极端降水和极端干旱事件对草原生态系统的影响

当前人类活动的加剧显著地影响着全球大气循环的格局。大气循环的多个模型均预测未来全球气候变化的显著特征是极端降水事件和极端干旱事件发生的频率会显著增加。水分是干旱、半干旱区草原植物生长发育的限制性资源, 而草原生态系统是陆地生态系统中对降水格局变化非常敏感的系统。但是, 关于极端降水事件和极端干旱事件对草原生态系统结构和功能的影响还是以分散的个案研究为主, 甚至关于极端气候事件的定义迄今也不尽相同。为此, 该文在分析极端气候事件定义及其研究方法的基础上, 总结了极端降水事件和极端干旱事件对草原生态系统土壤水分和养分状况、植物生长发育和生理特性、群落结构、生产力和碳循环过程的影响, 并提出了未来极端气候事件研究中应重点关注的5个重要方向, 以及控制试验研究的2个关键科学问题, 对开展全球变化背景下草原生态系统对极端气候事件响应机制的研究具有指导意义。     

天山北坡家庭牧场复合系统对极端气候的响应过程

在草原牧区,家庭牧场作为取代游牧制度而产生的新生事物,其对极端气候响应过程的研究尚未见报道.以“极端气候敏感性-影响途径-响应方式”为分析框架,基于问卷调查方法,研究了天山北坡山地草原牧民对极端气候的响应过程.结果表明:1)天山北坡1980-2009年冬季雪灾、秋季旱灾风险趋于增大,家庭牧场草料储备不足、畜种结构经济驱动型增加了对极端气候的敏感性;2)旱灾、雪灾是影响家庭牧场的主要极端气候类型,其作用介质为牲畜和草场;3)自适应与外力适应是牧户响应极端气候的2种主要形式,其中购买草料是最主要的响应策略;4)通过Probit模型估计显示,极端气候认知、家庭特征、资产状况与牧户间适应行为选择有显著的关系.研究认为,家庭牧场对极端气候短期响应的反馈过程主要围绕草、畜2因子展开,基于降水波动的周期性,牧户长期响应形成了家庭牧场生产周期.     

中国北方草原对气候干旱的响应

草原生长动态受气候条件的影响和制约,在很大程度上取决于水分条件.为了较好阐明草原生长与干旱气候关系,利用表征草原生长变化的NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)指数和表征干旱的SPI(Standardized Precipitation Index)指数研究了荒漠草原、典型草原、草甸草原与干旱气候的线性关系,表明荒漠草原的生长动态受季节性干旱影响很大,短期、中长期和长期干旱对荒漠草原影响较小.典型草原对季节性干旱响应较强,而对短期、中长期和长期的干旱响应较弱.草甸草原对季节性和长期干旱响应较强.并且草原对降雨量的响应具有时滞效应,水分盈亏对草原的影响是累积效应.利用基于虚拟变量的回归模型和简单回归模型模拟了草原NDVI对SPI指数的响应关系,基于虚拟变量的回归模型显示出对草原NDVI与SPI关系的较优拟合度.表明了草原生长动态对干旱气候响应具有季节性效应.     

内蒙古草甸草原地下芽库对极端干旱的响应

全球变化引发的极端气候事件严重影响草地生态系统结构与功能。然而,作为多年生草地重要繁殖体库,半干旱草甸草原地下芽库如何响应极端干旱尚未明确。本研究以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为对象,利用模拟极端干旱样地平台,探究地下芽库及其与地上植被关系对模拟生长季极端干旱的响应。结果表明,环境降水水平与干旱处理下总芽密度分别为1443和1128芽·m^-2;分株总密度分别为1791和1346株·m^-2;群落整体分生组织制约系数分别为0.84和0.83。极端干旱对草甸草原地下芽库、地上分株密度以及二者之间关联均无显著影响。就优势植物功能群根茎型禾草而言,极端干旱对其地下芽库同样无显著影响。因此,地下芽库表现出对极端干旱一定程度的抵抗力,可作为草甸草原植被应对极端气候事件的保险策略,有效促进草甸草原在极端气候胁迫下的种群更新与植被恢复,有助于草甸草原植被稳定性与生态系统功能维持。     

