说得具体一点,如果全球平均气温升高3度,地球上现有动、植物的生存、繁育,物种间的互为依存、制约的平衡关系将会被打破;某些动植物会消失,整体的自然环境将发生改变,这些改变无疑将影响到人类的生存发展。不久前由上海市对外文化交流协会、上海市科学学研究会和美国全球科思基金会联合召开的“中美专家应对全球变暖研讨会”上,中美学者交流的内容再次向人们发出警示:由人类活动导致的全球变暖正在对全球自然生态环境造成颠覆性的破坏,现在是正视这一问题的严重性并断然采取应对措施的时候了。
全球变暖对动植物的影响及验证
全球变暖对动植物会有怎样的影响?生态环境会因此发生改变,动植物生态分布会发生变化,有的动植物种类会灭绝,或爆发蝗灾或者昆虫灾害,整体意义上的生物多样性将会丧失,动植物会不断地往高处迁徙。其结果是生物带发生断裂,整体的自然环境变迁会导致某些动植物的消亡。
詹姆士·斯巴特(费城Drexel大学环境科学系教授):
我今天的主题是“全球变暖对植物、动物和人类社会的影响”。我将从全球变暖和山脉及山脉地形的生态关系谈起,因为在山脉、丛林和热带雨林中,生物的多样性是最强的。
我们都知道清洁空气来自于森林,包括许多物种本身也来自于森林。如生活在哥斯达黎加热带雨林中的一种巨嘴鸟,但全球变暖以及人类的行为正在使这些雨林濒临毁灭,巨嘴鸟只能朝海拔越来越高的地方迁徙;而原先生活在高海拔地区的其他鸟类因此受到巨嘴鸟的威胁,几乎已经濒临绝种了。
受全球变暖的影响,全世界的植被情况正在发生变化。作为生物学家,我想以个人所见所闻向大家说明一下过去几十年来所发生的变化。1966年我还是学生时,那时空气中的二氧化碳含量是320PPM。到了1970年代读完大学时,二氧化碳的含量已经上升到325PPM了。在读博士后期间,我的导师就提出:如果二氧化碳含量持续上升的话,会对气候产生严重的影响。但当是我们并不知道这个上升趋势究竟会不会造成问题。因为那时只有10年的数据,如果大气中二氧化碳含量再上升肯定会有问题。
到了90年代,我开始研究海龟(一种大型的棱皮龟)的新陈代谢变化:先称它的重量,然后用专门的仪器测量它呼出的二氧化碳和氧气的比例。几十年后,我们觉得导师当时说的话很对,随着二氧化碳含量在不断地上升,可以肯定气候正在变暖。我记得60年代测的二氧化碳均值大概是325PPM,到了今天,二氧化碳在空气中的含量已经上升到了370PPM。因而大家可以看到,在最近的几十年间,二氧化碳含量几乎是呈指数式的上升。
如果二氧化碳上升的趋势继续下去,随之而来的平均温度比起50年代至少要上升3度。记得当时和我弟弟谈起这个话题时,他说全球平均气温上升3度,那又怎么样?比如全球平均气温是20度,上升到23度似乎问题也不大。我弟弟是一个律师,他的话在很大程度上代表了公众的看法;而他提出的问题关键是地球的平均气温是多少?回答是目前整个地球的平均气温大约是15度。也就是说平均气温会上升20%?这么一算确实有问题。
而现实的问题是,全球变暖会造成动植物种类灭绝,整体的生物多样性将会丧失,这些我们都已经预测到了。随着天气变暖,动植物会不断地往山峰高处迁涉。
以蝾螈的情况为例,随着温度的上升,蝾螈被迫要往凉爽的山顶上爬,而原来生活在山顶上的动物就没地方可以去了。因而它们会受到遗传的压力,其结果导致了生物带的断裂。即整体的自然环境变迁会导致某些动植物的消亡。
通过新陈代谢的研究,我们首次验证了全球变暖对动植物的影响:一些山峰之间的峡谷(也是动植物迁移的走廊)将会变的更加干燥、更加炎热,越来越多的动物会灭绝。从北美的森林分布图上我们可以看到,橡树会逐渐往北走,原来的朴树则会走的更远;而到了2050年,枫树也会跑到北面去了(左上图)。在加拿大北部的一个地区,原本生长的很多绿叶树已经消失了。为什么这些绿色植物会消失呢?原因是随着天气的变暖,被从南面爬过来的瓢虫和杉树虫吃掉了。
