集，可以吸收近地表的太阳长波辐射，并将其反射回地表，从而使地表增温的现象。温室效应本来是使地球保温的一种自然现象。如果没有温室效应，现在地球表面平均温度将为—18℃(与月球表面温度差不多)。由于“温室效应”使目前地表平均温度大约15℃，从而使人类在地球上得以舒适地生存，这属于自然温室效应。但是，由于化石燃料燃烧、森林砍伐和工业活动等人类活动改变了大气成分，破坏了自然温室效应的热平衡，导致全球气候急剧变暖，从而成为一个全球环境问题，称人为温室效应。人们通常所说的温室效应就是指人为温室效应。一万多年来，地球平均气温的变化不超过2℃。随着工业的发展和化石燃料的大量使用，排放到大气中CO2等气体物质的含量越来越多。按照目前的速率，到2030～2050年，大气中CO2的含量将比工业革命之前增加1倍，高达150 μg／g以上，全球气温有可能上升1.50～4.52℃(王祥荣2000)。图7—2表明了过去十几万年间南极的气温、二氧化碳浓度和甲烷浓度变化。
二、温室效应的机理
大气层能透过太阳辐射的短波光(0. 5 μm)．能反射和吸收从地面反射的长波光(4～100μm)，阻挡地面的热量向宇宙扩散，从而使地表增温的现象。由于大气吸收热量多，散失少，使地球气温升高，形成了所谓的温室效应(green-house effect)。
温室效应的形成，是空气中大量的温室气体积累的结果。大气层中的有些微量气体，可以让太阳短波辐射自由通过，同时吸收地面发出的长波辐射。因此，当它们在大气中的浓度增加时，就会加剧“温室效应”，引起地球表面和大气层下沿温度升高。这些气体叫做温室气体(green-house gases)。温室气体主要有二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氯氟烃(氟里昂，CFC)和臭氧(O3)等，主要温室气体对全球温暖化的贡献率如表7—1所示。
(1)二氧化碳(CO2)
CO2是主要的温室气体，对全球温暖化的贡献率达60％(表7—1)。1750年之前，大气中CO2含量基本维持在280×10-6。工业革命后，随着人类活动．特别是消耗化石燃料的不断增长和森林植被的大量破坏，人为排放的CO2等温室气体不断增长，大气中CO2含量逐渐上升，1958年为315x10-6，1990年为353×10-6，1993年增加到357×10-6，目前已上升到接近360×10，估计到2030年可达450×10-6，到
21世纪后期可达560×10-6。1880年到1980年的100年同，地表气温上升了0．6℃ ，相当于大气中CO2每增加10﹪表气温上升0.43℃。按此推断，当大气中CO2浓度增加1倍时，全球地表气温将增加4.3℃(刘蕊梅等1994)。
目前，发达国家仍然是二氧化碳等温室气体的主要排放国(表7—2)。据资料预测，发展中国家的排放量在未来将会增加。在1995年，发达国家对全球二氧化碳排放的贡献率将占四分之三；预计到2035年，发展中国家的CO2排放量将上升，将占全球排放量的一半，中国将成为最大的CO2排放国，占世界总排放量的17％。
(2)甲烷(CH4)
甲烷是天然气的主要成分。在1800年以前的至少2000年内，CH4在大气中的浓度一直维持在约0. 8 μg∕g。自1800年以后．它的浓度已翻了一番多，并以平均每年1％左右的速度在增加，1990年已达l.72 μg／g，预计到2030年可达2.5 μg／g。虽然甲烷在大气中的浓度远小于二氧化碳，但其温室效应却决不可轻视，因为一个甲烷分子的增温效应大约是一个二氧化碳分子的7.5倍。甲烷的主要天然来源是湿地，其次，则直接或间接来自人类活动的排放(表7—3)。
