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北极4个亚区的影响分析

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AMBIO－人类环境杂志 2004年第B11期33卷 445-449页

作者： Terry V.Callaghan Lars Olof Bjrn Yuri Chernov Terry Chapin Torben R.Christensen Brian Huntley Rolf A.Ims Margareta Johansson Dyanna Jolly Sven Jonasson Nadya Matveyeva Nicolai Panikov Walter Oechel gus Shaver Sibyll Schaphoff Stephen Sitch Christoph Zckler 周立志 Abisko Scientific Research Station Departnent of Cell and Organism Biology Lund University A.N.Severtsov Institute of Evolutionary Morphology and Animal Ecology Russian Academy of Sciences Institute of Arctic Biology University of Alaska Department of Physical Geography and Ecosystem Analysis GeoBiosphere Science Centre Lund University School of Biological and Biomedical Sciences University of Durham Institute of Biology University of Troms Centre for Maori and Indigenous Planning and Development Lincoln University Physiological Ecology Group Botanical Institute University of Copenhagen Komarov Botanical Institute Russian Academy of Sciences Stevens Technical University Global Change Research Group San Diego State University The Ecosystems Center Marine Biological Laboratory Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK) UNEP-WCMC

在评价北极陆地生态系统影响时,人们常常强调物种和生态系统对环境变化响应的地理变化,这种变化往往与气候、生物多样性、植被带、生态系统结构和功能的南-北梯度相关联,可是,环境、生态系统的功能和结构上,以及环境史和当前气候变化的... 详细信息

在评价北极陆地生态系统影响时,人们常常强调物种和生态系统对环境变化响应的地理变化,这种变化往往与气候、生物多样性、植被带、生态系统结构和功能的南-北梯度相关联,可是,环境、生态系统的功能和结构上,以及环境史和当前气候变化的明显东-西变化显然也很重要。尽管一些地方变得温暖,但另一些地方却降温了,海洋、群岛和山脉等地理屏障的东西差异过去也对物种和植被带响应气候变化而改变分布区的能力产生了很大影响,同时,这些地理屏障为种群遗传分化和生物多样性热点区的形成提供了必要的隔离条件,这些屏障在未来气候变暖时,也将影响物种重新分布的能力。为了说明这种东西向的变化,同时也避免过分笼统或过于专业化,基于大尺度的天气和气候形成因素,北极气候影响评价项目确定了4个主要亚区。通过模拟与4个北极气候影响评价亚区有关的主要信息,导致物种分布区发生改变的地理屏障,特别是大陆的分布和海洋产生的隔离,明显会影响植被带的向北移动。对植被区向北移动的地理限制或者促进将影响将来碳的贮存和释放,以及生物圈与大气之间水和能量的交换。此外,气候变化使受威胁物种数量在各个亚区之间差别很大(白令海地区则尤其是热点),各个植被亚区重新分布的能力差异将影响每个区的生物多样性。总而言之,亚区分析表明,在整个北极地区水平上概括生态系统结构和功能的反应、物种的丧失,以及生物圈对气候系统的反馈的趋势是困难的,说明需要对北极陆地生态系统对于气候变化响应的空间变化性有深刻的认识。

关键词：荒漠生态系统北极地区气候变化紫外线B辐射生态系统结构陆地生态系统气候影响评价生物多样性物种数量

环境变化背景下北极生物的多样性、分布及其适应性

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AMBIO－人类环境杂志 2004年第B11期33卷 380-393页

作者： Terry V.Callaghan Lars Olof Bjrn Yuri Chernov Terry Chapin Torben R.Christensen Brian Huntley Rolf A.Ims Margareta Johansson Dyanna Jolly Sven Jonasson Nadya Matveyeva Nicolai Panikov Walter Oechel gus Shaver Josef Elster Heikki Henttonen Kari Laine Kari Taulavuori Erja Taulavuori Christoph Zckler 何永涛 Abisko Scientific Research Station Departnent of Cell and Organism Biology Lund University A.N.Severtsov Institute of Evolutionary Morphology and Animal Ecology Russian Academy of Sciences Institute of Arctic Biology University of Alaska Department of Physical Geography and Ecosystem Analysis GeoBiosphere Science Centre Lund University School of Biological and Biomedical Sciences University of Durham Institute of Biology University of Troms Centre for Maori and Indigenous Planning and Development Lincoln University Physiological Ecology Group Botanical Institute University of Copenhagen Komarov Botanical Institute Russian Academy of Sciences Stevens Technical University Global Change Research Group San Diego State University The Ecosystems Center Marine Biological Laboratory Institute of Botany Academy of Sciences of the Czech Republic Thule Institute University of Oulu UNEP-WCMC

生物个体是对气候变化和紫外线B(UV-B)辐射变化产生反应的基础,而且这种反应会在各种时间尺度上发生。北极地区的动物、植物以及微生物种类的多样性从表面上看是低的,而且从北方针叶林到极地荒漠逐渐减少,但其原始物种却很丰富。与这种... 详细信息

