为像物理学一样建立在理论基础上的智能学科”。 （Laudscape/scaling dynamics）

1、在地区性及局部尺度下生态系统对气候变化的响应

气候是影响陆地生态系统结构功能及生产力变化的主要驱动力。预测全球气候变化及CO2升高对生态系统过程的影响是生态学家必须解决的问题。这便需要搞清在各种不同尺度范围内大气层与生态过程的相互作用。通过分层次建模途径来解决问题。力求保证在不同空间和时间尺度范围内预测的一致性，而这种一致性将极大地改善对全球尺度范围内气候变化的生态估价。

2 、对景观干扰及气候变化影响的模拟

自然的干扰将周期性改变许多生态系统的景观结构，但对全球气候变化将如何通过干扰区域的改变来影响景观结构还了解甚少。必须加深对大气层变化与能缓冲干扰的生态系统中景观结构变化之间相互关系的理解。这涉及到三个特定的理论问题：

（1）在广泛的干扰下对空间异质的影响是什么？

（2）对于各种干扰类型，景观结构预期的时间性变化是什么？这些变化将受到气候变化怎样的影响？

（3）空间和时间尺度的选取对景观结构稳定性的监测具有怎样的影响？

3、 景观生态学中的系统过程

生态过程（例如：干扰/恢复领域性及竞争）与非生物空间因素（例如：地形及土壤）相互作用产生空间复杂的景观生物格局。这些格局通过确定适宜的栖息地及限定了生物区系的范围。而生物的相互作用反过来又通过消耗及改变恢复速率使这些格局发生变化。这些格局和过程的相互作用（过程产生格局，格局作用于过程，二者的关系又依赖于尺度）形成了一个有关普通生态学及特定的景观生态学的基本的课题。

目前开发了在各种空间和时间尺度上将格局和过程一体化的理论途径。一整套模型及景观分辨尺度将用于研究生态系统格局的变化对其生态学功能的影响。 生活史理论通常讨论的是有机体如何面对生殖和死亡的时间表，做出决策以便在这两者之间实行交换，从而寻求“适合度”最大。但是在行为生态学中很多重要的行为决策，例如取食，躲避捕食者，领域防卫，迁移，社会行为等，都不适合于经典的生活史理论的框架，然而这些行为又都影响他们的存活与繁殖，因此又似乎类似于传统的生活史理论。这两个分支学科都是研究有机体对环境的适应，而又在很大的程度上依赖于数学模型。但是它们应用不同类型的模型，而且用不同的“适合度”的定义。自九十年代以来，一种新的方法，主要是基于动态的状态模型越来越多地用于研究行为的适应性。事实上，这种新的方法，正在统一生活史理论和行为生态学。这种动态模型既能产生一般的原理又能得出关于某些行为或者生活史现象的可验证的、定量的或定性的预测。C.W.Clark应用别尔曼提出的动态规划方法，研究存在被捕食危险的取食行为，把种群的生长和繁殖结和到模型中去，显示了这种新方法的优越性。

行为生态学模型之所以受到越来越多关注的另一个原因是，最近十年来生物多样性的保护受到人们的普遍重视。正如Tim Caro所指出“个体行为的知识潜在地改变人们对该种群在破碎化生境中的命运以及种群对捕猎和其他干扰反应的认识，改变人们对物种再引入，种群监测以及建模的认识，个体行为的研究甚至帮助我们了解人类将怎样取保护对策”。在经典的有关海洋渔业捕捞的生态经济模型中，把个体看成是相同的，但是实际上个体对种群的潜在生产力是大不相同的。例如对一雄多配的哺乳动物，过多的雄性往往不利于种群的繁殖。而在单配种中雄性往往帮助抚育后代，雄性的被捕获，即降低了种群的内禀增长率。此外对某一性别的过度捕杀，例如对非洲雄象的捕杀，导致雌象很难找到配偶。这种“阿利效应”在种群模型中受到特别重要的关注。 最近，三方面的进展深深影响着生态学中的建模：第一，“混沌理论”告诉人们非线性系统的短期预测将是困难的，而长期预测是不可能的；第二，生态学家开始认识到在生态系统中个体之间的局部相互作用是很重要的；第三，计算机的能力和其软件的进展，使得计算机成为生态建模最主要的工具。这三者的结合可能会对生态学理论产生深远的影响。

