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关键词 全球气候变化;森林生态系统;影响
虽然目前关于气候变化的预测还存在着很多不确定性[1],其预测的结果也不一定准确,但是现有大量证据已表明:由于人类活动的影响,大气中二氧化碳浓度已由工业革命前的 280μmol/mol 增加到 90 年代初期的 350μmol/mol[2、3],与此相对应,地球表面的年平均温度在一个多世纪以来也上升了 0.6℃[4]。因此,人类活动所引起的温室效应在不断加强是毋庸置疑的。许多科学家坚信:即使以目前 co2 排放的速率计算,到本世纪中后期,大气中二氧化碳浓度将倍增[4~6],因此,在未来的一百年中全球气候格局将发生变化基本上是可以肯定的。目前,虽然各种大气环流模型 (gcms) 对未来气候变化预测的量上不尽相同,但其所预测的未来气候变化的总体趋势基本趋于一致[7]。纵观现有对大气中二氧化碳浓度倍增后有关未来气候变化的预测结果,可归结为以下几点:①全球平均气温将升高 1.5~4.5℃,全球气候带将向极地方向发生一定程度的位移;②最低温度的增幅比最高温度的增幅大,夜晚温度的增幅比白天温度的增幅大,冬季增温比夏季增温明显;③全球降雨量总体上有所增加,但全球降雨的格局将发生改变,降雨量可能因不同的地区和不同的季节而有很大的区别(如沿海地区的降雨将增加,而内陆地区的降雨则不变甚至减少);④由于蒸散作用所损失的水分远大于降雨增加的量,因此中纬度内陆地区的夏季干旱将明显增加[7]。由于未来气候的变化可能将对全球的生态环境、社会和经济等产生巨大的影响,这是人们对气候变化密切关注的主要原因。
森林生态系统是地球陆地生态系统的主体,它具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性。目前,虽然全球森林面积仅占地球陆地面积的约 26%,但是其碳储量占整个陆地植被碳储量的 80% 以上,而且森林每年的碳固定量约占整个陆地生物碳固定量的 2/3[8],因此,森林在维护全球碳平衡中具有重大的作用。此外,森林还为人类社会的生产活动以及人类的生活提供丰富的资源;在维护区域性气候和保护区域生态环境(如防止水土流失)等方面,森林也有着很大的贡献,所以,森林在维系地球生命系统的平衡中具有不可替代的作用。由于森林与气候之间存在着密切的关系,气候的变化将不可避免地对森林产生一定程度的影响。反过来,因全球森林生态系统是一个巨大的碳库,受气候变化的影响,它对大气中的 co2 起着源或汇的作用,从而进一步加强或抵消未来气候的变化。因此,未来气候的变化对森林的影响及森林对气候的反馈作用已引起人们极大的关注,并进行了大量的研究[7~9、13]。人们通过气室实验和模型模拟,在时间尺度上从几天到几世纪及在空间尺度上从叶片到个体、种群、群落、生态系统、景观、区域及全球等各个层次来阐述气候变化对树木生理、物种组成和迁移、森林生产力以及物种和植被分布等多方面的影响。
1 全球气候变化对森林生态系统结构和物种组成的影响
森林生态系统的结构和物种组成是系统稳定性的基础,生态系统的结构越复杂、物种越丰富,则系统表现出良好的稳定性,其抗干扰能力越强;反之,其结构简单、种类单调,则系统的稳定性差,抗干扰能力相对较弱。千万年来,不同的物种为了适应不同的环境条件而形成了其各自独特的生理和生态特征,从而形成现有不同森林生态系统的结构和物种组成。由于原有系统中不同的树木物种及其不同的年龄阶段对 co2 浓度上升及由此引起的气候变化的响应存在着很大的差别。因此,气候变化将强烈地改变森林生态系统的结构和物种组成。气候变化可能通过以下途径使森林物种组成和结构发生改变。
(1)温度胁迫:温度是物种分布的主要限制因子之一,高温限制了北方物种分布的南界,而低温则是热带和亚热带物种向北分布的限制因素。在未来气候变化的预测中,全球平均温度将升高,尤其是冬季低温的升高,这对于一些嗜冷物种来说无疑是一个灾害,因为这种变化打破了它们原有的休眠节律,使其生长受到抑制;但对于嗜温性物种来说则非常有利,温度升高不仅使它们本身无需忍受漫长而寒冷的冬季,而且有利于其种子的萌发,使它们演替更新的速度加快,竞争能力提高。
(2)水分胁迫:虽然现有大气环流模型预测全球降雨量将有所增加,但是由于地区和季节的不同而存在很大的差别。例如预测的结果还表明,在中纬度内陆地区其降雨会相对
减少尤其是在夏季,在一些热带地区其干旱季节也将延长。此外,气温升高也将导致地面蒸散作用增加,使土壤含水量减少,植物在其生长季节中水分严重亏损,从而使其生长受到抑制,甚至出现落叶及顶梢枯死等现象而导致衰亡。但是对于一些耐旱能力强的物种(如一些旱性灌丛)来说,这种变化将会使它们在物种间的竞争中处于有利的地位,从而得以大量地繁殖和入侵。
(3)物候变化:冬季和早春温度的升高还会使春季提前到来,从而影响到植物的物候,使它们提前开花放叶,这将对那些在早春完成其生活史的林下植物产生不利的影响,甚至有可能使其无法完成生命周期而导致灭亡,从而导致森林生态系统的结构和物种组成的改变。
(4)日照和光强的变化:日照时数和光照强度的增加,将有利于阳性植物的生长和繁育,但对于耐阴性植物来说,其生长将受到严重的抑制,尤其是其后代的繁育和更新将受到强烈的影响。
(5)有害物种的入侵:有害物种往往有较强的适应能力,它们更能适应强烈变化的环境条件而处于有利地位。因此,气候变化的结果可能使它们更容易侵入到各个生态系统中,从而改变由于系统的种类组成和结构。此外,气候变化还将通过改变树木的生理生态特性(如气孔的大小和密度、叶面积指数等)和生物地球化学循环等途径对不同物种产生影响。而不同物种的耐性、繁殖能力和迁移能力在新系统的形成中也起着重要的作用。总之,气候变化对森林生态系统的结构和物种组成的影响是各个因素综合作用的结果。它将使一些物种退出原有的森林生态系统中,而一些新的物种则入侵到原有的系统中,从而改变了原有森林生态系统的结构和物种组成。这些影响对不同森林生态系统之间的过渡区域可能尤为严重。
2 全球气候变化对物种和森林类型分布的影响
气候是决定森林类型(或物种)分布的主要因素,影响森林生态系统特点和分布的两个最为显著的气候因子是温度的总量和变量以及降雨量。植被(物种)分布规律与气候之间的关系早就被人们所认知,并由此而提出一系列气候—植被分类系统(如 holdridge 生命带、thorn thwaite水分平衡及 kira 温暖指数和寒冷指数等)。当前,人们正是基于气候与植被(或物种)间的关系来描绘未来气候变化下物种和森林分布的情形。而另一个有利于气候变化对物种和森林分布影响的证据是来自于全新世大暖期物种的迁移和灭绝,但是,与全新世相比,未来全球温度升高的速率更大,全球自然景观也因人类活动的影响而发生了巨大的变化,因此,未来气候变化将给物种和森林的分布带来更为严重的影响。目前,大多数有关气候变化对森林类型分布影响的预测都是根据模拟所预测的未来气候情形下森林类型分布图与现有气候条件下森林分布图的比较而得到,其结果都认为各森林类型将发生大范围的转移[13~16]。例如 smith 等人[13]利用 holdridge 模型,根据 gcms 对气候变化的估测结果来预测未来植被分布的变化,他们发现森林类型的分布将发生相当大的转移,例如北方森林转化为寒温带森林、寒温带森林转化为暖温带森林等,寒温带和热带森林的面积趋于增加,北方森林、暖温带森林和亚热带森林的面积则将减少。neilson[17] 同样发现森林覆盖的显著转移。然而需要指出的是这仅仅考虑了气候因素对森林分布的影响,而其它环境因子在森林的分布中实际上也起着很大的作用;此外,他们通常把某一森林类型作为一个整体(如温带森林等),而且认为它与气候之间是一种平衡关系,但实际情况并非如此。因为不同物种对气候变化的响应以及迁移能力等差异很大,因此,森林类型的转移(如从北方森林转化为寒温带森林)在很大程度上取决于不同物种通过景观的运动和新物种侵入现有群落中的能力。对于大多数物种来说,其迁移的时间尺度或许是几个世纪[18]。
由于在不同的区域其未来气候变化的情形不一致,而不同的森林类型也有其独特的结构和功能等特点,因此,气候变化对各个森林类型的影响是不同的。
(1)热带森林生态系统:一般认为,随着全球气候变暖,热带雨林的更新将加快。总体上,热带雨林将侵入到目前的亚热带或温带地区,雨林面积将有所增加,如李霞等[16]对我国植被在不同气候变化条件下(温度升高 4℃,降雨增加 10%;温度升高 4℃,降雨不变及温度升高 4℃,降雨减少 10%3 种情况)的模拟预测认为:全球气候变化后,我国热带雨林的面积将显著增加。但是有些地区降雨的减少也可能加速季雨林和干旱森林向热带稀树草原 (sava na)的转变。此外,从对环境变化的适应性来看,热带森林比温带森林更娇气一些,它的生长与水分的可利用性和季节性关系更为密切,所以热带森林在其干旱的边缘地带被草地或稀树草原的吞食以及周围村落等人为活动等影响下,可能会变得
比较脆弱。全球气候变暖的模式表明:湿热带区域的平均气温上升比中、高纬度地区要小,一般只有 1~2℃,但降雨量可能增加较多,降雨过多,土壤积水,就要限制湿热带许多森林的生长。此外,不按季节的降雨,会使大多数树木不落叶,地面的枯枝落叶层不能形成,节肢动物,如蜈蚣、甲虫等因缺乏栖息生境和食物而大量减少,由此影响到生物链上的一系列物种,进而影响整个森林生态系统的物质流、能量流,使原本复杂多样的森林生态系统失稳、简单化,直至构成一个更为脆弱的新平衡体系。此外,随全球变暖而增加的热带风暴对热带森林的结构和组成以及分布也将产生重大的影响。
(2)温带森林:温带森林是受人类活动干扰最大的森林,地球上现存的温带森林几乎都成片断化分布,因此,未来气候变化对温带森林的影响是巨大的。一般认为,随着全球气候变暖,温带将向极地方向扩展,而温带森林也将侵入到当前北方森林地带,而在其南界则将被亚热带或热带森林所取代,同时由于温带内陆地区将受到频繁的夏季干旱的影响,从而导致温带森林景观向草原和荒漠景观的转变。因此,温带森林面积的扩张或缩小主要取决于其侵入到北方森林的所得和转化为热带或亚热带森林及草原的所失。目前大部分模拟预测都认为温带森林面积将减少[13、15~17]。此外,由于温度的升高及夏季干旱频度和强度的增加,火干扰可能对未来气候变化下温带森林的变化起着决定作用。
(3)北方森林:北方森林被认为是目前地球上最为年轻的森林生态系统,还处于不断地形成和发育之中,易于受到各种外部因素的干扰。而在未来的气候变化中,由于高纬度地区的增温幅度远比低纬度地区的增温幅度大,因此,目前的研究基本一致地认为气候变化对北方森林的影响要比对热带和温带森林的影响大得多,而且其面积将大大减少[13、15、17]。
3 全球气候变化对森林生产力的影响
