究，C3植物比C4植物对CO2浓度增加的反应更明显。如CO2浓度增加一倍，C3植物的产量将提高10％～50％，而C4植物仅增加0～10％。全世界20种主要作物中有16种是C3植物，18种主要有害杂草中有14种是C4植物。这些C3作物，能获得更多的产量和更能免受杂草的危害。但4种主要C4植物(玉米、甘蔗、高粱、小米)的产量将相对下降。
然而，随着CO2浓度增加，在农产品品质、病虫害控制和肥料使用等方面都会带来影响。植物产量增加，但植物叶片含碳量增加，而蛋白质含量却下降，质量下降。温度上升，害虫发育周期缩短，繁殖速度加快。马树庆(1996)提出在气温升高l.5～2℃后，吉林、黑龙江南部地区的黏虫、玉米螟将由一代增加为二代，而辽宁中、南部由二代增为三代。与此同时，由于植物中蛋白质含量下降，害虫为了获取所需的蛋白质，需吃更多的植物产品，植物受虫害将相应加重，同时，需投入更多的农药。植物生长速度加快，需更多的肥料；由于温度升高，肥料分解加陕，更使化肥的需求量大增。
因此，农业成本和投资将大幅度增加，农业结构和布局要作相应的调整，原来的一些优良老品种要作相应的改良和培育以适应变化了的气候，因此，原来的种植制度和布局都要作相应的调整。
(二)温室效应对生态系统的影响
气候变化极大地改变着植被类型的地理分布。CO2旺浓度增加到700μg／g时，所带来的气候变化将使地球上1／3的森林组成发生巨大变化。在未来的100年内，一些北美森林中的物种将向北移动500km，远远超过自然移动的速度；美国东北部一些有重要经济价值的物种(如糖槭等)将消失。植被分布的变化将对全世界国家公园和生物避难所产生严重影响，从而使多样性减少，生态系统效益下降。湿地所受的风险更大。支持着北美一半水鸟种群的北美大草原低凹地区湿地，在气候变化下将造成面积减少和特征改变(Enger＆smith 1994)。
全球温度升高，植被带将有很大变动。亚寒带森林可能由目前的23％减少到1％以下，泰加林几乎消失。当CO2浓度增加一倍时，森林生物量将由现在的58.4％降到47.4％；草地生物量将由现在的17.7％增加到28.9％。
全球升温，植物种将会向北(北半球)推移。根据地层埋藏的花粉分析，冰期后到现在的2万年期问，移动最快的是赤杨、桤木，每年平均移动2000 m，移动较慢的有枫树、冷杉，每年约40m。如果短期内CO2浓度增加一倍，温度上升得较快、较高，植物需每年移动数十公里才能适应，而这远远超过植物每年迁移的能力，结果将导致森林生态系统崩溃，后果极其严重。
第三节 臭氧层衰减及其对生物的影响
臭氧层减薄是人类面临的全球性环境问题之一。在地球表面，臭氧在吸收紫外线方面起着举足轻重的作用。大气臭氧层能吸收强烈的太阳紫外辐射，使地球生物得以正常生长，从而成为地球生命的有效保护层。气候条件和氯氟烃等化合物的共同作用加快了臭氧的分解，促使平流层的臭氧一直在减少，使得更多的紫外线B辐射到达地表，并导致许多严重的生态学后果，因此平流层臭氧的减少引起了国际社会的广泛关注。本节主要阐述臭氧层减薄与地表紫外辐射增强、紫外辐射增强对生物的影响。
一、臭氧层变化的趋势
臭氧(O3)是大气平流层(大约16～25 km之间)中的一种活泼气体。20世纪30年代，Chapman揭示了太阳光如何与大气层的氧分子作用形成臭氧。
从1957年开始，在南极洲的四个科研站开始定期测量臭氧，并且将平流层臭氧的减少与地表紫外辐射增强联系在一起。长期的研究发现，自1979年以来，从南纬60°向极地方向，每年大约有5﹪的臭氧减少。南极上空臭氧减薄状况如图7—4所示。虽然也在北极观察到了某些臭氧减少，1989年初，英国、美国和瑞典三国科学家联合在北极展开了大规模的研究工作，证明北极上空臭氧破坏相当严重．但是还没有形成空洞。
