气候变化与全球生物多样性

张品茹

（中共陕西省委党校（陕西行政学院）管理学教研部，陕西 西安 710068）

全球气候变暖背景下，南极企鹅的生存状况堪忧/Pixabay

气候是地球生态系统的一个关键支撑要素，为地球生物构筑了生存和发展的基本环境。自工业革命以来，人类不当活动导致全球气候持续变暖。气候变化破坏和改变了不少生物的生存环境，威胁它们种群的生存和发展，对地球生物多样性造成巨大威胁。与此同时，生物多样性的改变，也负向反馈到了气候变化上，进一步加剧了全球气候变暖。两者间这种互为因果的恶性循环，使全球生物多样性保护工作和减排事业遭受更大挑战。

气候变化是生物多样性丧失的重要原因

生物多样性是生物（动物、植物、微生物）与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和，包括生态系统多样性、物种多样性和基因多样性三个层次。生物多样性对人类生存与发展、地球生态系统平衡具有重要意义。然而目前地球生物多样性正遭受严重威胁。2019 年5 月，联合国发布的《生物多样性和生态系统服务全球评估报告》显示，在地球800 万个物种中，有约100 万个（约12.5%）因人类活动而遭受生存危机，濒临灭绝。在自然生态系统中，不同物种间都建立起了复杂的食物链关系，一个物种灭绝将直接影响食物链上的其他物种生存。这意味着随着物种灭绝数量的增加，未来物种灭绝速度也将越来越快。2022 年3 月，来自布朗大学、杜克大学的科研人员通过对物种DNA 进化图谱进行建模分析，发现当前物种灭绝速度为每一百万种每年灭绝一百种，这一速度比人类进入历史舞台前快了1 000 倍。

气候是地球生态系统得以运行和发展的关键支撑要素，人类活动引发的全球气候变暖，正严重威胁地球生物生存与发展。全球气候变暖破坏和改变了维持地球生物繁衍生息的重要环境条件。面对气候要素的改变，地球生物不得不做出新的反应。2019 年发表在《自然•通讯》杂志上的一篇论文发现：目前气候变化速度快于动物的适应能力。来自德国莱布尼茨动物园与野生动物研究的科研人员发现：面对气候变化，动物们通常会调整自己的冬眠、繁殖、迁徙等行为，以更好地适应气候环境变化，求得自身和种群生存。一小部分鸟类，如大山雀、斑姬鹟、喜鹊等已经能较好地适应气候变化了，但仍有相当多动物的自我调节和反应速度，还不足以让它们很好地应对快速上升的气温和剧烈变化的气候。气候变化将直接威胁这些物种的生存，并加速部分濒危物种走向灭绝。

目前，科学家们已经发现大量气候变化导致生物死亡或灭绝的真实案例。海龟是一种十分可爱的生物，但很多人不知道这种萌萌的海洋生物还有一个十分奇特的繁殖规律：龟卵孵化性别取决于孵化温度。生物学家们发现，当龟卵周围沙滩温度低于27°C 时，更容易孵化出雄性海龟，而当沙滩温度超过31°C 时，孵化出雌性海龟的概率将大大提高。这意味着气温可以改变海龟种群性别平衡，进而影响海龟种群发展。在全球气候变暖背景下，这一问题已经显现。2022 年8 月，英国《卫报》报道称：由于美国佛罗里达州连续4 年刷新夏季高温纪录，导致4 年来在这里出生的海龟几乎都是雌性。性别失衡给已经面临偷猎和栖息地破坏的海龟种群带来了新的灾难。不仅仅是美国佛罗里达州，早在2018 年，《当代生物学》杂志刊登的一项研究就发现：由于气温升高，在过去20 年间澳大利亚大堡礁北部的绿海龟孵化的后代中雄性个体极少，目前在这里99.1%的未成年海龟是雌性，99.8%即将成年的海龟为雌性，成年海龟中雌性比例也高达86.8%。海龟种群的“阴盛阳衰”势必会威胁该物种的后续发展。

气候变化也让候鸟们的迁徙之路“步步惊心”。每年8 月和9 月是北美候鸟秋季迁徙的最佳时间，成群结队的候鸟飞往南方温暖地区寻找它们新的生活乐园。但在2020 年秋季，美国新墨西哥州等地的人们却在公路、田野、深山中发现数十万具候鸟尸体。科学家们在解剖了这些禽鸟尸体后发现它们的胃部普遍存在缺少食物，80%的尸体样本都存在不同程度的饥饿现象。最终生物学家们确认饥饿、食物匮乏是导致此次候鸟大量死亡的直接原因，而真正的罪魁祸首却是气候变化。由于气候变暖，北美中西部连续多年在夏季遭遇极端高温天气，使得这里山火连年爆发。山火破坏了鸟类的栖息环境，绝大部分候鸟并没有在夏季觅得足够食物、储存足够脂肪，而山火又迫使候鸟匆忙走上迁徙之路。食物匮乏、营养不足，让候鸟们在它们的迁徙路上“摇摇欲坠”，最终它们中的一部分在拼尽全力后饿死在了奔向新希望的路上。