森林生产力是衡量树木生长状况和生态系统功能的主要指标之一。大气中 co2 浓度上升及由此而引起的气候变化被认为将改变森林的生产力。这主要表现在 co2 浓度升高的直接作用和气候变化的间接作用两个方面。一般认为,co2 浓度上升对植物将起着“肥效”作用。因为,在植物的光合作用过程中,co2 作为植物生长所必须的资源,其浓度的增加有利于植物通过光合作用将其转化为可利用的化学物质,从而促进植物和生态系统的生长和发育。目前,大部分在人工控制环境下的模拟实验结果也表明 co2 浓度上升将使植物生长的速度加快从而对植物生产力和生物量的增加起着促进作用,尤其是对 c3 类植物其增加的程度可能更大[19~24]。但是,并不是所有的植物都对 co2 浓度升高表现出一定的敏感性,也有一些研究表明:即使在高水平营养供给下,同样还有许多物种对 co2 浓度的升高没有反应[25~27]。此外,co2 浓度升高对植物的影响根据其所在的生物群区、光合作用方式和生长形式的不同而存在着较大的差异。wisley[28] 分析了目前的有关研究发现:来自热带和温带生物群区的植物比来自极地生物群区的植物对 co2 升高的响应大;来自温带森林的物种比来自温带草原的物种对 co2 的响应大;落叶树比常绿树对 co2 的升高更为敏感。简言之,生长速率快的物种比生长速率慢的物种对 co2 升高的响应更大[28~29]。然而需要指出的是所有这些实验几乎都是在人工气室中的盆栽实验,其实验时间相对较短(从数天到几年),而且有充足的养分和水分供给。此外,对于那些生长在野外的植物如何受 co2 浓度升高的长期影响还不是很清楚,尤其是有关木本植物影响的研究在盆栽实验中往往选择幼苗作为对象,而其成熟个体所受的影响是否与其幼苗一样也不清楚[29]。一般认为,co2 浓度升高对森林生产力和生物量的增加在短期内能起到促进作用,但是不能保证其长期持续地增加[27],因为,在竞争环境中生长的树木对 co2 升高的反应常常表现出比单个生长的树木的反应要小[30],而森林物种组成的长期变化也能间接地影响森林生产力[20]。此外,co2 浓度的升高将使植物叶片和冠层的温度增加以及气孔传导率下降[21、31、32],从而使植物受到热量的胁迫,使其生长被抑制。co2 所引起的温度升高似乎对植物的生长又将进一步产生负面作用,因为大气环流模型对气候的预测结果认为晚上的增温幅度将比白天要高,这样就可能使植物在晚上的暗呼吸作用加大,从而白白“耗费”大部分初级生产力;其次,温度的升高将增加土壤水分蒸发量,导致土壤水分下降,从而可能引起植物的“生理干旱”,限制植物的光合作用和生长速度[28];此外,温度的升高还会增加土壤微生物的活性,加速有机质的分解速率和其它物质循环,改变土壤中的碳氮比,使植物的生长受到氮素缺乏的制约[22、33~35]。因此,要准确评估
co2 浓度上升对森林生产力和生物量的影响还存在很大的困难,这不仅需要综合考虑各个影响因素,而且也要求我们进行长期的野外观测和实验。
除受上述各种因素影响外,森林生产力和生物量也受到气候因素(温度和降雨)的强烈影响。由于生产力与气候(水热因子)间存在着一定的关系,因此,人们常用气候模型(如 miam i模型、筑后模型等)估算大尺度生产力。对于未来气候变化对生产力的影响也常利用大气环流模型 (gcms) 对未来气候预测的结果通过各种气候模型来模拟,然后与当前气候情形下所模拟的结果相比较[36、37]。由于不同的 gcm 对未来气候预测的结果不同,因此对生产力变化的预测也表现出一定的差异。此外,气候变化对森林生产力影响的预测仅仅考虑气候与生产力的线性平衡关系,而没有考虑其它因素的影响;在预测过程中假定森林植被的分布不随气候的变化而发生改变;预测中所选用的气候因子是其年平均的年际变化,而没有考虑其季节变化。所以,其预测的结果并不能准确地反映出未来的实际情况。
4 存在的问题及建议
前面论述了气候变化对森林生态系统物种的组成和结构、物种和森林类型分布以及系统生产力的可能影响。但是需要指出的是,当前有关气候变化对森林生态系统影响的研究还存在很多的不足之处,主要体现在以下几点:
(1)对温室气体所引起的气候变化的预测存在着严重的局限性:首先,大气环流模型 (gcms) 对未来气候情形的预测通常采用大网格(50×50 经纬网格或更大)模拟,从而降低了对气候变化预测的准确性(尤其是对一些特殊区域),因此,这往往制约了人们对气候变化影响的评估;其次,这些模型本身极大地简化了控制气候的复杂的物理过程,其结果是使得这些模型在区域气候变化的预测上常常不一致,因此,其预测的气候情形很难说是未来气候的预言[38]。
(2)仅考虑气候因素的影响而忽略了其它环境因子的作用:目前大多数有关气候变化对森林生态系统潜在影响的预测都是根据一个假设,即气候(温度和水分)对树木物种的分布、森林类型以及生物群区和森林生态系统过程发挥最主要的限制作用,是控制树木物种和森林类型分布的惟一因素。这意味着在现有的模拟预测研究中是利用当前树木(或森林)分布与气候间的相关性来预测其未来分布的变化。基于这一假设,大多数预测结果表明:树木物种及森林的分布将发生很大的变化,而且这些变化也许与显著的树木死亡、森林下降和森林覆盖的丧失相关。然而,制约树木和森林分布的气候因子间的相关性可能将随气候变化而改变。在所预测的未来气候变化情形下,冬季尤其是在北方将增温快,因此,对未来气候增温的趋势而简单地引起现有气候带北移的假设是不合理的。所以,尽管这些模型对当前气候—植被间关系的模拟与实际相当吻合,但对未来气候变化情形下物种与森林的预测则不一定适用。此外,除气候因素外,树木和森林的分布还受到一些区域性环境因子(如土壤类型、质地、深度和组成、水分的可利用性、坡度、坡向、海拔及现有物种的组成等)的影响。尽管某一地方的气候对一些树木和森林比较适宜,但是区域性环境因子可能限制其在该地的分布。综上所述,仅仅从气候因素的变化来预测未来树木和森林的分布有其局限性和主观性。
(3)现有气候变化对树木和森林生态系统影响的研究常集中在单个物种或是把各个森林类型作为一个整体,忽略了不同物种之间的竞争机制。众所周知,自然界不同的物种都是互相影响互相依存的,每一个物种通过对资源的竞争占据着生态系统内相关的时间和空间位置,即每个物种有其独自的生态位(niche)。生态位的概念又可分为基本生态位(fundamental niche)和实际生态位(realized niche)。基本生态位是指物种在理论上所能占据的最大生态位空间位置,实际生态位是指理论生态位和物种竞争作用的结果,即物种在生态系统中实际占据的生态位空间。但是物种的生态位并非一成不变。由于每个物种对气候变化的反应不同,当一个物种暴露在新的气候条件下,往往可能改变其原有的竞争组合,而与其他物种形成新的竞争关系。因此随着气候的变化,实际生态位也将随着不同物种竞争组合的变化而发生改变。而生态系统的演替和发展正是这种不同物种间相互竞争作用的结果。由此可见,物种间的竞争在生态过程中起着重要的作用。但是现有气候变化模拟的预测却认为:只要某地气候条件没有限制,那么相关的树木就可以在该地分布。这往往混淆了基本生态位和实际生态位间的概念,也就是说这些预测缺乏对物种竞争的了解,因此,它们很难真实地反映未来树木和森林的分布状况。当然,有一些模型也能很好地反映出物种的竞争关系,如林分模型(stand model or gap model),但是由于其模拟的尺度较小(常小于 1h
m2),因而在放大到区域和全球尺度上时容易出现偏差。
(4)关于物种迁移的评估:由于现有模型的预测只考虑气候因素,认为气候与物种和森林之间存在着一种平衡关系,因此其结果认为气候变化能立即导致物种和森林的位移。然而,实际上物种对气候的变化往往有一定的耐性,其迁移在时间尺度上常常表现出滞后于气候变化的速率,这种滞后的时间尺度可达一、二百年甚至
更长[18]。因此,物种的迁移与气候的变化是非平衡的。此外,物种对气候变化的适应还受其迁移能力、迁移速率和地形及地貌的影响。与全新世气候变化对物种迁移的影响相比,未来气候变化对物种的影响更大,因为受人类活动的影响,自然景观已经发生了很大的变化,而景观的破碎化已经成为物种迁移的严重障碍。因此,即使一些地方的气候适于物种的生存,但可能因自然景观的隔离而使物种不能到达,从而可能造成一些物种的灭绝。但是当前的预测模拟却很少或者没有考虑物种的耐性、迁移能力、迁移速率以及迁移障碍等因素对物种的影响。
(5)没有考虑森林变化对气候变化的反馈作用及其进一步对森林的影响:森林与气候之间通过陆地表面与大气间的物质、能量和水分的相互交换而互为
影响[39~41]。气候变化对森林的影响是多方面的,包括对森林生产力和生物量、森林的物种组成和结构、森林的分布、森林的生物地球化学循环和森林的水分平衡等,而森林的这些变化可能对气候产生一定的反馈作用。首先,森林碳循环的改变,可能使森林成为大气中 co2 的源或汇,造成大气中 co2 浓度的升高或降低,从而进一步加强或削弱全球变暖趋势;其次,森林结构和分布的变化将改变地表原有的反射率和全球的水循环模式。所有这些将对气候的变化产生一定的影响,从而进一步影响到森林的结构和功能,因此,森林与气候间的相互作用是非常复杂的。所以,现在有关的模型预测研究中为了避免这种复杂的关系,往往很少考虑到气候变化所引起的森林变化对气候的反馈作用。
(6)缺乏对极端气候事件的考虑:目前有关气候变化对森林生态系统影响的预测所采用的气候指标都是年平均的变化,而很少或没有考虑其季节变化和极端气候事件。但是,未来全球气候变暖却可能会使极端高温和寒冷的频度和强度加大以及气候的季节波动更为明显[42],而极端高温或低温对很多物种来说可能是致命的。气候变化的另一个间接结果就是可能使极端灾害(如火灾、虫灾、干旱、飓风和热带风暴等)的发生频率和强度增加。例如,夏季的高温和干旱条件使火灾发生的可能性增加;高温和高湿则将有利于一些有害昆虫的生长繁育;海温的升高也为飓风和热带风暴的发生提供了有利的条件。很多科学家认为极端气候事件为人类生存环境带来的危害将更加严重[42~43]。极端灾害的增加将对森林景观造成严重的威胁。火灾和虫灾的频繁发生将对温带森林景观的演替和发展造成严重的干扰和破坏,导致出现一些偏途演替群落,甚至造成森林景观的消失;而飓风和热带风暴对于热带雨林来说其破坏力是巨大的,它们对雨林生态系统结构的改变往往起着决定性作用。然而,现在模型预测的研究却很难对这些极端气候事件作出评估。
关键词:园林景观;气候环境;
嘉峪关市总面积2935平方公里,以明代万里长城的西端嘉峪关而命名。它也是随着国家‘一五“计划重点项目―“酒泉钢铁公司“的建设而发展起来的一座新兴的工业旅游城市。嘉峪关市坚持以人为本、以水为脉、以绿为基,走生态立市的路子。加大了城市园林绿化的力度.加强了对水资源的综合利用.在戈壁荒滩上建湖蓄水、种草种树,绿化家园人居环境得到明显改善,初步变成了绿树成荫.空气良好.景观和谐.生活富裕.蓝天.白雪碧湖、绿地交相辉映的新兴现代化工业旅游区域中心城市.先后获得了‘全国园林绿化先进城市一、‘国家卫生城市’‘ 国家环保模范城市’‘中国优秀旅游城市’等荣誉称号.
