全球变暖对北极生态系统的改变,生态学论文.docx
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1、全球变暖对北极生态系统的改变,生态学论文摘 要: 由于全球变暖, 北极地区的陆地生态系统以及海洋生态系统都遭到了一定程度的影响。本文就全球变暖带来的利弊展开了阐述。并且分析了极地的生物进化出相应的适应机制。结果表示清楚, 北极地区由于生态环境的脆弱, 全球变暖对与该地区的生物及生物多样性造成的影响弊大于利, 为此一些极地生物也逐步进化出了机制来适应该变化。 本文关键词语: 全球变暖; 北极生态系统; 生物多样性; 1 引言 气候变化会在不同时间对海洋生物的物理、生物、生物化学的特征造成不同规模的影响, 如:改变它们的生理构造和功能1。 研究全球变暖对北极生态系统及生物多样性具有很大的意义。由于
2、全球变暖, 生物多样性遭到影响已成为事实。生态系统给人类生存带来了极多的帮助。一些固有的群落尤其依靠于这些帮助来生存。这些帮助包括食物、纤维、燃料及能源、饲料、药物、清洁的水、清洁的空气、对于暴风雨的控制、植物授粉、种子传播、害虫及疾病的防治、土壤构成和保持、生物多样性、文化、宗教、美学和娱乐的价值。生态系统还在构成地球系统功能的生化经过中发挥了很大作用2。因而, 重视生物多样性以及生态系统的变化对于人类而言特别重要。 2 全球变暖对北极生态系统的影响 北极生物, 即生活在北极苔原地区以及北冰洋的栖居和海洋动物。尽管北极地区的动物、植物以及微生物种类的多样性较低, 且从北方针叶林到极地荒漠逐步
3、减少, 然而其乡土物种却很丰富。与这种物种多样性随纬度增加而递减的趋势相反, 一些空间分布范围很广的单一优势物种的优势度则呈增长趋势。 研究表示清楚, 全球变暖改变了陆地气候带, 因而相对滞后的生物带也随之改变, 进而生物种群和生态系统也发生变化, 极地植物和动物可能通过改变其分布范围而捕食积极地生物进化来适应环境的变暖, 并最终导致部分物种的灭绝甚至引发生态系统的退化与消失。因而, 全球气候变暖可以能会减少北极地区的物种多样性, 并限制物种的分布范围, 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灭绝的威胁。模型估计在将来100年中, 北极将继续变暖47。气温上升已
4、经显示出对北极生物多样性的多种影响:南方物种向北迁移、苔原分布区苔藓-地衣为优势的地区被大面积灌木等维管束植物所取代、北方森林带北迁以及 变黄 、植物群落及与其相关的动物种群发生变化、入侵物种将北极本地 居民 赶走现象增加以及出现新的疾病、移栖物种行为改变。华而不实, 受影响最严重的是分布范围有限或具有特殊喂养习性, 并依靠于冰上觅食的物种。例如北极熊, 因其主要活动范围是在北冰洋附近有浮冰的海域, 并且通常在冰上进行捕猎, 浮冰的减少在一定程度上对于北极熊的生存有不利影响。对其他极地动物而言, 可能对由气候变化带来的暖和而干旱的夏季非常不适应, 这种变化一方面会影响到动物的迁移道路、途中栖息
5、地, 并会改变冬季积雪的状况和冻融驯化经过。另外一方面, 气候变化还会改变动物繁衍和发育的季节, 并会引来新的竞争者、捕食者、寄生生物以及疾病等。例如:弧菌属的多个种都对海洋生物具有致病力, 华而不实45%的变异都是海表温度升高而导致的, 提示弧菌的传播在海水温度升高时将会加快, 并导致全球性的弧菌类疾病的增加。 2.1 全球变暖对陆地生态系统的影响 在陆地生态系统中, 冻土微生物多样性与种群构造受多种环境因素的影响, 如土壤水分、温度、有机质含量以及pH等, 均对其有较大影响。在冻土区, 气温升高, 将促进植物生长, 有利于增加土壤有机质和凋落物量, 同时使土壤无机氮含量降低, 可显着增加土
