影响因素，从而采取相应的对策，达到减缓全球变暖的目的。陆地生态系统吸收CO2受许多因素的影响，目前研究角度主要有如下几方面。
第一，受植物的生理生态活动影响。植物的光合作用吸收碳，植物的呼吸作用释放碳，因此光合作用与呼吸作用的变化会影响碳的吸收。Michael L. Goulden等[20]的研究充分说明了这一点。这项研究在英格兰一个落叶林中研究CO2的净吸收量的变化（1991－1995年变化幅度1.4~2.8 t/hm2）时发现碳吸收在1990年高于平均值，原因是光合作用的加强；而1995年高于平均值原因是呼吸作用的减弱。而光合和呼吸作用变化的影响因素又是什么呢？研究表明：光合作用年际间的变化与叶子的扩张与衰老（即叶面积）有关系，一年生植物呼吸作用与土壤温度异常及冬季大雪和夏季大旱有关。
第二，生态系统的不同配置会改变碳的储备。B. H. Braswell等[21]利用三组数据系列来研究陆地碳吸收对气候变化的响应机制模型时发现全球生态系统的不同配置可以间接改变气候和大气中的CO2。这项研究通过测量大气中CO2与人造卫星测量温度和植被指数来调查气候、CO2与生态系统之间的关系，研究出了气候变化与CO2增长速率之间相互关系。表明了全球生态系统分配变化间接改变了气候与碳吸收之间的关系。
第三，森林中C积累增加是由于CO2施肥作用,N的沉积作用及气候变化促进的树木生长[22]和因为土地利用的历史变化(特别是在废弃农田上,收获后的土地上以及火灾后的土地上的再植林)[23]。
第四，CO2浓度升高和气温升高对陆地生态系统净吸收碳的影响：美国的一项研究用1895—1993年的历史气候资料来反映陆地碳吸收与CO2的浓度及气候之间的关系(植被/生态系统模型与分析计划)表明在废弃土地和收获后土地上再种植对于碳储备的作用很大[24]。另一项研究在马萨诸塞州的Harvard森林（属于中纬度阔叶林）进行了从1991年4月十年来的土壤变暖实验，通过研究土地中的碳氮循环来研究其变化对气候系统的影响，结论是尽管土地变暖会加速土壤中有机物的腐烂，从而增加释放到空气中的CO2，但在中纬度这种影响小且时间短；同时变暖会加强树木中氮吸收，有利于植物生长，间接促进碳的吸收[25]。总之，在中纬度，变暖会加强土壤的碳吸收。
第五，自然植被和人工植被对碳循环影响存在差异性。Ernst-Detlef Schulze等[26]以西伯利亚和美国为例，研究了自然植被和人工植被对碳循环影响的差异性，通过4种通量的计算表明：自然生长的树木对于减少CO2影响比人工再种植的作用大。
第六，氮的增加对陆地生态系统碳的固定有影响：比较有代表性的一项研究把明尼苏达州的三个曾废弃的田野划分为162个4 m×4 m的地块,给这些地块输入不同数量的N(及相应数量石灰使土壤不至于酸化),收集了土壤、根和植物的样本并分析它们的组成来看植物与土壤的变化。研究结果表明：在短期内，N的增加会刺激植物的生长，植物可以在它们的组织里固定更多的碳；但从长期看，N的增长会促进生长迅猛的入侵种的生长，而这些物种不易在土壤中固定碳，结果会造成草场的生物多样性下降，固定碳的整体能力下降（固定氮的能力上升而固定碳能力下降）。总之，化石燃料燃烧和农业化学肥料的使用中排放到环境中的氮是危害（使野草入侵种大量繁茂而影响本地种的生长）远大于益处（对生态系统施肥）[27]。
第七，气候变化对于土壤有机碳的储量有影响，且与温度带有关。在这方面，除了《science》上有研究，中国也有类似研究，有一项研究表明了气候变化及人类活动对中国土壤有机碳储量的影响：通过对中国1998年第二次土壤普查中的2000多个土壤剖面中碳的储量与平均温度（T），年降水量（P）的相关性研究表明：它们之间的相关性在不同的温度带下具有很大的差异，在T<=10 ℃的地区,土壤有机碳储量与温度的负相关性最强;在10 ℃
响，耕地土壤有机碳储量与温度、降水相关性远低于非耕地土壤[28]。
3 土地利用方式变化与全球气候变化
目前，大气中CO2浓度的不断增加，生物地球化学中全球氮循环的改变和土地利用／土地覆盖变化的持续变化是全球变化研究的3个核心主题。土地利用变化必然影响生态系统的结构和功能，进而影响气候变化。目前，土地利用／覆盖变化（LUCC）及其驱动力研究正日益成为最活跃的研究领域之一，在此主要总结土地利用变化与全球气候变化之间关系的研究。
