气候变化对植物的影响(6篇)
气候变化对植物的影响篇1
关键词：植被覆盖；偏相关分析；残差趋势；人类活动
中图分类号TP79；Q948文献标识码A文章编号1002-2104（2014）05-0139-06
植被作为陆地生态圈的重要组成，是气候系统的重要元素[1]。众所周知，全球气候正处于一个持续变暖的阶段，强烈影响陆地生物圈[2]，在这样的背景下，掌握陆地植被覆盖年际间的变化规律，对评价陆地生态系统的环境质量、调节生态过程具有重要的理论和实际意义[3]。归一化植被指数（NormalizedDifferenceVegetationIndex，NDVI）由红波段与近红外波段的反射率计算而来[4]，和植物的生产力密切相关[5]，并且NDVI趋势可以用来衡量植被覆盖的改善与退化[6]。NDVI趋势被用在很多测算中，包括全球变暖的生态响应[7]、物候变化[8]、作物状况[9]、土地覆盖变化[10]以及沙漠化[11]。三江源地处青藏高原腹地，区内临近可可西里、阿尔金山和羌塘自然保护区，因属长江、黄河、澜沧江（湄公河）三大水系发源地而得名。“三江源”受严酷自然条件的制约，生态环境十分脆弱。由于自然因素和不合理人类活动的双重作用，众多江河、湖泊和湿地缩小、干涸；沙化、水土流失的面积仍在不断扩大；荒漠化和草地退化问题日益突出；长期的滥垦乱伐使大面积的草地和近一半的森林遭到严重破坏；虫鼠害肆虐；珍稀野生动物盗猎严重；无序的黄金开采及冬虫夏草的采挖屡禁不止。三江源地区生态环境的恶化严重影响和制约了当地各民族的生存与发展，造成了本地区畜牧业生产水平低而不稳，少数民族地区贫困程度不断加大，经济发展落后；同时还严重影响大江大河中下游地区以及东南亚国家的生存与发展。
因此，三江源地区是国家生态建设的重点区域，2000年成立省级自然保护区，2003年批准为部级自然保护区，2005年规划投资75亿元启动了退牧还草、黑土滩治理等22个生态建设项目[12]。所以研究三江源地区植被覆盖变化对人类活动（生态保护与建设）的响应具有重要意义。许多学者侧重于定量计算却定性判断某一种气候因子对植被覆盖变化的影响，从而拟合后剥离该气候因子的影响，进而得到人类活动对植被覆盖的影响[13-14]。而不同地域植被生长对水热的需求具有很大的差异性，存在水热单因素影响和双因素影响，甚至多因素影响。因此，本文基于偏相关分析、线性趋势等方法首先对三江源地区影响植被覆盖变化的主要气候因素进行了判断，从而利用主要气候因子进行线性拟合，进而得到残差序列趋势，以期为三江源当前的生态建设、修复提供有用的空间信息和理论支撑。
1资料与方法
1.1资料来源
本文所用的资料包括三江源1999-2010年SPOTVEGETATION旬值NDVI数据、50个台站12年（1999-2010年）的年降水资料和年平均气温资料、DEM、2000年与2010年的250m的MODISNDVI数据、生态功能区划数据以及1∶400万植被类型数据。NDVI数据是由比利时佛莱芒技术研究所（FlemishInstituteforTechnologicalResearch，Vito）VEGETATION影像处理中心（VEGETATIONprocessingCentre，CTIV）负责预处理并提供免费下载的，空间分辨率为1000m；降水和气温数据均来自于中国气象科学数据共享服务网，经计算得到12年的年降水和年均温，并采用Anuspline方法将其插值到空间上，分辨率为1000m，插值过程用到的DEM与MODISNDVI均来自于地理空间云数据，生态功能区划数据来自中国生态系统与生态功能区划数据库，主要包括黄河源区、长江源区、澜沧江源区和高寒荒漠草原区；植被类型数据来自国家自然科学基金委员会“中国西部环境与生态科学数据中心”。
1.2偏相关分析
在多元相关分析中，简单相关系数可能不能够真实的反映出变量之间的相关性，因为变量之间的关系很复杂，它们可能受到不止一个变量的影响。这个时候偏相关系数是一个更好的选择，它可以在消除其他变量影响的条件下，计算某两变量之间的相关系数[15]。本文用偏相关系数的绝对值表示相关程度的大小。
2结果与分析
2.1NDVI时空变化特征
近12年来，三江源地区实测NDVImax在0-0.846之间，平均为0.463。空间上存在两个渐变区，即在黄河源区表现为由东向西逐渐减小，在长江源区由东南向西北逐渐减小（图1a）。不同植被类型也有较大差异，由大到小依次为山地常绿针叶林、亚高山落叶灌丛、禾草草原、高寒草甸、状矮半灌木与草本植被、高寒草原、矮禾草与矮半灌木草原、矮半灌木荒漠。从生态区划来看，黄河源区与澜沧江源区实测NDVImax相当，分别为0.574和0.568，其次是长江源区，为0.419，高寒荒漠草原区最小，为0.159。
近12年来，三江源地区植被覆盖呈改善趋势，变化率为0.047/10a，其中黄河源区的北部―西部―长江源区中部的条带区域植被覆盖的改善趋势相对明显，而研究区的东南部与西北部改善较为缓慢，且零散分布有退化区，与李辉霞等采用2001-2010年的改善趋势非常一致[16]，但是空间上却有差异（图1b）。植被类型上，禾草草原改善最为明显，变化率为0.097/10a；其次是矮禾草、矮半灌木草原，变化率为0.079/10a；高寒草甸和高寒草原变化率均在0.04/10a左右；常绿针叶林变化率为0.036/10a；亚高山落叶灌丛和高山垫状矮半灌木、草本植被变化率在0.030-0.035/10a之间；矮半灌木荒漠改善趋势最不明显，变化率仅有0.018/10a。生态区划上，黄河源区变化率最高，为0.046/10a，其次是长江源区，为0.039/10a，澜沧江源区植被覆盖变化率为0.034，最低为高寒荒漠草原区，变化率为0.021/10a。
2.2植被生长对气候变化的响应
以象元为单元，分别计算NDVImax与年际降水量和气温的偏相关系数，再依据偏相关系数的t检验的临界值来判断影响NDVImax的主要气候因素（图2a），从而根据主要影响因素建立回归模型，模拟得到NDVImax如图2b所示，并得到残差序列，残差序列的线性趋势即为人类活动对植被覆盖变化的影响（图4）。
图2a显示出，三江源地区大部分区域植被覆盖主要受气温影响，其次在黄河源区北部长江源区中东部分布有降水影响区以及水热共同影响区。因此，本文统计出不同植被类型区内这三种影响因素的面积百分比，如图3所