理论生态学家长期以来试图在生态学中寻找类似于物理学中牛顿定律那样的基本定律，然而“混沌现象”告诉人们系统初始值的微小差异，会导致系统路径的千差万别，这意味着系统的历史对它的未来有决定性的作用，因此系统的某一特别行为的原因，很可能出自历史的偶然，因此要知道一个动态系统将如何运动，只有精确地模拟它，这也就是基于个体的模拟可能是仅有的发现这类动态系统本质的方法。生态学转向基于个体的模型表明，生态学家已经认识到模型既要包括生物学的本质，又要认识和接受生态系统非线性的特性。

在生态学中基于个体的模型可以被看作是还原论方法的应用，系统的特性可以从组成系统的各成分的特性以及它们的相互关系中得到。在科学的发展历史中，还原论方法已广泛被证明是非常有用的，那么它们有理由相信在生态学中也应如此。实际上最近在进化生态学和行为生态学中的进展已证明了这一点。 湿地生态过程是指湿地发生与演化过程，湿地的物理、化学和生物过程。

湿地发生与演化过程研究包括从主导环境因素和主导过程入手研究湿地的发生条件，以系统动力学的理论与方法研究湿地演化的驱动因素和演变过程。通过稳定的湿地沉积物,特别是泥炭层的生物组合及地球化学特征恢复湿地及其周围环境的古生态演化。以遥感和地理信息系统手段研究湿地对于全球气候变化的响应。

物理过程研究包括湿地水分或水流的运行机制；湿地植被影响的沉积过程与沉积通量；湿地开发前后局地与区域热量平衡等。

化学过程包括氮、磷等营养元素在湿地系统中的流动与转化；湿地温室气体循环机制及其对全球变化的贡献的定量估算；湿地对重金属和其他有机无机污染物的吸收、鳌合、转化和富集作用等。

生物过程包括湿地的净第一性生产力；湿地生物物种的生态适应；湿地有机质积累和分解速率；湿地生态系统的营养结构、物流和能量流动等。 1、 关于生物多样性

根据联和国环境与发展大会报告，生物多样性可在3个概念层次进行讨论：生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性。我国的一些专家将生物多样性划分为4个层次进行讨论：景观多样性、生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性。生物多样性指数有两个组成部分即：绝对密度（丰富性）和相对丰度（均一性）。也就是说，多样性指数是丰富性和均一性的统一。在物种多样性动态模拟过程中，物种多样性包括物种生物量多样性和物种个体数量多样性。生物量多样性与景观多样性有较密切的联系，而物种个体数量多样性与基因多样性有较密切的关系。

2、多样性与稳定性关系——质疑生物多样性导致生态系统稳定性的传统观点

在生态学中多样性和稳定性的讨论几乎经历了半个世纪。这不仅因为它有重要的理论意义，而且还在于它涉及到管理，害虫防治，生物多样性保护等重大实际应用。今天在研究系统复杂性的时候，关于这个问题的讨论更显得重要。

本世纪70年代以前，生态学家企图发展一种联系稳定性和多样性的通用理论。例如，Odum的研究表明，通过食物网能量路径的数量是群落稳定性的度量。MacArthur认为，随着食物网中链环数量的增加，稳定性提高。Elton指出，如果生态系统变得比较简单，那么它们的稳定性就会变差。Hutchinson断言，多样性所提供的稳定性对所有适应性最强的大动物都是很有价值的。

自从Gardoer和Ashby及May向稳定性随物种多样性增加而提高的普遍看法提出挑战以来，一些科学家的想法逐渐开始转变。例如，Gilpin争辩说，他的研究结果不支持自然历史学家们多样性产生稳定性的普遍看法。Woodward认为，较高的物种多样性并不总是意味着较稳定的生态系统功能。McNaughton认为没有证据可以证明，较大的多样性由较高的稳定性来伴随。Beeby和Brenoan认为，高度多样化的群落似乎更脆弱。