随着动植物的大规模迁移,原有的生态环境会受到严重破坏。在北美洲如此,那么我们就会提出同样的问题,中国的动植物是不是也受到同样的威胁?我们几乎可以猜测中国的问题也会同样严重。我们去了成都动物研究所,动物所的科学家告诉我们,大熊猫随着全球的变暖,它们的生存空间会受到进一步的压缩,这也是我们两国的科学家以及世界上各国科学家共同要应对的挑战。
长三角地区改善水环境的努力
在中国,特别是长江三角洲地区,随着污染加剧、过度捕捞和大型工程的建设,长江口区的生态环境不断恶化,水生生态系统的结构和功能已呈现出全面退化状态。为此,我们先后进行了4次大规模的长江口生态修复工程,构建了面积约达74平方公里的河口牡蛎礁生态系统。近年来的监测结果显示,生态修复工程极大地增加了长江口导堤及附近水域底栖动物的生物量。
陈亚瞿(农业部中国水产科学研究院东海水产研究所研究员):
长江口是中国最大的河口,近几十年来,长江口区的水生生物量和生物多样性呈下降趋势,重要经济鱼类如刀鲚、凤鲚和银鱼的产量急剧下降或消失,名贵鱼类如鲥鱼和松江鲈已多年不见踪影,水生生物的栖息生境遭受破坏,濒危水生生物的数量也大大下降了,白暨豚等珍稀动物已基本消失。
然而,可能由于全球气候变暖等因素,我们最近在上海附近发现了多种鱼类新记录,这些物种原先都是生活在东海外海暖水水域和南中国海一带。近年来在长江口区及邻近水域的相继出现,就像刚才美国同行所说的由于全球气候变暖,动物其分布开始由南向北迁移的趋势。
在中国,污染也是一个重要问题,这给生物多样性造成了影响。特别在长江口区,营养盐和重金属污染比较严重,导致赤潮频发。为了遏止这样的势头,我们正在积极开展长江口区富营养化对策研究和重建水生生态系统。
尤其近几年来,我们开展了一系列长江口水生生态系统的修复项目,以提升生物多样性、改善水质和重建水生生物的栖息生境。2000年我们在长江口放流了3080尾中华鲟幼鱼,同时于2002年在长江口深水航道导堤上开展了经济贝类(主要是巨牡蛎等贝类)的增殖放流,2004年又进行了底栖生物群落式放流。
根据近几年的跟踪监测显示,这些附着于长江口深水航道导堤底层礁石上的贝类繁殖速度极快,已形成了一个“人工牡蛎礁”(牡蛎礁上仅巨牡蛎的总产量就达到100多万吨),可为许多经济鱼类和珍稀濒危水生动物提供优质的饵料基础。此外,这些贝类等底栖生物还能过滤藻类、吸附重金属和油类等污染物,具有净化水质的功能,对保护环境有重要作用。2004年12月20日针对长江口蟹苗资源日趋衰竭的状况,我们在长江口区放流了3万只中华绒螯蟹成蟹,以补充长江口区的天然蟹苗资源。从2005~2006年长江口区蟹苗的旺发,表明我们的放流工作已取得了明显的成效。
综上所述,以上几项生态修复工程项目已取得以下几个方面的成果:一是通过增殖放流,补充中华鲟和中华绒螯蟹的种群数量,有利于其自然种群的恢复;二是构建了“人工牡蛎礁”生态系统,创建了鱼虾贝藻聚集共存的新的栖息生境;三是利用“人工牡蛎礁”净化水质,大量吸附水体中的养分和重金属,包括氮、磷、铜、锌和镉等,首次建立了河口“生物型污水处理厂”;四是“人工牡蛎礁”的建立为许多经济鱼类和珍稀濒危水生生物提供了良好的育幼、栖息和摄食场所,对长江口水生生物的修复具有重要的生态、社会和经济价值。经评估,该生态系统每年提供了800多万元的生态服务价值,相当于一个日处理能力约为2万吨的大型污水处理厂。
全球变暖对海洋动物的影响——以棱皮龟为例
如果把全球变暖趋势和棱皮龟洄游途径对照的话,就会发现它们倾向于往比较寒冷的地区游,因为在海水相对凉爽的区域可以吃到更多的食物。反之,如果海水的温度上升,棱皮龟就需更多的时间才可以吃到食物,需要更长的时间回来产卵。
弗兰克·帕拉蒂诺(印地安纳州普渡大学生物学教授):