示。可以看出，常绿针叶林的P+与P-的面积相当，受水热共同影响，但是其NDVImax与年降水量和年均温的偏相关系数的t检验值分别为0.94与0.55，总体上受降水量影响较强；高山、亚高山以及高寒植被的NDVImax与年均温的偏相关系数的t检验值均大于年降水量，主要受气温影响，T+面积均在25%以上，且远远大于P+与P+T+；山地草原NDVImax与年降水量的偏相关系数的t检验值平均为1.84，大于与年均温的t检验值1.12，说明山地草原主要受降水量影响，P+面积达到了35%以上，其中山地丛生禾草草原18.2%的地区受到水热共同影响。
2.3人类活动下的植被覆盖变化
通过表1主要气候要素的判断，从而与年际NDVImax来拟合线性模型，进一步得到残差序列趋势（见图4）。近12年来，三江源地区平均残差趋势为0.018/10a，表明人类活动对三江源地区的植被覆盖变化呈正影响。
空间上，几乎整个区域为正影响区，其中强烈影响区主要分布在黄河源区北部和西部、长江源区中东部、澜沧江源区西北部以及高寒荒漠草原区北部；人类活动的显著负影响区零散分布在黄河源区中东部与西北部、长江源区东部以及澜沧江源区东南部（图4）。由于对NDVImax与气候要素进行了偏相关分析，提取出植被覆盖与气候要素的显著相关区（图2a），在显著相关区植被覆盖理论上与气候要素呈线性相关，那么在显著相关区的残差就可以表示为剔除了气候因素后其他因素的影响。而三江源地区几乎整个显著区的残差趋势为正值，即是在除过气候要素的其他因素对植被覆盖的影响是增加的，而人类的滥垦乱伐、虫鼠害、草药采挖、黄金开采等是三江源地区植被覆盖减小的主要因素，所以断定该地区的植被覆盖的改善主要是由于人类活动造成的，即残差趋势可以用来衡量人类活动对三江源地区植被覆盖的影响。
从植被类型来看，人类活动对山地草原的正影响作用最强烈，残差趋势在0.03-0.035/10a之间，其次是山地常绿针叶林，残差趋势为0.02/10a，其他由大到小依次为高寒草甸、高寒草原、高山植被、亚高山植被和高寒匍匐矮半灌木荒漠，残差趋势均低于0.015/10a，其中高寒匍匐矮半灌木荒漠受人类活动影响最小，残差趋势为0.005/10a，其余植被类型的残差趋势均在0.01-0.015/10a之间。
生态区划上，黄河源区和澜沧江源区受人类活动的正影响作用较强，残差趋势分别为0.016/10a和0.014/10a，其次为长江源区，残差趋势为0.012/10a，高寒荒漠草原区受人类活动影响最小，为0.007/10a。
（2）三江源地区大部分区域植被覆盖主要受气温影响，其次在黄河源区北部长江源区中东部分布有降水影响区以及水热共同影响区。
（3）近12年来，三江源地区平均残差趋势为0.018/10a，表明人类活动对三江源地区的植被覆盖变化呈正影响。人类活动对山地草原的正影响作用最强烈，其次是山地常绿针叶林，其他由大到小依次为高寒草甸、高寒草原、高山植被、亚高山植被和高寒匍匐矮半灌木荒漠。生态区划上，黄河源区和澜沧江源区受人类活动的正影响作用较强且相当，其次为长江源区，高寒荒漠草原区受人类活动影响最小。
（4）由于不同的地域，地形、气候等要素存在差异，植被覆盖的变化有所差别，因此本文以栅格为单位，对NDVImax与气候要素进行了偏相关分析，提取出植被覆盖与气候要素的显著相关区，在显著相关区为每一个栅格建立不同的线性模型，进而利用残差趋势表示人类活动对植被覆盖的影响，结果更为准确。
本文所采用的数据为年际NDVImax、年降水量和年均温，而年内水热分配不均，年际水热并不完全决定了NDVImax的大小，模拟结果会受到无效水热的影响，而年际NDVImax对应时间点之前的水热的累积效应才可能是NDVI最大值的决定因素，所以在今后的研究中将对植被覆盖对水热的累积效应的响应进行进一步论证。
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气候变化对植物的影响篇2
关键词：全球气候变化，湿地，温室气体，水文条件，生物多样性
中图分类号：S342.2文献标识码：A文章编号：
1湿地和全球气候变化概况
我国湿地面积大约有7.0×107hm2，占国土面积的2.6%。全球湿地面积约为5.7亿hm2，占地球陆地面积的6%。其中湖泊为2%，酸沼为30%，碱沼为26%，森林沼泽为20%，洪泛平原为15%。红树林覆盖了约2400万hm2的沿海地区。
湿地是一个生产力巨大的生态系统。湿地由于介于陆地生态系统和水域生态系统之间，特有的边际效应使得其中的物种种类和数量都是其他生态系统所无法比拟的。而且湿地还是有些动植物特有的栖息场所，为生物多样性起到了巨大作用。湿地生态系统，同样具有一定空间内生物成分和非生物成分之间的物质循环、能量流动和信息传递的功能。并且这种相互作用可以达到某种功能上的稳定，而这种相对稳定则来源与生态系统内部的自我调节，即对外部环境压力的适应。
由于大气中CO2及其它温室气体(CH4等)浓度的增加而导致全球变暖已成不争的事实。在对温室气体不采取减排措施的情况下，未来几十年内全球平均气温将每10年升高0.2℃，到2100年，全球平均温度将升高1~3.5℃，海平面相应将上升约15~95cm。我国在自然变化和人为活动的共同影响下，预计2013~2022年，全国平均气温将增加0.45℃，降水增加3%；而2033~2042年气温将增加0.75℃，降水则减少5%。
2全球气候变化对湿地的影响
2.1对湿地水文条件的影响
不断变暖的气候将导致大气降水的形式和量的变化，而这将通过改变湿地水文过程和生物地球化学过程，从而显著地改变湿地的生态功能。气候的变化通过改变湿地的水文特征来影响湿地整个生态系统。
除了地貌外，降雨和蒸散作用也影响景观单元中地表径流和地下水补给在时间和空间上的分配。降雨入渗和地下水的直接蒸发对与地表水体相连的景观部分有动态影响，包括湿地形成的位置。水位通常与地表水体和湿地的岸线相交，以致该点没有不饱和区的存在。
2.2对湿地生物多样性的影响
对海岸湿地，海平面的上升会增加其被淹没的频率与深度，从而改变其生态学过程。海平面升高所加大的冲蚀和淹没会失滩地，这些湿地的失去和功能的变化无疑会削弱其作为野生动植物栖息地的价值，同时这些湿地的生物多样性也会减少，给湿地生态系统造成很大的威胁。
湿地对沿海地区的生态和经济是至关重要的，它们的生产率等于或超过任何自然或农业系统。湿地生态系统不仅具有很强的生产力，同时，湿地具有特殊的储水性能，地蓄水空间巨大，可以储存过量洪水，起着降低洪峰高度的功能。在雨水丰沛期，面积广阔的洪泛湿地接纳雨水并渗入地下含水层，恢复地下水的供给能力。湿地的特殊结构可以使水中悬浮物、有毒物、营养物通过沉降、吸咐、降解等方式，得到净化。湿地植物拦蓄、吸附减缓水流速度，使得湿地就像一个过滤器一样把上游的水过滤了一遍。