然而，许多科学家仍一直认为，多样性产生稳定性。例如，Odum提出，较大的多样性意味着较长的食物链、更多的共生和对副反馈控制的更大可能性，这就减少了波动，并因此提高了稳定性。Watt的环境科学原则之一为：按照自然法规稳定的环境允许生物多样性的积累，进而增进种群的稳定性。McNaughton的研究表明，越多样的植物群落很可能更稳定。Glowka等的研究结果表明，物种多样性和生态系统稳定性有正相关关系。Tilman等根据他们在147个草地实验区的重复试验断言，生物多样性对生态系统稳定性有积极影响。

在景观单元多样性层次，许多生态学家认为多样性有利于区域生态环境安全。例如，在1969年，美国生态学家Odum提出了生态系统的发展战略，强调生态演替和人与自然的矛盾，即最大保护与最大产量的矛盾。战略的总体思想是：在有效能量投入和主要生存物理条件（如：土壤、水、气等）的约束范围内，使生态系统达到尽可能大和多样的有机结构。最舒适和最安全的景观是一个包含各种作物、树林、湖泊、河流、四旁、海滨和废弃用地的各种不同生态年龄群落的混合。德国生态学家Haber将这个生态系统发展战略运用于土地利用系统，并在11年提出了分异土地利用的概念。经过多年的研究和实践，Haber于19年提出了适用于高密度人口地区的分异土地利用DLU（Differentiated Land Use）战略：（1）在一个给定的自然区域中，占优势的土地类型不能成为唯一的土地类型，应至少有10%到15%土地为其它土地利用类型；（2）对集约利用的农业或城市与工业用地，至少10%的土地表面必须被保留为诸如草地和树林的自然景观单元类型，这个“10%急需规划”是一个允许足够（虽然不是最佳）数量野生动植物与人类共存的一般原则；这10%的自然单元应或多或少的均匀分布在区域中，而不是集中在一个角落；（3）应避免大片均一的土地利用，在人口密集地区，单一的土地利用类型不能超过8~10hm。

生物多样性与稳定性关系的讨论应建立在完全一致的稳定性概念基础之上。根据Grimm和Wissel的研究成果，在有关文献中可以发现70个不同的稳定性概念和163种定义。相关的其它名词还有永久性（Constancy），回弹性（Resilience），持久性（Persistence），阻抗（Resistence），弹性（Elasticity）和吸引域（Domain of attraction）等。虽然所有这些有关稳定性的概念和定义的基本点可归纳为系统受干扰时抵抗偏离初时态的能力和系统受扰动之后返回初始态的能力，但它们在出发点和一些细节上有相当大的差异。这些差异是引起多样性和稳定性关系争论的根源之一。

3、多样性与生产力关系——质疑生物多样性有利于土地生产力的提高

根据Darwin的结论，群落的生物多样性是由共生物种的生态位多样化产生的，由于更有效的利用，这种多样化将导致更高的群落生产力。经济合作与发展组织（OECD）也认为，农业在基因层次以生物多样性作为基因库来提高作物和牲畜的生产力。景观单元多样性的减少，会使病虫害增加，因此，导致了大量农药的使用，这样，农田和农田以外的生物多样性遭到农药的破坏，并往往会形成恶性循环。Tilman等在美国147个试验点的结果也支持Darwin的观点。即他们认为生物多样性对生态系统生产力和稳定性有积极影响。

近年来，一些西方国家提倡诸如农林系统的多样化种植系统。它基于4方面的原因：（1）较高景观单元多样性对光、水、营养等有较好的捕获能力；（2）可避免病虫害不断发生的恶性循环；（3）在多样化的种植系统中，一种作物的欠收不会对农民带来太大的影响；（4）农民不会对个别农产品价格的大幅涨落反应过于敏感。因此，多样化种植可保证农民收入的稳定性。然而，许多实验表明，由于养分增加而引起的生产力提高，几乎总是物种的数量减少。沿植物生产力自然梯度带的调查也显示了类似的结论。McNanghton在美国4个实验区的研究结果也表明，物种的丰富性与草地的生产力有明显的负相关关系。Lawtow和Brown在分析了有关历史研究成果后认为，物种丰富性不是生产力的主要决定因素。也就是说，在生物多样性与生产力的关系方面，也存在着不同的观点。