(3)氧化亚氮(N2O)
N：O浓度从工业革命前的0.288 μg／g上升到1990年的0.310μg∕g，正以每年0. 25％的速度增加，比工业化之前大致增加了8％，到2000年达0.375 mg／kg。
据估计，各类源每年向大气中排放N2O约(3～8)×106t(以氮计)。N2O主要来源于天然源，即土壤中的硝酸盐经细菌的脱氮作用而生成。但是，化学工业、森林破坏以及农业生产中化肥的施用等都对大气中N2O浓度的增加有一定作用，是N2O主要的人为来源。N2O具有较长的寿命，大约是120年。
(4) 氯氟烃(CFC)
氯氟烃(又称氟里昂，chlorofluorocarbon)是人造化学物质。自20世纪80年代以来，氯氟烃的使用量快速增长，在大气中的浓度目前已增至1×10-9，年增长率达4％，到2030年可达1.5×10-9。起温室作用的氯氟烃主要是CFC11和CFC11，其半衰期可达70～80年。1980年初，对流层下沿CFC11的平均浓度估计达到0.168×10-9，每年递增5 .7％；CFC12浓度估计达0 285×10-9，每年递增6％。按照这样的增长率，
在2l世纪，氯氟烃对温室效应的贡献将仅次于CO2。
在大气中，一个氯氟烃分子所产生的温室效应比一个二氧化碳分子大5000～10000倍。所以，尽管它们的浓度很低，但却具有较大的增温效果。据估计，由20世纪90年代末在大气中存在的氯氟烃所引起的增温，在热带地区平均约为0. 2℃(占所有温室气体总增温的20％左右)。
由于科学研究证实氯氟烃是破坏臭氧层的主要因素，目前全球正采取行动停止氯氟烃的生产和使用，并逐步使用其替代物 [如HCFC-22(CHCl2F)]。大气监测表明，大气中氯氟烃的增长速度已经减缓，替代物的浓度正在不断上升。然而许多替代物破坏臭氧层的能力虽然明显减小，但却具有显著的全球增温能力(钱易等2000)。
(5)臭氧CO3)
臭氧是大气中重要的气体。它在大气中浓度虽不高，但对温室效应的贡献率为8％，这是一个不容忽视的温室气体。
(6)氢氟碳化合物、高氟碳化合物和六氟化硫
氢氟碳化合物(Hydrfluorocarbons，HFEs)、高氟碳化合物(Perfluorocarbons，PFCs)和六氟化硫(SF4)是1997年《京都议定书》中包括的6种温室气体中的另外3种。在近年的温室气体研究中受到越来越密切的关注。这些物质全部来源于人类的活动，如CF4和CF3CF3是铝生产过程中的副产品，SF6是主要用于大型电器设备中的绝缘流体物质。它们一旦进入大气就会在大气中积累起来，对地球的辐射平衡产生严重的影响。
造成地球温室效应的气体还不止以上介绍的六种(类)。一个科研小组最近在大气中发现了一种以前不为人知的有害气体——SF5CF3。这种气体的含量每年增加6％，在1999年时，其含量为十亿分之0.12。这种气体吸收红外光线的能力比任何其他温室效应气体都强，其增温的能力是二氧化碳气体的1.8万倍。不过．目前它在大气中的含量还非常小，还不足以使温室效应加剧。
京都协议中规定，某一国家的温室气体排放量用CO2等值排放量(CO2equlvalent total emission)表示。简言之，某一国家的排放总量是全部温室气体的CO2等值排放量之和，而各温定气体的CO2等值排放量是通过其相对全球温暖化潜力系数(global
warming potential)与其实际排放量相乘得到的。目前，各温室气体的全球温暖化潜力系数是根据IPCC的建议确定的。这一系数反映了各种温室气体相对CO2而言在一段时期内(通常为100年)对全球温暖化的影响程度。比如，如果设定CO2的100年全球温暖化系数为1。则CH4的100年全球温暖化系数为22。