由此可见，湿地是一个很重要的功能单元，特殊的边际效应使得生物多样性超过任何生态系统，所以由于全球气候上升所带来的影响是超过其他生态系统的，由于升温所造成的降雨量下降，蒸发量提高，在减少湿地水容积的同时影响沉积和营养物的输送、并增大沿岸洪涝灾害的频率。在这样的生境中，生物的生存无疑是困难了许多，这样肯定减少了湿地生态系统的生物多样性。
3湿地对全球变化的影响
3.1湿地中的CO2
湿地生态系统由于地表经常性积水，土壤通气性差，地温低且变幅小，造成好气性细菌数量的降低，而嫌气性细菌较发育。植物残体分解缓慢，形成有机物质的不断积累。不同类型的湿地碳累积或分解的速率不同，碳密度相差很大。影响湿地中碳的形成的有植被(有机质输入量、物质组成)，气候因子(温度、湿度)，土壤性质(结构、粘粒含量、矿化度、酸度等)，以及其它因素如施肥、灌溉。所以湿地生态系统中关于碳的准确计算还有待研究。
关于碳在湿地生态系统中的循环可以以下图为例：
图1天然湿地碳循环示意图
由图可知，湿地生态系统碳循环的基本模式是：大气中的CO2通过光合作用被植物吸收，形成有机物；植物死亡后的残体经腐殖化作用和泥炭化作用形成腐殖质和泥炭；土壤有机质经微生物矿化分解产生CO2，在厌氧环境下产生CH4释放到大气中。在经常性积水条件下，湿地是CO2的汇。假如能够通过控制湿地的条件，使大规模的湿地生态系统一直保持在“汇”的状态，那么这中情况下的湿地生态系统则能够很好的控制全球气候变化的趋势，通过对碳源的控制来延缓升温的趋势。
3.2湿地中的CH4和N2O
CH4和N2O也是造成温室效应的温室气体，CH4从湿地中的排放是发生在土壤中的一系列生物和物理过程的结果。在厌氧环境条件下，CH4通过甲烷产生菌的作用而产生；在氧化条件下，CH4通过甲烷营养菌的作用而被氧化和迁移。
大气中绝大多数N2O来源于生态系统N循环中的硝化和反硝化过程。高温、湿润、高碳氮含量的土壤是N2O产生的最佳环境。而湿地恰好满足N2O产生的理想条件，因此，湿地生态系统是N2O的重要“源”。
受植物生长状态、根层深度及植物传导气体的效率的影响。根际氧化作用仅发生在生长季，植物对气体的传导效率影响根际CH4的氧化作用和排放通量。水位下降时，由于氧化层增大，土壤中氧化作用增强，导致CH4排放量减少，同时水位降低，根际氧化作用减弱。在植物生长季，水位降低15cm，将导致土壤中CH4氧化作用增25％。
4总结
由以上的分析我们可以看出，全球气候的变化会导致湿地水文条件的改变，同时造成湿地生态系统生物多样性的减少，而水文条件的改变又可能诱发湿地中的温室气体CO2、CH4等的加速释放，失去了“汇”的作用，反而成为了温室气体的“源”，并且，由湿地中释放温室气体的潜力是其他任何生态系统都无法比拟的。
湿地生态系统和全球气候变化是一个相互联系的关系，两者都不是孤单地存在的，都会在一定程度上影响对方，我们要缓解全球气候变化，不仅要着眼与温室效应或其他气候原因，同样要考虑到全球的像湿地生态系统一样的各种生态系统对全球气候变化起到的正面或反面作用。同理，在湿地生态系统的研究和管理中，我们同样不能忽视湿地这一特殊生态系统对整个全球系统的影响和贡献。
参考文献：
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气候变化对植物的影响篇3
关键词：气候变化；烟叶生产；适应方法
中图分类号：S162文献标识码：A文章编号：1674-0432（2013）-08-57-2
0引言
生态环境的不平衡导致了气候的变暖，也致使全球范围内出现冰雹、干旱、暴雨暴雪、雷暴、大风等各种极端灾害天气。气候的恶劣变化不仅影响到农作物及植物的生长繁衍，而且还对农业生产在不同程度上造成了伤害，因此研究极端灾害性天气和地域范围内的气候变化对稳健发展农业生产具有十分重要的现实意义。以福建三明市宁化县的翠碧1号烟叶为例研究气候对农业生产的影响以及其适应办法。
1宁化气候与翠碧1号的概括
宁化县属福建三明市管辖，位于闽西武夷山东麓。自古以来就是稻茶等农作物的种植地。该地区地势由西向东递降，全境96%的面积由盆地和山丘构成，宁化县城的海拔在320m。本县的气候属中亚热带山地气候，年均气温适中，春季可长达4个月左右。因此，宁化成为闽最大的烤烟生产基地和全国烤烟生产基地之一。翠碧1号更是凭借绵长优雅的香气、优良的上等烟率和易烘烤等优点成为本市主推的特色品牌烟叶品种。
2气候变化对宁化翠碧一号的影响
2.1气温变化影响烟叶的生产选取宁化县统计2007～2012年近五年的历史气候统计分析，详见表1。
气温五年来总体变化有上升趋势，五年最高温度均值比2008年降低了0.3℃，五年最低温均值比2008年上升了0.2℃。温度每升高1℃就会令植物氮肥释放期会缩短近4天，植物吸收氮肥量就会加大。温度升高可能会导致宁化县氮肥肥效降低，加速氮肥分解并释放二氧化氮等。此外，空气中的二氧化碳随着气候变暖不断增多也会对烟叶的光合作用和呼吸作用产生干扰。气候变暖会影响影响烟叶植株正常生长发育，像翠碧1号这种对温度较敏感的农作物，当出现气温变化时就会提早或延迟其生长期，造成烟叶质量的底下。如，播种期温度低于5℃的话就不利于翠碧1号的出苗；成熟期的温度若高于35℃则会造成“高温逼熟”的现象，影响翠碧的烟叶质量。气候变暖会促进病虫害的滋生和暴发，间接的使农药施用量变大。一方面温度的增高有利于杂草的生长，这会加大其蔓延速度，减少作物间的空气流通，成为病害滋生的温床。另一方面，温度的普遍升高可能导致昆虫生殖过程发生变化，加速昆虫的繁殖速度和延长害虫地域性迁徙期。气候变暖可能会改变农作物和虫畜病原体的地理分布，将局限在某地的寄生病原组织蔓延到另一个地区。这就加大了大规模爆发病害和虫害的风险。一旦爆发病害虫害就要大面积的喷施农药进行防治，这无形中增加了农药的成本。以2008年和2011年1月、7月宁化翠碧1号烟叶的病虫害爆况进行对比。2008年与2011年最高温分别为37.5℃和36.8℃，最低温分别为-3.4℃和-3.7℃。2011年为寒冬，2008年为暖冬。全县烟叶虫害发生率分别为5%和6.8%。这说明暖冬造成寄生虫幼虫或卵不能被冻死，暖春为其孵化和成活创造了有利的条件。高温下根茎病、黑痉病、青枯病等烟叶病的发病率7.3%也高出2011年1.5个百分比。
2.2降水量的极度不平衡影响烟叶生产
气候的变化造成了翠碧1号在生长期需水的不均衡。干旱或水涝情况都是造成烟叶质量低下和减产的主要原因。不同生长期烟叶植株遭遇干旱就会出现不出苗、烧苗、叶面萎缩、枯萎和死株等不同情况。2012年3月和4月降雨较少出现旱情造成翠碧1号出苗率低、土壤肥料较难降解等问题，给种植户造成了一定的经济损害。而降雨过多造成涝情也对植株具有很大的杀伤力。如果在伸根期出现大暴雨就会影响根系的健康生长，降低烟叶的质量和产量。
