國際生物多樣性日 | 綜述：氣候變化對生物多樣性的十大影響

氣候變化對生物多樣性影響是指氣候變化造成的生物多樣性屬性的改變，包括有利的影響，也有不利的影響。

氣候變化多個要素預計將影響生物多樣性所有級別，包括對個體、種群、群落和生態系統的影響（Parmesan，2006）。

▋ 預計21 世紀末氣候變化將導致物種和植被類型地理分布改變，其分布範圍將向兩極推進幾百至幾千千米，溫暖水域海洋生物將遷向較寒冷的水域，導致熱帶海洋多樣性降低，溫帶和北方森林面臨大範圍枯死的危險（Field et al.，2014）。

▋ 由於定向選擇和快速遷移，氣候變化將使種群的遺傳多樣性降低（Botkin et al.，2007）。

▋ 氣候變化可能會通過影響食物和棲息地條件而影響生物多樣性整體特徵。一些物種對氣候變化響應改變將可能會對依賴這些物種而活動的物種造成一定的間接影響（Gilman et al.，2010；Walther，2010）。

▋ 千年生態系統評估預測，氣候變化影響下5%~20%陸地生態系統將轉變，特別是寒針葉林、苔原帶、灌木、草原和北方森林（Sala et al.，2005）。

▋ 氣候變化影響下，高海拔和高緯度地區的高寒和北方森林範圍預計將向北擴展，樹線及苔原和高山群落將上移，使物種滅絕（Alo and Wang 2008），一些湖泊可能變干（Campbell et al.，2009）；海水變溫熱並且變得更酸，熱帶珊瑚礁將白化（Hoegh-Guldberg et al.，2007）。

具體而言，氣候變化對生物多樣性影響體現在如下十個方面。

1. 氣候變化使遺傳多樣性發生改變

氣候變化對基因多樣性的影響包括對物種繁殖過程、單倍體（如芽變）和多倍體形成等方面的影響。氣候變化使山地積雪融化提前，使一些兩棲類動物繁殖提前，這對遺傳物質傳遞將產生一定的影響。一些大型動物，由於種群密度小，活動範圍大，基因多樣性受氣候變化的威脅較大（吳建國等，2009）。

2. 氣候變化影響下，物種生理、飲食、活動等行為將改變（Johansen and Jones，2011）

氣候變化使物種的行為和活動改變。一些生物進化非常迅速（Lavergne et al.，2010），特別是短生活周期的物種能夠通過變異和進化有效快速地適應環境條件的急劇改變（Bell and Gonzalez，2009）。

生物的微進化是生物對氣候變化適應性反應的重要機制，即氣候變化下物種通過基因突變或在新的環境條件下選擇現有基因型（Salamin et al.，2010）或進行性狀可塑性變化（Charmantier et al. ，2008）來適應環境變化，涉及種內不同時間尺度的形態、生理或行為特徵的變異（Botkin et al. ，2007；Chevin et al. ，2010）。

20 世紀，很多外溫動物的運動、生長、繁殖和性別等隨著氣候變化已經改變（Tewksbury et al.，2008）。

3. 氣候變化對動植物物候影響很大

在英國，65 個種中78%物種繁殖時間提早9 天；在美國紐約，從1903 年到現在的90 多年中，39 個物種提前遷徙、35 個物種沒有變化、2 個物種推遲；在美國威斯康星州，鳥類中8 個種遷徙和鳴叫時間提前，1 個推遲；蝴蝶、作物害蟲、兩棲類動物受氣候變化影響，繁殖時間提前。

鳥類遷徙對當地氣溫不敏感，昆蟲卵發育和成蟲形成卻對當地氣溫變化十分敏感；一些極端天氣條件，如冬天風暴和低溫都將導致物種食物供應中斷而使物種滅亡；溫度升高使一些昆蟲代謝加快，一些物種進化加快到每年有不同節律；冬季溫度升高使一些害蟲冬季發育期延長，乾旱對植物脅迫使昆蟲繁殖和食性間接改變；氣候變化造成的乾旱或海平面上升影響一些棲息在濕地鳥類的活動（吳建國等，2009）。

4. 氣候變化下生物分布向高緯度或者高海拔遷移

在不同氣候情景下，美國適應於寒冷氣候森林類型將向北遷移，一些孤立於其他物種的物種將在目前分布區滅絕，北部物種將越加向北，南部種將向北遷徙，鳥類和哺乳動物北部的豐富性降低而南部增加（吳建國等，2009）。

氣候變化下野生動物分布區整體向北移，物候期提前；就繁殖過程和種群大小而言，有些物種將受益，繁殖率提高，成活率增加，種群密度增加，有些將受限，種群密度縮小甚至滅絕（吳建國等，2009）。