生物多样性实验的“隐藏处理（Hidden treatment）”是生物多样性与生产力关系争论的根源之一。换句话说，影响生物多样性及其功能的因素往往很多，但在许多生物多样性实验中，只观测部分因素或一种因素，因此，在解释实验结果时，一些影响实验反应的因素很可能就被忽略掉了。这种“隐藏处理”包括3种类型：（1）有意或无意地改变了生物或非生物条件，（2）非随机地选择了物种或景观单元，（3）在随机选择的物种或景观单元组群中，增大了起主导作用的物种或景观单元的统计概率。

4、生物多样性与景观连通性——质疑景观连通性与生物多样性有正相关关系

本世纪90年代中期以来，一些景观生态学家认为，景观连通性与生物多样性有正相关关系，但目前为数不多的研究还不能肯定这一结论的正确性。

自本世纪60年代初以来，连通性已作为一种数学工具被运用于许多研究领域，并解决了一系列有关问题。本世纪80年代初，连通性术语首次被运用于景观生态学研究。19年以前，景观连通性研究仅限于其定义的讨论。

连通性包括点连通性、线连通性、网连通性和景观连通性。点连通性，线连通性和网连通性模型的研究已经历了较长的时间，它们在理论上已比较成熟。但景观连通性模型的研究才刚刚开始。19年，Mladenoff等提出了一个景观连通性模型。但此模型在许多案例研究中，几乎大多数取值为无穷大。因此，Mladenoff等提出的景观连通性模型被给予了全面的改进。景观连通性被定义为在景观单元中动物迁栖或植物传播运动的平均效率。

在严格数学推理的基础上，构造了一个可用于所有多边形最大半径距离（从中心运动到最远点的距离）的通用数学表达式，并由此推导出了景观连通性模型。按照该景观连通性模型的构造过程，美国景观生态学家Forman的有关研究成果可表述为：景观连通性与生物多样性有正相关关系。19年在欧洲召开的两次国际会议上，一个日本学者和一个欧洲学者也报告了相同的结论。然而，景观连通性和生物多样性关系的研究刚刚起步，它们是否确实正相关，有待于进一步研究。

综合有关研究成果，关于生物多样性需要人们继续深入研究以下4个问题；

（1）是否生物多样性导致生态系统稳定性；

（2）是否生物多样性有利于提高土地生产力；

（3）景观单元多样性模型取何值时为最佳土地利用结构；

（4）生物多样性是否与景观连通性正相关。

在研究这些问题时，应明确所针对的多样性层次、空间尺度和时间尺度。它们的正确研究结论将是土地战略管理的可靠理论基础。 1、遗传漂变说

在竞争领域内，近年来生态学家们的兴趣又重新回到了对竞争排除法则的争论上（王刚、张大勇1996）。这次争论的命题可以很简明地表示为：“完全相同的种能否共存？”Zhang & Jiang （1993, 1995）提出在分析完全相同种的竞争过程与结局时必须考虑种群的遗传结构和进化动态，并且得出了“生态学上完全相同的种能够共存”的结论（又见Zhang & Hanski 1998）。如果这个理论成果能够得到证实，那么整个群落生态学理论都需要重新建立或调整。在此前提下，张大勇、姜新华（19）提出了一个群落结构组建的新说，即关于相似种种间共存机制的“遗传漂变”说。这一学说将从理论上动摇生态学基本原理之一的高斯竞争排除原理。

2、时间生态位分化说

植物群落结构组建和物种多样性维持机制是生态学界的难题之一，张大勇等围绕这一热点问题对青藏高原东部高寒草原群落进行多年的野外观测试验与理论分析，首次得出了植物种间“时间生态位分析是复杂群落结构组建和物种多样性维持的重要机制”的结论。