一 、嘉峪关近年来的景观变化
1、景观变化
嘉峪关市属温带大陆性荒漠气候,干旱少雨多风,昼夜温差大,日照强烈,土壤为灰棕漠土类,细土物质极少,养分含量低,自然植被稀少,仅为旱生、超旱生的草灌,绿化覆盖率很低。面对严酷的自然环境,嘉峪关经过坚持不懈地种草种树.改善环境在戈壁滩上建起了一片片绿洲,人均公共绿地达到17.6平方米.城区绿化顶盖率达到35.12%.特别是近年来,随着西部大开发战略的实施,嘉峪关市生态环境建设得到各级政府的普遍重视,通过开挖戈壁土,回填种植土的办法,相继建成了迎宾湖旅游园区、雄关广场、酒钢休闲广场、东湖生态旅游景区等大型公共绿地,使嘉峪关市环境得到一定改善。但随着市政道路及高楼大厦的不断崛起,绿化用地越来越紧张,立体绿化作为提高绿化覆盖率、增加城市景观的作用更为迫切。目前移动公司的围栏、市有线广播电视台庭院应用五叶地锦继续垂直绿化,效果显著,新建的东湖生态旅游景区管理房、灯柱,迎宾湖旅游园区的围栏及临街墙面、灯柱等都是进行垂直绿化重点地段。
2、立体绿化的分类类型
2.1、屋顶绿化
屋顶绿化主要是指平屋顶的绿化,其历史最早可追溯到公元前 6世纪古巴比伦的“空中花园”。在我国真正按规划设计的是1970年广州东方宾馆建成的第一座大型屋顶花园,近几年,北京市的屋顶花园也有了较快的发展。屋顶绿化是提高绿化覆盖率的重要途径,屋顶绿化可解决暑天隔热降温和冬季保温问题,屋顶绿化重点考虑屋顶承重和防渗漏及排水技术,植物配置宜选用株型低矮、抗风、耐干旱高温、毛根发达的植物,运用自然手法,一般以草坪和垂吊植物为主,搭配盆景、宿根花卉及小型灌木,同时铺设卵石小径,创造出优美的“空中花园”。
2.2、墙面绿化
墙面绿化是垂直绿化的主要形式,可利用空间最大限度的增加绿化面积,减缓城市“热岛效应”。一般包括在房屋的墙面、围栏、栏杆、挡土墙、河提、高架桥的桥墩等部位进行绿化。垂直绿化首先考虑建筑物的高度和艺术风格选择植物类型,通常利用植物自身器官吸附,向上攀援生长或人工牵引技术形成“绿墙”,可有效调节环境温度、湿度、杀菌、减噪,一扫“灰色水泥森林的冰冷和沉闷”气氛,同时对建筑物起到一定的保护和隐丑避乱作用,使墙面披上绿装,进一步改善环境,增加绿视率。
2.3、庭院垂直绿化
主要是廊亭、棚架、灯柱、拱门、花墙、阳台等,一般需要支架搭棚或牵引,多选用叶色期长、观赏价值高、生长迅速的藤蔓植物,不仅丰富了庭园景观,而且为人们提供了遮隐纳凉之地,在儿童活动区选用枝条柔软、花色鲜艳、无毒、无刺植物,如牵牛花、五叶地锦、观赏葫芦、香豌豆、紫藤等。棚架、拱门、花架等选用观花、观果类材料,篱垣、栏杆等高度有限,一般以观花为主要目的,对植物攀缘能力要求不严格,宜密植,以尽快达到景观要求。
二、景观绿化对气候的改变
气候变化与地球上每个人的生活方式都息息相关,每一个人都应该对此负有责任,也有义务来应对气候变化,风景园林师作为普通一员,必须遵从气候变化的责任和义务。在澳大利亚,政府深知全民行动应对环境变化的重要性。澳大利亚政府的气候变化部(Department of Climate Change)制定了细致的,与人们生活紧密联系的应对气候变化的检查表和措施推荐,甚至包括花园每周喷灌的次数。这些举措不仅使得气候变化和环境危机的知识在全民中得到普及,也培养了每一个公民的责任感和参与感。作为专业的人类居住环境设计师,风景园林师还担负着更加重要的责任和义务。风景园林师需要在规划和设计中考虑气候变化因素,来减缓和避免气候变化及其后果。英国风景园林学会会员的一项调查显示,73%的风景园林师能够成功说服他们的客户考虑气候变化因素。另外,风景园林师还可以通过设计避免灾难的发生,减少灾难的后果。在英国,由于风景园林师出色的设计,2004年曾爆发大洪水的博斯卡斯特尔在2007年成功地避免了类似洪水的再次发生。最近,全球范围的风景园林师们正在探讨采用低“碳排放”材料来建造园林。
嘉峪关市采取立体绿化的景观绿化科学方法,经过多年的努力,对改变当地的气候、节约土地等个方面都起到了很大作用。
1、提高绿化覆盖率,美化环境。
目前城市绿化用地越来越紧张,这就要求我们见缝插绿,将绿化布置从水平方向向垂直方向发展,拓宽城市绿化空间,有效提高城市绿化覆盖率。据统计,在楼房墙面绿化中,除门窗外,按三面墙计算,可比实际建筑面积增加 1~2.4倍的绿化面积,明显提高了绿化效益和生活环境质量。在美化环境方面,垂直绿化可柔化墙面,隐蔽不美观的墙面和有碍观瞻的构筑物,可笼罩景象,成荫造影,为人们提供游嬉、纳凉的荫棚、庭廊。秋季有些观叶藤木,如五叶地锦等的叶色变红或橙黄,形成了一道美丽景观。例如市有线广播电视台旁的家属楼上悬垂五叶地锦,垂落的枝条形状异彩丽姿。市迎宾湖老园区游泳馆的山荞麦,花繁叶茂,婀娜多姿,同时不断发出淡淡的清香,一座座花廊、花墙构筑出一个既美丽有宁静的休憩、娱乐环境。试想,让所有的栏杆、灯柱及建筑楼房的墙面、屋顶都爬满绿色植物,使城市景观轮廓起伏、层次变化、错落有致、满目绿色是怎样的艺术效果。
2、隔热保温作用。
在楼房屋顶、墙面进行垂直绿化,绿色植物可吸收大部分光辐射进行光合作用,这样就使建筑物本身直接接收到的光辐射减少、减弱,有“绿墙”的室内温度能相应降低,湿度相应增大。据有关资料统计,盛夏高温时,可使室内温度下降2~4摄氏度,湿度相应增加20~30%。冬季落叶后,即不影响墙面太阳光的照射,同时附着在墙面上的枝条形成了一层保温层,有效改善室内温度。
关键词:外界环境因素;园林施工;影响;相关研究1地形地貌设计对园林施工的影响
园林设计师要根据原始的地形地貌,进行一定程度的艺术处理,使之与其它人造园林景观有机地融合在一起,提高园林的整体效果。但在实际的园林设计过程中,有些设计师不能很好地对地形地貌进行合理的设计和科学的处理,对地形地貌的设计过于盲目和简单。如有的设计师没有对建设园林的所在地形地貌进行详细的观察和认真的分析,完全根据自己的主观个人意愿进行相关设计,造成按照设计施工的地形和实际的环境相差甚远,不能很好地突出设计效果;有些设计师忽视了地形地貌对园林景观的重要影响,简单地认为依据原始的地形地貌建造园林才是最好的,因此根本不对原始地貌地形进行相应的设计,没有很好地结合园林景观构图和使用功能,造成园林地表起伏缺少必要的变化,非常生硬,进而使整个园林都缺少一定的生气和活力,不利于形成立体感较强的园林景观。
2植物配置设计对园林施工的影响
园林绿化项目要交由相关的设计单位进行合理、科学的设计,但一些设计人员为了节约时间,没有对当地的土壤类型、气候条件、植物群落的差异性、适合各种植物的生长密度等因素进行深入的调查和认真的分析、研究,完全根据所学的理论知识进行生搬硬套,造成设计严重不合理,使植物不适应当地的土壤条件或气候条件,死亡率较高,或者要投入巨大的养护资金进行保护,浪费大量的人力和财力,增加不必要的经济负担。而且,盲目对树种进行选择,除了减低树种的成活率,影响树种的正常生长,还会从整体上改变园林景观,给园林施工造成一定的困难,影响施工进程,甚至造成园林工程不能如期完成。在对园林植物进行种植的同时,还要考虑到一些小环境会对植物施工造成一定的影响,如特殊地形、建筑物高度和朝向等,需要施工员和设计员进行及时的沟通和协商,对设计方案进行科学的修改。另外,市场因素也会对园林施工造成一定的影响,如在种植植物的旺盛季节,植物资源相对来说比较匮乏,价格也较高。这就需要设计人员在设计的时候将市场因素充分考虑到其中,如对于比较缺乏的植物资源,可以采用相近的进行代替。
3 自然因素和硬质材料对园林施工的影响
自然因素主要包括病虫害、干旱、洪涝、台风等自然灾害和气候变化。因为园林施工都是在户外,所以一旦遭遇以上情况,施工就要被迫停止,对工程质量和工期造成一定的影响。而在园林的具体施工过程中,天气变化对植物的影响是比较大的,如对于潮湿多雨的地区,经常出现连续多天的阴雨或暴雨,如果在这个时期铺设马蹄金草坪,就会造成长时间的雨水浸泡,进而烂掉而发臭;而如果气温太高,刚铺上的大部分马蹄金草坪就会被烤干,成活率降低。所以,在园林施工过程中,自然因素的影响还是比较大的,同时,硬质材料对园林施工也具有比较重要的影响。因此,在实际的施工过程中,既要使铺装色彩与园林小品、建筑等周围环境相协调,又要使铺装色彩不能太过鲜艳,造成喧宾夺主的混乱效果。同时,色彩设计还要让人们看上去比较舒适,切忌对人们的视觉造成强烈的刺激,产生一种不太安全的错觉。
4 对园林设计和施工的有效建议
通过对以上外界环境因素对园林施工产生的影响进行详细分析,我们可以看出,在进行园林设计的时候一定要深入观察施工地方的地形地貌、气候特点,熟悉施工地方的地形地貌,这样在实际设计的时候才能因地制宜,在原来地形地貌的基础上进行有效的设计,提高园林景观的审美效果和使用功能,进而提高施工速度和施工质量。另外,应留出足够的时间完成园林设计和园林施工,避免因为赶工期使设计脱离实际情况或不完善,造成施工上的困难,杜绝因为赶工期而偷工减料,达不到相应的效果。同时,在对植物进行施工的过程中,要充分了解提出建设目标的甲方的具体要求,如果有些地方需要修改设计图纸,应先和甲方商量,双方达成一致意见,避免不必要的矛盾和摩擦,同时保证施工效果。
参考文献
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统计模型是利用回归分析、周期分析、主成分分析、判别分析和方差分析中一种或多种的组合对特定区域特定品种的产量数据和气候数据之间构建的非动态经验或统计方程,由此来估算作物生产力或预测未来气候变化对作物产量的影响。由于受科学技术和基础数据的不完善等,统计模型主要应用于气候变化和作物产量研究的初期阶段,不需要对粮食生产与环境变量之间复杂物理机理的透彻理解,缺乏植物生态学方面的内在机制和过程理论基础,一般用于区域潜在产量的评价。因此模型精度相对较低,尤其是在研究区范围的大小和空间位置发生变化时,将带来的误差更大。虽然在机理过程的表达上有很大的局限性,但研究区耕作、田间管理、土壤、地形、水文、气象等基础数据不完善或难以获取时,该类模型在气候变化对农业影响评价中起到重要作用。王效瑞E”】、陆魁东”。等利用线性相关模型研究了安徽、湖南等地年平均气温、0~C,10cI=积温和地理因子(经度、纬度和高程)的关系以及积温和无霜期与年平均气温之间的函数关系,探讨了未来气候变化(未来升温IoC,2~C和降水~10,~20的假设情景下)对农业生产、种植制度和农田蒸散量的量化研究,探讨了作物产量的波动趋势。