氣候變化將對那些邊緣高山區物種有極大影響，在乾旱和半乾旱區將對降水增加較敏感，極地受低溫限制物種將擴展其範圍。氣候變化下，一些動物物種反應很難確定，如發現氣候變化對蛇幼體影響結果很不確定（吳建國等，2009）。

5. 氣候變化影響下區域物種豐富度將改變

由於氣候變化，1951~1994 年愛莎尼亞森林樹種由落葉松為優勢種變成了以雲杉為優勢種；芬諾斯坎底亞南部森林中動物種群數量增加，雲杉、松樹和闊葉樹數量減少、優勢度降低，北部森林闊葉樹下一些草本物種豐富度減少，松樹下草本優勢度增加；大西洋中部森林中榆樹和松樹優勢度將增加，樺木、山毛櫸優勢度下降；氣候變化影響下美國一些草本和灌木植被中C4 植物數量增加10%，C3植物數量下降；氣候變化導致美國一些物種豐富性將增加，5 種情景下雲杉和山毛櫸分布區擴展，兩種情景下樺樹分布沒有變化，榆樹分布增加，其餘減少，但在美國許多地方耐熱的脊椎動物豐富性都將增加，哺乳動物和鳥類在南部豐富性將降低，冷涼山區增加，木本植物豐富性在北部和東部增加，南部沙漠中降低，美國北部樹木豐富度改變，特別是那些目前生活在比較寒冷、乾燥和高溫地區物種的豐富性將降低，並且也使恆溫動物（哺乳類和鳥類）數量減少，變溫動物（如爬行動物和兩棲動物）數量增加（吳建國，2008；吳建國等，2009）。

6. 氣候變化將影響物種入侵

氣候變化通過對入侵物種原地、入侵路徑和最終歸宿的影響而影響物種入侵過程。氣候變化將影響入侵物種分布和發育速率，並且將影響入侵種與寄主植物相互作用，對那些受人類活動或其他因素破壞的棲息地造成不利影響。CO? 濃度增加也將使植物和動物的生長加速，而干擾因素破壞森林冠層也將增加外來物種入侵機會，山區氣候變化將使哥斯大黎加雲杉林中一些物種喪失，一些低海拔物種入侵（吳建國等，2009）。

7. 氣候變化將加速物種滅絕

氣候變化對物種有直接和間接影響，直接影響主要是產生了生物致死溫度，間接影響包括對食物、飲水、棲息地消失和種間共生和級聯作用平衡關係影響。

在美國西南部，降水格局改變使乾旱草原向荒漠灌木轉變，使一些豐富度高的動物物種滅絕；應用BIOCLIM 模型模擬在1~3℃不同氣候情景下42 個動物物種分布變化的趨勢，包括地理狹小物種、基因改良物種、棲息地狹窄物種、不易擴散種、隔離種、山地和高山物種，升高3℃時，42 個物種中24 個將喪失其90%~100%分布範圍，這24 個物種包括特定棲息地物種、高山棲息地物種、海岸棲息地物種和限定棲息地物種等；氣候變化下瀕危物種中爬行類和兩棲類的豐富性將增加，鳥類和哺乳動物將減少；過去30 年氣候變化已經使大量物種的豐富性和分布區發生改變，中等氣候變化情景下，墨西哥至澳大利亞廣大區域2050年15 %~37 %的物種將滅絕，最小升溫情景（0.8~1.7 ℃）將使18 %物種滅絕，中等升溫情景（1.8~2.0℃）將使24 %物種滅絕，最高升溫情景（大於2.0℃）將使 35 %物種滅絕（吳建國，2008；吳建國等，2009）。

8. 氣候變化將引起物種個體死亡

氣候變化引起的極端乾旱和高溫事件已經引起一些植物死亡。例如，在過去幾十年，因為高溫和乾旱或害蟲及相關病原體分布和數量改變，在北美西部和北方樹木死亡增加，並且樹木死亡和森林枯死發生比預期早。另外，氣候變化還引起珊瑚礁死亡（IPCC，2014）。

9. 氣候變化改變物種之間關係

氣候變化改變植物開花和昆蟲傳粉，導致植物和傳粉者群體間不匹配（Rafferty and Ives，2010）。

氣候變化對授粉的潛在影響主要涉及植物及其傳粉的物候脫鉤（Bartomeus et al.，2011）。

氣候變化下，可能使害蟲發生高峰與食物生產高峰不同步。高營養位關係受氣候變化影響較大，體現在病原微生物及有害昆蟲與植物間的關係。氣候變化可能影響害蟲和天敵物候，也可影響一些昆蟲生活史（吳建國等，2009）。