气候变化趋势与影响

项目名称：干旱区绿洲化、荒漠化过程及其对人类活动、气候变化的响应与调控 课题编号：2009CB421307 课题名称：绿洲化、荒漠化的变化趋势及其环境效应的综合评估 一、研究内容在全球变暖与我国经济高速发展的大背景下，深入了解干旱区绿洲化、荒漠化与水循环和社会经济要素的耦合关系，准确预测其变化趋势，综合评绿洲化、荒漠化的环境效应，可为干旱区环境建设与生态恢复提供必要的技术支撑和决策支持。对干旱区绿洲化、荒漠化趋势及其环境效应的研究，目前研究的重点集中在植被、土地利用、气候、径流等组成要素的变化，以及这些变化对生态系统服务价值和生态安全的影响。现有研究过于侧重现象而忽视过程和机理，强调过去和现在的变化过程而忽视未来趋势。因此，基于机理研究的绿洲化、荒漠化变化趋势，以及基于完整评价指标体系的环境效应的综合评估亟待加强，这亦是本课题拟解决的关键科学问题。课题将根据项目的总体安排，选择2-4个典型区（石羊河下游、阿拉善地区、和田-策勒绿洲、石河子绿洲群、阜康等），充分利用课题1-6的研究成果，通过从典型区到整个干旱区的综合集成，辨识绿洲化和荒漠化的关键驱动因子和驱动机制，构建基于过程和机理的综合分析预测模型，评估未来20-30年绿洲化、荒漠化的变化趋势。根据压力-状态-响应（PSR）的研究框架，辨识干旱区绿洲化、荒漠化的环境效应因子，提出适于不同尺度的评价指标体系与方法，综合评估绿洲化、荒漠化的环境效应及其对区域可持续发展能力的影响。1．主要研究内容1.1 绿洲化、荒漠化的关键驱动因子与预测模型构建利用现有的文献资料和1-6课题的研究成果，筛选绿洲化、荒漠化的主要自然和社会经济驱动因子。在此基础上，以水供需关系为主线，构建基于生态水文过程、水供需关系，综合社会经济因素的干旱区绿洲化/荒漠化的趋势预测模型。模型主要包括以下3个模块：（a）区域水有效供给量模块 利用同位素和气象水文观测资料，通过同位素平衡和水量与能量平衡等基本原理，计算流域内各类水体的收支平衡状况、来源、去向和其数量关系，利用典型流域的观测资料和研究结果，结合其他流域的水温气象资料，构建分析预测包括大气降水、河川径流、地下水等要素在内的区域水有效供给量模块；（b）区域总需水量（或单位需水量）模块 基于土地利用和干旱区径流形成和植被耗水规律，完善已有的分布式生态水文模型，根据历史和现状的可供水量和农业、工业、生活和生态需水量和流域荒漠化、绿洲化的变化特点，模拟分析荒漠化、绿洲化和水循环的耦合关系，构建分析预测包括农业、工业、生活和生态需水量的区域总需水量（或单位需水量）模块；（c）情景分析模块 构建连接区域水供需关系和绿洲/荒漠化变化，综合自然和社会经济条件、区域发展和政策因素的情景分析模块。1.2 典型区绿洲化、荒漠化的变化趋势预测选择2-4个典型区，汇总文献、地面台站、遥感卫星影像和野外观测、考察等多种资料，提炼区域自然、环境和社会经济数据；利用历史文献、树木年轮、湖泊沉积和冰芯等多种历史环境变化代用资料，重建典型区历史气候变化、土壤蒸发和土壤干燥度，并据此评估近30年人类活动、重大自然灾害以及气候突变对典型区绿洲化、荒漠化的影响。在此基础上，构建GIS基础数据库，分析历史时期、过去30-50年典型区绿洲化、荒漠化的演变过程与变化趋势；进而预测未来20-30年：（a）气候（气温、降水）的变化趋势；（b）区域水循环（河川径流、蒸发、地下水）的变化趋势与可供水量；（c）分析土地利用现代过程与变化趋势，并从土地利用变化与绿洲化、荒漠化之间相互作用关系的角度，解释土地利用变化对绿洲化、荒漠化的影响；（d）基于人口、城市和工业发展的生活和工业需水量的变化趋势。