地球工程开展现状及其对生物多样性的影响

与气候相关的地球工程(Climate-Related Geoengineering,简称地球工程)是为了减缓气候变化及其影响的目的,采取一系列大规模的人工技术和方法对地球环境或气候系统进行干预.地球工程的研究和开展受到越来越多的关注,已经成为《生物多样性公约》讨论的焦点之一.地球工程项目在全球进行了不同程度的实验和推广,与我国的利益密切相关.本文通过参与相关会议讨论以及对会议材料和相关文献的整理,梳理了地球工程的定义和内涵、介绍了不同类型地球工程的开展现状,分析了地球工程对生物多样性的潜在影响,并阐述了《生物多样性公约》对地球工程的争论.研究表明:地球工程主要通过改变区域或局地的气候和环境间接影响生物多样性,由于目前对地球工程的影响缺乏足够了解,对生物多样性有潜在影响的大规模地球工程将被禁止,但节能减排工作的义务使地球工程仍然具有应用前景.笔者对未来地球工程发展提出了自己的意见,认为地球工程技术的研究应兼顾高效、低廉和环境安全的标准,开展地球工程活动应采取预先防范措施,并探讨建立监管机制的可能性.     

沙障对流动沙丘区地表节肢动物分布及多样性的影响

沙障作为人工固沙植被恢复与保护绿洲和道路安全的一种手段,可以有效阻止沙丘移动,改变流动沙丘地表生态水文过程,进而影响节肢动物多样性及营养结构及功能变化。鉴于此,选取临泽县中部沙带为研究区,利用陷阱法系统调查了生物、物理沙障和流动沙丘区沙丘不同部位地表节肢动物分布及多样性。研究结果表明,沙障营建强烈影响了流动沙丘区地表节肢动物组成,生物和物理沙障区地表节肢动物的活动密度、物种丰富度及多样性均显著高于流动沙丘区,捕食性和其它食性节肢动物较植食性节肢动物对沙障营建的响应更为敏感。沙障还改变了沙丘地表节肢动物的分布规律,生物和物理沙障区地表节肢动物的活动密度从沙丘底部到顶部依次增加,而流动沙丘区地表节肢动物主要分布在沙丘中下部。谢氏宽漠王和尖尾东鳖甲在流动沙丘区主要分布沙丘的中下部,沙障营建导致沙丘顶部谢氏宽漠王和尖尾东鳖甲的活动密度大幅提高。此外,研究还发现生物和物理沙障对地表节肢动物的影响不同,生物沙障区地表节肢动物活动密度显著高于物理沙障区,捕食性和东鳖甲属等其它食性节肢动物的活动密度在生物沙障区均高于物理沙障区。总之,沙障营建及类型差异强烈影响地表节肢动物的分布及多样性,它通过资源上行效应和土壤物理环境的改变提高了地表节肢动物的多样性及营养结构,从而影响了土壤生态系统结构及功能变化过程。     

土壤质量与土壤质量指标及其评价

土壤作为一种重要的自然资源可以为人类生产食物和纤维,并维持地球生态系统.土壤也是植物生长的媒介、水、热和化合物的源、水分的过滤器和废物分解的生物介质.土壤与水、气和植物互作并抑制环境的波动.土壤可以调节很多控制水气质量和促进植物生长的生态过程.土壤质量概念的引入使我们更全面地理解土壤,也有助于合理地使用和分配劳力、能源、财政和其它投入.土壤质量也提供了一个通用的概念使得专业人员、生产者和公众明白土壤的重要性.此外,它也是一个评价管理措施和土地利用变化对土壤影响的评价工具.土壤质量由土壤的物理、化学和生物性质组成,MDS已被科学家们提出用于土壤质量评价.国际上比较常用的评价方法主要有多变量指标克立格法、土壤质量动力学方法、土壤质量综合评分法和土壤相对质量法.人类对土地不和谐地利用和管理可以导致全球生物地球化学循环发生改变和加快土壤性质变化的速度,当前世界各地土壤退化相当严重,已日益威胁到人类赖以生存的土地资源.在探讨相关概念的基础上综述了近年来土地利用变化对土壤理化质量和生物质量的影响进展,以引起国内外学者对土地利用变化对土壤质量影响研究的重视,从而为探讨土地利用对土壤质量影响的机理和规律以及退化土地的恢复和区域土地资源管理以及土地的持续利提供理论依据.土壤质量未来的研究应该集中在土壤质量指标与评价方法;土壤质量变化的发生条件、过程、影响因素及其作用机理与时空规律性;尺度问题的研究;土壤质量保持与提高的途径及其关键技术研究.     