2基于过程模型的气候变化影响模拟
采用作物生长模型是另一种气候变化对作物生产可能产生影响的主要评估方法。过程模型是通过深入探究植物的生长过程机理和能量的内在转换机制,对植物体及土壤水分散失的过程以及太阳能转化为化学能形成产量的过程进行模拟。过程模型除考虑温度和降水对作物产量形成的影响外,还考虑太阳辐射、蒸腾作用、CO浓度、土壤质地和持水量、湿度、风速、田间管理以及碳和氮的动态变化等诸多环境因子,来揭示作物和环境之间的相互作用机制,进而模拟作物的生长、发育和产量的形成过程。因此,模型的生态学机制清楚,结果也较准确,但模型结构复杂,所需参数较多。通常,用过程模型进行影响和预测研究比统计模型的基础更扎实,但其对模型的检验或模拟未来的影响所需输入的资料要求较高n。目前过程模型一般用于较小的空间尺度上,忽略了环境参数的空间多变性,有待向更大范围或区域拓展。由于不同的研究目的,世界上许多国家研发了多种类型的作物模型,到目前为止,已经提出了至少有100种不同的过程模型口,覆盖作物种类包括谷类、豆类、根茎类、块茎类以及特殊作物如蔬菜、棉花和水果等,其中针对小麦、玉米和水稻的模拟模型较多。这类模型有WOFOST,DNDC,CERES系列,EPIC,VIP以及中国MPESMt。”,COTGR0w等。过程模型最初主要应用于作物生长、发育和产量形成过程的数学表达和定量预测,但随着对作物生理生态机理研究的深入,计算机技术和系统科学的不断发展,已广泛应用于农业生产的方方面面,成为农业研究最有力的技术工具。特别是在1990年和1992年IPCC第一次气候变化科学评估报告及其补充报告的分别问世以来,基于作物生长模型的气候变化对作物产量形成、生长发育的影响评价以及对气候变化的适应性研究等方面都得到了迅速发展。
2.1气候变化对作物产量影响的模拟
模拟作物生长过程和产量是作物生长模型最基本的功能之一。利用作物生长模型进行气候变化对农业生产的影响研究,始于20世纪90年代初,经过近20年大量的研究工作[22,模型精度得到不断提高,已经在很多国家和地区得到了广泛应用,成为定量评价气候变化对作物产量影响的主要研究方法。这些研究多以大气环流模型GCM。’或区域气候模型RCM口剐等气候模式输出的气候变化情景以及未来增温(如1℃~4oC)、降水(O%,士10%,4-20%等)和CO:浓度倍增的统一假设口阳作为作物模型的输入来评估未来不同气候变化情景下的作物产量可能的波动趋势,其结果的准确性和有效性主要取决于作物模型和气候模式的准确性和以及两者的连接过程。在国内,中国学者针对华北平原、东北、宁夏、重庆等地区以及全国范围内开展了大量的气候变化影响评估研究,但由于所采用的气候模式和作物生长模型的不同以及这些模型的不确定性,所得出的结论仍存在差异。熊伟等p叫在其研究中,根据中国社会发展的规划,将气候模型、水资源模型、未来社会经济发展情景与作物模型相连接,综合评价了未来中国三大粮食(小麦、玉米、水稻)产量波动状况。研究表明,未来气候变化(2011—2030年和2031—205O年)对中国三大粮食总产量具有积极作用,而与其同时考虑未来水资源变化和土地利用因素,三大粮食作物总产量增加幅度明显降低,甚至在不考虑CO肥效作用下,总产量将明显降低于BS(1960—1990年)水平。近年来,在气候变化对作物影响评价的模拟研究中不仅考虑了温、水、光、CO:浓度等变化,还引入了气候变率弛、灾害性天气指标和蒸腾作用u等多项环境因子,模拟了水稻、小麦、玉米、大豆、棉花、花生和马铃薯等多种作物类型的未来气候变化背景下的产量波动。使用的模型主要是EPIC、CERES系列模型、wOFOST等模型。过去的研究表明,气候变化对农作物产量的影响因供试品种、区域和环境因素的不同而不同,在一些地区可能增加产量,在另一些地区可能降低产量,且作物产量波动幅度较大。虽然大气CO浓度的增加,可加强光合作用,降低气孔导度,增加水分利用率,从而提高作物产量,但温度增高而出现的生长期缩短和极端气候事件的频繁发生可能使作物产量下降,导致总体上气候变化引起的产量下降趋势更为明显。总之,尽管区域气候变化的前景尚不确定,增温导致蒸发、风蚀、干旱的加强和台风频率的加大,使农业总产量至少损失5%。
2.2气候变化对作物生长发育影响的模拟
一个地区的作物生长发育与产量的形成过程是当地的气候、土壤肥力等自然环境和耕作,施肥,灌水等一系列栽培措施共同作用的结果,其中气候条件的影响非常显著。尤其是气候变暖,通过改变热量条件,缩短作物生长发育期天数,使主要发育期提前,使光合作用时间缩短,进而直接影响农业产量、生产布局和结构。气候变化对作物生育期产生的影响,国内学者也进行了大量的研究。金之庆等[25-27]使用CERES系列作物生长模型与3个通用大气环流模型(GFDL、GISS、UI~O)在模拟CO:浓度倍增条件下,气候变化对中国玉米、水稻、冬小麦等作物生育期的影响,认为不同CO浓度倍增条件下,3种作物的平均模拟生育期较之BASELINE以不同程度地缩短,尤其对大幅度增温反应敏感的东北中早熟或早熟玉米品种(现行主要品种)更为突出。对于目前气温偏高,现行品种对高温有较好适应性的黄淮海夏玉米区,增温造成的生育期缩短程度较轻。生育期的缩短将减少作物光合作用积累干物质的时间,从而直接影响产量的提高。2000年之后,熊伟【30】、杨勤等分别对基于站点尺度的作物生长模型进行区域升尺度校准和验证,并与以IPCC修订的A2和B2两种排放情景作为外部驱动的区域气候模型PRECIS相耦合,从区域尺度评价了气候变化对中国农业生长发育过程和产量的影响,探讨了未来作物高产和稳产风险。这些对提高复种指数、改进和培育新品种、调整品种布局和播种日期等多种适应性对策的研究具有实际意义。
2.3气候变化影响的区域尺度模拟
气候变化对农业影响模拟过程中,基于站点尺度或均质小尺度(限于1hm2以下)的作物模型和大尺度(200km以上)的大气环流模型(GCM)相结合是存在的最大问题。前人就这一问题做了大量的研究,目前一般有2种解决方法,即作物模型的升尺度和大气环流模型的降尺度连接[29】。20世纪90年代,金之庆等采用CERES系列和GCMS耦合方法,评价了气候变化对中国粮食生产的影响,但这些研究主要注重于作物模型的站点尺度应用和分辨率较低的GCMS的应用上,后来随着地理信息系统和全球定位系统的日益成熟和广泛应用,将原来基于小尺度的作物模型升尺度推广到区域尺度上,以反映产量的时空变化趋势。作物模型的升尺度一般对气象、土壤、田间管理等作物模型主要输入参数和作物遗传参数进行区域校准,实现作物模型的区域运行。目前,气象和土壤数据在一定的空间尺度上基本可满足作物模型区域应用的要求,但田间管理多种多样且经常变化,在区域模拟中一般利用假定的或最优的设置进行模拟】。对于作物遗传参数的区域升尺度,江敏等口1从作物品种类型区、县级尺度、省级尺度和代表性品种单点调试等不同角度进行研究,得出基于稻区尺度的区域校准效果较好,较之其他3种方法更适于气候变化影响评价研究的结论。但所选空间尺度适宜度非常重要,尺度的过大或过小都将导致较大偏差。由于大气环流模型(GCM)模拟输出的水平分辨率和时间分辨率都较低(一般为月值),难于模拟出作物模型所需要的较细致的逐日区域气候情景。因此,随着区域气候模式的发展,近几年,基于PRECIS、RegCM3等区域气候模型和区域作物模型的相耦合的气候变化评价研究被广泛开展,提高作物模型的区域评价效率和空间分辨率。杨勤[341、熊伟[15,28,30,36]等将PRECIS和区域作物模型相结合,分别以25kmx25km和50kmx50km的网格为评价单元,对宁夏及全国范围内进行了区域模拟,在一定程度上提高了模拟效率,更好地反映了气候变化对中国粮食生产影响的时间和空间变化趋势,并进一步推动了作物模型在区域尺度上的应用。
2.4气候变化对作物影响的其他方面的模拟
有高一致性和充分证据表明,若沿用当前的气候变化减缓政策和相关的可持续发展做法,未来几十年全球温室气体排放量将继续增长,并由于与各种气候过程和反馈相关的时间尺度,即使温室气体浓度实现稳定,人为变暖仍会持续若干世纪,因此适应气候变化在很大程度上成为现实而紧迫的问题p。因此,除了上述主要影响模拟研究以外,在农作物对气候变化的适应性、气候变化背景下农业用水量等方面的研究也是迫切需要。孙芳等p’耦合SUBSTOR模型和Hadley中心区域气候模型(PRECIS),在模拟B2排放情景下的未来气候变化对宁夏马铃薯生产影响的基础上,提出了通过改变播种日期和马铃薯品种特性来提高作物对气候变化适应和应对能力的方案。其研究表明,如果播期提前5~20天,未来马铃薯的产量将增加,但播期提前超过lO天后,播期提前带来的增产效应开始减小。如果将播期推迟5~10天,马铃薯产量将明显减少。另外,如果改种对温度敏感性弱的新品种,即喜温耐热的品种,可以延长马铃薯的生育期,进一步提高马铃薯产量。由于温度升高而导致的生长期缩短,成熟期提前等现象,农作物对气候变化的适应性研究,是通过提高复种指数、引进新品种、加强排灌设施建设和适当调整播种日期等方面的措施,来提高在气候变化背景下的农作物高产和稳产风险。研究表明,气温的增高、降水量和CO:浓度的变化通过间接或直接的途径来影响作物的水分利用率。大气CO浓度的提高不仅加强光合速率,提高产量,而且还随着作物长期处于高浓度的CO环境,气孔导度降低,蒸散量减少,从而提高冠层水分利用率,减缓干旱不利影响。这种效应对小麦等C,作物更为明显。
3展望
总体来看,国内对模型模拟法评价气候变化对农业的影响研究已经有一定程度上的开展和应用,但存在很多不足。随着国内基础数据的完善和共享,将会进一步深入对模型参数本地化、气候变化对作物产量影响方面的研究。