氣候變化將影響昆蟲和真菌傳播與存活及生態系統對它的易感性，也將影響草食者與真菌存活、繁殖、傳播和分布、競爭與天敵的關係。CO2 濃度增加後，植物組織中C︰N 提高，葉中N 含量減少，使以這些植物為食的昆蟲卵和成蟲顯著增加；氣候變化還可能影響活動、中度和不活躍病菌而影響陸地動物分布，也可能使一些野生動物疾病增加（吳建國等，2009）。

在日本北部高山加熱5 年實驗表明氣候變化對植被結構的影響與高緯度區情況不同，表現在種間競爭加速，高生長速率減慢，結構發生變化。因為植物、菌根生物、固氮生物和移動速度慢的無脊椎動物有不同遷移策略，氣候變化對生物間相互作用將被生物作用所緩衝（吳建國等，2009）。

一般而言，樹木支持著其他生物，失去任何樹種將減少生物多樣性，昆蟲和真菌對樹木危害將增加地下植物生物多樣性、鳥類豐富性和多樣性及捕食者、寄生和腐生者的多樣性（吳建國等，2009）。

氣候變化將通過改變溫度、乾濕和冷凍區、降水、陸地侵蝕及海洋環境等影響生物的豐富性、組成和分布，並進一步通過改變地下食物網中有機物數量和時間而影響地下生物多樣性（吳建國等，2009）。

10. 氣候變化影響物種遷移

因氣候變化物種遷徙現象已被廣泛觀察到，如鳥、哺乳動物和蝴蝶都呈現北移的趨勢。

據預測，21 世紀中緯度溫度增加1~3.5℃，100 年內將使目前物種分布向極地遷移150~550 km；溫度增加2℃，大西洋歐洲草地植被移動不到100 km；氣候變化引起物種遷移率增加，北方和溫帶區比熱帶區要高，而大的水體和人類活動對遷移有較大的影響；冬天溫度升高使歐洲博登湖區長距離遷徙鳥數量下降，使短距離遷徙和不遷徙鳥類數量增加，氣候變暖對長距離遷徙鳥類威脅比其他鳥類要大；在不同氣候變化情景下（包括溫度升高1℃降水減少10%，溫度升高2℃降水減少10%和溫度升高2℃降水減少15%三種情景），墨西哥中部自然保護區中，氣候變化後棲息地條件限制物種超出保護區或使物種滅絕，新的適宜範圍在保護區邊界內或外圍（吳建國等，2009）。

美國北部樹木和灌木對氣候變化較敏感，物種向不同方向遷移，一些物種分布將更加破碎化，一些物種分布將擴大；氣候變化導致冬天溫度升高，將使蝴蝶適應範圍增加；南非動物在溫度升高2℃後，17%的物種範圍擴展，78%物種範圍縮小，3%沒有變化，2%滅絕，物種主要向東部濕潤區移動，在西部適應區喪失嚴重；氣候變化後，澳大利亞高海拔區適合樹木生長範圍增加，低海拔區適合範圍縮小；氣候變化後，森林中以風為媒介遷移的物種每年遷移81 m，而鳥類每年遷移136 m，以風為媒介的物種遷徙速率對棲息地隔離和破碎化特別敏感，並且許多物種將來不及遷移（吳建國等，2009）。

本文摘編自《氣候變化影響與風險：氣候變化對生物多樣性影響與風險研究》（吳建國等著. 責任編輯：萬 峰 朱海燕. 北京：科學出版社, 2017.4）一書「第1章 緒論」。

（重點領域氣候變化影響與風險叢書）

「十二五」國家科技支撐計劃項目

ISBN 978-7-03-051897-2

《氣候變化影響與風險：氣候變化對生物多樣性影響與風險研究》從野生動植物、遺傳種質資源、有害生物多樣性方面，綜合利用生物地理學、氣候學、模糊數學、灰色系統、統計學、計算機模擬和地理信息系統等理論與實踐，建立了分析生物多樣性與氣候要素關係的技術，提出了識別歸因過去氣候變化對生物多樣性影響的技術，以及區分人類活動與氣候變化對生物多樣性影響貢獻的技術，發展了評估未來氣候變化對生物多樣性影響與風險的綜合技術。系統分析了生物多樣性與氣候要素的關係，識別了近50 年來氣候變化對生物多樣性的影響與貢獻，評估了未來30 年氣候變化對生物多樣性的風險，並提出了適應對策。本書中提出的技術，將為開展氣候變化對生物多樣性影響與風險評估提供重要的技術支撐；書中的評估結果，將為生物多樣性保護適應氣候變化提供重要的科學依據。