气候变暖，使冰川消融速度加快，使寒带生物的生境遭破坏，威胁它们种群的生存与发展。海豹是一种广泛分布于寒温带海洋中的鳍足类动物，在南极、北冰洋海域有广泛分布。海豹对浮冰极其依赖，在极地生存的10 种海豹中至少有3 种几乎一生都生活在浮冰上。浮冰使海豹能与大型捕食者隔离开，为海豹生存和繁殖提供了相对安全的空间。而随着全球气候变暖，极地海冰面积正在大量减少，这使得海豹的栖息地也被不断压缩。美国国家冰雪中心的科研人员发现，冰层破裂会导致海豹妈妈早产，新生幼崽死亡率也会增加，此外当海豹幼崽恰好出生在薄软的冰层时，它们很可能没有充足的时间断奶就被迫迁徙，这同样会降低它们的生存概率。世界自然基金会的最新报告认为：海冰或冰盖的加速融化，使海豹幼崽难以获得丰富食物，身体也无法长出足够厚实的脂肪层，当它们被迫在冰冷的海水中游泳时很可能会因营养不良、体温过低而夭折或被其他天敌捕食。

海豹的生存危机还会进一步传导至北极熊。海豹是北极熊的主要食物来源，冰川消融，也使生活在海冰上的北极熊的捕食范围大幅缩减，海豹数量的减少，也使它们面临食物极度匮乏的困境。2022 年12 月，加拿大政府的一项最新调查发现过去40 年，来哈德逊湾觅食和繁殖的北极熊数量减少了40%，幼熊无法获得食物和营养保障，雌熊因养育幼熊而面临更严峻的食物和生存危机，它们的大量集中死亡尤其令人担忧。2020 年7 月，一项发表在《自然•气候变化》杂志上的研究指出，由于极地海冰消融，最早在2040 年北极熊就可能出现饥饿和繁殖失败，到21 世纪末，北极熊可能会彻底灭绝。

澳大利亚大堡礁是气候变暖背景下生物多样性遭破坏的又一例证。珊瑚实质上是由珊瑚虫在吸收海水中的钙和二氧化碳后分泌的石灰石骨骼，而珊瑚虫的生存又离不开虫黄藻。珊瑚虫在新陈代谢过程中能产生虫黄藻光合作用必需的二氧化碳、氮、磷等原料，而虫黄藻在为珊瑚虫生存提供必要的氧气、葡萄糖、甘油、氨基酸等营养物质的同时，又能给珊瑚礁带来绚烂多彩的色彩，两者建立了自然界中典型的“生死相依”式的共生关系。然而全球气候变暖正在破坏这对共生关系。虫黄藻对温度非常敏感，海水温度过高会影响其光合作用并导致其产生对珊瑚虫有害的氧自由基，为此珊瑚虫不得不驱逐虫黄藻，而在虫黄藻离开后，珊瑚虫也失去了营养来源，最终珊瑚礁停止了生长，颜色也变成了毫无生气的石灰白。全球气候变暖是当前澳大利亚大堡礁白化的主要原因。目前，大堡礁已经分别于1998 年、2002 年、2016 年、2017 年、2020 年、2022 年发生过六次大规模白化事件，澳大利亚多位科学家表示：如果人类继续当前的高排放模式，那么到2044 年大堡礁将可能每年发生一次白化事件。而大堡礁的今天，就是其他热带珊瑚礁的明天，如果人类不能尽快采取措施遏制全球气候变暖，全球珊瑚礁未来都将消失。

气候变化对生物多样性的影响

气候是自然生态系统的基础因素，它的改变几乎会对地球所有生物的生存繁衍造成不同程度的影响。上文中所列举的实例也仅仅只是其深刻影响的有限代表而已。科学家们在经过大量研究后总结认为气候变化对生物多样性的影响主要集中在以下四个方面。

一是加速物种灭绝。这是气候变化对地球生物多样性造成的最大危害。目前正式被官方确认因气候变化而灭绝的哺乳动物是珊瑚裸尾鼠，不断上升的海平面和汹涌的风暴潮侵蚀了它们的家园，这种很多人并未听闻的生物永远停留在了公元2019 年2 月。自20世纪70 年代以来，因温度上升、厄尔尼诺现象加剧、降水不规律等气候原因，使南美洲哥斯达黎雨林失去了至少21 种蛙类。2016 年12 月，一项发表在《公共科学图书馆•生物学》期刊上的学术研究表明：气候变化已经导致数百个物种在局地范围内灭绝，在全球变暖趋势下，这种局地物种灭绝只会愈演愈烈。2020 年2月发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究预测到2070 年，全球可能会有近一半的物种因气候变化而走向灭绝。