基于上述研究，考虑土地利用结构调整、区域发展战略、技术进步（特别是灌溉技术）和政策等因素，以区域水供需关系为主线，识别典型干旱区绿洲化过程的关键驱动因子，构建模型预测典型区未来20-30年绿洲化的变化趋势；根据新疆和田-策勒绿洲前缘地带已经发生的荒漠化过程和驱动因子，分析荒漠化趋势，建立预测模型，对和田-策勒绿洲北部荒漠化的严重性与趋势给出具体量值。1.3 绿洲化、荒漠化环境效应的评价指标体系与评估模型构建结合压力-状态-响应（PSR）研究框架的特点以及在区域环境评价中的应用成果，基于课题1-6以及本课题中其它部分的研究成果，结合遥感调查、绿洲化环境影响的利益相关者调查、社会经济统计资料，以及定点观测和实地调查资料，各选择绿洲化、荒漠化两个典型区，构建绿洲化、荒漠化的环境效应评价指标体系，用综合评估法，定量评价绿洲化、荒漠化的环境效应，并建立连接绿洲化/荒漠化预测模型的环境效应的定量评估模型。其中，环境效应评价指标体系构建包括绿洲化、荒漠化两个方面。（a）绿洲化环境效应评价指标体系 在PSR模型框架下，以石河子-阜康为主要研究区，辨识研究区环境受承受的压力、系统所处的状态以及人类的因应对策，识别干旱区绿洲化的环境效应因子，分析绿洲化过程对于地表植被种群和覆盖度、水文过程、土壤质地等方面的影响机制，从环境、生态和区域可持续发展能力等方面，提出适于不同尺度绿洲化的评价指标体系，建立评价指标的分类与分级标准，构建综合评估框架、方法与专家系统；（b）荒漠化环境效应评价指标体系 利用PSR模型易于寻找人类活动与环境影响之间因果关系的特点，以民勤绿洲、和田-策勒绿洲为主要研究区，辨识干旱区荒漠化对环境的主要影响，分析荒漠化过程对环境和水、土地利用方式的作用机理，定量评价荒漠化过程对地表植被、土壤含水量和土壤质地等因素的影响，提出适于评价不同类型荒漠化的环境效益的指标体系，建立评价指标的分类与分级标准，构建综合评估框架、方法与专家系统。1.4 典型区绿洲化、荒漠化的环境效应评价选择2-4个典型区(北疆石河子-阜康、南疆和田-策勒绿洲前缘地带、内蒙古阿拉善地区等)，利用1.3构建的指标体系与评估框架，分析评估历史时期以及过去30-50年荒漠化、绿洲化对土地利用的影响和制约；根据IPCC气候变化预估情景和区域发展规划，设计多种气候变化和经济社会发展情景，揭示干旱区典型流域荒漠化、绿洲化的生态水文效应。通过研究区域水利用方式以及水供需关系对典型区土地利用/覆被变化影响，进而分析典型区水供需关系对绿洲化过程的作用机制；同时，从典型区绿洲化过程对区域水供需关系影响的角度，定量研究水供需与区域绿洲化过程的相互关系及其相互影响方式与影响程度。此外，应用地学分析和农业系统分析方法，以典型区主要作物（小麦、棉花等）为对象，根据农业系统学思想与农业生态学原理，建立基于GIS的生产要素空间变异数据库、作物模型与效益分析模型，分析区域水平上作物生长发育、产量形成和利用的动态，实现区域作物系统（产量形成与利用）的周年动态数字化模拟，探讨干旱区绿洲化、荒漠化过程对典型区土地生产能力的可能影响。1.5 干旱区绿洲化、荒漠化的总体变化趋势与环境效应的综合评估综合典型区的研究结成，通过区域综合，分析干旱区绿洲化、荒漠化的变化趋势及其环境效应的区域差异；借鉴荷兰IMES 2.0 (Integrated Modeling of Global Climate Change)、美国GCAM (Global Change Assessment Model)等国际上通用的综合评估模型，探讨整个干旱区未来20-30年绿洲化、荒漠化趋势及其环境效应，为第8课题“干旱区环境调控对策与管理模式”提供科学依据与技术支撑。2．拟解决的关键问题（1）干旱区典型流域绿洲、荒漠与水循环的耦合关系，以及三者相互作用而引起的生态水文效应；（2）绿洲化、荒漠化未来20-30年发展变化趋势及其对关键环境因子和区域未来发展的影响；（3）绿洲化、荒漠化环境影响的评价因子筛选与定量评估问题</SPAN>