全球气候变化会影响植物的生理生态特征，改变植物的分布，即改变土地的植被覆盖方式，这一点在前面的文章中已有详细论述，除了《science》外中国在这一方面也有相关研究。在此仅以气候变化对于北方长城沿线地区影响而引起的土地利用方式变化为例说明。在全新世暖期，根据地质历史遗迹中粟的遗存来分析得出旱作农业的北界与根据自然证据复原的降水数据推断的北界相吻合，说明全新世暖期时的土地利用格局是受降水因素控制的，土地利用方式是降水状况的体现。而全新世暖期结束时，气候状态转变之时（喜暖的油松、栎的花粉显著减少，冷杉花粉显著增加，表明气温变冷；孢粉组合中草本增加，木本减少，偏湿的减少，偏干的增加，表明降水减少），是原始农业文化结束、北方牧业文化兴起之际。与全新世暖期后建立起来的新气候格局相对应的是以半农半牧、时而农时而牧为特征的农牧交错带，它是于3500 a BP以来出现在我国北方长城沿线地区。历史上农牧交错带地区的农业文化和牧业文化的多次交替和兴衰与气候的冷暖、干湿波动过程相对应，其中暖湿的时期农业文化相对兴盛、农业北界向北扩展，冷干的时期牧业文化相对兴盛、牧业南界向南扩展。由此可见，气候变化所导致的农业气候资源条件的变化是导致发生上述变化的根本原因，土地利用方式的转变是人类响应温度降低、干旱化增强的气候变化的表现[29]。
土地利用方式变化对于气候变化的影响通过土地利用的变化来影响碳的循环来实现的，土地利用方式的变化，对土地的合理利用，可以有效地利用土地作为碳汇的作用，反之，城市化的发展，土地的破坏也会造成土地吸收碳的减少，进而影响气候变化。
土地利用方式的变化对于碳循环具有十分重要的影响，有一项典型的研究发现在北半球中纬度的森林C积累变化的原因中，土地利用变化是主要因素。这项研究是利用美国东部五个州（明尼苏达州、密歇根州、维吉尼亚州、北卡罗莱纳州、佛罗里达州）按纬度梯度方向的详细目录资料（来源于森林资源调查和分析数据库）来评估土地利用和树木生长增加对于C积累的相对贡献度的，结果发现，土地利用变化权重大，而树木生长增加占很小的比例（远小于以前的报告中的研究数据）[30]。
R. A. Houghton等[31]将美国划分为七个地区（每个地区含2~5个自然生态系统）13个不同的自然生态系统，利用了1700－1990年的历史数据（数据来源于美国农业部、人口普查局及美国森林保护部等）研究了土地利用变化的速率及随着土地利用变化而来的每公顷碳储备的变化的速率之间的关系。土地利用变化考虑了：①自然的生态系统转化为耕作农田及不耕作的牧场；②农田及牧场的弃用；③工业用木材及薪材的砍伐；④自然火灾。这些土地利用变化导致了碳储量的变化：在1945年前由于植被破坏释放了（27±6）×109 t的碳到大气中，而在1945年之后由于对于火灾控制和废弃农田上的森林种植积累了（2±2）×109 t。结果表明：陆地系统的管理吸收的CO2抵消了化石燃料燃烧释放CO2的10%~30%。 由此可见,对土地的合理利用与管理可以减少大气中的温室气体CO2。这一事实得到了北美R. J. Scholes等[32]研究的证明。这项研究利用森林数据来研究证明了土地的管理对于减少温室气体的作用。
由于土地利用的变化导致气候的变化，有很多下相关研究。这方面的研究不仅在《Science》上有报道，而且在《Nature》上也有报道。已经成为目前乃至今后研究的一个热
点[33]。
4 气候变化与人类活动
4.1 人类活动在气候变化中的作用
目前，国际社会普遍认为：在气候自然变化的同时,人类活动也改变了大气的化学成分，如二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)分别比工业革命化前增加了30%、145%和15%(1994年值)。由于这些气体吸收地面的红外辐射能力强，而且它们在大气中的留存时间长达上百年，从而改变了地球的辐射平衡。过去100年来地球表面的平均温度已经升高了0.3～0.6 ℃。如果不改变经济发展趋势，即在不改变主要温室气体CO2、CH4及N2O排放趋势的条件下，由于大气中主要温室气体浓度增加，考虑到温室气体和气溶胶的共同作用，今后几十乃至上百年的时间内，全球平均气温将每十年升高0.2℃；下世纪末温度将升高1~3.5 ℃，海平面可能升高30~100 cm。尽管这种预测还有很大的不确定性，但全球气候变化会对农业、林业、水资源和沿海地区等领域或部门造成较大影响，给人类带来难以估量的损失，适应气候变化会花费人类巨额代价的观念，已为世界绝大多数国家所接受。 陆地上碳循环的研究表明：从1980－1990年，化石燃料燃烧每年排放55亿 t碳，工业活动每年排放65亿吨碳，由于森林砍伐每年造成16亿 t的碳排放；陆地和大气的吸收会减少大气中一些的CO2，但是每年仍有34亿 t累积在大气中[23]。可见人类活动是影响气候变化的重要原因。