世界卫生组织臭氧趋势小组已对全球臭氧数据重新进行了分析。在北纬30°～60°之间的地面测量结果指出，在对太阳周期和其他循环的影响修正之后，臭氧在1969~1986年之间的平均通量减少为1.7％～3％。在这些纬度中，北纬53°～64°之间冬季的减弱最为严重，月达7％。这些测量到的结果比模型计算结果要大好几倍。由臭氧趋势小组(Ozone Trends Panel)分析的结果还表明，平流层臭氧的破坏已
在全球范围内发生，在1979～1986年间，在高度为34～44 km之间的臭氧减弱达6％～9％，模型计算与此结果大体一致(Madronich etal. 1995)。
臭氧层的变化趋势在一年中的不同时间是不同的，不仅伴随纬度而且伴随经度的变化而变化。据加拿大的多伦多(43.5°N，79.2°W)和雷索鲁特(74.4°N，94.5°w)两地的观察表明，自1960年到1995年，多伦多地区的臭氧衰减速率为每10年2.8％，而在雷索鲁特地区臭氧衰减速率则达到每10年5 .7％。在北极圈相同纬度条件下，西经140°的阿拉斯加臭氧层损耗速率约为每10年5％，而在西经140°的格陵兰为2.8％，在东经10°的斯堪的纳维亚地区，臭氧损耗速度达到8.1％。在北欧上空的臭氧层消耗趋势(年平均臭氧柱)比相同纬度上的全球平均值要大得多(李元等 2000)。
臭氧层的最高消耗常常发生在春季(1～4月)。在加拿大的北极地区，在1997年春季臭氧损失达到45％。由于1996年春季的低温，该时北极地区的损失更大。在1996年1月20日～4月9日计算同温层中一层的损失约达到64％(Rex et a1．1997)。北极的臭氧损失可能比南极损失要大，但是由于存在与南极不同的动力因子，其损失得到部分补偿(Muller et a1．1997)。
近10年全球臭氧层平均减少了2％～3％，并且还在加剧。臭氧层快速减薄已经通过卫星得到证实，最明显的减薄发生在南极大陆上空，在春季，衰减率高达7l％。据最新预测，北半球中纬度地区臭氧减少的极大值在冬春季为1 2％～13％，夏秋季为6％～7％(Madronich et al. 1995)。从1993年的TOVs卫星资料看到，臭氧总量在我国上空异常低，过去10年我国北京香河和昆明两个监测站的监测结果表明，臭氧总量呈降低趋势，分别降低丁5％和3％(王少彬等1993，魏顶文1994)。据估计，如不加任何控制，发展到2075年臭氧层将减少40％。
臭氧层变薄的成因和机理在环境学及其相关课程中有详细的阐述，这里不再赘述。
二、臭氧层变薄与地表紫外辐射增强
(一)臭氧层的作用
臭氧对紫外线辐射的吸收是由臭氧通量决定的，即由单位大气层厚度臭氧分子
数目所决定。臭氧通量通常以Dobuson单位(DU)来度量，大气层平均臭氧通量大约为300 DU，相当于地面上3 mm厚度的纯臭氧层。
臭氧层有两个重要作用，一是臭氧层可以吸收太阳紫外辐射中对生物最有害的波长。波长小于280 nm的短波紫外辐射(UV—C)可被极少量的臭氧完全吸收．即使臭氧层减少90％，也不会有（UV—C）到达地表(caldwel 1993)；而臭氧对长波紫外辐射UV—A，320～400nm)的吸收很少，但UV—A的危害很小，因此平流层臭氧减少将主要导致中波紫外辐射UV—B(280～320 nm)的增加。另一个作用是臭氧层吸收太阳辐射，可以加热大气层，其原因是臭氧分子吸收紫外线后将分解为氧分子和一个氧原子，当两个氧原子重新结合为氧分子时要放出热能，这实际上也就是臭氧把太阳辐射里的紫外线转化为热能的过程。