中国植被对全球变化反应的研究

全球变化研究是本世纪80年代兴起的跨学科、跨国界、迄今为止规模最大的国际合作研究活动,涉及到地球科学、生物科学、环境科学、天体科学及遥感技术、地理信息系统及网络化高科技技术的应用等众多的学科领域,其规模之大、持续时间之久、经费投入之多和高科技技术的广泛应用,代表着当前世界科学的发展趋势。全球变化研究是由以下三个相互独立、相互依存的计划组成:以研究气候系统中物理方面的问题为主的世界气候研究计划(WCRP),以研究地球系统中的生物地球化学循环及过程为主的国际地圈-生物圈计划(IGBP)和以了解导致全球环境变化的人类因素为主的全球环境变化的人类因素计划(HDP)。     

基于系统动力学的雏菊世界模型气候控制敏感性分析

Lovelock于20世纪70年代提出了著名的盖娅假说,认为地球是一个由生物和非生物环境组成的“超级有机体”,有能力调节自身的气候和化学组成,使之适合于生物的生存.盖娅假说遭到了生物学家,尤其是新达尔文主义者的强烈批评,认为它是目的论;随后,Lovelock通过雏菊世界模型论证了该假说.模型中的黑雏菊和白雏菊通过反射较少或较多的太阳光来调节地球的温度.基于雏菊世界模型,通过假设不同的初始条件——不同初始面积分配和不同的太阳光反射率组合,运用系统动力学对雏菊世界的温度调节能力进行了敏感性分析.结果证明,既使初始条件有差异,雏菊世界仍能够通过自我调节机制调节系统稳定时的星球温度,达到最适合生物生存的温度.雏菊世界模型对于初始面积分配、光照反射率组合条件不敏感.最后,雏菊世界模型的优点在于系统分析思想和以及对地球系统的简化,但是随着人类活动对地球系统影响的日益显著,建议模型应包含更多的环境、生物变量以及反馈关系和人类活动因素,将盖娅系统融入到自然-人类耦合的大系统中.     

变化环境下火干扰研究进展

火是地球系统的重要过程,也是一种剧烈的环境干扰因素。火是生态系统变化的驱动力和催化剂,调节着生态系统的结构和功能,同时反馈给气候系统。近年来,世界多个国家相继爆发了历史上罕见的极端火事件,使得火干扰、气候变化和人类活动之间的相互作用关系得到了空前的关注。主要从3个方面回顾了变化环境下火干扰研究的进展,包括(1)火干扰的时空格局;(2)火干扰的驱动机制;(3)火干扰的生态效应。概括起来,遥感技术的发展使得火监测精度不断提高,对火时空格局的刻画由过去侧重火燃烧面积单一因素转向具有多重属性的火干扰体系。气候变化和人类活动共同决定着火干扰的分布格局、频率和强度,考虑气候的季节性能够提高火干扰的预测能力。火干扰调节着生态系统的草木平衡,对于生物多样性和生境的维持非常重要。此外,火干扰通过生物质燃烧释放的大量温室气体影响大气组成和空气质量,同时通过改变地表状况和陆-气相互作用来影响气候系统。正确理解气候-植被-火之间的相互作用和反馈机制有助于未来火干扰体系的预测。随着高温、大风、干旱等极端气候事件增多,未来全球大部分区域火发生的风险增加,但是人类活动可能会使火和气候之间的关系发生解耦。可持续的火管...     

印度洋研究的科学意义

海洋占地球表面积约71%,其中84%的海洋水深超过2000米。深海巨大的热容量和碳储量是地球气候系统的调节器,对生物地球化学循环和水循环具有重要的调控作用。可以说,我们若要在中长期尺度上对地球气候系统加以预测,就需要加强深海大洋巨大热容量及热输海洋占地球表面积约71%,其中84%的海洋水深超过2000米。深海巨大的热容量和碳储量是地球气候系统的调节器,对生物地球化学循环和水循环具有重要的调控作用。     

机体对重力的感应及机制

重力在地球进化的过程中是恒定的,但是重力对地球上许多物理、化学、生物及生态变化过程发挥的重要作用表明,重力从本质上来说必定是一个能改变地球生命的重要的物理作用力。从重力在生物进化中的作用、失重状态下机体的生理变化及相应的细胞学改变来分析重力对机体的影响以及机体对重力的感应机制。     