基于过去近百年来仪器观测数据，国际科学界认识到地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化过程。间气候变化专门委员会(IPCC)第三次评估报告表明，1861年以来全球平均表面温度不断上升，20世纪上升幅度为0.6℃±0.2℃;随着全球平均表面温度的上升，雪盖和冰川退缩，海平面上升，大气和海洋环流发生变化，气候变率增大，极端天气气候增多;北半球陆地中高纬度地区20世纪降水量极可能增加了5%～10%，20世纪下半叶严重降水发生频率可能增加了2%～4%［6］。近百年来的气候变化已经给全球自然生态系统和社会经济系统带来了重要影响。现有研究结果预测，未来50～100年全球气候将继续向变暖的方向发展。这种变化可能会对全球地质环境造成深远的影响，其影响可能是负面的或不利的。

(一)未来中国气候变化趋势

中国科学家对近100年和近50年中国的气候变化历史进行了系统研究，研究发现:中国的气候变化与全球变化有相当的一致性，但也存在明显差别。在全球气候变暖背景下，近100年来中国年地表平均气温明显增加，升温幅度约为0.5～0.8℃，比全球同期平均值略强;从全国平均来看，近100年和近50年的降水量趋势不明显，但1956年以来出现了微弱增加趋势;近50年来中国主要极端天气气候的频率和强度出现了明显变化，寒潮频数显著下降，华北和东北地区干旱趋重，长江中下游地区和东南地区洪涝加重［7］。

2007年1月，中华人民共和国科学技术部、中国气象局和中国科学院等部委联合发布了《气候变化国家评估报告》，系统总结了我国在气候变化方面的科研成果，评估了在全球气候变化背景下中国近百年来的气候变化观测事实及其影响，预测了21世纪的气候变化趋势。该报告预测，21世纪我国气候变化将呈现以下趋势［7］:

(1)气候变暖趋势不可避免。21世纪中国地表气温将继续上升，其中北方增温大于南方，冬春季增温大于夏秋季。气候模式模拟结果表明:与2000年比较，2020年中国年平均气温将增加1.1～2.1℃，2030年增加1.5～2.8℃，2050年增加2.3～3.3℃;降水量也呈增加趋势，预计到2020年，全国平均年降水量将增加2%～3%，到2050年可能增加5%～7%。降水日数在北方显著增加，南方变化大。

(2)气候变率增大。HadCM2模式模拟结果表明，在CO21%增长率情景下，2020年、2050年和2080年增温最大的月份与最小月份之差分别可达到0.8℃、1.0℃和1.3℃;在CO20.5%增长率情景下，虽然极端值的差别没有1%情景下的差别那样明显，但是也可以明显看出季节之间增温的幅度增大。随着温室气体浓度的增加，地面气温增量的年较差也不断增大。与地面气温增量的季节变化类似，降水量变化的年较差也随着温室气体浓度的增加而不断增大。

(3)极端天气气候增加。未来中国的极端天气气候发生频率可能出现变化。区域气候模式的预估结果表明，中国地区的日最高和最低气温都将升高，但最低气温的升高更为明显，气温日较差将进一步减小。未来南方的大雨日数将显著增加，暴雨天气可能会增多。