2.3雹电风雪等极端恶劣气候降低烟叶产量
近几年本县的冰雹、雷电和风雪天气逐渐增多，这三种灾害天气具有较强的局域性和破坏性。从表1可以看出雷电天气呈现逐年增多趋势，这给生产带来了很大的威胁。雷暴天气会导致烟叶田间秧苗植株被击残或烧死，影响健康植株的烟叶质量和产出。风雪等天气的出现也使得烟叶需要抵抗除了病虫害以外的冻害和风害。冰雹虽然出现次数不多，但只要出现就会造成大面积的秧苗植株被砸伤。2012年4月的大冰雹直接导致宁化县烟草损失惨重，同时也加大了种植户劳动作业强度。
3地区农业对气候变化的适应
针对气候变化采取积极正确的态度和方法去适应它，就能减少气候变化带来的伤害，保证种植户的切实利益。以下介绍几点适应气候变化的途径：
3.1开发培育抗逆品性高的烟叶品种
基于以往气候变化的特点，准确评估未来气候变化的趋势，研制和培育具有抗旱涝、抗高温、抗寒以及抗病性高的抗逆烟叶品种。积极研究和提高稳产、增产的烟叶种植技术。既要重视病虫害的防治，又要对烟叶种植进行科学管理。要严格贯彻本县烟草部门的产烟规定。健全科学的烟草种植制度，遵循均衡施肥、规范移栽、精细管理等烟草种植技术。
3.2善于应用先进的科学技术发展烟草种植
适应气候的变化就要从本县的实际情况出发，用发展的眼光来看待。不能机械的仅仅着眼于短期的应对，更要立足长远持续地适应烟草种植。应保持与国际先进的技术和理念的密切关系，加强对植株性状、植物生长机理、生物技术及固氮、设施农业和精确农业等技术的开发研究。
3.3深入推进农业与气象部门的联动机制
尽管农业部门已经意识到气象预警的重要性，并采取了一定的措施。但是还没有将农业种植与气象预警紧密的结合在一起。需要建立起行之有效的联动机制。将气象部门的气象灾害预测与农户种植响应有机地结合在一起。利用现代化先进科技（如遥感技术、计算机通信技术和网络等）完善气象综合检测和预报。农业部门应根据气象部门提供的信息资源做好灾害气象应急服务系统建设，更新完善农业生产气象保障系统。本市县烟草部门应积极协调有关部门，充分利用现有水利资源实现烟叶旱区的灌溉，及时进行人工增雨降雨。加强冰雹雷电出现预测、移动规律的研究，科学规划烟叶种植区，尽可能减少雹灾电灾造成的伤害。宁化县属雷电冰雹多发区，自然灾害对本地翠碧1号优质烟叶生产基地影响较大，因此，应重视防电消雹的重要性。洪涝也是制约烟叶生产发展的重要因素，应及时做好对积水烟叶基地的清理工作。本县属于雨水多发区，应在暴雨过后及时进行清沟排水等补救工作。
4结论
恶劣的气候直接提高了烟叶种植生产发生灾害的几率。阻碍宁化烟草质量和产量的自然灾害主要有旱涝、冰雹和台风等。针对这种情况我们应当发挥主观能动性，提高对极端灾害天气的预测能力，加强应对气变的防御能力。同时做好面临极端气象的农业应对措施，重视节水灌溉、人为调增促雨降雨和冰雹消除等措施，深化合理种植的推广和科学防病虫害技术的普及。只有这样才能适应气候，持续稳定的发展农业种植，创造经济效益。
参考文献
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气候变化对植物的影响篇4
关键词：气候因素；农作物生长；解决措施
气候是影响农作物生长发育的重要因素之一，同时还会影响农作物的产量。由于农作物在生长发育基本都是处于自然条件下进行的，因此农作物的生长发育状况以及产量受环境、气候影响较大。本文将对没蒙古地区的农作物生长情况作进一步分析，并提出有效解决气候因素给农作物生长造成不良影响的方法，以保证当地种植业的发展。
1气候因素变化的具体情况
近几年，随着我国社会经济的不断发展以及人们生活质量的逐渐提高，使得空气中的二氧化碳含量在人类频繁的社会活动中急剧增加[1]。尤其是工业革命以后，人类对森林的破坏力度不断加大，对化工燃料的使用量不断增加，使得全球二氧化碳浓度逐年增加，同时受空气中二氧化碳含量的影响全球气候的温度正在逐渐升高。全球气候的变暖将对世界各地的温度场产生影响，同时还会影响到大气环流运行的规律，直接造成冰川融化、海平面上升，会严重威胁到陆地动植物、人类的生存发展。由于内蒙古地处欧亚大陆板块内部，属于温带大陆性气候，冬冷夏热，年温差较大且干燥少雨。随着全球气候变暖的加剧，使得内蒙古地区气温逐渐增加，给农作物的生长发育带来重大影响。此外，气候的变化还会对区域将于产生影响，出现降雨不均衡的现象。据国家相关评估报告指出，我国年降水量在近100年中逐渐减少，虽然近50年我国的年降水量成为弱增长趋势，但是部分区域间的降水变化却相对明显，使得旱涝等极端天气事件出现的频率逐渐增加，为我国社会经济的发展以及农业生产带来一定消极影响。
2气候变化对农作物生长的影响
2.1空气中二氧化碳含量的增加对农作物生长的影响
空气中二氧化碳含量可以提高农作物进行光合作用的速率及水分利用率，虽然在一定程度上提高小麦、大麦、豆类等C3作物的产量，但是对于小米、玉米、高粱等C4农作物助长效果却不明显，而内蒙古主要的农作物是玉米，属于C4作物，因此二氧化碳的增加对于内蒙古地区的农作物并没有明显的影响[2]。此外，二氧化碳对植物生长的助长作用会受到土壤养分、作物质量、作物生长状况等多方面因素变化的限制，使得二氧化碳的助长作用极有可能被这些变化因素抵消。
2.2降水对农作物的影响
当降水不足是，由于农作物对水分的需求无法得到满足，极容易出现干旱现象从而影响到农作物的正常生长；而当降水量超过一定范围时，则容易出现水涝灾害，不利于职务的生长甚至会减少农作物的产量。例如在开花期出现阴雨天气，会导致作物无法正常授粉造成的落花落果现象；过多的降水会为农作物带来病害同时还会对农田造成渍害现象，导致农作物被淹死等[3]。
2.3气候变化对农作物光合作用的影响
二氧化碳的是农作物进行光合作用的个重要媒介，空气中二氧化碳的含量对农作物进行光合作用的速率会产生重大影响。当空气中二氧化碳的含量逐渐增加时，农作物的光合作用随着二氧化碳浓度的增加而逐渐增强并有效提高光能利用率，而此时农作物气孔的阻力增加、呼吸速率降低、气孔导度减小以及蒸腾速率减小，极大降低了单位也面积的土壤水分耗损并有效提高了植物中水分的利用率，从而在一定程度上提高了植物的避旱能力。此外，气候与温度的升高还会间接影响到农作物的开花期[4]。
2.4气候变化对农作物土壤的影响
气候的变化不管是变暖还是变冷，都会在一定程度上对光照、水分、热量等气候要素的量值、时间格局造成一定程度的影响，且农作物会受到党方面多层次的影响。而光照、热量、条件等因素又是影响农作物生长的重要因素同时还会对土壤有机质、微生物活动及反之造成一定影响，从而影响到土壤肥力。此外，当温度升高或降水量减少时会对土壤中的有机碳含量造成影响，会直接导致土壤肥力下降进而导致土地资源的使用率受到影响；而当温度降低、或降水量增加时土壤的有机碳会逐渐增多，从而增强了土壤肥力，因此气候温度与降水量是影响土壤肥力的两大重要因素。