(1)由于目前对作物生理生态过程的认识不够透彻,所构建的作物生长模型还不是完全的作物生长机理模型,仍然存在很多经验表达式,且大多数作物模型是在正常气候条件下构建的,对一些极端气候事件和GCM所模拟的未来高温和高CO:浓度条件下能否做出相应的反应和模拟精度上都存在很大的不确定性。另外,虽然诸多作物生长模型充分考虑了干旱胁迫、水分利用、养分吸收、辐射利用率和田间管理等多种因素,但突发性的极端天气事件对模型模拟精度影响的研究尚很少。因此,有必要进一步加强实验室模拟或FACE(FreeAirCO2Enrichment)等田间观测实验,获取许多重要数据,实现模型参数的优化和本地化,为研究气候变化对农业生产系统的影响及其机理提供重要基础。
(2)目前开展的很多气候变化影响研究都采用了一个大气环流模型和多种大气环流模型来建立未来气候情景或对未来增温(如l℃~4℃)、降水(0%,士l0%,士2O%,一40%等)和CO浓度倍增给出统一构想,来评价未来气候情景下的作物产量波动。但未来增温、降水和CO浓度变幅的统一构想法忽略了气候变化的时间和空间尺度上的多变性,难以满足于全国或全球范围的影响评价需求。由于缺乏对全球气候系统动力学过程的详细认识和未来温室气体排放量的不确定,目前大气环流模型中仍然存在诸多不确定性因素,尤其在区域降水量的模拟上存在显著差异,很难判断哪一种大气环流模型更能准确地模拟未来气候变化。此外,昔日的研究多采用1xCO和2xCO:的情景下,探讨CO:浓度作物产量的影响,但实际上C02等温室气体浓度的增长是连续的,从而导致研究结果也带有一定的不确定性。
关键词:水循环 水资源 气候
水资源是一个特别庞大的“家族”,它包含江河湖海、潮汐、井泉。它不仅给予人们生理需求,同时为人类提供田地灌溉、动力发电、发展航运 、养殖业等等。没有水资源,生命的诞生无从谈起。丰富的水资源离不开稳定的水循环,而水循环的稳定是建立在气候稳定的前提之下。万物生机勃勃表现,离不开的水循环系统的正常运作。但自工业化时代以来,人们大量的使用化工产品打造化工基地,为了追求更多的物质享受,随意开垦森林等等,严重制约着生态的正常循环。目前气候变化的主要原因有两方面,一方面是自然因素,另一方面是人为因素。而调查发现,人为因素是气候变化的主要原因。其中二氧化碳、二氧化硫等化学物质的大肆排放,是造成气候变化的主要因素。
1.造成气候变化的主要原因
1 . 1自然因素
首先,自然因素造成的气候变化,是指太阳活动高峰期黑子的余波会影响地球的气候,导致地球出现像厄尔尼诺这样的气候。有时太阳光强度有所变化,导致辐射增强,加速地面水分的蒸发。但太阳黑子的活动周期是11年,到达地球后也所剩无几。当然,太阳辐射和大气的压迫,也会使陆面发生热力、动量交换过程和水循环的改变,但仅此一点,就会对气候造成影响的说法有些牵强。所以,自然因素并非导致气候变化的直接原因。
1 . 2人为因素
其次是目前最有争议的人为因素。气候对人类的影响,在当前全球气候的不断变化中更加显而易见。自工业革命以来,各国为加快自身国力的快速发展,完全没有顾虑大自然的承受能力。大量的砍伐植被,导致森林覆盖面不断减少,无法制造出足够的氧气,更无法吸收大量的二氧化碳,最终导致温室效应的出现,继而大量的冰川融化,海平面上升,地下水遭到海水破坏等气候问题。当前,地区水循环一般是分解为陆地支流和大气支流两大部分,水循环中的陆地分支是由降水量、出入本地区径流量、蒸发量和土壤的含水量组成的。所以,本地区水土的流失,植被储水量的下降,以及气候的变化,都严重影响着水循环的吸收环节。水在循环过程中缺乏足够的原动力,继而造成水资源的流动性降低,给水质带来了一定的破坏。而大气支流在一定程度上可以改变水资源的合理配置,将沿海地区的通过水循环系统带入内陆,缓解地区干旱。
2.气候对水循环与水资源的主要影响
2 . 1降水量的缺乏或超标
一直以来,水资源被人们作为延续人类生命的重要基础。我国幅员辽阔,所以气候的类型也具有多样化的特点。而不同特点的天气类型,自然会出现水资源分布的不均匀。我国南部地区属于亚热带季风气候,所以降水量比较少,有时甚至会出现超量降雨。但我国北方地区,属于温带季风性气候,所以降水量相比于南方就较多。因此我国一直以来就有南涝北旱的说法。近年来,随着气候的变化,尤其是温室相应带来的冰川消融。不仅南方出现了严重的洪涝灾害,同样北方因降水量过多,而导致大量的房屋坍塌。甚至出现因植被无法及时吸收大量的降水,而出现泥石流等自然灾害。
2 . 2水质的严重破坏
化工产品中含有大量的热能,在融入空气后与水循环相融合。经过水循环的作用,在降水过程中进入地表,对地下水资源有着很大的破坏力。另外,气温的不断增加,必然也会导致水温的上升,从而造成大气中的水分蒸发总量的不断的增多,导致地面的水资源严重不足,径流量不断减少甚至出现断流的现象。造成水资源无法进行流动,内部的杂质无法分解沉淀,最后成为一潭死水,这也是对水质的严重破坏。
2.3冰川的快速融化
冰川作为水资源的另一种储备方式,它一般都在极寒地区中,很少会受到外界的破坏。近年来温室效应的不断恶化,北极地区冰雪不断融化。很多生活在极地地区的动物,都因为无法适应温度的升高而死亡。动物的尸体长期漂浮在水中,造成了水资源质量的恶化。
3.稳定气候,保护水循环与水资源的措施
3. 1加强植树造林
绿色植物经过光合作用,可以制造出人类赖以生存的氧气。同时也可以吸收人类排出的二氧化碳。植物特有的循环能力,证明了人类只有和大自然和平共处,才能更好的生存发展下去的真理。我国很早就提倡天人合一,这里的天就是大自然。由此可见,中国人对大自然的强大早已有所领悟。我国政府在意识到气候对水循环与水资源的重要影响时,就已经深刻认识到大自然中,植被对气候的影响。所以一直都在提倡植树造林、退耕还林,加强民众对植树造林的认识。经过十多年的努力,我们的民众了解植被对二氧化碳强大的吸收能力,以及在光合作用下可以制造出人类所必须的氧气,植被对地下水资源的保护等等。很多人深刻认识植被对调节气候的重要作用。如今我国很多地方本来贫瘠荒凉的地方,早已是郁郁葱葱的山林。
3.2减少化工燃料的排放
(1)有毒小颗粒的过滤。
二次工业革命对大自然的破坏我们有目共睹。工业革命期间,各国建立了大量的炼油厂、金属厂、硫酸厂、磷化物等有害的化学物质基地。例如,1930年比利时马斯河谷工业区,该工业区常年大量的污染物排放,造成河谷内严重的逆温层,致使60多人在一周内丧生,同时这些有毒气体中的微小颗粒落入水中,杀死了水中大量有微生物,使得河水出现发臭、变色的现象。还有一部分被污染的水资源,在蒸发后进入水循环中,最后在降雨时与雨水一同进入地表,造成地下水的严重污染。为了稳定气候保护水源,对于化学物质排放出的有害颗粒,相关工作人员一定会要做好排查工作,在发展的同时要寻找污染较小的替代品,对于严重影响气候的企业要强制关闭,升级废物排放设备中的过滤器,从源头中处理有害颗粒。
(2)绿色出行。
汽车尾气的排放,对大气也有很大的污染。很多人习惯开车出行,但现在车辆原动力普遍的还是以汽油为主,而汽油中含有的硫在水中的易溶性,使它在进入大气候迅速进入水循环系统,形成二氧化硫,俗称酸雨。酸雨进入植被的根部、渗入地下水资源中,污染一旦扩大,那么整片森林包括森林下的地下水,都有可能遭到损伤。气候的稳定并不是一蹴而就的,它需要长久的坚持,从点滴做起。所以我们应该控制机动车辆数量、私家车数量的不断上升,提倡大家绿色出行,尽量乘坐公共交通,为稳定气候保护水资源做出一份努力。
4.结语
国际气候大会对全球气候变化的原因一直处在激烈的探讨中。为了阻止全球气候不稳定的进一步恶化,保障全球水循环系统的稳定和水资源的质量,世界各地纷纷成立了气候研究大会。目前,最有影响力的是哥本哈根气候大会和巴黎气候大会。我国当前人口众多,水资源极度紧缺。因此对气候的保护工作,我们责无旁贷。为此我国积极应对气候的变化,不断加大环境的保护。植树造林,绿化环境,为世界制造更多氧气,严格审查化工基地,减少二氧化碳的排放量。不断提高人们对气候稳定重要性的认识。同时完善与气候相关的法律法规,对严重破坏气候稳定的行为予以严厉惩治。气候变化对水循环与水资源的影响,不仅仅关乎大自然的和谐与稳定,更与我们人类的生存息息相关。
参考文献:
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二氧化碳是所有温室气体中数量最人、影响最人的,据估计人气二氧化碳的温室效应占全部温室气体总温室效应的61%。从1860年左右开始的工业革命到现在,大气中二氧化碳浓度已由280ppm上升到353ppm,增K26%。日前的年增长速度为1.8ppm,即0.5%。按目前的增长速度计算,到2050年,大气中的二氧化碳浓度将达到550ppm。根据现有的研究确定,大气中二氧化碳的迅速增长主要是由于人类活动造成的,其中最主要的是由于工业的发展而大量使用化燃料造成的。当然,发达国家在过去一二百年中的工业发展并大量使用化石燃料是大气二氧化碳迅速增长的最主要原 因。此外,在工业发展过程中对森林的破坏也是人气二氧化碳迅速增长的主要原因。据某些研究估计,从1850年至1950年,由于化引燃料的燃烧,总计向大气排放的碳为1500亿吨~1900亿吨。而在1850年至1950年间,由于森林的破坏而排放的碳总量估计为900亿吨~1200亿吨。
森林对全球人气二氧化碳的影响,森林与温室气体的关系主要是指森林与大气二氧化碳的关系。森林在其生长的过程中吸收大气中的二氧化碳,形成光合物质,并把它保存起来。森林固定二氧化碳的速率与森林生物量的增长率成正比。森林被采伐利利用的过程即是二氧化碳排放的过程。