生物个体是对气候变化和紫外线B(UV-B)辐射变化产生反应的基础,而且这种反应会在各种时间尺度上发生。北极地区的动物、植物以及微生物种类的多样性从表面上看是低的,而且从北方针叶林到极地荒漠逐渐减少,但其原始物种却很丰富。与这种物种多样性随纬向梯度减少的趋势相反,一些空间分布范围很广的单一优势物神的优势度则呈增长趋势。全球气候变暖可能会减少该地区的物种多样性,并限制到这些物种的分布范围,尤其是在该地区生物分布的北部边缘,一些极地特有的动物和植物种类会面临着灭绝的危险。最有可能侵入苔原地带的物种是那些目前生存在极地外缘的北方地区生物。许多植物都具有自身的特征使它们能够在以下环境中生存;短暂的无冰雪覆盖的生长季节,低的太阳高度角,永久冻结地带及低的土壤温度,贫乏的养分获取条件以及极少的物理扰动。以上这些特征有些可能会限制当地物种对气候变暖的反应,但其最主要的因素是这些物种与那些潜在的入侵物种相比缺乏竞争能力。北极地区陆生动物拥有许多适应特性,这使它们能够适应北极地区剧烈的温度变化。许多动物通过冬眠或迁移来逃避极地地区的恶劣天气和资源短缺。北极地区动物生存的生物环境则相对简单:几乎没有天敌、竞争者、疾病、寄生生物,但同时食物资源也很短缺。极地陆生动物可能对由气候变化带来的温暖而干旱的夏季非常不适应,这种变化将会影响到动物的迁移路线、途中栖息地,并会改变冬季积雪的状况和冻融的循环过程。气候变化还会改变动物繁殖和发育的季节,并会引来新的竞争者、捕食者、寄生生物以及疾病等。极地微生物也能很好地适应该地区的气候:一些微生物甚至在-39℃的低温下还能进行代谢活动。蓝藻细菌和藻类生物有着很广泛的适应策略,这能够使它们避免(至少可以减少)紫外线的伤害。微生物能够忍受许多环境条件,而且其生长周期很短,这些特点将使它们能很快适应新的生存环境。与此形成对比的是,极地植物和动物很可能通过改变其分布范围而不是积极的生物进化来适应环境的变暧。

关键词：紫外线B辐射物种多样性荒漠生态系统北极地区气候变化生物个体环境变化苔原适应性

在物种水平上生物对气候和紫外线B辐射预期变化的响应

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AMBIO－人类环境杂志 2004年第B11期33卷 394-411页

作者： Terry V.Callaghan Lars Olof Bjrn Yuri Chernov Terry Chapin Torben R.Christensen Brian Huntley Rolf A.Ims Margareta Johansson Dyanna Jolly Sven Jonasson Nadya Matveyeva Nicolai Panikov Walter Oechel gus Shaver Josef Elster Ingilbjrg S.Jónsdóttir Kari Laine Kari Taulavuori Erja Taulavuori Christoph Zckler 闫魏 Abisko Scientific Research Station Departnent of Cell and Organism Biology Lund University A.N.Severtsov Institute of Evolutionary Morphology and Animal Ecology Russian Academy of Sciences Institute of Arctic Biology University of Alaska Department of Physical Geography and Ecosystem Analysis GeoBiosphere Science Centre Lund University School of Biological and Biomedical Sciences University of Durham Institute of Biology University of Troms Centre for Maori and Indigenous Planning and Development Lincoln University Physiological Ecology Group Botanical Institute University of Copenhagen Komarov Botanical Institute Russian Academy of Sciences Stevens Technical University Global Change Research Group San Diego State University The Ecosystems Center Marine Biological Laboratory Institute of Botany Academy of Sciences of the Czech Republic University of Svalbard Thule Institute University of Oulu UNEP-WCMC

控制实验表明,不同物种对每个环境因子变化变量产生的响应也存在着差异。植物往往对营养元素的变化反应最为强烈,尤其是氮素的增加。夏季增温实验表明,木本植物对温度的升高表现出了积极的响应,而地衣、苔藓类植物的丰富度却因增温而降... 详细信息

控制实验表明,不同物种对每个环境因子变化变量产生的响应也存在着差异。植物往往对营养元素的变化反应最为强烈,尤其是氮素的增加。夏季增温实验表明,木本植物对温度的升高表现出了积极的响应,而地衣、苔藓类植物的丰富度却因增温而降低。物种对增温的响应主要受水分有效性和雪覆盖程度控制。在气候保持湿润的情况下,伴随着夏季温度的升高,许多无脊椎动物种群的数量都有所增加。实验表明,CO_2浓度和紫外线B(UV-B)辐射的增加对植物和动物影响较小,但是,一些微生物和真菌却对紫外线B辐射的增加非常敏感,甚至可能会因此产生一些诱导突变而引起流行传染病的爆发。苔原土壤的加温、CO_2浓度的升高以及矿物质营养的改善一般都会增加微生物的活动。在温带气候中,藻类往往比蓝藻细菌更占优势。冬季结冰-解冻过程的增加会导致冻壳的形成,从而会大大降低许多陆生动物的冬季存活率,改变这些动物群体的动态过程。厚的积雪会使驯鹿等植食性动物很难采食到雪下的草类植物,同时也不利于其逃避食肉动物的追捕。而无雪期的提前到来则可能会加速植物的生长。物种对气候变化的响应最初可能出现在亚种这一水平上:一个具有很高遗传/群系多样性的北极植物或动物物种,演化历史已经使其具有一种适应不同环境条件的能力,这将使它们能够很快适应未来的环境变化。本土知识(IK)、航空照片和卫星图像表明一些物种的分布已经发生了变化:北极植被更加趋向灌木化,而且生长也更加旺盛;北极驯鹿的分布范围最近也发生了变化一些原来在树线以南区域活动的害虫和鸟类也在北极被发现。与此相对应,大多数在北极地区进行繁殖鸟类的数量却都在下降。根据一些模型的预测,随着气候的变暖,苔原带鸟类的数量将会大幅度地下降。据物种-气候响应模型预测,由于受到气候变暖的影响,北极地区现有物种在未来的潜在分布范围都将大大缩小和向北退缩,而一些无脊椎动物和微生物则很可能会迅速向北扩展到北极地区。

关键词：紫外线B辐射水分有效性动物种群北极地区气候响应气候变化微生物荒漠生态系统苔原带