草原畜牧业对干旱的脆弱性评估——以内蒙古锡林郭勒草原为例

脆弱性评估在气候敏感性区域和行业适应气候变化研究中非常重要。本文采用参与式评估和行动影响矩阵确定了关键的脆弱性因子;使用层次分析法构建了脆弱性评估指标框架;利用脆弱性评估模型计算了内蒙古锡林郭勒草原畜牧业对干旱的脆弱性指数。结果表明:干旱是对草原畜牧业影响最严重和最广泛的气候事件,干旱通过影响草、畜、水等因子,影响牧民生计;而干旱对人体健康的影响往往被利益相关方忽视,畜牧业基础设施差和气候波动大的区域对气候变化更脆弱,在空间尺度和时间尺度上,适应能力的提高有效降低了草原畜牧业对干旱的脆弱性,适应对策的制定首先要提高适应能力,其次是降低敏感性和暴露度;牧民对气候变化适应能力的提高旨在保障牧民生计和生活质量,可以通过提高牧民收入、改善畜牧业基础设施和补饲能力等来实现。     

不同海拔高度农牧民对气候变化的感知与适应

气候变化已经对西藏地区产生了明显而深刻的影响。农牧民对气候变化的当地影响有较系统的认识。以西藏乃东区为研究对象。调查4个不同海拔梯度上农牧民对气候变化的感知与适应,然后利用气象数据对比农牧民对气候变化的感知,探究海拔高度与农牧民感知及其适应行为的关系,分析影响农牧民对气候变化感知与适应行为的因素。结果如下,研究区增温趋势明显,年降水量自2005年以来明显减少。不同梯度上的农牧民对当地气候变化的相对感知强度存在差异。农牧民对气温和雪覆盖变化的相对感知强度较高且基本随海拔升高而增强,而对雨季、农作物病虫害、新的病虫害变化的相对感知强度则随海拔升高而减弱。农牧民对年降水量的相对感知强度整体较低,但对近年年降水量持续减少记忆较深刻。在全球气候变化背景下,流域的上下两端会遭受较多的气候变化负面影响。农牧民对当地气候变化的感知与其采取的适应行为并不具有同步性。农牧民的受教育程度、经济状况、当地传统文化及其对气候变化的感知强度等因素均会影响农牧民对气候变化适应措施的选择。政府在制定及实施气候政策时应考虑流域内不同海拔高度区域气候变化特征及其影响的差异。     

荒漠草原土壤动物与降雨关系研究现状

在全球性气候变化背景下,极端降雨事件频发,总结土壤动物多样性与降雨变化间的关系及其响应机制,有助于理解全球变化对土壤生态系统结构与功能的作用过程,对于探讨陆地生态系统应对全球变化具有重要科学意义。荒漠草原生态系统极度脆弱,对气候变化敏感,但是关于荒漠草原土壤动物与降雨变化间关系的研究报道比较少,严重制约了对荒漠草原生态系统的有效管理和可持续利用。本文从地上、地面和地下3个方面总结了土壤动物和降雨变化间的关系,并就荒漠草原土壤动物应对气候变化研究提出了一些建议。研究表明,降雨变化直接影响土壤动物群落结构;土壤动物对降雨变化反应强烈,不同动物类群产生了积极的响应规律;某些土壤动物类群对于降雨变化还具有重要指示作用。在荒漠草原生态系统中,今后需要从降雨变化对土壤动物产生的长期影响、土壤动物对降雨变化的适应方式和某些动物类群对土壤水分敏感性以及土壤动物与气候变化间的互为反馈关系等方面加强研究。     

1956-2009年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局

弄清全球变化背景下不同地区降水格局的变化对科学理解气候变化及其影响具有重要意义。苏尼特左旗荒漠草原是温带干旱半干旱地区的典型荒漠草原,对气候变化,特别是降水变化非常敏感。利用1956-2009年的日降水资料探讨了苏尼特左旗荒漠草原降水格局的变化规律,以为揭示气候变化的影响机制提供依据。结果表明,该地区年均降水量为191.9 mm,年际变化剧烈,变异系数达26.63%;年均降水日数为63.8 d,变异系数16.9%。生长季降水占全年的85%,但各月变异系数均>50%;降水日数占全年的63%。年和生长季的各月降水以中等降水量、弱降水日数为主,中等强度以上降水事件较少。近50 a来,年和生长季的降水量、降水日数与各等级降水事件均呈下降趋势,年降水减少的原因在于中等降水事件的减少、生长季降水减少的原因在于弱降水事件的减少。年降水减少将影响草地的土壤水分与植物返青;而生长季降水减少将直接影响草地固碳。气候变化背景下年与生长季降水的减少将进一步加剧该地区干旱程度并影响植物的生长发育,从而直接威胁到草地畜牧业的发展。     

