封面图片背后的故事全球变化与生态系统
封面图片为全球变化与生态系统响应示意图(陈伟彬、陈保冬绘制)
封面图片示意了气候变化(如气温升高、降水格局变化)、大气温室气体浓度升高,以及人类生产活动导致的土地利用/土地覆被变化等不同全球变化情形对森林、草地、农田、海洋等不同生态系统产生广泛而深刻的影响。图中上方示意人类生产活动排放温室气体、降水格局变化等全球气候变化情形;右上方示意气温升高导致冰川消融,进而导致水资源空间分布和水循环的变化;中间部分示意森林、草地、农田等主要陆地生态系统类型,以及农田耕作、放牧等不同土地利用情形;左下方土壤剖面示意全球变化对生态系统地下部分结构、过程和功能产生影响,右下方示意海洋和淡水生态系统响应全球变化。全球变化是指由于自然和人为因素而造成的全球性环境变化,主要包括气候变化、大气组成变化(如二氧化碳及其他温室气体浓度的变化),以及由于人口、经济和社会发展而引起的土地利用/土地覆被的变化三个方面。全球变化已经导致生态系统发生深刻改变,这些改变将直接影响甚至威胁人类的生存环境及社会经济的可持续发展。全球变化与生态系统研究领域正是在人类活动的强度和广度已经发展到对全球环境和生态系统产生深刻影响的背景下形成的,是一门宏观与微观相互交叉、多学科相互渗透的前沿研究领域。它以研究生态系统的结构、功能及其对全球变化的响应和适应为主要内容,目标是实现人类对生态系统服务的可持续利用。
全球变化与生态系统研究是从20世纪60年代初逐步形成并发展起来的生态学分支领域。一些全球研究计划的兴起支撑和推动了全球变化与生态系统的研究,比如国际地圈生物圈计划(IGBP)、世界气候研究计划(WCRP)、生物多样性计划(DIVERSTATS)等。“全球变化和陆地生态系统”(GCTE)研究计划是IGBP的核心研究计划之一,旨在分析全球尺度上大气成分、气候、人类活动和其他环境变化对生态系统结构和功能的影响,预测未来全球变化可能带来的农业、林业、土壤和生态系统复杂性的改变。世界范围内不同国家和地区也先后启动了相关重大研究计划,例如美国的全球变化研究计划(USGCRP)以及欧洲的CarboEurope、NitroEurope等项目,中国也启动了多个全球变化重大项目比如科技部的全球变化专项。伴随着这些计划的执行,一系列全球变化与生态系统研究的专著陆续出版,标志着这一学科逐步走向成熟。我国学者方精云于年主编的《全球生态学》推动了国内全球变化与生态系统研究的发展。至今,联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)已发布了5期评估报告,全面总结了气候变化及其影响的研究成果。年,由国际科学理事会(ICSU)和国际社会科学理事会(ISSC)发起的未来地球计划(FutureEarth),加强了自然科学与社会科学领域全球变化研究的沟通与合作,标志着全球变化与生态系统研究跨入服务于可持续发展的全新阶段。
在中国科学院学部和国家自然科学基金委员会联合资助方精云院士主持的“生态系统生态学学科发展战略项目”的支持下,我们组织了本期“全球变化与生态系统”专辑。专辑在对国内外全球变化研究进行历史回顾和综合分析的基础上,总结了全球变化与生态系统研究的阶段性重大进展及存在的主要问题,并对全球变化研究的前沿方向进行了展望,建议了需要加强的优先研究领域。
专辑共收录10篇综述文章,在总体回顾和展望全球变化与生态系统研究(牛书丽和陈卫楠)基础上,分别综述了陆地生态系统植物生理生态、群落结构、生物地球化学循环过程对大气二氧化碳(冯兆忠等)和臭氧浓度升高(冯兆忠等,图1)、气候变暖(夏建阳等)、降雨格局改变(周贵尧等)、氮沉降(付伟等,图2)、土地利用(白娥和薛冰)和放牧(张扬建等,图3)等全球变化因子的响应,同时还综述了淡水生态系统(邢鹏等)和海洋生态系统(叶幼亭和史大林,图4)对全球变化的响应。在明确全球变化生态效应的基础上,讨论了生态系统对气候和环境变化的反馈作用,以期为构筑全球变化的适应对策提供生态学理论依据。
图1地表臭氧对植物叶片、根际、植株和生态系统的影响(冯兆忠等,)。
图2陆地生态系统大气氮沉降生态效应示意图(付伟等提供)
图3放牧对生态系统的影响热点关键词关联可视化图(张扬建等,)
图4全球变化对海洋生态系统初级生产关键过程的影响(叶幼亭和史大林提供)
全球变化及其引发的全球生态问题是人类需要共同面对的挑战,而科学评估和预测全球变化生态效应,认识生态系统对全球变化的响应和反馈机制,是制定应对全球变化策略的前提和基础。尽管各国科学家已经开展了大量的研究和探索,但无论是在全球变化与生态系统的相互作用机理还是在其响应调控对策方面仍然存在许多未知的领域,需要更为系统深入的研究和探索。虽然本专辑的出版有望引发学术界对全球变化和生态系统研究的