二是改变了物种分布范围。气候变暖，导致部分物种的栖息环境发生改变，这将最终影响物种的分布范围。北美埃迪斯斑蝶每年在美国加利福尼亚北部和加拿大之间度过夏季，而后向南迁徙至墨西哥越冬。但随着气候变暖，目前这种蝴蝶的分布区域已经向北移动了约200 千米。同样由于温度上升，原本喜欢温凉气候的洛基山蝾螈已经沿山体向高处迁徙了100～200米。2009 年中国环境科学院以我国83 种珍稀动植物为研究对象，分析它们在气候变化背景下分布格局的变化，研究发现有31%的物种向高海拔、高纬度地区迁移，21%的物种分布区出现破碎化，16%的物种分布范围向中心缩小，剩余24%的物种部分范围也向其他地区发生转移。2022 年7 月，《科学美国人》杂志报道的一项研究称：在全球变暖背景下，陆地动物正以平均每10 年约17 千米的速度向极地移动，而海洋动物的“最前线”正以每10 年72 千米的速度向极地移动。

三是影响物种基因多样性。在气候变暖趋势下，一些物种虽未消失，但其适应寒冷或特定环境的特征种群可能会遭受生存危机，使部分遗传基因无法延续，最终导致物种遗传多样性丧失。早在2006 年，美国《科学》杂志就曾发表文章称气候变化会将对动物习性的影响进一步反映到遗传基因上，进而改变他们的进化方向。直接的证据来自候鸟的体型和翼展变化。2020 年1 月发表在《生态学快报》上的一项研究发现：气候变化使鸟类的身体越来越小，但翼展却越来越长。美国密歇根大学的研究人员对北美52 种候鸟标本的体型进行了40 年的对比分析，发现40 年间鸟类的平均体重下降了2.6%，跗趾长度缩短了2.4%。翅膀长度也有明显增加。澳大利亚肯迪大学的另一项研究也发现在孵卵期，雌性斑胸草雀能通过叫声将环境温度过高的信息传达给胚胎，改变胚胎生理状态，导致幼鸟孵化后在生长期间平均体型更小。这从生理可塑性的角度解释了气候变化导致鸟类体型变小的原因。

四是影响物种相互关系。在漫长的生物进化史上，不少物种与其他物种建立起了复杂的互利、共生关系。一旦气候变化对其中一个物种造成影响，就可能使原本稳定的物种关系走向破裂。上文中提到的珊瑚虫与虫黄藻的共生关系破裂就是气候变化对物种相互关系影响的一个典型案例。气候变暖还会导致一些植物提前开花，生长期变长或生长加速，使得它们与传粉昆虫物候脱钩，打乱和破坏它们间的物种关系。2019 年7 月，《公共科学图书馆•综合》发表的一项研究发现气候变暖导致欧洲白头翁花这种春季最早开花植物的花期进一步提前。在开花季节，其主要授粉者欧洲果园蜜蜂和红色梅森蜜蜂，却并未因温度升高而提前孵化，这导致白头翁花授粉量不断降低，种群面临繁殖和生存危机。总而言之，一些共生、寄生以及食物链上的物种，由于对温度的敏感性不同，可能会导致它们长期进化建立起来的物种关系走向错乱和破裂。

生物多样性也影响气候变化

气候变化威胁生物多样性，生物多样性的丧失也会进一步加剧气候变暖。众所周知，绿色植物能借助阳光，将二氧化碳和水转化为有机质和氧气，对维持大气碳氧平衡意义重大。植物的这种固碳能力在人们应对全球气候变暖过程中发挥着重要作用，不少国家和地区也都采用了“减排”加“增绿”两种方式来控制区域碳排放。这意味着，当绿色植被遭破坏后，全球气候变暖就可能进一步加剧。