极端干旱对草甸草原优势植物非结构性碳水化合物的影响

植物光合作用产生的非结构性碳水化合物(NSCs)水平可以反映植物和生态系统对环境变化的响应程度。近年来, 草原极端干旱事件的发生频率和持续时间增加趋势明显, 对生态系统结构和功能产生深远影响。该研究以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为研究对象, 通过连续4年减少66%生长季降水量的控制实验来模拟极端干旱事件, 分析草原6种优势物种和植物功能群NSCs各组分对极端干旱的响应规律与机制。结果显示, 由于植物生物学、光合特性以及生理生态等特性的差异, 不同物种对干旱胁迫的响应具有明显差异。这表明草地植物NSCs组分及其利用策略对干旱胁迫的响应具有物种特异性, 从而导致其生物量的不同响应。将6种植物分为禾草和非禾草两类, 发现干旱显著增加了禾草的淀粉含量, 但对其可溶性糖含量无显著影响; 相反, 干旱显著增加了非禾草功能群的可溶性糖含量, 对其淀粉含量无显著影响, 表明不同功能群采取了不同的干旱应对策略。禾草选择将光合作用固定的能量进行储存以应对干旱胁迫, 其生物量对干旱响应不敏感; 而非禾草选择将能量以可溶性糖的形式直接供植物生长利用以及抵御干旱胁迫, 其生物量对干旱响应较为敏感。这一发现可为预测在全球气候变化背景下草甸草原生态系统结构与功能对极端干旱的响应提供科学参考。     

基于牧户感知和野外调查相结合的内蒙古东部草甸草原健康评价

治理草原退化是我国草原管理的重点和难点。我国目前关于草原退化判断、退化程度、原因及治理等系列问题的确定几乎皆以科学研究结果为依据,而忽视了牧户作为草原直接使用者和管理者的重要性。牧户对草原有自己的判断和认知,其与科学方法研究之间的矛盾已经影响到草原生态保护政策的有效实施。以内蒙古东部草甸草原牧户尺度草原为研究对象,借助牧户调研和野外调查相结合的方法,将牧户划分为高、中、低3个经济水平,并运用Condition-Vigor-Organization-Resilience (CVOR)指数评价法,分析评价草原生态系统健康状况。研究结果显示,牧户对草原健康状况的感知主要从植被、土壤、牲畜等方面,与科学方法评价指标选取具有相似性;牧户感知和CVOR指数法评价结果具有一致性,均判定草原生态系统呈现不同程度退化;统计检验显示牧户对植被、土壤、牲畜影响等指标变化感知方面均不存在显著差异(P0.05),CVOR指数法下不同经济水平牧户草场健康指数之间亦无显著差异(P0.05),两种方法均显示不同经济水平牧户草场退化程度无显著差异(P0.05)。研究证实了牧户感知在指标选取、评价结果方面具备用于准确评价草原健康状况的可行性和可信度。两种方法相互补充,将有利于更加准确、实时动态监测和评价牧户尺度草原生态健康状况,为调整优化畜牧业生产实践提供指导和草原生态保护和建设政策的有效实施提供保障。     

气候变化背景下野生动物脆弱性评估方法研究进展

脆弱性评估是研究气候变化影响野生动物的重要内容,识别野生动物脆弱性,是适应和减缓气候变化影响的关键和基础。开展气候变化背景下野生动物的脆弱性评估工作,目的是为了确定易受气候变化影响的物种和明确导致物种脆弱性的因素,其评估结果有助于人类认识气候变化对野生动物的影响,为野生动物适应气候变化保护对策的制定提供科学依据。对野生动物而言(物种),脆弱性是物种受气候变化影响的程度,包括暴露度、敏感性和适应能力三大要素。其中,暴露度是由气候变化引起的外在因素,如温度、降雨量、极值天气等;敏感性是受物种自身因素影响,如种间关系、耐受性等;适应能力是物种通过自身调整来减小气候变化带来的影响,如迁移或扩散到适宜生境的能力、塑性反应和进化反应等。对近期有关气候变化背景下野生动物脆弱性评估方法予以综述,比较每种评估方法所选取指标的差异,总结在脆弱性评估中遇到的不确定性指标的处理方法,以及脆弱性评估结果在野生动物适应气候变化对策中的应用。通过总结野生动物脆弱性评估方法,以期为气候变化背景下评估我国野生动物资源的脆弱性提供参考方法。     