3应对气候变化影响的具体措施
由于气候系统本身是一个具有庞大性、复杂性特点的且气候变化因素具有不确定性使得气候对农作物生长的产生的影响也具有一定的不确定因素。然而事实证明，全球气候的变化会对农作物产生多方面、多层次的影响，因此相关部门应积极制定应对全球气候变暖的策略以及长远的预防措施，以保障当地农业生产正常进行、人们的经济水平不受损害。相关部门应积极采取有效措施应对气候的变化，在有效降低气候变化给农作物生长带来的消极影响并及时调整农耕制度，同时加强人们的环保意识并对土地进行合理的使用以及分配，改善当地生态环境为农作物的生长提供良好的环境。此外还可以发展设施农业，例如塑料大棚、温室、雨水集蓄技术的应用等。
4结束语
综上所述，气候因素是影响农作物生长的重要因素，气候环境的好坏可直接影响到农作物的产量以及当地种植业的发展。因此，相关部门应积极采取有效措施应对气候的变化，在有效降低气候变化给农作物生长带来的消极影响，同时还可以保障种植者的经济利益，以促进当地种植产业的不断发展。
【参考文献】
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气候变化对植物的影响篇5
关键词：树轮；稳定碳同位素；环境气候因子；研究进展
中图分类号：P461文献标识码：A文章编号：1006-3315（2014）04-146-002
全球气候变化已成为目前社会各界共同关注的焦点问题，是全球变化问题的核心之一。研究全球气候变化最直接、最准确的资料是器测资料。然而，使用仪器的气象记录资料非常有限，全球多数地区只有几十年的时间，少数地区达到100~200年的时间，难以获取长期气候变化的信息。近年来，各种地质记录，如冰芯、黄土、湖芯、珊瑚、石笋等，已被广泛地用于地质历史时期的气候与环境变化研究中。而作为地质记录之一的树木年轮与其他地质记录相比较，具有定年精确、连续性好、分辨率高、对环境变化敏感性强等优点，也在过去全球气候变化研究中被广泛应用，并已取得重要进展。
树轮稳定同位素分析是20世纪70年代中期以来逐渐发展与成熟起来的研究方法，正广泛的应用于植物生理生态环境及全球环境变化等领域，现已成为树轮气候学研究领域的重要手段之一。在树轮同位素的研究中，树轮碳同位素的研究进行的较早、进展较快，取得的成果最多。研究树轮稳定碳同位素对环境气候参数的响应，并将它们与其他代用指标进行综合分析，无疑有利于我们更为准确的认识气候历史，具有重要的生态和现实意义。
一、树轮稳定碳同位素的分馏原理与机理研究
由于环境气候参数是通过碳同位素分馏过程的影响将自身变化的信息记录在树轮的碳同位素组成上，使得对稳定碳同位素分馏的原理和机理进行研究显得十分必要。
植物是通过光合作用固定大气CO2来合成自身组成物质的，通过光合作用，大气CO2进入植物。有研究揭示,C3植物的碳同位素分馏过程主要发生在叶片内的两个过程[1]：第一，大气CO2经叶片气孔扩散进入叶绿体的过程。导致了4.4‰的扩散分馏。第二，在酶(核酮糖1,5二磷酸梭化酶(RuBPCase))催化作用下发生梭化反应而固定碳的过程。由梭化作用产生的净分馏约为27‰[2]。可见，光合作用的结果是植物中12C明显富集，从而使植物的13C值明显低于周围大气的δ13C值。
1982年，Farquhar[1]等从发生碳同位素分馏的两个主要过程建立C3植物的碳同位素分馏模式：
δ13CP=δ13Ca-a-(b-a)Ci/Ca（1）
式中,δ13Cp和δ13Ca分别为植物和大气CO2的稳定碳同位素组成；
a，b分别为CO2的扩散分馏系数(约为4.4‰)与梭化分馏系数(约为27‰)；Ci，Ca分别为叶片内部和外部的CO2浓度，且有
Ci=Ca-A/g。其中，A为植物对CO2的同化吸收速率或光合作用速率，g为叶片气孔导通率。
二、树轮稳定碳同位素对气候因子响应的研究进展
1.树轮稳定碳同位素对光照条件、温度的响应
光照条件通过影响叶片光合速率（A），调节气孔导通度（g）及酶的活性，改变叶子的向光性及叶绿素在叶中的分布等而影响植物稳定碳同位素组成[3]。Farquhar[4]等研究发现，植物在光强高于光补偿点而低于光饱和点时，g和A与光强呈正相关；当光强达到光饱和点时，g、A及Ci三者均达到极值，几乎不再随光强增加而变化。Francey[5]等研究认为，与不同高度光照强度的差异有关；Ramesh[6]等研究发现，云量与植物δ13C值负相关；Ponton[7]等在对橡树种子的控制实验中发现，当辐射从8%增至100%时，碳的积累增至3倍多；Naidu[8]等研究了光质对植物碳同位素的影响，在紫外辐射增强时，植物的δ13C值降低。我国东部亚热带地区，赵兴云[9]等研究了浙江天目山地区柳杉树轮δ13C序列，认为山区坡度与坡向对斜面上获得的太阳总辐射有重要影响。
近年的许多研究结果表明,树轮δ13C与温度的关系没有一致的结果,这也许是不同树种具有不同的最适温度的缘故，气候的地区性差异也可能是导致这一结果的原因。Schlese[10]等认为，树轮δ13C与温度之间并非简单的线性关系，而是呈“钟形效应”。即在植物生长的最适宜温度时，植物的碳同位素分馏最大，其δ13C值最低；若温度低于植物生长的最适温度，树轮δ13C值与温度呈负相关；若温度高于最适温度，树轮δ13C值与温度呈正相关；若温度在最适宜温度点附近振荡，那么响应关系复杂一些。
2.树轮稳定碳同位素对湿度的响应
湿度状况包括土壤湿度、空气湿度和降水量等，也是影响树轮δ13C值的重要因素。Hemming[11]等发现，橡树及松树的树轮δ13C值的高频变化与6~9月的平均湿度呈显著负相关。马利民[12]等对树木年轮中不同组分稳定碳同位素含量对降水的响应研究中指出，树轮α-纤维素中δ13C值序列和当年2~7月份的总降水量显著负相关。
3.树轮稳定碳同位素对其他环境气候参数的响应
Lipp[13]等和Balesdent[14]研究了矿质元素与植物δ13C值的关系，发现缺乏矿质元素可使光合速率降低，叶子细胞内外的Ci/Ca比值增加，植物的δ13C降低；反之，植物的δ13C值增加。Brugnoli[15]等和Robina[16]等研究认为盐度增加会引起气孔导度下降，导致细胞内CO2浓度降低，从而使植物的δ13C增大。Saure[17]等研究发现，空气污染可提高叶片气孔阻力，降低叶内CO2浓度，影响植物光合代谢，导致植物的δ13C值增加。
三、树轮稳定碳同位素研究发展前景
1.扩大研究区域