三、温室效应的环境效应
温室效应的环境效应包括对温度、地表水分配和降水量的影响。温室效应对生物环境的影响已引起人们极大的关注。
(1)温度升高
随着大气中CO2浓度增加，全球气温将上升，导致全球气候变暖的可能性。联合国环境规划署(UNEP)成立了政府间气候变化委员会(IPCC)，分别在1990年和1996年发布了两份评估报告，指出全球平均气温已经增加了0.3～0.6℃(1997年是有记录资料中最热的一年)，而人类活动是促成这一变化的重要因素之一。北半球不同地区气候变化情况，如表7—4(王焕校 2002)。
温度上升，世界各地高山冰川明显减少。自1976年以来，人们观察到格陵兰岛(丹麦)北部大面积海域冰层厚度减少15％或更多。南极也发现有类似的变化。
(2)海平面上升
由于气温升高，冰雪融化，海水膨胀．致使海平面上升。据近l00年测定，在过去的100年中，海平面已升高了10～25 cm(图7—3)。到2100年，海平面有可能增加15～90 cm，而到2075年，海平面可能上升30～213 cm。
海平面上升，将淹没地势低的地区，如“水城”威尼斯，“低地之国”荷兰等，从而给约占全球人口50％的沿海地区居民带来严重后果：港口设施被淹没，城市排水系统失去作用，加快海岸线、滩涂和海岸湿地的侵蚀，肥沃耕地将消失。
(3)降水量变化及突变性气候的增多
气候变化带来的最基本效应是干扰水循环，受气候变化影响的地区最关心的是干旱和洪水、水质和水量。在一些地方将引起更大的干旱，而在另一些地方却造成洪灾。由此造成的经济损失是很大的。1996年美国南部平原干旱损失估计达到40
亿美元，1993年密西西比河洪灾损失达100亿美元。由于温室效应，今后位于南北回归线之间的沙漠将扩大(如非洲的撒哈拉、加拉哈拉沙漠，美国西南部沙漠)。
受害最大的是目前水质和水量已成问题的地区，比如一些干旱和半干旱地区。气候变化有可能加重中东和非洲的缺水状况，从而可能造成跨国界取水的国家关系紧张(Enger＆smlth 1994)。全球降水量变化在不同地区差别较大。中高纬度地区降水量将增加(约增加10％)。但由于环流特点，暴雨型降水增加，非降水期延长，干旱将扩大。欧亚大陆和北美大陆夏季土壤水分将减少。美国中西部到地中海、西澳大利亚等世界粮食主产区由于夏季降水量减少而减产15％～20％。温度上升，还会导致热区面积的扩大。
四、温室效应对生物的影响
目前，研究得较多的是与温室效应密切相关的CO2、温度和水分变化对生物的影响。
(一)温室效应对作物的影响
气候强烈地影响着作物的产量。气候变暖将减少作物分布的弹性而增加灌溉需要。害虫分布范围扩大增加作物受害，也增加了杀虫剂的使用。当CO2的浓度达550μg／g时，一些地区作物产量有可能增加30％～40%，但在另外一些地区则会减少。尽管在这些影响下全球的粮食产量不会受到根本改变，但可能会造成地区间的不平衡。发达国家的农业体系具有高度适应性，在产量没有大幅度减少的情况下能应对气候变化，而本来就遭受饥饿的贫穷国家，农业生产力极有可能会有很大程度的下降(Enger＆Smith 1994)。
如果全球平均温度增加1.5℃，高纬度地区增加9℃，则某些作物将向北推移。耕地面积将扩大，如果低纬度地区气温上升1℃，降水量减少10％，则土壤湿度将减少50％，美国、南美洲、澳大利亚西部、非洲南部、南亚山区、印度次大陆和东南亚某些地区作物产量将大幅度降低。
从植物生理学的角度来分析，CO2浓度增加、温度升高对农业生产的影响包括有利影响和不利影响两方面。
随着温度的升高，热带、亚热带的经济作物将北移，有利于一年多熟制。据研