海洋沉积物微生物介导有机碳转化研究进展

海洋沉积物是地球上最大的有机碳库,其中生存的微生物总量大、分布范围广、类群多样、代谢方式复杂,并共同构成海洋沉积物微生物组。海洋沉积物微生物组介导的有机碳降解与矿化过程不但能为沉积物中的生命活动提供物质和能量,也能参与调控碳循环过程,并在长时间尺度上对地球气候系统产生重大影响。沉积物中的有机碳在复杂多样的微生物代谢活动下被逐步降解,其最终的矿化过程与不同的电子受体消耗相偶合,并形成对应的地球化学分区。研究海洋沉积物微生物及其介导的有机碳转化过程对我们深入认识沉积物中的元素循环过程,并进一步评估其对整个地球系统的影响具有重要科学意义。本文对海洋沉积物微生物组的体量、包含的微生物多样性、代谢活性以及在不同地球化学分区中主要的微生物类群和代谢机制进行综述,最后基于研究现状展望了海洋沉积物微生物组的未来研究方向。     

沿海滩涂围垦对生态环境的影响研究进展

沿海滩涂湿地生态系统,典型的生态脆弱区,既是地球表面最为活跃的自然区域,又承载着人类的生存与发展,其生态环境面临着巨大压力。在社会经济发展和人口增长的推动下,沿海国家大力从海洋中争夺陆地,围填海造地和围垦开发成为许多沿海地区和国家缓解人地矛盾的主要方法。在此背景下,对沿海滩涂围垦历史进行简述,从滩涂土壤性质、生物多样性、土地利用变化及景观格局、生态安全和生态系统服务等5个方面综述了人类围垦活动的生态环境影响。随着围垦时间的增加,滩涂土壤在脱盐过程中累积养分,逐渐熟化,土壤物理、化学和生物特性朝着有利于人类利用的方向变化;植物物种多样性呈不断增加的总体趋势,且随着生境的变化,陆生昆虫和土壤动物逐渐替代湿地典型的底栖动物和水鸟;土地利用方式从自然状态转变为以人工方式为主,景观格局表现为破碎化程度升高、多样性降低和优势度上升;从自然景观为主的自然湿地生态系统转为以人工景观为主的人工陆地生态系统过程中,供给服务的价值是唯一处于增长趋势的生态系统服务功能,但供给服务的价值增加量小于调节服务、文化服务和支持服务的减少量致使生态系统服务总价值降低,而且滩涂湿地面临着土地资源安全、水资源安全、生物入侵以及自然灾害加剧等风险。在全球气候变化背景下,如何权衡资源利用与环境保护并实现人与自然共生,是海岸带湿地生态系统在人类围垦活动中面临的重要难题之一。因此,未来应以机理研究为基础,以长期定位监测为手段,以综合集成的研究体系及对策制定为目标,不断深化沿海滩涂开发利用对生态环境影响的研究,为推动人类围垦活动下沿海滩涂湿地生态系统的可持续发展提供参考。     

海洋生物防污作用机制及应用前景

海洋污损生物的附着会对人类活动产生不利影响。栖息于海洋环境中的动植物在长期的进化过程中针对污损生物的附着形成了忍耐、躲避与物理、化学等自我保护和防御机制以保持自身体表的洁净。本文从以上方面综述了海洋生物的天然防污作用机制,并对其应用前景进行了展望。了解和掌握海洋生物天然防污作用机制,有利于新型环保防污技术的研制和开发,进而从根本上解决海洋污损生物的危害难题。     

湿地生物地球化学过程研究进展

1　湿地生物地球化学过程的概念及内涵营养物质在生态系统之间的输入和输出以及在生物各圈层之间进行的物质和能量交换称为生物地球化学循环 (ｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ) [4 ] ,它实质上是指生物有机体及其产物与无机环境之间进行的物质交换和能量转换过程。湿地是介于陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡地带[3 ] ,它是一种特殊的生态系统 ,其独特多样的生物条件显著影响着生物地球化学过程。这些过程不仅改变了物质的化学组成 ,而且使它们在湿地内发生空间位移以及生物地球化学转化。湿地生物地球化学过程是…     

基于三温模型的南宁市蒸散量估算及其影响因素

蒸散发是水文能量循环和气候系统的关键要素.研究蒸散发的时空变化特征及其响应气候、土地利用的变化规律,对理解城市流域水循环和生态过程效应具有重要意义.本研究基于三温模型和MODIS影像,估算并分析2001-2018年南宁市的蒸散量时空演变特征,并探讨了主要气候要素、土地利用类型对蒸散量的影响规律和驱动模式.结果表明:20...     