随着新技术的应用，新树种的发现以及树轮纤维素提取方法的不断优化，使树轮稳定碳同位素的研究向更高分辨率及气候非限制因子地区发展，已成为树轮研究的新趋势之一。
2.加强学科交叉联系
树轮稳定碳同位素研究的基础是植物生理学,环境气候参数对树木生长及树轮同位素组成的影响是复杂多变的;而且,区域性气候条件还受全球性气候变化的影响。这就需要加强植物生理学、气候学、生态学等学科之间的联系,以进一步完善同位素分馏机理,建立树轮同位素组成与气候关系模式研究的方法。
3.多种代用指标和方法联合研究
加强树轮δ13C与多个环境变量的综合研究，才有可能获取全球古环境变化的精确信息。树轮研究的国际网络正在形成。根据树轮档案重建全球气候变迁，就必须取得全球各地的局地档案，建立起全球性研究网络是必不可少的。树轮研究的国际组织、国际会议以及IGBP等全球研究计划的执行，有力地推动了全球研究网络的形成。另外，将控制3种同位素分馏的各种共同因素联系起来建立模型，应是树轮同位素气候学发展的潜力之一。
目前，已有数理统计法、多项式函数、样条函数、非线性响应函数、趋势面分析法、滤波法及功率谱分析等方法应用于树轮序列的数据分析，以提取其中更多的指标信息。随着学科间的交叉与渗透发展，将会有更多的其他学科方法应用于树轮δ13C的研究中，如人工神经网络，3S技术等。
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气候变化对植物的影响篇6
气候变暖作为全球变化的主要表现之一，已经成为一个不争的事实［1－3］。自工业化革命以来，人类活动包括化石燃料的燃烧和土地利用／覆盖度的变化，已使地球大气层中CO2的浓度上升了30％，造成地球表面的平均温度在20世纪升高了（0．60±0．2）℃，预计到21世纪末地球的平均温度还将继续上升1．4～5．8℃［4，5］。IPCC（IntergovernmentalPanelonClimateChange）第3次评估报告对北半球的树木年轮和沉积核等估算数据以及仪器观测的数据所得到的地球表面温度变化进行了总结，并结合各种气候模型模拟了过去的气温变化，以IS92a（温室气体排放方案）情景对未来100年全球平均温度进行了预测。尽管各种方法所估算的结果在量上存在一定的差别［6］，但温度上升的趋势是一致的。由于所有的物理、化学和生物学过程都对温度反应敏感，上述地质历史上前所未有的气候变化将对陆地植物和动物的生长和分布以及生态系统的结构和功能产生深远的影响，并通过生态系统和全球碳循环反馈于全球气候变化［7］。陆地碳循环作为全球碳循环中最重要的环节之一，涉及问题最多，也最复杂，陆地生态系统作为最可能的未知碳汇所在地已成为目前研究的热点区域［8］，它同时也是目前研究中存在最不确定性的生态系统之一［9－12］。草地作为陆地植被中重要的植被类型之一，在区域气候变化及全球碳循环中扮演着重要的角色［13，14］，日益受到碳循环研究者的重视，对其相关的研究也得到了较快的发展。草地生态系统覆盖地球表面土地面积的1／4～1／3［15］，其面积约为44．5×108hm2，碳贮量达761Pg，其中植被占10．6％，土壤占89．4％［16］，研究草地生态系统碳循环有助于增进对全球碳循环的理解，更加准确评估碳循环及其由此引起的气候变化具有十分重要的作用。1对草地生态系统净初级生产力（NPP）的影响草地生态系统净初级生产力是指单位时间、单位面积上草地植被光合产物与自养呼吸的差值，它是草地生态系统最主要的碳输入方式。气候变暖不仅可以直接影响光合作用来改变生态系统的NPP，还可以通过改变土壤氮素矿化速率，土壤水分含量，间接影响生态系统的NPP［17，18］，是反映群落固碳能力的重要指标。研究发现，气候变暖可以增加NPP。Morgan等［19］指出，在未来温度升高2．6℃的条件下，美国矮草草原的生产力将增加。周华坤等［20］采用国际冻土计划（ITEX）模拟增温效应的结果表明，在温度增加1℃以上的情况下，矮嵩草（Kobresiahumilis）草甸的地上生物量增加3．53％，其中禾草类增加12．30％，莎草类增加1．18％；也有研究表明，气候变暖使得西欧寒温草地生态系统的多年生禾本科非克隆类草叶面积指数增加，但增加的主要原因是由于增加了单株的分蘖数而不是增加了单位分蘖的叶面积［21］，从而增加草地生态系统NPP。但也有研究发现，气候变暖可以降低NPP，尽管光合作用在增温条件下可以固定更多的CO2，但是气候变暖可导致自养呼吸的增加，最终使得NPP降低［22］。Smith等［23］通过研究指出，随着温度上升2～3℃以及与之相伴的降水量的下降，在亚洲干旱和半干旱区域的草地生物量将下降40％～90％。模拟全球变暖带来的温度升高和降水变化对植被生产力和土壤水分的影响表明，温度升高造成环境适应差的野古草（Arundinehirta）生产力显著下降，致使整个群落的生产力降低；将相同的自然植被用渗漏测定计移入海拔50m的生产力显著低于移入高海拔460m实验点，而对铁杆蒿（Artemisiasacrorum）和黄背草（Themedajaponica）的影响较小［24］。肖向明等［25］运用CENTURY模型模拟的结果表明，除气候变暖水分限制条件促进高CO2水平情况外，未来气候变化导致羊草（Leymuschinensis）草原和大针茅（Stipagrandis）草原的NPP显著下降［26，27］。气候变化导致草原NPP下降的原因，据张国胜等［28］对高寒草甸牧草生长的研究认为，尽管气温有所升高，但牧草返青期气温回升速度在逐年减缓，牧草枯黄期气温降低速度逐年增大；虽然降水量总体有所增加，但是主要分布在冬季，对植被生长发育不利，主要优势牧草嵩草（Kobresia）生长高度下降，高质量牧草减少，生物量减少，进而影响了草地NPP。因此，草地生态系统的NPP对气候变化的响应不同，是受气候变暖条件下水分、CO2浓度、温度等关键因子及各关键因子交互作用的影响，同时不同草地类型的NPP的响应也是不同的。但总体来看，低纬度地区生态系统NPP一般表现为降低，而中高纬度地区通常表现为升高或不变。2对土壤呼吸的影响土壤呼吸是指未经扰动的土壤中产生CO2的所有代谢过程，包括土壤微生物呼吸、土壤无脊椎动物呼吸和植物根系呼吸3个生物学过程以及土壤中含碳物质的化学氧化过程［29，30］。其中，普遍认为森林和草原土壤无脊椎动物呼吸的作用不是十分明显。因此，在森林以及草地生态系统中，土壤微生物呼吸以及植物根系呼吸成为土壤呼吸研究中的重要组成部分，其中根系呼吸的贡献率随生态系统的不同差异很大［31］（表1），尤其是一直作为研究难点的植物根系呼吸与土壤微生物呼吸的区分问题近年来逐渐受到关注［32］。