(二)地表紫外辐射增强
地表紫外辐射能量占太阳总辐射能的3％～5％。紫外辐射的波长范围为200～400 nm，根据其生物效应分为短波紫外辐射UV—C，200～280 nm)，中波紫外辐射(UV—B，280～320m)和长波紫外辐射(UV—A，320～400 nm)。UV—C对生物有强烈影响，但它在平流层中基本上被臭氧分子全部吸收而不能到达地面。UV—A可促进植物生长，一般情况下无杀伤作用，它很少被臭氧吸收。从生态学角度分析，UV—B是非常重要的。臭氧能部分吸收UV—B，其吸收程度随波长不同而异，波长越短，吸收量越大(王少彬等1993)。
平流层臭氧衰减导致更强的具有生物学效应的UV—B辐射到达地表已被证实。在300 nm处，臭氧层减薄将导致光谱辐射倍增。卫星资料表明，在1979～1993年，南北半球的中高纬度地区都有显著的UV—B辐射增加。根据1981～1989年在瑞士阿尔卑斯山的测量，UV—B辐射每年增加了30％。80年代后期与1980年相比，东京的uV B辐射增加了30％。在多伦多，1989～1993年间，300nm附近的辐射，在冬季每年增加35％，而夏季每年增加7％。我国北京1980～1989年及昆明1 980～1990年的观察也表明UV—B辐射与臭氧含量有相反的变化趋势，总体上是臭氧含量降低，UV—B辐射增加(王少彬等1 993，郭世昌等1 994)。Madronich等(1995)报道了辐射放大因子(RAF)，定义为：
△E／E=－RAF(△O3／O3)(％)
这里△U／O3是柱臭氧量变化的百分率，△E／E但是加权UV—B辐射相应增加的百分率。RAF给出了与O3减少对应的有效辐射增加。通常，这两者之间的关系是十分复杂的，受诸多因素的影响，并不成线性关系。上述百分率公式适用于臭氧变化小的情况，在臭氧变化大时，更精确的关系式为：
E2／E1=[(△O3)1／(O3)2]RAF(幂律)
这里E和丘分别是对应柱臭氧量(△O3)1和(O3)2。的加权UV—B辐照度。研究表明，RAF值通常在1～3左右。不少学者用生物作用光谱来评价紫外线生物辐射效应的权重因子，确定紫外线生物有效辐射(UV—BBE)。
由于臭氧层衰减而引起的UV—B辐射增强具有重要的生态学后果，对人、动物、植物、微生物、生物地球化学循环、生态系统、大气质量和材料都有重大影响。过去20多年的研究，取得了一些成果，其中对生物的影响研究的最多。
三、紫外辐射增强对生物的影响 (一)紫外辐射增强对植物的影响
1.紫外辐射增强对植物生长的影响
叶片是对环境胁迫，尤其是光胁迫最敏感的植物器官。植物叶片对增强的UV—B辐射的响应是多方面的。UV—B辐射降低叶面积，在温室研究中，70多种作物品种，发现60％以上的作物在UV—B辐射下叶面积减少；在敏感植物中，叶展开角度可被UV—B缩小60％～70％(Tevini et a1． 1981)。UV—B辐射可以使叶片变厚，SearIes等(1995)发现在滤去太阳辐射中的UV—B后，有两个树种的单位面积叶重降低，说明太阳辐射中的UV—B可以使其叶片变厚。同时会产生一些可见的伤害，如叶片卷曲、叶片变黄等。
株高已经作为衡量植物对UV—B辐射敏感性的一个指标。一般情况下，增强的UV—B辐射降低植株的高度。正如在大豆和小麦中观察到的一样，株高的降低在高UV—B辐射和低PAR辐射下被加剧。UV—B辐射降低小麦植株的高度与生育期密切相关。从分蘖期到成熟期，株高都降低，拔节期以后，株高降低最显著。在小麦中，已经观察到株高降低主要是由于节间缩短而不是节数减少(李元等1998)。UV—B辐射不是简单地延缓植物的生长速度，而是与植物的激素水平和内在生长特