综述：气候变化对生物多样性的十大影响

气候变化对生物多样性影响是指气候变化造成的生物多样性属性的改变，包括有利的影响，也有不利的影响。

气候变化多个要素预计将影响生物多样性所有级别，包括对个体、种群、群落和生态系统的影响（Parmesan，2006）。

▋预计21 世纪末气候变化将导致物种和植被类型地理分布改变，其分布范围将向两极推进几百至几千千米，温暖水域海洋生物将迁向较寒冷的水域，导致热带海洋多样性降低，温带和北方森林面临大范围枯死的危险（Field et al.，2014）。

▋由于定向选择和快速迁移，气候变化将使种群的遗传多样性降低（Botkin et al.，2007）。

▋气候变化可能会通过影响食物和栖息地条件而影响生物多样性整体特征。一些物种对气候变化响应改变将可能会对依赖这些物种而活动的物种造成一定的间接影响（Gilman et al.，2010；Walther，2010）。

▋千年生态系统评估预测，气候变化影响下5%~20%陆地生态系统将转变，特别是寒针叶林、苔原带、灌木、草原和北方森林（Sala et al.，2005）。

▋气候变化影响下，高海拔和高纬度地区的高寒和北方森林范围预计将向北扩展，树线及苔原和高山群落将上移，使物种灭绝（Alo and Wang 2008），一些湖泊可能变干（Campbell et al.，2009）；海水变温热并且变得更酸，热带珊瑚礁将白化（Hoegh-Guldberg et al.，2007）。

具体而言，气候变化对生物多样性影响体现在如下十个方面。

1. 气候变化使遗传多样性发生改变

气候变化对基因多样性的影响包括对物种繁殖过程、单倍体（如芽变）和多倍体形成等方面的影响。气候变化使山地积雪融化提前，使一些两栖类动物繁殖提前，这对遗传物质传递将产生一定的影响。一些大型动物，由于种群密度小，活动范围大，基因多样性受气候变化的威胁较大（吴建国等，2009）。

2. 气候变化影响下，物种生理、饮食、活动等行为将改变（Johansen and Jones，2011）

气候变化使物种的行为和活动改变。一些生物进化非常迅速（Lavergne et al.，2010），特别是短生活周期的物种能够通过变异和进化有效快速地适应环境条件的急剧改变（Bell and Gonzalez，2009）。

生物的微进化是生物对气候变化适应性反应的重要机制，即气候变化下物种通过基因突变或在新的环境条件下选择现有基因型（Salamin et al.，2010）或进行性状可塑性变化（Charmantier et al. ，2008）来适应环境变化，涉及种内不同时间尺度的形态、生理或行为特征的变异（Botkin et al. ，2007；Chevin et al. ，2010）。

20 世纪，很多外温动物的运动、生长、繁殖和性别等随着气候变化已经改变（Tewksbury et al.，2008）。

3. 气候变化对动植物物候影响很大

在英国，65 个种中78%物种繁殖时间提早9 天；在美国纽约，从1903 年到现在的90 多年中，39 个物种提前迁徙、35 个物种没有变化、2 个物种推迟；在美国威斯康星州，鸟类中8 个种迁徙和鸣叫时间提前，1 个推迟；蝴蝶、作物害虫、两栖类动物受气候变化影响，繁殖时间提前。

鸟类迁徙对当地气温不敏感，昆虫卵发育和成虫形成却对当地气温变化十分敏感；一些极端天气条件，如冬天风暴和低温都将导致物种食物供应中断而使物种灭亡；温度升高使一些昆虫代谢加快，一些物种进化加快到每年有不同节律；冬季温度升高使一些害虫冬季发育期延长，干旱对植物胁迫使昆虫繁殖和食性间接改变；气候变化造成的干旱或海平面上升影响一些栖息在湿地鸟类的活动（吴建国等，2009）。

4. 气候变化下生物分布向高纬度或者高海拔迁移

在不同气候情景下，美国适应于寒冷气候森林类型将向北迁移，一些孤立于其他物种的物种将在目前分布区灭绝，北部物种将越加向北，南部种将向北迁徙，鸟类和哺乳动物北部的丰富性降低而南部增加（吴建国等，2009）。

气候变化下野生动物分布区整体向北移，物候期提前；就繁殖过程和种群大小而言，有些物种将受益，繁殖率提高，成活率增加，种群密度增加，有些将受限，种群密度缩小甚至灭绝（吴建国等，2009）。