在全球范围内,大气中的二氧化碳按碳的重量来计算,含量约为七千亿吨,植物中(其中森林占90%)含有碳8270亿吨。每年由于使用化石燃料向大气净排放碳量为50亿吨,火山爆发向大气输送的碳平均每年为0.5亿吨,根据理论计算海洋每年吸收的碳量约为25亿吨,大气中碳的年增加是为23亿吨。如果全球的森林不被砍伐,它的生长每年可以吸收约六百亿吨碳。但是实际上,全球的森林每年正以1700万公顷的速度在减少。由于对森林的采伐利和破坏,使森林储的碳正在迅速地排放小米。这样,从总体上说,森林反而成了一个二氧化碳的巨大人排放源。
对森林砍伐造成的二氧化碳排放,已经有许多研究。70年代初期以前,人们普遍认为全球的森林起到吸收全球大气二氧化碳的作用,但70年代斤期开始发表的大多数研究结论认为,由于全球森林受到破坏,森林止向大气释放它过去储存的碳,成为大气二氧化碳的一 个主要排放源。
气候变化及其预测。很多学者认为当前的全球变暖和气候变化是由于温室气体大量集结造成的。从1880年至今地面气温已升高了0.5℃-0.7℃。从全球来说,高纬度地区增温幅度较大,在低纬度地区则不太明显。未来的气温变化是用一些全球环流模型进行预测的。根据人多数全球环流模型的预测,在未来一百年中,气温将增加1.5℃-3.0℃。
尽管现已观测到大气中温室气体的浓度在迅速上升和全球变暖,但定量地确定各因索的作用并对气候变化进行准确预测还有相当困难。气候变化是一个非常复杂的过程,除了地球上的因素,还有太阳变化和宇宙变化等因素。地球上的诸因素中还存在复杂的反馈作用。例如,升温可使蒸发加强、云量增多,而云量的增加则会阻挡太阳辐射,起到降温的作用。火山爆发一方面会使大气增加大量温室气体,而同时排放出的大量气溶胶也会阻挡太阳辐射而使大气降温。随着研究的深入,研究结果仍在不断改进。
气侯变化对森林的影响。气候变化会对森林、农业、社会发展产生什么影响呢?
有的研究认为,大气二氧化碳浓度增倍后寒带森林的南界有可能会向北移动256公里-900公里,而北界只移动80公里-70公里,所以寒带森林要人人减少。古气候和古植被的资料能给我们某些启迪,有益于判断气候变化对植被的影响。有人根据最近冰期古气候利古植被的相关研究,认为可以相当准确地确定,人气温度每升高一度,树木的分布区域北界会向北推移100公里,而树木的分布南界会相应退缩。我们根据中新世(2千万年以前)的植被分布和目前的植被分布相比较,发现亚热带南界约比现在偏北200公里~300公里。根据气候预测,下世纪中叶的温度要比现在高l.5℃~3.0℃。所以有理由认为,下世纪中叶的气候会类似于2千万年以前的气候,而二者的植被分布可能是很相近的。有人用森林演替模型来研究未来森林的变化。这些模型通常考虑环境因子,可用于预测较长时段的森林演替和动态变化。
有人研究了美国重要的用材树种秤,结果是某些树种的分布面积要缩小,在某些地区扩人。国内也就气候变化对我国主要用材树种的分布和生长影响进行了研究。我们的研究结果是大部分树种的分布面积会缩小,而单位面积的生产力却略有上升。近来有人认为,虽然气候变化会对森林产生较人影响,但人为影响可能自然变化的影响要人得多。由于人为的十地利用变化和不适当的农业可使全球的荒漠化十地增加13%,而二氧化碳增倍造成的荒漠化仅增加2%。
不确定性。温室气候、气候变化以及它们对人类的影响,虽然已普遍受到重视,但真正要把问题研究清楚还是非常困难的,因为每个问题都有着相当大的不确定性。在温室气体的计算方面,通常认为森林采伐对大气二氧化碳影响的不确定性最大,尤其是对十壤碳排放影响的计算误差更人。至于温室气体对气候变化的影响,它决定于气候预测模型,而气候变化预测模型到目前为止并不成熟。有人对14个全球环流模刑的预测结果进行比较,发现由于对云的反馈什刚采取不同的假定,预测的结果会有2个数量级的差别。全球气候模型的不确定性看来往5年至10年内不会有明显改善。 在气候变化对森林影响的预测中,都是根据某种“平衡式”的假定作出的,即植被经过数白年的时间完全适应于某种稳定的气候,达到一种平衡。但是在日前气候迅速变化的情况卜,植被可能跟不上气候变化的速度,所以达不到这种平衡。如果把气候变化对森林火灾的影响,对森林病虫害的影 响等方面考虑进去,就会使问题变得更加复杂。
国际社会的行动。尽管问题有很大的不确定性,但人们普遍认为,温室气体的剧增旨定是全球变暖及气候变化的原因之一,人量的森林砍伐肯定会造成温室气体的大量排放。人们普遍担忧,如果这—发展趋势保持不变或者加刷是否会危及钊人类的生存环境,破坏伞球生态系统,造成灾难性的结果。为此各国己开展了斤多与全球变化有关的大型研究计划,例如国际地图与生物圈计划(1GBP),生物地球化学循环及其相互作用(BCTl)利全球变化与陆地生态系统(GCTE)等。
1材料和方法
1.1研究区概况朝阳地区位于辽宁省西部,西邻内蒙古赤峰市和河北省承德市,东与辽宁省锦州市接壤,主要包括朝阳县、北票市、凌源市、喀左县及建平县的南部,大凌河、小凌河贯穿境内。朝阳地区属北温带亚干旱气候区,四季分明,雨热同季,自然灾害频繁[16]。朝阳地区为一年一熟耕作制,4—9月为大田耕作期;9月中下旬至翌年4月为有霜期,是塑料大棚生产栽培期;11月至翌年3月为较寒冷期。
1.2资料选用朝阳、北票、凌源、喀左和叶柏寿国家级气候监测站1953—2010年近58a资料,包括日平均气温、日最低气温、日平均最高气温、日照时间、降水量、风速、云量及最大冻土深度等。
1.3方法用气候倾向率描述气候因子变化趋势,用序列相关系数计算气候因子变化趋势显著性,用标准偏差[16]确定极端气候年。气候倾向率:其可反映气候要素变化趋势,由一元线性趋势方程y(x)=a0+a1x,dy(x)/dx=a1获得,其中,a1×10为气候倾向率,方程中的系数用最小二乘法确定,y为气象要素,x为年序列(x=1953,1954,1955,…,2010年)。标准偏差[17]:其是量度数据分布的分散程度的标准,用以衡量数据值偏离算术平均值的程度,可确定极端事件发生几率。S为标准偏差,Yj-Y軍为历年值减去总体平均数,N为样本数。
2结果与分析
2.1霜期变化塑料大棚种植期在农闲的有霜期进行,朝阳地区初霜平均在9月30日;标准偏差为±8.7d。1966年初霜出现最早,在9月9日,1998年出现最晚,在10月18日。历年初霜日气候倾向率为2.548d/10a,序列相关系数为0.423,达到极显著水平(P<0.01),呈明显后推趋势,近20a(1991—2010年)比总平均值晚5d。终霜平均日期为4月20日;标准偏差为±11.1d。1995年霜期结束最早,在4月1日,1977年霜期结束最晚,在5月14日;气候倾向率为0.536d/10a,序列相关系数为0.070,不显著(P>0.05)。历年初霜日变化趋势平稳,朝阳地区平均霜期为204d;标准偏差为±13.5d;1986年霜期最长,为235d,2000年最短,为176d,极差为59d;气候倾向率为-1.973d/10a,序列相关系数为-0.212,不显著(P>0.05),霜期呈缩短趋势,近20a(1991—2010年)霜期平均为197d,前20a(1953—1972年)霜期平均为206d,近20a比前20a缩短9d。
2.2霜期气温朝阳地区霜期(10月至翌年4月)平均气温为0.1℃,最高2.6℃(2004年),最低-2.8℃(1956年),极差为5.4℃;标准偏差为±1.2℃。由图1可知,霜期气温在波动中呈上升趋势,气候倾向率为0.475℃/10a,序列相关系数为0.665,达到极显著水平(P<0.01)。朝阳地区霜期正常年平均气温为-1.1~1.3℃,高温(>1.3℃)有12a,其中,近20a出现11a,几率为55.0%;低温(<-1.1℃)有9a,近20a没有发生。霜期近20a(0.9℃)比前20a(-1.1℃)平均气温升高2.0℃。前20a霜期气温变化幅度为3.2℃,而近20a霜期气温变化幅度为3.4℃,气温变化幅度拉大对霜期农业影响较大,给生产管理带来难度。寒冷期(11月至翌年3月)平均气温-4.2℃,最高-1.6℃(2002年),最低-7.7℃(1956年),极差为6.1℃,标准偏差为±1.4℃。寒冷期气候倾向率为0.557℃/10a,序列相关系数为0.655,达到极显著水平(P<0.01)。朝阳地区寒冷期正常气温为-5.6~-2.8℃,高温(>-2.8℃)有11a,近20a出现9a,几率为45.0%;低温(<-5.6℃)有7a,近20a没有发生。寒冷期近20a(-3.0℃)比前20a(-5.3℃)平均气温升高2.3℃,大于霜期的升温幅度。
2.3霜期日照光照是霜期农业(日光温室)的主要热能来源。朝阳地区历年平均日照时间2760h,霜期日照时间1527h,占全年的55.3%;霜期最多1731h(1953年),最少1295h(2005年),极差为436h,标准偏差为±104.4h。由图2可知,在标准偏差范围内朝阳地区霜期正常日照时间为1432~1631h,在近58a里寡照年(<1432h)有9a,几率为15.5%,其中,近20a寡照年出现8a,几率上升到40.0%。1953—2010年朝阳地区霜期日照时间气候倾向率为-43.322h/10a,序列相关系数为-0.695,达极显著水平(P<0.01),日照时间呈明显的减少趋势,近20a(1443h)比前20a(1602h)日照时数平均减少159h。寒冷期日照时间1046h,占全年的37.9%;最多1180h(1967年),最少900h(2010年),极差为280h,标准偏差为±72.2h,寒冷期正常日照时间为974~1118h。在近58a寡照年(<974h)出现10a,几率为17.2%,其中,近20a寡照年出现9a,几率上升到45.0%。1953—2010年朝阳地区寒冷期日照时间气候倾向率为-30.318h/10a,序列相关系数为-0.703,达极显著水平(P<0.01),日照时间呈减少趋势,近20a(987h)比前20年(1097h)平均减少110h。