6、壤微生物数量及其活性。与其他非冻土区所不同, 冻土微生物对气候变化和地表植被覆盖变化高度敏感, 气候-植被-土壤微生物-土壤C、N经过之间存在更为密切的互相关系, 在极地地区的调查研究表示清楚, 多年冻土中所具有的属于不同功能群的微生物类群, 大多是厌氧性质的。而且, 当前可用的多年冻土宏基因组数据显示冻土微生物是一个在碳代谢经过中有很大代谢潜力的基因库, 这些碳代谢经过包括发酵经过和产甲烷经过。从多年冻土中提取的veterum甲烷细菌和北极甲烷细菌等产甲烷菌株的活化就证明了多年冻土是一个对产甲烷经过很好的环境。因而, 全球变暖在短时间内会明显改变冻土区微生物群落的构造, 提高土壤中微生物数量
7、。由于微生物的分解, 会释放大量CO2、CH4等温室气体, 进一步影响冻土区的碳循环。另外, 极地的一些研究发现了多年冻土中存在一些非典型的菌群 (例如绿弯菌门和AD3) , 这讲明冻土有发现未知微生物种的潜力, 将来在微生物资源开发利用方面也具有较大前景。极端环境微生物能长期生长在高温、低温、极端高酸、高碱及高盐等极端特异环境中, 必然有其独特的基因类型、特殊的生理机制, 进而产生特殊的代谢产物。普遍以为, 已经知道微生物资源的种类不过占实有种类的110%。甚至有人以为不到0.1%, 极端环境的微生物资源更是知之甚少, 因而极端环境是发现未知微生物资源的理想之地3。并且, 海洋中蕴藏着宏大的
8、微生物资源, 据估计其数量可达0.1亿2亿种。迄今为止, 人类发现的微生物大约有150多万种, 除了712万种存在于陆地外, 其余都存在于海洋之中4。 海洋微生物主要包括真核微生物 (真菌、藻类和原虫) 、原核微生物 (海洋细菌、海洋放线菌和海洋蓝细菌等) 和无细胞生物 (病毒) 5。由于海洋微生物独特的生存环境, 能够产生很多陆地微生物所不能产生的活性物质, 最终可能有助于解决威胁人类健康的很多重大疾病。得益于海洋独特的自然条件:高压、低营养、无光照、局部高温、高盐等, 海洋微生物具有十分的遗传背景进、化出特殊的代谢途径, 进而具有产生特殊构造和功能活性物质的能力。据研究发现, 约27%的海
9、洋微生物都能产生抗菌活性物质6。从海洋真菌分离出的次级代谢产物7080%具有生物活性7。很多海洋微生物能产生新构造的活性物质。Koyama等8。从一株未鉴定的海洋真菌中得到一种新的二萜:Phomactin H;Robert等9。 从海洋来源的真菌Aspergillus carneus的代谢产物中分离到7种活性化合物, 华而不实5种是新化合物。当前, 在海洋微生物及其代谢产物中发现了很多特异、新颖、构造多样、陆地微生物很少产生的活性物质, 有些物质的构造类型在陆生生物中从未发现过, 因而海洋微生物成为又一个具有宏大开发潜力的天然药物宝库10。然而, 气候变暖降低北极地区的大型地衣的盖度和生产力,
10、 却增加该地区维管束植物的生产力。由于大型地衣是该地区主要陆生哺乳动物北美驯鹿的主要食物, 且对该区域主要生态系统的功能维持占据重要作用。因而, 气候变化导致的大型地衣的减少或者消失, 势必导致该区域的食物链甚至生态系统的稳定性降低, 最终对区域的经济、文化和生态产生影响。全球气候变化是紧迫的全球环境问题之一, 它将对人类的健康与人居环境, 对工业、对交通运输业、对旅游业、对保险业等产生一定的影响。当前, 在全球变暖背景下, 近30年来, 我们国家北方出现了干旱化趋势, 对国民经济和人民生活产生了很大影响11。 2.2 全球变暖对海洋生态系统的影响 在海洋生态系统中, 气候变暖、海冰覆盖度降低
11、、增加的径流和降水、以及冻土和冰川的融化这些发生在极地的迅速的环境变化, 为探寻该地区的以前无法企及的自然资源、运输航道和增加的旅游资源提供了新的契机。然而, 这些变化也带来了极多不利。首先, 海水温度的升高会降低水中溶解氧的浓度。据研究, 很多鱼类和甲壳类动物都难以在大约60mmol/kg的低氧阈值环境中生存较长时间, 当氧气浓度低于20mmol/kg时, 大多数的海洋生物都无法正常生存。同时, 低溶解氧浓度会影响海水中微生物以及藻类的生长繁衍, 进一步从食物链底端将这种不利影响向上一级消费者传递。其次, 温度上升会促使胚胎孵化时间缺乏、减缓胚胎新陈代谢等, 并最终对其存活和发育造成消极影响
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