气候变化将对那些边缘高山区物种有极大影响，在干旱和半干旱区将对降水增加较敏感，极地受低温限制物种将扩展其范围。气候变化下，一些动物物种反应很难确定，如发现气候变化对蛇幼体影响结果很不确定（吴建国等，2009）。

5. 气候变化影响下区域物种丰富度将改变

由于气候变化，1951~1994 年爱莎尼亚森林树种由落叶松为优势种变成了以云杉为优势种；芬诺斯坎底亚南部森林中动物种群数量增加，云杉、松树和阔叶树数量减少、优势度降低，北部森林阔叶树下一些草本物种丰富度减少，松树下草本优势度增加；大西洋中部森林中榆树和松树优势度将增加，桦木、山毛榉优势度下降；气候变化影响下美国一些草本和灌木植被中C4植物数量增加10%，C3植物数量下降；气候变化导致美国一些物种丰富性将增加，5 种情景下云杉和山毛榉分布区扩展，两种情景下桦树分布没有变化，榆树分布增加，其余减少，但在美国许多地方耐热的脊椎动物丰富性都将增加，哺乳动物和鸟类在南部丰富性将降低，冷凉山区增加，木本植物丰富性在北部和东部增加，南部沙漠中降低，美国北部树木丰富度改变，特别是那些目前生活在比较寒冷、干燥和高温地区物种的丰富性将降低，并且也使恒温动物（哺乳类和鸟类）数量减少，变温动物（如爬行动物和两栖动物）数量增加（吴建国，2008；吴建国等，2009）。

6. 气候变化将影响物种入侵

气候变化通过对入侵物种原地、入侵路径和最终归宿的影响而影响物种入侵过程。气候变化将影响入侵物种分布和发育速率，并且将影响入侵种与寄主植物相互作用，对那些受人类活动或其他因素破坏的栖息地造成不利影响。CO? 浓度增加也将使植物和动物的生长加速，而干扰因素破坏森林冠层也将增加外来物种入侵机会，山区气候变化将使哥斯达黎加云杉林中一些物种丧失，一些低海拔物种入侵（吴建国等，2009）。

7. 气候变化将加速物种灭绝

气候变化对物种有直接和间接影响，直接影响主要是产生了生物致死温度，间接影响包括对食物、饮水、栖息地消失和种间共生和级联作用平衡关系影响。

在美国西南部，降水格局改变使干旱草原向荒漠灌木转变，使一些丰富度高的动物物种灭绝；应用BIOCLIM 模型模拟在1~3℃不同气候情景下42 个动物物种分布变化的趋势，包括地理狭小物种、基因改良物种、栖息地狭窄物种、不易扩散种、隔离种、山地和高山物种，升高3℃时，42 个物种中24 个将丧失其90%~100%分布范围，这24 个物种包括特定栖息地物种、高山栖息地物种、海岸栖息地物种和限定栖息地物种等；气候变化下濒危物种中爬行类和两栖类的丰富性将增加，鸟类和哺乳动物将减少；过去30 年气候变化已经使大量物种的丰富性和分布区发生改变，中等气候变化情景下，墨西哥至澳大利亚广大区域2050年15 %~37 %的物种将灭绝，最小升温情景（0.8~1.7 ℃）将使18 %物种灭绝，中等升温情景（1.8~2.0℃）将使24 %物种灭绝，最高升温情景（大于2.0℃）将使 35 %物种灭绝（吴建国，2008；吴建国等，2009）。

8. 气候变化将引起物种个体死亡

气候变化引起的极端干旱和高温事件已经引起一些植物死亡。例如，在过去几十年，因为高温和干旱或害虫及相关病原体分布和数量改变，在北美西部和北方树木死亡增加，并且树木死亡和森林枯死发生比预期早。另外，气候变化还引起珊瑚礁死亡（IPCC，2014）。

9. 气候变化改变物种之间关系

气候变化改变植物开花和昆虫传粉，导致植物和传粉者群体间不匹配（Rafferty and Ives，2010）。

气候变化对授粉的潜在影响主要涉及植物及其传粉的物候脱钩（Bartomeus et al.，2011）。

气候变化下，可能使害虫发生高峰与食物生产高峰不同步。高营养位关系受气候变化影响较大，体现在病原微生物及有害昆虫与植物间的关系。气候变化可能影响害虫和天敌物候，也可影响一些昆虫生活史（吴建国等，2009）。