土壤呼吸之所以与气候变化有关系，是因为土壤呼吸所释放的CO2是温室气体之一，大气中CO2的不断升高加剧了温室效应，可能导致全球变暖。全球变暖会大大刺激呼吸作用，导致更多的CO2释放到大气捕捉热量。因此，在气候系统与全球碳循环之间形成了一个正反馈环，使二者被加强［33］。气候变化几乎影响到植物土壤呼吸过程的各个方面，在生物化学和生理方面，呼吸系统包括许多酶以驱动糖酵解、三羧酸循环和电子传递链［34－37］。在高温范围内，腺苷酸（包括腺苷－磷酸，AMP；腺苷二磷酸，ADP；腺苷三磷酸，ATP）和底物供应对调控呼吸作用通量具有重要作用［38］。#p#分页标题#e#气候变化对根呼吸的影响主要是温度高低决定的。当温度较低，呼吸速率主要受生化反应限制时，根呼吸也是随着温度升高呈指数增加［39，40］。温度较高时，那些主要依赖扩散运输代谢和代谢产物成限制因子，超过35℃，原生质体开始降解。低温时如果氧气含量较低，扩散运输物理过程限制呼吸［41］。温度变化也影响根的生长，间接地影响根呼吸，一年生草本［42］和多年生草本［43－46］在温度较高时生长较快。控制试验［47］也证明了根的伸长生长具有一个最适温度，超过最适温度后开始下降，而且最适温度在不同类群中差异很大，部分原因是由于植物适应了不同温度。由于温度变化导致根的生长间接地影响根呼吸与植物发育阶段。例如：来自坦桑尼亚的塞伦盖蒂（Serengeti）草原11个研究地点的平均值表明，各月的根生物量在6月最高，2月最低；大豆（Glycinemax）和高粱（Sorghumbicolor）根呼吸释放CO2从营养阶段到开花阶段显著增加，然后下降［48］。苋属植物（Amaran－thus）的根呼吸则在营养生殖阶段最高，之后随着发育阶段的延长而降低，枝条和根活动的物候变化对土壤呼吸的季节性有重要作用［49］。另外，在沿海拔梯度和土壤加温的研究中发现草地自然群落中根呼吸主要与光合有效辐射（PAR）相关，而不是与土壤温度相关［50，51］。因此，气候变暖在短时间内尽管可以刺激根系自养呼吸，从而使土壤呼吸产生大量的CO2，但增温并不能长期使土壤呼吸持续增加，即随增温时间的延长，土壤呼吸（根呼吸）对温度变化表现出一定的适应（acclimation）和驯化（adaptation）现象，从而降低和缓解草地生态系统对全球变暖的正反馈效应［52，53］。根系自养呼吸和微生物异氧呼吸是草地土壤释放CO2的主体。土壤温度、湿度、微生态环境的变化都会影响到土壤微生物量、微生物活性和微生物群落结构。气候变暖导致土壤温度升高，进一步刺激土壤微生物，从而通过控制土壤有机质分解速率和养分有效性最终影响陆地生态系统的碳平衡［54］。因此，研究草地土壤微生物对气候变暖的响应对预测草地生态系统碳贮量有至关重要的作用［55］。目前，有关气候变暖对土壤微生物量的影响还没有统一的结论，主要存在以下不同观点：其一是减少，例如Rinnan等［56］通过对亚北极地区苔原生态系统增温进行研究，发现增温15年后，增温点的微生物量明显低于对照点，即温度升高降低了土壤微生物量；其二是不变，例如张乃莉等［57］认为变温对土壤微生物量没有影响，更多的研究也得出了类似的结论［58，59］；关于温度升高增加土壤微生物量的报道很少［60，61］。由于手段和技术的原因，这部分研究还存在很大的不确定性，很难完全解释气候变暖对土壤微生物活动产生的影响，需要对此进行更深入和全面的研究。土壤呼吸随温度的变化习惯上用Q10表示，在生理生态学中指5～20℃，温度每增加10℃呼吸增加的倍数。定义如下：Q10＝RT0＋10／RT0（其中，RT0和RT0＋10分别是参比温度T0和温度T0＋10℃时的呼吸速率）。当温度和土壤呼吸之间的关系用一个指数函数拟合时，Q10就可以通过方程Q10＝e10b中的系数b估计出来。Q10的微小变化可能引起对土壤呼吸评价的很大变化，从而导致对未来土壤碳损失量预测的重大误差。因此，充分理解温度及其他因素对土壤呼吸敏感性的影响是预测未来气候变化下土壤碳平衡的关键。但是正如前面所述，土壤呼吸各分室对温度的敏感性不同，且土壤呼吸温度敏感性存在着相当大的时空变化，这可能与温度以外的土壤理化性质等因素的空间分异有关。一般对于不同生态系统和不同尺度土壤呼吸的Q10不尽相同，根据将近15年所整理的数据，全球Q10的中间值为2．4，变化范围是1．3～3．3［62］，高纬度地区大于低纬度地区，温带草原Q10为2．0～3．0。3对凋落物的影响草地生态系统凋落物是指草地生态系统内，由植物、动物和土壤微生物组分的残体构成，也称残落物，其中微生物是生态系统的重要组成部分，在草原生态系统的物质循环和能量转化中占有重要地位［63］。残落物是为分解者（微生物）提供物质和能量来源的有机物质的总称，包括地上部分的枯枝落叶以及地下根系的凋落物，通常以月或年来表示单位时间内植被的凋落物量，即单位面积、单位时间地面上形成的凋落物量。凋落物包括枯立木、倒朽木、枯草、地表凋落物和地下枯死生物量等，是草地生态系统碳库的重要组成部分，在维系生态系统结构和功能中具有不可替代的作用，是维系植物体地上碳库与土壤碳库形成循环的主要通道之一。凋落物分解过程研究因其在生物地球化学循环中的重要地位而具有悠久的历史［64］，20世纪80年代后期，国际学术界即开始关注气候变暖、大气CO2浓度倍增对凋落物分解速率的可能影响［65］。气候变暖对凋落物分解的影响，一方面体现在影响凋落物的生产量和质量［66］。一般认为，气候变化对于凋落物在碳素和营养循环中起着重要作用［67］。气候变暖通过延长植物生长季和改变植物物候条件间接影响着凋落物的量。而纬度和海拔差异对凋落物的影响也十分明显，一般随纬度增高凋落物的产量下降。Heaney和Proctor［68］在哥斯达黎加2500m的垂直海拔带上，发现海拔升高，凋落物分解速率下降2．7倍。主要原因可能是温度升高导致草地植被地上生物量的减少［69，70］，从而影响了凋落物的量；凋落物的质量是影响凋落物分解的内在因素，通常是以凋落物含养分量的高低来衡量，并以各种含碳化合物与养分含量的比值来表示，也可以养分含量直接表示。在气候变暖对凋落物质量的影响方面，单独的气温上升会增加凋落物的产量，但对凋落物的质量是否会有明显的影响还未见报道［71］。如果考虑导致温室效应的大气CO2浓度的上升，则会有凋落物C／N增加的效应，C／N的增加使分解速率下降［67］。不同植物产生的凋落物数量和化学成分也有很大差异。凋落物中木质素／氮能够比氮素浓度更好地预测分解速率［72］，同时凋落物本身的一些生物学特性对凋落物分解也有很大的影响，如凋落物的分解与其初始碳、氮和磷浓度有紧密的关系，孙晓燕等［73］研究结果进一步表明，参与分解的凋落物种类即功能群多样性的增加可能使得混合效应产生的可能性增加，但凋落物的生物学特性是产生混合效应的主要决定因素。