2.4霜期降水量霜期降水(降雪)越多,对设施农业尤其对蔬菜大棚生产越不利,由于阴雨天增多,光照时间减少,加之风刮雪压影响日光温室、塑料大棚采暖,使植物因低温而受冻害。朝阳地区历年降水量平均值为476.8mm,霜期降水量为61.6mm,寒冷期降水量18.6mm。在霜期农业生产中,11月至翌年3月寒冷期的降水(降雪)对设施农业影响最大。从图3可以看出,朝阳地区霜期降水量呈微弱增加趋势,气候倾向率为2.808mm/10a,标准偏差为±29.7mm,最多降水量达到165.4mm(2010年),正常降水量为31.9~81.3mm;多雨年(>81.3mm)有7a,几率为12.1%,其中,近20a发生4a,几率上升到20.0%。霜期近20a(66.7mm)比前20a(60.1mm)降水量平均增加6.6mm。寒冷期降水量越大形成的灾害越严重,朝阳地区11月至翌年3月平均降水量为18.6mm,最大降水量为57.6mm(2007年),标准偏差为±13.1mm,正常降水量为5.5~31.7mm;多雨年(>31.7mm)有7a,几率为12.1%,其中,近20a发生2a,几率为10.0%;气候倾向率为0.369mm/10a。
2.5霜期阴天阴天太阳辐射能降低、光照时间缩短,使光热资源利用受到限制。沈阳市霜期阴天日数历年平均为18d,其中,2010年最多,达到34d,标准偏差为±5.6d;朝阳地区霜期正常阴天日数为13~24d,偏多有9a,几率为15.5%,其中,近20a有3a,几率为15.0%。1951—2010年霜期阴天日数气候倾向率为0.241d/10a,表明阴天日数趋势平稳,近20a(16.9d)比前20a(18.4d)平均值略有减少。
3结论与讨论
(1)朝阳地区霜期在10月至翌年4月,平均204d,气候倾向率为-1.973d/10a,霜期呈缩短趋势,1991—2010年比1953—1972年平均缩短9d。霜期、寒冷期气温倾向率分别为0.475,0.557℃/10a,气温升高趋势明显,近20a气温平均升高2.0~2.3℃。霜期气温升高对发展设施农业有很大的能源帮助,减少了低温冷害对植物的影响。近年来,气温升高虽然明显,但变化幅度较大,这也给设施农业管理带来困难。因此,气温存在升高趋势并未达到稳定程度,在生产上还不能放任管理。当低温来临时,应及时加温取暖,晴朗低温天气可选在午夜至凌晨时段加温,阴雪低温天气可全天连续加温。
(2)朝阳地区属光照条件丰富区[16,18],霜期、寒冷期日照时间呈明显的减少趋势,气候倾向率分别为-43.322,-30.318h/10a;近20a霜期寡照年几率达到40.0%。寒冷期近20a寡照年几率为45.0%,寡照年增加十分明显;霜期、寒冷期平均日照时数近20a比前20a分别减少159,110h。光照是霜期设施农业的主要热能来源,寒冷期光照时间的长短尤为重要,朝阳地区在寒冷期日平均日照时间为6.9h,在辽宁省属于高值区,但日照时间的日趋减少,将给依靠自然光热条件发展设施农业带来不利。因此,朝阳地区在发展霜期农业建设的同时,应认真考虑光能变化等问题,确保霜期农业的顺利进行。
(3)霜期农业生产期朝阳地区降水量呈微弱增加趋势,霜期气候倾向率为2.808mm/10a,寒冷期气候倾向率为0.369mm/10a。霜期农业生产期间降水(降雪)对生产不利,甚至给设施农业带来灾害。大到暴雪压塌、压毁大棚等设施时有发生,暴雪和特大暴雪对设施农业是毁灭性的,因此,在设计大棚结构时,应考虑抗压参数,保证设施坚固耐用。
(4)朝阳地区霜期阴天日数气候倾向率为0.241d/10a,变化趋势略显增加,而近20a阴天日数增加不明显。朝阳地区霜期气温升高对设施农业生产有利,而日照时间减少、阴天日数和降水量的相对增加对生产不利。
当灾害来临时要及时采取有效的生产措施使损失降到最低,预防措施应掌握几点:
A.大棚设计要考虑大风及风向的危害。朝阳地区冬季多东北风,草苫应顺风压茬;大风来临之前要加固压膜线,关闭通风口,大风同时高温要间隔放草苫压膜。
关键词:水文与水资源;工作;挑战
引言
随着二十一世纪经济迅猛发展,我国社会中各行各业均呈现蓬勃发展的趋势。机械制造水平日益提升,大大提高了我国的国民经济。然而,任何事情都具有两面性,要学会用科学发展的眼光看待问题和解决问题,在我国经济迅速发展的同时,环境问题不断出现,其中水文与水资源的问题尤为突出。水资源是人们正常生产和生活的基础资源,是保障人类正常存活和发展的保障,但是近年来,由于主观和客观因素的影响,导致水资源越来越紧缺,大大影响了我国经济的发展。因此,针对水资源中存在的问题,要采取措施加以解决,并加强对水资源的保护力度。目前,为了解决地表水减少的问题,人们开始过度开采地下水资源,从而造成地下水资源也急剧减少,浪费了大量的资源,给水文工作带来了较大的压力。
1 当前我国水资源的现状
1.1 水资源污染现象较为严重
近年来,随着工业生产以及人们生活的用水量增大,导致水资源紧缺问题日益严重,且水资源污染现象也越来越严重,污染成分比较复杂,不仅包含农业中的农药残留,而且还包含工业生产中的重金属污染以及化学材料,之后在农业灌溉时利用被污染的水资源进行灌溉,对土地造成了严重的污染,从而污染了地表水。而人们饮用的水资源主要来源于地表水,进而产生了恶性循环,给人类的用水安全带来了隐患,严重时甚至威胁着人们的生命安全和身体健康。由于水资源是不断流动的,因此土壤环境也会受到一定程度的破坏,生长出的植物中含有一定的污染源,生长出的失误和果实等也含有污染,利用植物生产出的食品也存在安全问题,进而对人们的饮食安全造成负面影响,可以说,水资源污染不仅对植物有着一定的危害,对人类的健康和生命也有着严重的威胁,因此,对水污染进行治理是目前水文工作中迫在眉睫的内容。
1.2 山区的水资源出现减少的现象
众所周知,虽然我国幅员辽阔,但是地区差异明显,经济发展也不统一,相对而言,我国山区的经济发展缓慢,各种资源都相对缺乏。就我国现阶段而言,水资源严重短缺现象越来越严重,山区的水资源短缺问题尤为明显。河流在上游时就出现断流的情况,进而对中游和下游地区的造成了严重的影响,而且这种断流的情况越来越突出,严重时甚至会发生枯竭现象,给地下水的正常补给带来制约和阻碍,造成下游地区的水资源短缺,水土流失现象非常严重,土壤环境也遭到了破坏,对周围环境带来了严重的灾害和影响,同时也为水文工作的正常、健康展开带来负面影响。
1.3 地下水资源过度开采
近年来,随着现代化进程的不断加快,经济水平不断提升,各行各业都有了迅猛的发展,人们生活条件日益富足,但是与此同时,我国的能源与资源也在急剧减少,其中,地表水资源也越来越紧缺。因此,为了满足人们正常生产生活的需求,人类开始对地下水资源过度开采,进而引发了严重的后果,致使地下水资源严重浪费。地下水资源是路桥以及水利等行业发展的基础,一旦地下水资源缺乏,就会会影响公路和水利等方面出现问题,桥梁出现塌陷现象,地表下沉,地表环境遭到严重破坏。另外,水资源的缺乏还会直接导致人们的生活用水以及工业上的各种用水不足,严重制约着我国经济的发展。地下水资源的过度开采还会导致地下水水位快速下降,这对地面有着严重的负面影响,会造成地面塌陷、裂开,以及下陷等后果。同时,也会使得江河湖泊的水量减少,严重时甚至会出现干涸的现象。
2 水文资源和气候变化的关系
2.1 水资源和气候变化之间相互的作用
气候变化与自然的循环对于水资源的循环会产生一定的影响,在分布以及生态环境的循环方面对水资源产生影响,进而使得生态环境遭到破坏,制约了经济的健康发展。生态环境的变化在极大程度上影响着水资源,气候的不规则变化干扰了水循环体系,从而出现资源短缺问题。因此,在进行水文工作过程中,要对气候资源的相关因素变化进行分析,因为这些因素是不确定的,所以在一定程度上给水文工作的正常有效开展提出了严峻的考验和挑战,要全面地考虑经济活动以及自然环境等因素,否则就会对水资源造成严重的威胁,甚至会发生自然灾害等问题,这无论是对于社会活动或者是经济活动来说都将会造成负面影响。基于此,在开展水文工作时要将所有不确定因素进行全面综合地考虑,加强水文管理,并对水资源与气候变化之间的相互作用进行详细的分析和研究,进而有效管理水资源,将水资源进行充分的利用,做好水资源的基础工作,提前做好水文工作的防范工作,及时对将会出现的问题进行预防,以此确保出现问题时可以及时进行有效解决,合理规划水资源,保持生态系统的完善,维持水资源的平衡。
2.2 水文工作的具体措施
为了有效检测水文过程中的变化,就需要改进和调整水文参数,增加全球以及不同地区的水文及其参数资料,关注并重视全球水文资料的构建,以此全面了解气候的指导作用,还要利用科学信息技术对相关数据和方法进行改进。相对比较来说,我国在水文工作方面还有很多不足,因此可以节将发达国家的先进研究成果以及技术经验,利用发达国家的成熟经验进行自身工作的指导,并根据我国的基本国情进行总结,以此促进我国水文工作的蓬勃发展。另外,还要将世界各国的气候以及研究成果进行汇总,以此制定出适合我国发展的且全面的参考资料,从而为水文工作的顺利开展提供基础参考。水文工作的具体措施如下:加大投入力度,加强水文检测基础设施的建设,在实际开展水文工作之前做好规划,为提高水文工作水平奠定条件。同时,采取行之有效的措施提高水文资源检测报告水平,以此提升水资源的水量以及水质检测质量。另外,要拓宽水资源的经费渠道,完善投入机制,从而为更好地开展水文与水资源工作夯实基础。
3 结束语
通过文章的综合叙述可知,随着经济水平的提高以及工业化的迅猛发展,水资源已经严重缺乏,甚至无法保障人类正常生活以及工业用水的需求,因此水Y源的供给受到了广泛的关注和重视。水资源短缺问题不仅给水文与水资源工作提出了严峻的考验,而且还在极大成都上制约着经济的发展。近年来,我国的水资源污染现象愈加严重,且山区的水资源逐渐出现减少,为了确保水资源的供给需求,人类开始过度开采地下水资源,从而造成了一系列严重的问题。因此,要处理好水资源与气候之间的相互关系,制定详细的水文工作措施,加大水资源的管理力度,加强水文基础设施的建设,从而为更好地开展水文与水资源提供保障。
参考文献
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[3]夏军,刘春蓁,任国玉.气候变化对我国水资源影响研究面临的机遇与挑战[J].地球科学进展,2011,01:1-12.