热带雨林植被丰茂，对降低大气二氧化碳浓度、调节气候有重要作用。近年来，由于人类不当活动，热带雨林正在遭到严重破坏，其原本的捕碳、固碳能力也正在不断削弱。亚马孙热带雨林位于南美洲亚马孙盆地，占地700 万平方千米，占全球雨林面积的50%，森林面积的20%，有“地球之肺”的美称。然而长久以来它一直遭受着乱砍滥伐的侵害，面积正在不断减少。“亚马孙地理社会环境信息网”数据显示：1985—2021 年，雨林被砍伐面积从49 万平方千米迅速扩大至125 万平方千米。巴西空间研究所的卫星数据显示：自2022 年初以来，亚马孙雨林的砍伐面积每月都在大幅增加，仅2022 年上半年被砍伐森林面积就超过了3 980 平方千米，比2021 年同期增长了10%。科学家预测照此趋势，亚马孙雨林可能损失20%～25%的森林面积。面积的减少，使得亚马孙雨林的吸碳能力大幅下降。科学家们发现，热带雨林的存碳能力在20 世纪90 年代达到顶峰后就一路下滑，目前雨林的吸碳能力已经下降了三分之一。更糟糕的是，由于人类的错误行为，目前亚马孙雨林在对抗温室气体斗争中已经变得毫无用处。2021 年7 月，巴西国家空间研究所的科研人员在《自然》杂志发文称：亚马孙热带雨林中每年因人为山火燃烧产生的二氧化碳约为16 亿吨，而雨林中健康树木每年只能吸收5 亿吨二氧化碳，亚马孙雨林早已不再是碳汇，而是碳源。

红树林生活在海陆过渡地带，它们组成了地球上最丰饶、最复杂的生态系统。红树林为无数鱼类、鸟类、贝类、龟类、哺乳动物提供了栖息地。除此之外，它在抵御海水侵蚀、保护海岸、吸碳固碳、应对气候变化等方面发挥着重要作用。2021 年全球红树林联盟发布的《全球红树林状况》报告显示：目前，全球红树林储存的碳相当于210 亿吨以上的二氧化碳，为减缓气候变化发挥了不可替代的作用。如果红树林生态系统遭到破坏，这些碳就将重新释放回大气中，加剧气候变暖。然而，近40 年来，全球的红树林规模已消退了35%，其消失速度甚至超过热带雨林，这也意味着红树林吸碳固碳、抵抗气候变化的能力也在不断减弱。

不仅是绿色植物，动物种群数量的减少也会对气候变化产生重要影响。2019 年发表在《自然•地理科学》杂志上的一项研究则表明：象群数量减少，会间接导致森林储碳量的减少。来自意大利托斯卡纳大学的科研人员发现：大象庞大的身躯在践踏植被，推倒树木的同时，也为生长缓慢的植被留出了更大的生长空间，象群周期性的活动能促使这些植被形成更密集、更茂盛的群落特征。如果森林象灭绝，那么这些生长速度缓慢的植被根本无法与生长速度快且大量蔓延的植被竞争阳光和雨露，而这将导致地上植被量减少7%。千万不要小看这7%的植被量，它们能帮助地球储备30 亿吨碳，这相当于英国14 年碳排放量的总和。令人担忧的是，现实中中非森林中象群的数量真的在持续下降，19 世纪初它们的数量估计有100 万头，而到现在仅剩下10 万头。随着它们数量的持续下降，地球森林储碳量还将持续下降，这意味着会有更多二氧化碳进入大气，气候变暖也将进一步加剧。

2019 年发表在《自然•科学报告》杂志上的另一项研究发现：热带地区，以水果为食的动物数量的减少，会影响森林储碳量。泰国农业大学的研究人员发现原始森林中绝大部分树木都依靠长臂猿、猕猴、犀鸟、黑鹿、熊以及亚洲象等以水果为食的动物来传播种子，以实现种群繁衍，当灵长类动物消失后，地球植被碳储量将减少2.4%。研究人员最后警示我们：如果没有野生动物帮助植被散播种子，植物种群的发展也将受到巨大影响，那么其背后的潜在固碳能力就无法发挥出来，这对全球气候变暖显然是一个坏消息。2015 年英国东英吉利大学在巴西热带雨林中也发现了与上述研究相似的结论。研究人员对巴西部分森林中超过2 000 个树种和800 种动物数据进行分析，发现在热带雨林中，一些以树木果实为食的动物减少后，将直接限制具有储碳、固碳能力的树木的种群发展，加剧全球变暖。事实上，在热带雨林中50%的植物果实最终都被哺乳动物和鸟类取食，60%～94%的木本植物要依靠食果动物来传播种子繁衍后代。当影响树木、植被繁衍的动物们消失后，地球绿色植物的发展也将受到限制，其捕碳、储碳等缓解气候变暖的能力也会大幅下降。

应对气候变化可以有效保护生物栖息地，促进生物繁衍和种群发展，对保护生物多样性具有重要意义。与此同时，保护生物多样性可以充分发挥生态系统的碳汇功能，减缓气候变暖。鉴于两者间这种相辅相成的关系，未来我们要应对气候变化和生物多样性丧失这两大危机，必须从系统论角度出发，将节能减排、保护生物多样性两大目标统一起来，共同推进，协同治理。