第七章 全球变化对生物的影响
第一节 全球变化及其研究进展
第二节第三节第四节第五节一、全球气候变化
二、全球污染扩散及其效应 三、全球变化研究的重要科学问题
温室效应及其对生物的影响
一、温室效应的概念 二、温室效应的机理 三、温室效应的环境效应 四、温室效应对生物的影响
臭氧层衰减及其对生物的影响
一、臭氧层变化的趋势
二、臭氧层变薄与地表紫外辐射增强 三、紫外辐射增强对生物的影响
酸雨及其对生物的影响
一、酸雨的概念 二、酸雨对生物的影响
生物对长期污染适应与进化
一、生物对长期污染适应
二、污染条件下生物的分化与微进化 三、生物对污染适应的代价
四、污染条件下生物的分化与进化趋势
第七章 全球变化对生物的影响
地球已经进人“人类全球王国时代”。当今这个星球上，一切过程都是自然过程和人类过程双向互动、不断强化的结果，人类已经成为影响全球生态环境最重要的“生物”力量。因此，很多科学家都认为，人类活动与太阳、地核一并成为能引发地球系统变化的驱动力——第三驱动因素。
人类活动长期积累的后果最集中体现在全球变化上。所谓全球变化(globaldmge)就是指在由大气圈、水圈、生物圈和岩石圈组成的地球环境系统发生了异常变化，对人类和生物的生存产生不良影响的环境变迁。全球变化的主要表征是大量人类生存的自然环境要素出现了异常变化，而且这种变化由开始局部的变化发展成为全球性的环境异常。如温室气体的增多使全球气候变暖，森林锐减引起物种多样性丧失、水土流失和土地过度利用导致土地退化和水资源短缺，并且由于某一要素的变化，导致其他相关要素的变化，进而使全球尺度的环境恶化。
第一节 全球变化及其研究进展
“全球变化”在20世纪70年代提出，首先为社会和人类学家广泛宣传，到80年代自然科学家应用和拓展了这一概念。近20年来一直成为国际科学界广泛关注的科学问题，并发起了一系列超级科学研究计划。全球变化研究，集成了生命科学、地球科学、环境科学的高度综合和融合，成为当前和今后相当长的时间内自然科学中一个最活跃的前沿领域。
中国作为一个发展中国家，社会经济的发展受自然力影响和控制程度较大，而且随着工业化、城市化、人口增加及其生存和发展的需要，对自然的影响力不断加强，对全球变化的影响以及受全球变化的影响将不断得到强化和发展。如何在反映全球变化效应比较突出的敏感地区集中力量开展研究，提高我国对全球变化的认知水平和预警能力，是生态学、环境生物学发展的重要切人点。
全球变化包括两个相互联系、但各自互有侧重的方面：全球气候变化及其效应和全球污染扩散及其效应。
一、全球气候变化
全球气候变化主要强调人类活动对气候的影响及其效应。在近20多年的研究中，范围最广、影响最大而引起人们广泛关注的首推温室效应的证据、成因和动态研究，它主要包括全球气候变化与大气成分的变化关系研究，土地利用和土地覆被变化的全球效应研究；全球变化对植物生产能力的影响研究，生物入侵与全球变化关联分析，海洋生态系统与陆地生态系统的互动研究，气候变化的对策研究等。
过去10多年来，全球气候变化研究领域取得了重要成果。如全球变化的国家评估，全球温度记录分析，厄尔尼诺等异常气候现象分析，碳汇研究，海洋分析，全球环境变化的信息服务等。在2001年于瑞士日内瓦召开的政府间气候变化专门委员会上，汇总了近期研究的最新研究成果：近期的区域气候变化特别是温度升高已经对生物物理系统产生了影响，人类社会系统受到了近期频繁发生的旱涝影响(如农业和粮食保障)，人类社会系统对气候变化极为敏感(尤其是耕地和淡水)，其中很多方面比较脆弱(如人群健康、人居环境、工业发展)；自然系统在气候变化条件下极其脆弱(如野生生物分布和丰富度)，有的将遭受不可恢复的破坏。全球变化的主要因素及其相关因素见图7—1。
二、全球污染扩散及其效应
