科学参考▲全球变化的前哨与屏障，王根绪：冰冻圈生态系统
文章图片
本文刊载于《中国科学院院刊》2020年第4期
专刊：冰冻圈科学与可持续发展
王根绪1*杨燕1张光涛2常瑞英1
1中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院海洋研究所成都
2中国科学院海洋研究所青岛
冰冻圈通过存储或调节释放大量的能量 ， 以及水汽、甲烷、二氧化碳、一氧化二氮和其他生源要素等反馈影响全球气候变化 ， 并作用于生物圈、水圈等其他圈层 。 冰冻圈是气候系统最敏感的圈层：气候变暖促使冰冻圈各要素的冰量总体处于亏损状态 ， 以相变能量变化主导物质与能量循环发生改变 ， 并导致各类生态系统从生境、组成结构、食物网、分布格局等全方位产生异变 。 气候变暖对生态系统的影响比其他区域更为深刻和广泛 。
冰冻圈剧烈变化对冰冻圈作用区生态系统本身及其服务功能产生较大影响 ， 但生态系统变化对冰冻圈又具有强烈的反馈作用 。 这些作用与反作用及其链式环境与发展影响形成于冰冻圈 ， 但其波及影响范围甚至是全球性的 。 因此 ， 冰冻圈生态学在全球环境治理、推动人类社会可持续发展方面具有十分重要的地位和作用 。
在全球变化背景下 ， 伴随人类社会可持续发展对冰冻圈依赖程度不断增强 ， 迫切需要从冰冻圈和生物圈密切的相互作用关系出发 ， 探索应对变化环境的生态系统保护与服务功能的可持续维持 ， 冰冻圈生态学学科应运而生 ， 并在全球变化和可持续发展研究热潮中得以飞速发展 。
1冰冻圈生态系统的基本特点与功能冰冻圈环境给定了特殊的物理、化学和生物条件 ， 适应于这一环境的生物及其与这一环境的相互关系构成了冰冻圈生态系统 。 从圈层角度来看 ， 冰冻圈生态学就是研究生物圈与冰冻圈相互作用的学科 。 因此 ， 系统理解冰冻圈中的生物圈特性及其生态系统结构与功能 ， 是冰冻圈生态学的基本任务 。
一般而言 ， 随着纬度和海拔高度的增加 ， 冰冻圈作用愈加强烈 ， 因而生境愈加严酷 ， 食物网的复杂性与多样性方面应该具有显著降低的趋势 。 然而 ， 即使在极高纬度的北极地区 ， 尽管其陆地初级生产力很低 ， 但生产者（植物）、初级消费者（草食动物）、高级消费者（食肉动物）和分解者这4个营养水平都存在 。
这种特性也存在于青藏高原海拔4000m以上的大部分地区 。 在次区域尺度上 ， 北极和青藏高原陆地生物群落具有多样的镶嵌体 ， 这些镶嵌体由气候、基质和水文的梯度变化等多种非生物因素共同作用形成 。 例如 ， 其具有的独特的α和群落（β）多样性就是由冰冻圈（积雪和多年冻土）因素作用形成的 。
在基于生态位的因素中 ， 冰冻圈内由与地貌相关的因素、热量梯度、冰川史、冻土发育史、洋流等众多因素共同作用形成丰富多彩的栖息地环境 。 例如 ， 在海洋冰冻圈环境中 ， 冰层覆盖为北极生物提供了独特的异质性栖息地 ， 在冰层表面的底部（次生底部栖息地）和顶部（融水池）都有独特的动、植物；即便不包括海冰下面的海洋生态系统 ， 冰雪中也有完整的食物网结构（图1） 。
文章图片
图1海冰、冰川冰与雪环境中的食物网结构
在泛北极大陆和青藏高原多年冻土区 ， 冻融循环和热喀斯特等与冰相关的过程 ， 创造了一个动态的淡水湖塘和沼泽湿地星罗棋布镶嵌分布的高度异质性空间格局 。 这种栖息地的异质性叠加在各类冰冻圈与岩石圈相互作用的空间变化上 ， 形成了冰冻圈特殊的高度异质性生物多样性分布格局 。 由此造就了青藏高原和整个北极地区存在大量的全球性高度生物多样性的区域热点 。
在生态系统功能（或者重要性）方面 ， 冰冻圈生态系统功能除了与其他生态系统相似的生物生产、能量流动、物质循环和信息传递等以外 ， 还有其特殊功能或重要性 。
推荐阅读
- 【科学家】“太岁”到底是什么生物？科学家给出答案：科学家给出答案
- 『科学家』全球仅剩38条，与世隔绝5万年的鱼，还差点被醉鬼连锅端了
- 【飞行器】科学家发现，6000多年前的“飞行器”，或能随意穿梭宇宙太空
- 『科学家』世界上真的有僵尸病毒，已经在巴西雨林找到，希望不会威胁到人类
- 科学家@中国两个最神秘的地方, 真实存在， 科学家至今都无法解释！
- 科学家：俄科学家揭秘金字塔骗局，距离完工仅100余年，他们有何证据？
- 【银河系】银河系或早已死亡，我们看到的只是几亿年前的光芒，听听科学家怎么说！
- 双星系统@双星系统是生命禁区？美国科学家指出：大自然从不受人类想象所限
- 『黑猩猩』人和黑猩猩“繁衍实验”，苏联科学家试过后，结果很悲剧！
- 科学探索007你就会明白地球各个部分的厚度了，地球有多厚？将地球比作一个蛋