我讲的是“全球变暖下的海洋生态环境变化对于濒危动物的影响”。我们知道海水的平均温度已经上升了2～3度,我在哥斯达黎加、太平洋北部研究棱皮龟已整整25年了,期间发现了这样一个结果:25年来棱皮龟产卵的数量下降了55%。
对于海龟构成威胁的,一方面是当地人的偷蛋行为,另一方面是海洋中星罗密布的延绳钓钩(数量有14亿枚之多)。这种钓钩导致了很多海洋生物数量的减少,包括很多海鸟也会受到这种渔具的损伤。
同时我们也研究了全球气候变化对棱皮龟繁殖的影响,包括小海龟孵化的成功率,以及当月降雨量和气候变化对孵化产生的影响。需要解释的是,棱皮龟的蛋是埋在沙子下的,60天后那些小海龟会破壳而出,回到海里去。
我们把海洋变暖指数和海龟孵化成功率在这两个指标进行了比较,并在3个不同的孵化季节研究了海水温度对于孵化成功率的影响。我们的回归计算表明,随着温度的上升,孵化率就不断下降,每一年(3年)都是这样的结果,最后没有孵化成功的蛋其数量不断在上升。棱皮龟(下图)的孵化期从9月一直到次年的2月。因为是南半球,9月份很凉爽,2月份反倒热。所以越到后面天气越热,海龟的死亡率很高。
棱皮龟每4～5年产卵一次,我们注意到,如果这些雌海龟较早地回来产卵,那么在凉爽的天气下其排的卵就越多,孵化的成功率也就越高。但在捕鱼的季节会给棱皮龟产卵带来很大的影响。通过与斯坦福大学的项目合作,我们用卫星技术监测了海洋生物的洄游,包括金枪鱼、金剑鸟,当然也包括棱皮龟。当我们用不同的定位装置监测海龟在海洋中的游弋路线时发现,棱皮龟是沿着海峡地形在洄游(相当于陆地上的山川)。在连续4年的观察中,棱皮龟一直沿着这样的一条走廊在洄游,其宽度是200公里。
随着全球变暖,我们发现海洋中的洋流也会发生变化,并影响到棱皮龟的洄游路线。我们在2004年～2005年的观察中,发现棱皮龟洄游路线已经不再遵循原来的走廊了,大量的棱皮龟在走廊外洄游。包括在墨西哥湾、加州海湾洄游的这些海龟,都是从加州游到墨西哥,再游到哥斯达黎加。原来我们以为这些棱皮龟都是从亚洲直接游到哥斯达黎加的,现在通过新的技术发现,它们游得很远,甚至游到了巴布亚新几内亚,并在那里产卵。
如果把全球变暖的趋势和棱皮龟洄游的途径对照的话,就会发现它们也是倾向于往比较凉爽的地区游。因为在海水相对凉爽的区域,可以吃到更多的食物。也就是说,随着海水表面温度的下降,棱皮龟能够吃到更多的水母和其他食物,然后更快地回来产卵。反之,如果海水温度上升,棱皮龟就需要花更多的时间吃到食物,需要更长的时间回来产卵。
全球变暖对淡水系统的生态影响
我们都知道全球变暖是一个不可回避的现象,除了长期措施以外,我们还应该采取短期措施来应对这些灾难性的问题。就短期而言,我们应该采取一些措施来抢救淡水的水系系统。因为在全球气候变化中,淡水水系受到的威胁最严重,也是一个最被忽视的系统。
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凯瑟琳·普林格(乔治亚大学生态研究所教授):
我在这里向大家介绍一下“全球变暖对淡水系统的生态影响”。
随着全球气候的变化,我们认为天气系统会发生以下的变化:首先洪水和干旱极端天气的频率会增多,淡水体的温度和海平面会上升,台风或者飓风灾难性天气的发生频率会更多,同时还会出现海水倒灌淡水水体的现象发生。我们都知道,全球变暖是不可回避的一个现象,除了长期措施(环保政策、减排政策)以外,我们还应该采取短期措施来应对这些灾难性的问题。具体到淡水水系的保护上,我们应该采取一些具体措施来抢救淡水的水系系统,因为在全球气候变化中,淡水水系受到的威胁最严重,也是一个最被忽视的系统。