“诺亚方舟” 挪威斯瓦尔巴全球种子库

正我们人类居住的地球已经走过46亿年漫长的历史过程。地球上沧海桑田,生物界新陈代谢,经历无数磨难,才到达今天人类智慧可以预见未来和设法逃避灾难的境界。随着地球自身变化和人类活动加剧,未来不可避免的重大灾难包括外星球撞击、地震突袭、火山爆发、气候巨变、瘟疫流行、生物多样性锐减,以及越来越多的生物物种灭绝或濒临灭绝。所有这些灾变都有可能对地球上人类赖以生存的农作物生     

地表自然过程排汞研究进展及展望

地表自然过程排汞包括了自然源排汞过程和先前排放的汞沉降到地表后的再排放过程.已有证据显示,地表自然过程向大气的排汞量可能远大于人为活动直接向大气的排汞量.准确确定自然过程汞的释放通量,不仅对正确评价目前减少人为活动向大气排汞对全球环境汞污染的影响程度具有重要的意义,而且可为全球大气汞的减排政策的制定提供重要科学理论依据.本综述通过对国内外地表自然排放源相关文献的调研分析发现:由于缺少可靠的观测技术、对地表与大气间汞交换过程和机理的准确认识及大气汞沉降对地表自然排汞过程影响的认识还不清楚,因此目前还难以准确估算地表自然过程向大气的排汞量.近年来,随着技术手段的进步,已具备了开展地表自然排汞及先前排汞沉降后的再释放过程、机理和通量研究的可行性.地表自然过程排汞的研究将是汞的生物地球化学循环演化研究领域的前沿之一.     

生态环境中微量元素硒与克山病

一、前言 生态环境中的生物地球化学过程,决定于自然因素和人为因素的综合作用。生态环境中的化学元素,主要来源于自然界的基岩,以后通过地下水、土壤、植物、动物,最后多以食物形式进入人体。所以生态环境中的生物地球化学过程,是受各个元素之间相互关连、相互制约的复杂反应所控制。人类也必然受到这种生态环境中的生物地球化学过程的深刻影响。为了研究我国多年来没有解决的克山病(地方性心肌病)病因及其防治,把岩石—土壤—生物—人体视为统一的生态系统,并研究人体必需的微量元素在此系统中的迁移变化规律及与人体的关系,来说明环境中微量元素与克山病之间的关系,具有十分重要的意义。     

人类活动对榆树疏林土壤环境和植物多样性的影响

人类活动已成为地球上生物多样性的主要影响因素,而生物多样性的变化是目前主要的全球变化问题之一。榆树疏林是分布于温带草原地带的沙地生境顶级群落,其生态环境脆弱,极易遭到人类活动的破坏。研究结果表明,各种人类活动（包括人工林的建造）对原生榆树疏林土壤环境和植物多样性有很大的影响,其中人工樟子松林和重牧干扰影响最大,其次是人工杨树林。在沙地环境治理中应充分地考虑自然规律和系统的短期与长期生态过程的统一。     

陆地生物地球化学模型的应用和发展

以TEM和DNDC模型为例,在分析国外生物地球化学模型发展基础上,按照模拟方法,应用目的,元素类型,生态系统类型和空间尺度等对现有的生物地球化学模型进行了分类,对生物地球化学模型的基本框架（植物,大气和土壤3个组分及植物－大气,植物－土壤和土壤－大气界面等3个界面）,以及内部基本过程（物理的,化学的和生物的过程）进行了总结分析,对目前生物地球化学模型建立中的几个问题（如跨尺度问题,地理信息系统（GIS）和遥感技术结合,考虑人类活动的影响和生物地球化学模型的比较研究）的研究动态进行了评价。     

沙颍河流域人为输入对水体水化学组成的影响

人类活动输入影响河流水体化学组成,增加经河流体系向海洋输出物质的通量,影响全球物质循环过程.有效识别人为输入的影响途径和范围对于量化人类活动对全球物质循环的影响具有重要作用.沙颍河是淮河上游最大支流,流域水体受人为输入影响严重,通过研究沙颍河流域强人为输入对河水水化学组成的影响过程,有利于弄清楚强烈人为活动干扰下河流输...     

黄河中游砒砂岩地区土地利用对生物多样性的影响评价

作者以长川流域附近的阿贵庙自然保护区的主要植被类型为对照,通过对黄河中游砒砂岩地区长川流域内的各土地利用/覆盖类型之间的生物多样性的比较分析,综合评价了人类土地利用活动对当地生物多样性的影响。结果表明:沙棘(Hippophaerhamnoides)灌丛、草地、油松(Pinustabuliformis)林地和中间锦鸡儿(Caraganainter-media)灌丛等土地利用类型的生物多样性指数较高;进一步运用S?renson指数分析发现,仅中间锦鸡儿灌丛、草地和油松林三类与主要自然植被类型有着较高的相似性,其S?renson指数均在40%左右。综合考虑Shannon-Wiener指数与S?renson指数,草地、中间锦鸡儿灌丛、油松林地等类型对当地物种多样性的影响相对较弱,有利于当地物种多样性的保护,在植被恢复和建设过程中应相对增大种植比例。