该领域主要强调污染物的扩散及其对生物的毒害效应。该方面的研究远没有全球气候变化研究深入和全面，开展的时间也较晚。过去主要集中在臭氧层变薄及其短渡紫外辐射(UV—B)的生物学效应，直到1993年，由美国Lawrence国家宴验室的Susan Anderson和橡树岭国家实验室的Lee Shugart等学者,大力呼吁学术界对全球污染物的扩散及其对生物长期影响的关注。1995年联合国环境署在组织全球生物多样性评估计划中，首次站在污染全球化对生物圈安全影响的高度，把全球性的环境污染条件下，尤其是在众多痕量化学污染物共同作用下生物的适应前途和未来命运纳入工作框架，井把全球性扩散的污染物对生物多样性丧失的“贡献”问题提升到基础研究的战略前沿。当前，从不同的学科领域、运用各类研究手段研究环境污染的全球生态及生物学效应成为全球变化研究的重要热点之一，全球环境监测系统(GEMS)、国际生态学长期研究计划(ILTER)等重大国际监测研究网络也把污染的进化生物学效应纳入研究范畴，一些新兴交叉学科和边缘学科，如进化生态毒理学
(evulutionary ecotoxicology)、污染进化生态学(evolutionary ecology of pollution)、遗传生态毒理学(genetic ecotoxicology)等近年来相继被提出，推动着本研究领域的快速发展。
在传统的研究中，把环境污染当作一种特殊的胁迫环境(逆境)来处理，而越来越多的资料表明，环境污染对生物的生存和进化选择不同于一般的环境胁迫。在自然条件下，以植物为例，它主要是对光、水、气、热、营养等生态因子的适应，这些生态因子只是数量和相互配置上的差异，不存在某个生态因子有无的问题，植物的长期进化发展程度不同对这些胁迫条件都有一定的适应能力。而环境污染，尤其是化学污染，对绝大多数生物而言则是一个全新的选择因子，污染的全球化已经使这种选择因子成为所有植物程度不同，但都必须应对的一个系统进化环境。绝大多数植物几乎没有什么遗传储备来适应这种环境，从而很多植物难以生存，生物多样性的丧失势成必然，特别是珍稀濒危植物加速了灭绝的速度。据估计污染作为物种多样性丧失的因素，并不亚于直接的生态破坏对生物多样性的影响。
除了评价全球环境污染对生物多样性损失的影响程度以外，另外也特别关注全球污染条件对生物的适应性和进化前途同题。全球污染及其效应研究开始时问较晚，所有国家的科学家大多处于同一个起跑线上。我国科学家的尽早介入，将有望在相关前沿领域取得一席之地。
三、全球变化研究的重要科学问题
全球变化研究中的重要科学问题主要包括： 1)全球变化的动力学。
2)不同环境界面和地球圈层相互作用的过程。
3)全球变化对生态系统生产力、生物多样性的影响与人类相应问题。 4)地球过去环境变化及其原因。 5)全球变化的预测等。
通过对这些科学问题的研究，希望更进一步地认识以下问题，为人类全球王国时代条件下更好地维护和管理地球及其生物圈提供科技支持：
1)辨识和确定全球变化的自然成因和人为成因的贡献，辨认和确定全球变化的起源、速率、规模和未来的发展趋势。
2)提高对生态系统在多重压力的综合作用下演变前途的超长预警。
3)辨识当今生物灭绝的驱动因素、主要机制和对生物圈的影响，确立有效保护生物多样性和维护可持续生物圈的行动方案。
4)认识全球污染条件下生物的应对方式、适应能力、进化潜力、未来的发展命运。
5)模拟和解释全球环境变化及其过程。
6)评估全球环境变化的可能性及其影响的可能性。
我国是一个人口大国，经济高速发展及其产生的环境效应，既受全球变化的影响，也是全球变化的重要驱动力量。加强我国的全球变化及其区域响应的基础性、战略性和前瞻性科学研究，解释我国对全球变化的响应和影响，认清环境变化的自然和人为因素，为我国经济社会发展在全球变化背景下制定合理的发展目标、方式提供对策和决策依据。
本章主要针对涉及全球变化几个主要问题如温室效应、臭氧层变薄、酸雨作为个案进行分析，同时针对全球污染条件下生物的适应性和进化前途进行讨论。
第二节 温室效应及其对生物的影响
温室效应是全球主要环境问题之一，也是近年来人们最为关注的环境问题之一，是造成全球气候变暖的主要因素。温室效应是一场全球性的环境灾难，它将加速极地和高山的冰川和冻土的融化，导致海水变暖和膨胀、海平面上升，影响地表水分配、降水量、气候带、农业生产以及生态系统的结构和功能。温室效应是进行全球变化研究的一项重要内容。本节主要阐述温室效应的概念、形成机理、形成原因、温室效应对生物的影响。
一、温室效应的概念
温室效应(geen-house effect)是大气层中的二氧化碳(CO2)等气体物质的大量聚