4.2 气候变化对人类生活的影响 气候变化改变了生物群落，改变了人类生活的许多方面，目前这方面的研究主要有：气候变化与农业生产的发展研究；气候变化与人类迁移及文明的兴起与覆灭之间的关系；气候变化对粮食安全的挑战等。
气候变化对农业生产的影响，前文已经阐述了气候变化对于植物生理生态影响的研究，这里主要陈述气候变化对农作物产量及果业生产的影响。有一项研究利用美国1982－1998年玉米和大豆产量与气温、降水量、太阳辐射的综合数据，发现气候变化对于作物产量有影响，并且这种影响可以量化，温度每升高1 ℃，玉米和大豆产量会减少17%[34]。在这一方面，中国也有一些研究，其中丁敏等[35]研究了秦岭北麓平原对全球变暖的响应及其对果业发展的影响,通过对研究材料和数据的处理，分析了气候变化趋势，评价了秦岭北麓苹果的气候适应性及气候变化对果业发展的影响，结论是本地区降水相对较为丰富，在短时间内，限制本地区的果业发展因素不是干旱而是高温。这些研究无不用事实提醒人类，人类如果任由气候变暖，是气候变暖继续迅猛发展，后果将不堪设想，将直接威胁人类的生存。
气候变化与人类迁移及文明的兴起与覆灭之间的关系的研究主要是通过考古学。有一项典型的研究利用加勒比海南岸的anoxic Cariaco盆地中沉积物中钛的变化来反映河流输入和水文循环的变化，结果发现：玛雅文明的覆灭发生在一个很长的干旱时期，长达一个世纪的降水量下降导致地区的资源压力，后来又有几次突发性干旱事件（公元810年、860年、910年）加剧了社会压力。可见气候干旱对玛雅文明覆灭具有重要影响[36]。借古鉴今，如果现今人类继续破坏环境，造成气候的继续迅速变化，引起气候和环境的突变，那么极有可能造成地球文明的倒退。
气候变化对粮食安全的挑战也越来越引起人们的关注。许多研究预言世界粮食安全不会受现今适度气候变化的严重影响,认为农民会采取足够的措施来适应气候变化,且CO2增加会提高产量。但是，就目前情况看，在发展中国家情况可能会变糟，因为在变暖乃至热的条件下,气候变化会造成降水更集中，年内年际变化加大,干旱时间加长,用来灌溉的水资源量更加不定，这种情况会造成作物的病虫害和牲畜疾病，造成土壤侵蚀和荒漠化；面对这种土地退化，人类为了生存，对边缘土地进行开垦，可能会造成更大危害的环境退化，这样易形成
恶性循环[37]。
4.3 人类控制气候变化的对策与困难
气候变化的不利影响已为绝大多数国家公认，但为什么人类仍不断进行着对环境的破坏如森林砍伐？归根结底是利益驱使。目前有一项典型的研究以马达加斯加岛上的Masoala国家公园为个案，采用多种指数分析这个热带雨林对于全球生态环境、所在国家及地方生态环境的作用并将它们换算成经济效益,和森林砍伐对所在国家的经济利益，结果发现，森林砍伐释放了20%~30%的温室气体且造成了许多物种的灭绝,保护热带雨林对当地与全球都有很大好处,但对所在国家,森林砍伐比保护有更大的经济效益[23]。正是基于这一点，许多国家出于自身利益而滥砍滥伐。
面对气候变化，人们也正在努力减少大气中的CO2来达到稳定气候变化的目的，目前有研究提出通过改变能源来减少CO2的排放量的思路：研究评价了未来可能的能源来源(陆地太阳能、风能，太阳能卫星、生物能、核聚变、核裂变、聚变－裂变混合体以及去除了碳的化石燃料)所能提供的最大程度的不释放CO2的能量及大规模用的经济可能性．结论是我们需要深入研究出新技术（既满足保持气候稳定又要经济发展），通过新能源利用，技术改造来减少CO2的排放[38]。这是针对减缓气候变化的一个方向，需要依赖于社会发展和科技进步。
5 研究的一点建议
通过上面几个方面的总结和典型研究的透视，我们可以发现《science》杂志10多年关注的气候变化主要是侧重于气候变化的观察，研究气候变化对于陆地生态系统等方面的影响以及陆地生态系对于碳循环的影响（进而影响气候变化）。在气候变化对土地利用方式的变化的影响时关注的主要是自然植被覆盖的变化和人类被动的响应（根据不同的气候变化选择不同的农业活动），即人们是如何适应自然变化。
我认为还有以下几个方面需要进一步的研究：
（1）人们要思考如何改造自然，减缓气候变化，甚至改变气候向适应人类的角度发展。比如说，如何通过改变土地利用方式来影响气候变化，如何利用生态系统对碳的吸收来减少大气中的CO2等。
（2）人类在适应自然变化时和主动影响气候变化时需要采取一些措施，这些措施需要有准确的评估，必要时要加以量化，争取选择最优的措施。
（3）建立海洋系统与陆地系统之间的耦合模型，进行相关联系研究。
（4）借助数字地球技术进行气候变化的模拟研究，将有希望获得突破性进展。
参考文献：
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