全球气候变化对植物的影响

全球气候变化及其对植物的影响

摘要：本文综述了全球气候变化及其对植物的影响情况。论述了气候变化的影响因素,反映出人们应

对气候变化问题更加关注的主题。重点介绍了气候变化对农作物的7个具体影响因素：CO2浓度升高、温度升高、CO2浓度升高与温度升高的交互作用、降水的变化、气温日较差的变化、极端天气气候事件及气候变化的综合影响。最后指出了植物对气候变化生理生态响应具有不确定性，仍需在以后的研究中不断完善与改进。

关键词: 气候变化；CO2浓度升高；作物产量

Review on the global climate change and its

influence on plants

当今世界气候变化已经成为各国政府及普通民众日益关注的热点问题。诸如两极冰川融化、卡特里娜飓风、印度洋海啸、印度热浪以及我国的南方雨雪冰冻灾害等灾害无时无刻不在提醒着我们全球气候的巨大变化。地球作为我们赖以生存的家园，不仅孕育着人类文明，更承载和维持着整个生态系统，其上的动物、植物、微生物，高山、河流、湖泊、海洋都为人类的生存与发展提供者必不可少的条件。然而全球气候变化正在严重的威胁着整个地球生态系统的稳定。

1全球气候变化概况

全球气候变化表现在多个方面，例如：北极气温在过去100 年间已经增加到全球平均温度的2 倍，冰覆盖量以每10 年3 %～5 %的速率下降，而多年厚冰覆盖量以每年7 %～10 %的速率下降，俄罗斯的河流排泄量在增加，永久冻土正在融化,陆地积雪覆盖在减少。此外，在过去几年,格陵兰冰原已经损失了巨大的边缘,远远超过内部的增加积累量。

1.1气温升高

近百年来气温升高速度明显加快，且有越来越快的趋势。

温度地质年代增加率为0. 0001℃/年或0. 00001℃/年, 而近百年的温度增加率是约1℃/100年≈0. 01℃/年,是地质年代的100—1000倍[1]。

下图显示了1850年以来,全球平均的地表温度的变化及同时段的线性趋势[2]。从图中我们可以明显的看出1850年以来全球平均气温呈现上升趋势。相对于1961—1990年的气候平均值。平滑曲线(蓝线)代表10年尺度

的变化。从1850—1899时段到2001—2005时段总温度增加为0. 76 ±0. 19℃。

CO2浓度升高

同温度一样，CO2浓度也在明显升高且有加快趋势。

现在温室气体的测量表明，CO2已从工业化前(1750年)的280ppm增加到了2005 年的379ppm。2005年CO2 的大气浓度值已远远超出了根据冰芯记录得到的65万年以来浓度的自然变化范围(180—280ppm)。并且近10年(1995-2005年)来CO2大气浓度的增长率(每年1. 9ppm)比过去有连续直接大气测量以来的增长速率(1960—2005:每年1. 4ppm)要高很多[1]。

下图为过去10000年大气CO2浓度的变化(相对于2005年) . 这是从冰芯资料分析和仪器测量得到的. 纵坐标是CO2的浓度,单位为ppm[2]。从图中我们可以直观的看到近50年来CO2的浓度显著上升。

1.3 冰川融化

世界各地冰川变化观测和研究表明，小冰期结束以来全球范围内冰川退缩成为主导趋势。据IPCC 小组估计，1960-1990 年期间，山地冰川的总体物质平衡为-120±50Gt/年，相应地对海平面上升的贡献约为0.33±0.14mm/年；1990-2004 年时段则增到-230±66Gt/年，海平面平均上升0.63±0.18mm/年，山地冰川物质平衡的变化对海平面的上升贡献很大[3]。阿尔卑斯山1850-1975 年冰川面积缩小了35%，而到2000 年，这一比例增至50%4]。南美冰川面积已由1950-1980 年的2700~2800km2 消减至20 世纪末的不足2 500km2 [5]。近50年来中国西部82.2%的冰川处于退缩状态，冰川面积减少4.5%[6]。

1.4 其他

此外，还有降水量变化，气温日较差降低，极端天气增多等，在此不再赘述。

2 气候变化原因

气候变化是一个高度复杂的过程,它不但涉及到各种物理过程,而且涉及到地球生物化学过程,并且它们大部具有明显的相互作用[1]。包括太阳活动、火山爆发、气候系统的内部变率等在内的自然因素在气候变化中扮演着重要角色。

另外，更加值得关注的是，现代的气候变化已不完全由自然的因素造成，人类活动起着重要作用，在最近50年甚至可能起主要作用[1]。人类活动对气候变化的作用主要表现为三个方面[7] : (1)化石燃料燃烧排放的CO2等温室气体通过温室效应影响气候,这是人类活动造成气候变暖的主要驱动力；( 2 ) 农业和工业活动排放的CH4，CO2 ，N2O，PFC，HFC，SF6 等温室气体，也通过温室效应增强气候变暖；(3)土地利用变化导致的温室气体源变化和地表反照率变化进一步影响气候变化,这包括森林砍伐、城市化、植被改变和破坏等所引起的温室气体浓度增加和减少或清除。

3 全球气候变化对植物的影响

3.1 全球气候变化对生态系统的影响

气候变化已经或正在对全球的生态系统和生物多样性产生着显著影响(Kerr & Packer, 1998;Williams, 2000; Walther et al., 2002)。包括使生境退化或丧失, 物种灭绝速度加快(Thomas et al., 2004)，物种分布范围发生变化(Wilson et al., 2005; Waltheret al., 2005; Colwell et al., 2008)，生物物候期和物种繁殖行为发生改变(Parmesan & Yohe, 2003; Rootet al., 2003)，种间关系发生变化等(Kappelle et al.,1999; Thuiller, 2007)。

3.2 全球气候变化对农作物产量的影响

3.2.1 CO2浓度升高

野外环境控制试验及模型研究表明，随着CO2 浓度增加,作物产量呈增加趋势[8,9] 。同时研究也表明，CO2 浓度增加对不同类型作物产量的影响有明显差异,其中C3类作物增长率明显大于C4类作物，在CO2浓度为550μmol/mol时，C3和C4类作物的产量将分别增加10%-20%和0%-10%[10],这可能是由于C3和C4类作物对CO2 的同化途径和CO2 浓度饱和点不同决定的[9]。

一些学者最近也指出,模型预测结果也许过高地估计了CO2浓度升高对作物的影响，因为植物生理学家和模型研究者认识到，现实状况下存在着许多制约因素，例如虫害、杂草、营养状况、资源的竞争、土壤水分和空气质量等,从而抵消掉了CO2浓度增加带来的正效应。尽管目前已经将基于过程的模型应用在估算气候和CO2浓度变化对产量可能产生的影响上，有些研究还考虑了水和氮素对作物产量的限制作用，但仍需进一步在长期及大尺度上开展CO2浓度升高所带来的影响的研究,开展气候和CO2浓度变化对作物生长和产量的共同影响研究,尤其是在限制状况下的研究是十分必要的[11]。

3.2.2 温度升高

许多研究表明，随着温度升高作物中的干物质及产量会下降。