过去30年以来飓风的发生频率越来越高(也是人类工业化活动最为严重的30年),“卡特里娜”飓风给美国人当头一棍,使他们认识到灾害性天气的频频加剧。到底怎样应对以后不断袭来的飓风,暂时还没有最佳的应对方案,但有一点可以肯定,我们应该保护好大海边的滩涂环境和红树林,让它们在飓风袭来时作为一个缓冲带。我们在美国的蒙大拿州看到了冰川在融化,原来的山体、岩石在不断地裸露。
全球的未来可以说是波折难测,但是我们怎样应对这种不可预测的局面呢?现在可能没有人能回答它。我可以提出很多人类具体行为对自然界的影响,因为这些行为是一个不断积累、不断升级的过程。就像雪崩一样,很难具体推算出会在什么时候发生。而我们现在想做的努力,就是在这样的情况下如何保护好现存的淡水资源。
以美国加利福尼亚州一山区为例,这一区域的动植物都离不开淡水,全球变暖已经对这一区域的生态环境造成了严重危害。在不久的将来,我们可以看到这样的一个场景——这一区域的淡水资源要靠外部的水源供给,最终将变为死区(没有生命的地区)。而且这样的死区在全球其他地区会越来越多。因为随着全球气候变暖的加剧,淡水的供给会越来越缺乏,动植物因此会受到生存的威胁。
究竟是什么原因形成了一些死区,目前科学上还不能给出一个圆满的解释。过去认为死区是富营养化造成的,现在我们发现,在生命繁衍(内部)和硅酸盐(外部)的输入方面有一些不平衡,可能是上游建立大坝阻碍了对下游硅酸盐的输入造成的。
而全球变暖究竟怎样影响极地生命,这也是一个很大的问题。比如说现在的北极,其冰面在逐渐减少。长此以往下去,北极熊就没有地方可去了,北极熊的数量就会越来越少。
就北极熊而言(右上图),它原本可以生存很长时间,在自然界也没有天敌,为什么现在被联合国认为是一种濒危动物?原因是它受到了双重威胁:一个是栖息地越来越少(冰块在不断地融化);二是受到了自然界有毒物质的影响(海水毒化的影响)。这双重影响对北极熊究竟会造成什么样的后果,我们现在还弄不清楚。
同常人们会认为非洲一些地区的POP的物质是最高的,但是世界卫生组织在调查后发现,情况并不是这样,反而是北极熊在北极融化过程中受到DDT农药影响最厉害。因为有一个聚积和不断升级的效应,再加上洋流的变化。比如说海豹是吃鱼的,受海水毒素的影响,鱼体内的毒素浓度要比海水高几百万倍,因此海豹体内聚积的毒素要高出几百亿倍;而北极熊又是吃海豹的,因而北极熊体内积累的毒素浓度又可以上升到几万亿倍。现在《科学》和《自然》都已载文证实,北极熊吃了太多的有毒农药,其生殖系统和免疫系统都受到了严重的损害。
我带的一个博士后发现,受全球变暖的影响,一些湖泊的对流会变得更强烈——对流把湖底部的微生物“提”到湖面上——湖泊的生态系统因此受到了严重的破坏。而致病菌和致病源随着气候变暖也越来越猖獗,2001年发表的一篇论文就提示,随着气候的变暖,蝌蚪会受到越来越多的病菌侵害。包括一些在南美洲的蟾蜍,其排的卵受到了真菌的侵袭。
我在巴拿马、哥斯达黎加做的研究就发现了这样一个结果,由于全球变暖,真菌的致病率提高了,如原来生活在巴拿马中部的两种青蛙,就是因为真菌的侵害最终灭绝了。我的研究目标是:当青蛙消失后整个溪流会有什么样的连锁反应。原先蝌蚪是吃水中的那些藻类,现在蝌蚪没有了,这些藻类就爆发了,最终水体就受到污染。另外,有一些蛇是吃青蛙的,现在青蛙没有了,蛇的数量也就大大减少。在真菌的爆发中,全球变暖究竟起到什么样的作用,目前还没有最后的定论。
面对全球变暖的现状,我们现在需要做一些什么?首当其冲,政府立法是必不可少的。在美国,有很多非常关心环境的非政府组织会推动这些事情,一方面他们会呼吁政府采取措施去保护环境,另外一方面他们会联络公众和科学家做一些具体的事情。尽管他们有时比较激进,但提出了很多合理的意见,所以美国出台很多的环保政策都是这些组织不断推动的结果。环保人士现在认为,关键是重建一个健康的环境系统,这样能大大缓解全球变暖带来的破坏。