未来气候变化下两种红景天植物的脆弱性

气候变化对全球的物种多样性有深远影响, 尤其是对高山物种多样性。研究未来气候变化下物种的灭绝风险对生物多样性保护具有重要的意义。本文针对青藏高原的2种重要药用植物大花红景天(Rhodiola crenulata)和菊叶红景天(R. chrysanthemifolia), 利用气候生态位因子分析法研究了它们对气候变化的敏感性、暴露性和脆弱性, 讨论了2种“共享社会经济途径” (SSP2-45和SSP5-85)情景下的未来气候对这2个物种脆弱性的影响。同时计算了2种红景天的气候生态位的边缘性和特化性, 通过主成分分析法对其气候生态位进行了二维可视化, 并分析了它们的气候变化脆弱性与气候生态位之间的关系。结果表明, 未来气候变化情景下2种红景天在其分布区都显示出西部脆弱性高而东部脆弱性低的特征, 而脆弱性都表现为较低的横断山脉地区将成为其未来气候避难所。2种红景天在SSP5-85气候情景下的脆弱性高于SSP2-45, 资源和能源密集型社会经济途径(即SSP5-85)将会增大物种的灭绝风险。此外, 被《中国物种红色名录》评估为无危的菊叶红景天的气候变化脆弱性反而大于被评估为濒危的大花红景天。生态位因子分析结果表明大花红景天的生态位边缘性和特化性都低于菊叶红景天, 研究推断同地区不同物种的气候变化脆弱性主要由物种的气候生态位决定。     

Climate Change and Health Research in the Eastern Mediterranean Region

Anthropologically induced climate change, caused by an increased concentration of greenhouse gases in the atmosphere, is an emerging threat to human health. Consequences of climate change may affect the prevalence of various diseases and environmental and social maladies that affect population health. In this article, we reviewed the literature on climate change and health in the Eastern Mediterranean Region. This region already faces numerous humanitarian crises, from conflicts to natural hazards and a high burden of disease. Climate change is likely to aggravate these emergencies, necessitating a strengthening of health systems and capacities in the region. However, the existing literature on climate change from the region is sparse and informational gaps stand in the way of regional preparedness and adaptation. Further research is needed to assess climatic changes and related health impacts in the Eastern Mediterranean Region. Such knowledge will allow countries to identify preparedness vulnerabilities, evaluate capacity to adapt to climate change, and develop adaptation strategies to allay the health impacts of climate change.     

Climate change as a long-term stressor for the fisheries of the Laurentian Great Lakes of North America

The Laurentian Great Lakes of North America provide valuable ecosystem services, including fisheries, to the surrounding population. Given the prevalence of other anthropogenic stressors that have historically affected the fisheries of the Great Lakes (e.g., eutrophication, invasive species, overfishing), climate change is often viewed as a long-term stressor and, subsequently, may not always be prioritized by managers and researchers. However, climate change has the potential to negatively affect fish and fisheries in the Great Lakes through its influence on habitat. In this paper, we (1) summarize projected changes in climate and fish habitat in the Great Lakes; (2) summarize fish responses to climate change in the Great Lakes; (3) describe key interactions between climate change and other stressors relevant to Great Lakes fish, and (4) summarize how climate change can be incorporated into fisheries management. In general, fish habitat is projected to be characterized by warmer temperatures throughout the water column, less ice cover, longer periods of stratification, and more frequent and widespread periods of bottom hypoxia in productive areas of the Great Lakes. Based solely on thermal habitat, fish populations theoretically could experience prolonged optimal growth environment within a changing climate, however, models that assess physical habitat influences at specific life stages convey a more complex picture. Looking at specific interactions with other stressors, climate change may exacerbate the negative impacts of both eutrophication and invasive species for fish habitat in the Great Lakes. Although expanding monitoring and research to consider climate change interactions with currently studied stressors, may offer managers the best opportunity to keep the valuable Great Lakes fisheries sustainable, this expansion is globally applicable for large lake ecosystem dealing with multiple stressors in the face of continued human-driven changes.     

Synthesizing the role of epigenetics in the response and adaptation of species to climate change in freshwater ecosystems

Freshwater ecosystems are amongst the most threatened ecosystems on Earth. Currently, climate change is one of the most important drivers of freshwater transformation and its effects include changes in the composition, biodiversity and functioning of freshwater ecosystems. Understanding the capacity of freshwater species to tolerate the environmental fluctuations induced by climate change is critical to the development of effective conservation strategies. In the last few years, epigenetic mechanisms were increasingly put forward in this context because of their pivotal role in gene–environment interactions. In addition, the evolutionary role of epigenetically inherited phenotypes is a relatively recent but promising field. Here, we examine and synthesize the impacts of climate change on freshwater ecosystems, exploring the potential role of epigenetic mechanisms in both short‐ and long‐term adaptation of species. Following this wrapping‐up of current evidence, we particularly focused on bringing together the most promising future research avenues towards a better understanding of the effects of climate change on freshwater biodiversity, specifically highlighting potential molecular targets and the most suitable freshwater species for future epigenetic studies in this context.     