#p#分页标题#e#另一方面气候变暖也影响凋落物的分解速率。例如王其兵等［74］评价气候变化对草甸草原、羊草草原和大针茅草原混合凋落物分解过程的可能影响时发现：较之当前气候，在气温升高2．7℃，降水基本保持不变的气候变化情景下，这3种草原类型凋落物的分解速率分别提高了15．38％，35．83％和6．68％；而在温度升高2．2℃或更高，降水减少20％或更高的气候变化情景下，各种凋落物的分解速率将降低。Noah和Craine［75］利用Q10研究了温度升高对凋落物分解的影响，表明不同枯落物分解对温度的敏感性不同。这对于探讨当前全球气候变化条件下系统内物质循环具有科学的指导作用。总之，气候变暖主要影响凋落物产生的量和质量以及分解速率，但是气候变暖不仅仅是温度的升高，伴随着还有一些其他环境因子的变化，例如大气CO2浓度的上升、土地利用和覆盖物的变化以及土壤水分和养分供应变化对凋落物的影响，草地生态系统物种组成以及物种之间的相互作用等，是由于温度升高这个单一还是多因素相互作用共同导致的结果对凋落物产生的量和质量以及分解速率造成影响，还需要进一步的研究和试验验证。4对土壤碳库的影响在草地生态系统中，土壤的碳贮量约占草地总碳贮量的89．4％［76］。因此，土壤碳库的微小变动都会对大气CO2浓度产生重要影响，而且土壤有机碳含量关系着在全球气候变化和生物多样性发育上的服务功能［77，78］。因此，草地土壤碳库碳贮量及其变化和调控机制的研究是草地碳循环研究的核心［79］。土壤碳库包括土壤中的有机碳和无机碳。由于无机碳以碳酸盐的形式存在，活性很低，对环境因子的反应不敏感，所以研究主要侧重于土壤有机碳库。土壤是大气CO2的主要来源之一，每年释放68～75Pg碳到大气中［76］，土壤碳储量约是大气碳库的2倍，是植被碳库的3倍［80］。土壤CO2排放量与温度之间的正反馈关系受到了广泛关注，气候变暖加剧了土壤碳的排放。由于影响这种反馈关系的因素非常复杂，因此，在土壤碳循环研究中还存在很大的争议。目前主要有2种观点：其一，认为土壤温度上升将极大提高土壤碳的释放，气候变暖后土壤是一个相当大的碳源［22，81，82］；而另一种观点认为，土壤有机碳的分解对气候变暖具有适应性，随着温度持续上升，土壤呼吸对温度的敏感性下降［82］，即土壤碳循环对气候变暖的反馈是有限的。在草地生态系统中，土壤有机碳的来源主要是植物残根，凋落物层的分解也向土壤输入一部分有机碳。草原中土壤碳主要以有机质的形式存在，而且主要集中于0～20cm的表层土壤中［83］。一般来说，气候因子主要是通过影响植被以及凋落物的分解速率改变进入土壤的有机质数量。王淑平等［84］对中国东北样带（NECT）土壤碳、氮、磷的梯度分布及其与气候因子关系的研究发现，土壤有机碳含量和降水量之间呈显著正相关，温度对土壤有机碳的影响很复杂，土壤有机碳含量和年均温相对海拔的偏相关系数呈显著负相关，即适宜的温度有利于土壤有机碳的积累，否则对有机碳的积累具有负效应。此外，不同生态系统土壤有机碳含量对气候变化反应不一，例如：陶贞等［85］对高寒草甸土壤有机碳研究发现，随着全球气候变暖，大气CO2的施肥效应将促使高寒草甸生态系统地上部分固碳量增加，有利于土壤上部根和有机质的积累。但是研究发现［86］，北极苔原生态系统因施肥效应导致土壤根部有机质分解大于地上植物产量，造成苔原生态系统土壤有机碳损失。气候因子对草地生态系统土壤碳库的影响不是单方面的，它通过碳输入和输出影响着草地土壤碳库的大小，是一个复杂的过程。主要是气候因子决定了植被种类的分布、光合产物生成量和土壤微生物的活动强度，因此对土壤有机碳的固定和矿化分解过程有极大的影响。从整体上讲，气候变暖对草地生态系统土壤碳库的影响有2个方面［6］，一方面温度升高改变了植物生长速度，提高了草地植被的净第一性生产力和固碳能力，植被向土壤输入更多的碳，从而有利于土壤碳库的增加；另一方面，温度升高，土壤微生物及酶的活性受到影响，改变了土壤原有的理化性质，加速土壤矿化速率，导致土壤有机碳分解，土壤呼吸加剧等，使土壤碳库储量减少。5问题与展望全球变暖对草地生态系统的影响是一个复杂和长期的生态过程。目前，尽管关于气候变暖对草地生态系统土壤碳循环的影响及反馈机制取得了大量研究成果，但是气温变暖不仅仅是温度的升高，伴随着例如大气CO2浓度的上升、土地利用和覆盖物的变化以及土壤水分和养分供应变化等其他环境因子的变化对草地生态系统碳输出和输入的影响，而且就草地生态系统而言，其分布地域比较广，草地类型种类多，该领域仍然还有一些问题和不足，在未来尚需加强研究。1）加强全球背景下草地生态系统土壤冬季呼吸研究。目前草地土壤呼吸的研究多集中在生长季，有关土壤呼吸冬季特征的报道很少。对年土壤呼吸量的估算大多基于冬季土壤呼吸为0的假设［87］。另外，研究发现冬季积雪能够防止土壤冻结，维持微生物活力，显著影响生态系统的碳平衡［88］，而气温变暖，尤其是冬季增温和积雪覆盖的减少对于土壤呼吸的影响，对深刻认识生态系统碳循环和碳平衡，以及预测全球变暖对陆地生态系统碳汇／碳源有重要意义。未来研究应加强草地生态系统冬季土壤呼吸的测定以及模拟增温条件下土壤呼吸的变化研究。2）加强气候变暖与其他气候因子协同作用的研究。当前研究大多集中在单因子或少数因子之间的相互作用对草地生态系统碳循环的影响，因此，在研究过程中通过建立模型来分析气候变暖与其他气候因子的联合效应将是以后研究的重点和难点。3）加强气候变暖对草地根际微生态系统影响的研究。根呼吸与微生物呼吸的区分是土壤呼吸研究的一个重点和难点。气候变暖通过根系生产力、根呼吸、根系分泌物及死亡的根组织，影响着各组分碳通量变化及其对草地生态系统地下碳分配的贡献，并且对气候变暖有明显敏感性。然而，由于根际微生态系统的复杂性和缺乏有效的手段和方法，诸如根的分泌物以及死亡的根组织碳的分解本应属于微生物的异养呼吸，但目前的研究均被归类为根呼吸的组成部分［89］，成为草地生态系统对全球变化响应的不确定因素，因此还需进一步研究。#p#分页标题#e#4）加强气候变暖下以草地农业生态系统耦合理论为核心的现代畜牧业的研究。自工业化革命以来，人类活动已使地球大气层中CO2的浓度上升，造成地球表面的平均温度升高，但是人类经济发展是不可逆的，人类活动必然进一步影响草地生态系统生态安全和健康。既有利于生态系统碳的固定，又有利于区域经济发展的放牧强度或者利用方式等问题，以及气候变暖下草地畜牧业生态系统内部各生产层之间以及不同类型的系统之间在时间及空间上全方位的耦合，将是未来科学家关注的焦点。