气候变化将影响昆虫和真菌传播与存活及生态系统对它的易感性，也将影响草食者与真菌存活、繁殖、传播和分布、竞争与天敌的关系。CO2 浓度增加后，植物组织中C︰N 提高，叶中N 含量减少，使以这些植物为食的昆虫卵和成虫显著增加；气候变化还可能影响活动、中度和不活跃病菌而影响陆地动物分布，也可能使一些野生动物疾病增加（吴建国等，2009）。

在日本北部高山加热5 年实验表明气候变化对植被结构的影响与高纬度区情况不同，表现在种间竞争加速，高生长速率减慢，结构发生变化。因为植物、菌根生物、固氮生物和移动速度慢的无脊椎动物有不同迁移策略，气候变化对生物间相互作用将被生物作用所缓冲（吴建国等，2009）。

一般而言，树木支持着其他生物，失去任何树种将减少生物多样性，昆虫和真菌对树木危害将增加地下植物生物多样性、鸟类丰富性和多样性及捕食者、寄生和腐生者的多样性（吴建国等，2009）。

气候变化将通过改变温度、干湿和冷冻区、降水、陆地侵蚀及海洋环境等影响生物的丰富性、组成和分布，并进一步通过改变地下食物网中有机物数量和时间而影响地下生物多样性（吴建国等，2009）。

10. 气候变化影响物种迁移

因气候变化物种迁徙现象已被广泛观察到，如鸟、哺乳动物和蝴蝶都呈现北移的趋势。

据预测，21 世纪中纬度温度增加1~3.5℃，100 年内将使目前物种分布向极地迁移150~550 km；温度增加2℃，大西洋欧洲草地植被移动不到100 km；气候变化引起物种迁移率增加，北方和温带区比热带区要高，而大的水体和人类活动对迁移有较大的影响；冬天温度升高使欧洲博登湖区长距离迁徙鸟数量下降，使短距离迁徙和不迁徙鸟类数量增加，气候变暖对长距离迁徙鸟类威胁比其他鸟类要大；在不同气候变化情景下（包括温度升高1℃降水减少10%，温度升高2℃降水减少10%和温度升高2℃降水减少15%三种情景），墨西哥中部自然保护区中，气候变化后栖息地条件限制物种超出保护区或使物种灭绝，新的适宜范围在保护区边界内或外围（吴建国等，2009）。

美国北部树木和灌木对气候变化较敏感，物种向不同方向迁移，一些物种分布将更加破碎化，一些物种分布将扩大；气候变化导致冬天温度升高，将使蝴蝶适应范围增加；南非动物在温度升高2℃后，17%的物种范围扩展，78%物种范围缩小，3%没有变化，2%灭绝，物种主要向东部湿润区移动，在西部适应区丧失严重；气候变化后，澳大利亚高海拔区适合树木生长范围增加，低海拔区适合范围缩小；气候变化后，森林中以风为媒介迁移的物种每年迁移81 m，而鸟类每年迁移136 m，以风为媒介的物种迁徙速率对栖息地隔离和破碎化特别敏感，并且许多物种将来不及迁移（吴建国等，2009）。

本文摘编自《气候变化影响与风险：气候变化对生物多样性影响与风险研究》（吴建国等著. 责任编辑：万 峰 朱海燕. 北京：科学出版社, 2017.4）一书「第1章 绪论」。

（重点领域气候变化影响与风险丛书）

「十二五」国家科技支撑计划项目

ISBN 978-7-03-051897-2

《气候变化影响与风险：气候变化对生物多样性影响与风险研究》从野生动植物、遗传种质资源、有害生物多样性方面，综合利用生物地理学、气候学、模糊数学、灰色系统、统计学、计算机模拟和地理信息系统等理论与实践，建立了分析生物多样性与气候要素关系的技术，提出了识别归因过去气候变化对生物多样性影响的技术，以及区分人类活动与气候变化对生物多样性影响贡献的技术，发展了评估未来气候变化对生物多样性影响与风险的综合技术。系统分析了生物多样性与气候要素的关系，识别了近50 年来气候变化对生物多样性的影响与贡献，评估了未来30 年气候变化对生物多样性的风险，并提出了适应对策。本书中提出的技术，将为开展气候变化对生物多样性影响与风险评估提供重要的技术支撑；书中的评估结果，将为生物多样性保护适应气候变化提供重要的科学依据。

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