The role of industrial ecology in food and agriculture's adaptation to climate change

The food and agriculture sectors contribute significantly to climate change, but are also particularly vulnerable to its effects. Industrial ecology has robustly addressed these sectors’ contributions to climate change, but not their vulnerability to climate change. Climate change vulnerability must be addressed through development of climate change adaptation and resiliency strategies. However, there is a fundamental tension between the primary objectives of industrial ecology (efficiency, cyclic flows, and pollution prevention) and what is needed for climate change adaptation and resiliency. We develop here two potential ways through which the field can overcome (or work within) this tension and combine the tools and methods of industrial ecology with the science and process of climate change adaptation. The first layers industrial ecology tools on top of climate change adaptation strategies, allowing one to, for example, compare the environmental impacts of different adaptation strategies. The other embeds climate change adaptation and resiliency within industrial ecology tools, for example, by redefining the functional unit in life cycle assessment (LCA) to include functions of resiliency. In both, industrial ecology plays a somewhat narrow role, informing climate change adaptation and resilience decision‐making by providing quantitative indicators of environmental performance. This role for industrial ecology is important given the significant contributions and potential for mitigation of greenhouse gas emissions from food and agriculture. However, it suggests that industrial ecology's role in climate adaptation will be as an evaluator of adaptation strategies, rather than an originator.     

An assessment of direct and indirect effects of climate change for populations of the Rocky Mountain Apollo butterfly (Parnassius smintheus Doubleday)

Abstract Climate change is occurring and insects are responding. Current challenges for ecologists and managers are predicting how organisms will respond to continuing climate change and determining how to mitigate potential negative effects. In contrast to broad scale predictions for climate change involving the distribution of species, in this article we highlight the many ways in which local populations of the Rocky Mountain Apollo butterfly (Parnassius smintheus Doubleday) are predicted to respond to climate change. Using experimental and observational data collected over the past 15 years, we detail both direct and indirect effects. In addition, we identify limitations in our knowledge restricting the ability to predict how populations will respond to climate change. Some changes, such as warmer winter temperatures, may have beneficial effects; however, most of the effects of climate change will be detrimental. Variability in snow cover during the overwintering period and habitat loss due to forest encroachment have the largest potential negative effects.     

新疆焉耆盆地人类活动与气候变化的效应机制

通过对新疆焉耆盆地及其周边近40a(1973—2014)的气候变化趋势检测、LUCC和生物量估算,探讨气候变化和人类活动的生态效应机制,研究区域陆地生态系统演变及其归因。分析结果表明:(1)焉耆盆地山区和平原区降水变化都有明显的突变点,并呈现增加趋势,蒸发量在山区减少,在平原区波动性减少趋势;(2)LUCC分析表明,山区裸地面积减少5.40%,冰川面积减少3.36%,高地植被面积增加8.76%;同时平原区天然绿洲面积增加1.96%,沙漠面积减少1.62%,水域面积减少1.30%,人工绿洲面积增加15.41%,湿地面积增加1.27%;(3)山区陆地生态系统对区域气候变化非常敏感,其中降水变化是决定山区地表植被生存状态和分布的重要因素;(4)人类活动的推动作用和有益气候变化的支撑是绿洲平原区生态系统好转的原因,其中人口急剧增加和社会经济快速发展,导致绿洲平原区生态系统结构及其时空分布的主要因素。焉耆盆地及其周围区域陆地生态系统的演变对气候变化和人类活动有明显的时空尺度效应,其反应程度各不相同。     

秦岭山地针叶树种树木生长对气候变化的响应

秦岭作为我国重要的地理分界线,其亚高山针叶林生态系统在区域乃至更大尺度范围的水源涵养、生物多样性维护、气候调节等方面具有重要价值。近几十年,秦岭地区大幅升温且存在空间异质性。研究秦岭针叶林带树木生长对气候变化的响应规律对于气候变化下山地森林保护与管理具有重要价值。本文综述了秦岭西部、中部和东部不同海拔针叶树种树木生长与气候的响应关系,从树木径向生长、NDVI、物候和物种分布范围等方面探讨了气候变化对针叶树种的影响,并对树木生长响应气候变化研究中可能存在的问题和研究前景进行了展望。