(二)气候变化对地质环境的影响

过去半个多世纪中国地质环境变化是在自然驱动因素和人为驱动因素共同作用下的结果。由于人类活动变化的剧烈性和持续性，地质环境变化更多地表现为人为驱动因素作用下的结果。气候变化所造成的地质环境变化，往往为人类活动干扰所掩盖，为研究工作带来了极大困难。目前，关于气候变化对环境影响的研究刚刚起步，定量评估方法和结果还存在很大的不确定性［7］。根据未来中国气候变化趋势，可以推断出对地质环境的可能影响，主要包括以下几个方面:

(1)大雨日数与强降水的增加，可能会诱发更多的突发性地质灾害。滑坡、崩塌、泥石流等突发性地质灾害主要是由暴雨所诱发的。据全国县、市地质灾害调查统计，暴雨所诱发的滑坡占所调查滑坡总数的90%，暴雨所诱发的崩塌占所调查崩塌总数的81%［8］。滑坡、崩塌、泥石流等突发性地质灾害发生频次与强降水呈正相关关系。区域气候模式模拟结果表明，在2070年前后，中国南方地区在温室效应作用下，大雨日数将显著增加，特别是在东南地区的福建和江西西部，以及西南地区的贵州和四川、云南部分地区，未来暴雨发生的天气会增多(表5-1)。强降水增多的地区，多是突发性地质灾害中、高易发区。所以，未来暴雨诱发的突发性地质灾害在一些地区可能呈现出增加的趋势。

表5-1 区域气候模式模拟的2070年中国各大区平均降水变化表单位:%

资料来源:据《气候变化国家评估报告》

(2)极端天气气候的增多，可能会导致对地下水的依赖程度增加。模拟结果表明，未来50～100年，北方部分省份(宁夏、甘肃、陕西、山西、河北等)多年平均径流深减少2%～4%，南方部分省份(湖北、湖南、江西、福建、广西、广东、云南等)增加24%，北方水短缺现状还将继续。对未来气候变化趋势的预估，未来20年中国夏季降水存在着由南涝北旱型向南旱北涝型转变的可能性。未来气候变率的增大和干旱、洪涝等极端天气气候的增加，可能对现有的水供给格局形成挑战，经济社会的水保障程度相应地受到影响。由于地下水时空分布具有相对广泛、均衡的特点，在降水与地表水变数增加的情况下，经济社会对地下水的依赖程度可能会有所增加，开地下水所诱发的地质环境问题亦随之增加。2009年秋至2010年春西南地区长达5个多月的干旱灾害，证实了这种可能性的存在。旱灾波及云南、贵州、广西、四川、重庆西南5个省(区)，旱情持续时间之长、受灾面积之大、影响范围之广，为百年一遇。以云南省为例，2009年7月1日至2010年1月20日，平均降水量比多年同期偏少了29%，为气象观测记录以来同期最少降水量［9］。为解决旱灾造成的人畜饮水困难，各地启动了抗旱找水打井工作。据国土部统计，截至2010年6月，国土系统在云南、贵州、广西3省(区)的26个市(州)156个县(区)，共完成2703眼，成井2348眼，累计日出水量36×104m3，解决了520万人饮水问题［10］。入汛以后，南方连续出现了8次大范围强降雨过程，广西大部、湖南南部、广东、福建、江西等地局部出现雨，降水量比往年多5成以上。受长时间干旱和短时间多次强降雨的作用，广西、四川、江西等地出现了多个“天坑”［11］。中国地质调查局经过调查认为:这些“天坑”实际上是地面塌陷，主要发生在岩溶区，因长期干旱、强降雨等气候因素和工程建设、地下水抽等人为活动引发形成。

(3)受海平面上升和极端气候影响，海岸带地质环境恶化风险加大。中国沿海海平面近50年来总体呈上升趋势，平均上升速率约为2.5mm/a［12］。据预测，未来气候变暖，入海河流水量的减少，将加重河口盐水入侵，海平原上升和入海河流泥沙量的减少，将加剧海岸侵蚀，黄河三角洲增长减缓，甚至衰退，海岸低地被淹的范围将可能增加［13］。海岸带是中国人口密集、经济发达的地区，应对全球变化对地质环境造成的负效应，应及早未雨绸缪。