关键词:普通植物病理学;教学改革;教学内容
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)12-0090-03
《普通植物病理学》是中国农业大学农学与生物技术学院本科生的专业基础课,要求学生掌握植物病理学的基础理论和基本知识。根据本科生所选专业不同,教学内容有所侧重。笔者长期从事农学专业本科生《普通植物病理学》的教学工作,课程教学以普通植物病理学基础知识为核心,并适当结合农学专业学生的实际情况,对主要作物的重要病害进行讲授,内容分为总论和各论两部分。总论部分主要讲授植物病害基本概念、基本理论,包括植物病理学的发展历史、植物病害的概念、植物病害症状学、病原学、诊断学、流行学和防治学等。各论部分主要按照作物种类对主要植物病害进行讲解,包括水稻病害、小麦病害、棉花病害、杂粮作物病害、果树病害、蔬菜病害等。
《普通植物病理学》是一门综合性较大、基础性较强、知识面广泛、实践性较强的课程。随着社会经济的迅速发展、科技水平的迅猛提高、各种先进技术和方法的广泛应用,新知识、新概念、新观点、新技术和新方法等不断涌现,植物病理学新的研究成果不断出现,学科得到迅速发展,《普通植物病理学》的理论不断得到丰富,内容日益更新。经济社会的发展和科技的进步对人才的需求亦提出了新要求。为适应形势需要,我校将本科人才培养定位为“宽口径、厚基础、重创新、强实践、国际化”。因此,在教学过程中,笔者必须与时俱进,根据学科发展和现代社会对大学生素质的需求,在制定的教学大纲的基础上,及时更新教学内容,将新知识、新概念、新观点、新技术和新方法充实到教学内容中,为学生提供符合时代需要的课程体系和教学内容。
笔者通过参考最新教材,收集相关文献资料,了解学科进展,不断跟踪最新相关研究成果,将植物病理学新知识、新概念、新观点、新技术和新方法等融入到《普通植物病理学》教学体系,实现教学内容的更新,并提供相关内容的参考文献,供学生深入学习和阅读。
一、植物病原分类系统的更新
植物病原种类多,分类系统复杂。随着人们认识水平的提高,植物病原分类系统不断变化。例如,之前我国在《普通植物病理学》的教学中大多采用Ainsworth的真菌分类系统,将真菌归属于真菌界,下分黏菌门和真菌门两个门,真菌门再分成鞭毛菌亚门、接合菌亚门、子囊菌亚门、担子菌亚门和半知菌亚门共5个亚门,但是《Dictionary of the Fungi》第9版将分子生物学研究的最新成果应用到真菌分类上,将原来的真菌划归三个不同的生物界,即原生动物界、藻物界(假菌界或管毛生物界)和菌物界,并且这一分类系统逐渐被认同,在最新出版的《普通植物病理学》教材中均采用了这一分类系统。同样地,随着学科发展和技术进步,植物病原细菌和植物病原病毒的分类系统也都有了较大的变化,并且不断有新的属、种报道。所以,应该对教学内容中的植物病原分类系统进行及时更新。韦继光等[1]认为普通植物病理学教学内容应该紧跟学科发展步伐,从病原学方面,介绍了植物病原菌物、植物病原细菌和植物病原病毒的分类变化等。笔者在教学过程中,亦将植物病原菌物、植物病原细菌和植物病原病毒分类变化和最新进展补充到教学内容中,使得学生能够及时了解植物病原生物分类系统的变化,紧跟学科发展步伐。
二、吸纳最新的学科研究成果,丰富植物病理学基础知识和理论
技术的进步和学科的发展,使得植物病理学新的研究成果不断出现,这其中有对某些知识的重新认识,有对某些知识的扩展,有对技术手段和方法的更新等。例如,近几年小麦条锈病菌转主寄生现象的研究新成果彻底改变了人们的认识,认识到小麦条锈病的转主寄主有小檗[2,3]和十大功劳[4],小麦条锈病菌整个生活史中转主寄生现象不容忽视,其生活史过程中产生性孢子、锈孢子、夏孢子、冬孢子和担孢子5种孢子类型,并且转主寄主小檗在我国分布广,种类多,这方面的最新研究使得人们对于小麦条锈病菌的变异和小麦条锈病的病害循环等有了重新认识。2004年,Sesma和Osbourn[5]在Nature杂志上发表文章介绍了他们的研究结果。该研究发现,稻瘟病菌可用侵染叶表不同的方式侵染水稻根部,形成根部病原菌所特有的侵染钉,并且侵染维管束组织,导致系统侵染,这一发现使人们认识到真菌可以改变侵染策略,改变其生态位,促进了植物病害流行学的发展。近年来,寄主植物与病原生物互作研究得到了长足发展,在讲授这部分内容时,补充了寄主植物与病原生物的识别机制,包括病原生物关联分子模式(pathogen-associated molecular pattern,PAMP)、病原生物效应分子识别等。在讲授植物抗病性时,重点补充了植物抗病性的分子机制,包括植物抗病防卫基本信号通路、基因沉默、活性氧迸发等。我国对植物检疫对象名单进行了重新制定,植物检疫对象发生了很大变化。2007年5月29日我国农业部《中华人民共和国进境植物检疫性有害生物名录》,1992年7月25日由农业部的《中华人民共和国进境植物检疫危险性病、虫、杂草名录》同时废止。2009年我国农业部新的《全国农业植物检疫性有害生物名单》和《应施检疫的植物及植物产品名单》,该次的全国农业检疫性有害生物名单与2006年的相比,总数量由43种下降到29种,减少了14种,其中撤消了15种,新增1种,更改2种。在讲授植物检疫部分时,及时补充了有害生物风险分析的理论知识,更新了植物检疫对象名单。由于分子生物学技术和信息技术的发展,植物病原鉴定技术、病害诊断技术有了很大的进步,在教学过程中补充了基于分子生物学技术的病原鉴定方法和基于信息技术的植物病害诊断方法。同时,将基于分子生物学技术和遥感技术的病害监测方法以及基于新媒体技术的病害测报新技术和新方法纳入到《普通植物病理学》的教学内容中。在讲授植物病害发生原因分析和病害流行时,补充了气候变化对植物病害发生流行的影响。在讲授植物病害防治技术和方法时,补充介绍了利用生物多样性控制植物病害、无人机喷药防治病害等内容。对讲授的植物病害种类进行适当调整,增加新的重要性植物病害种类,按照植物病害的发生与危害性、病害症状、病原特征、发生流行规律、预测预报、防治等系统地进行知识组织。
三、植物病害防治理念的更新
随着社会发展和科技进步以及人们对农业安全生产的关注,并且随着气候变化、农业产业结构调整、种植制度和栽培方式的改变等,一些新的病害成为农业生产中的重要病害,植物病害防治理念不断地发生着变化。人们从过去的吃饱需求,过渡到现在的吃好需求,从追求农产品的产量,过渡到不但追求产量,更关注质量,这就要求农业生产过程中植物病害防治必须适应这些需求的变化。我国的植保方针是“预防为主,综合防治”,一般在《普通植物病理学》的教学中主要介绍有害生物综合治理(integrated pest management,IPM)和有害生物可持续治理,近年来,国际上提出了有害生物生态治理(ecologically based pest management,EBPM)的理念,我国提出了“公共植保、绿色植保”的理念,以构建我国新型植物保护体系。这些新的理念的提出受到广泛重视,特别是我国在有害生物治理方面,主推“公共植保、绿色植保”的理念,所以,根据形势发展,需要在《普通植物病理学》教学中更新植物病害防治理念。2012年10月25日,我国农业部余欣荣副部长在中国植物保护成立50周年庆祝大会暨全国农作物重大病虫科学防控高层论坛上发表讲话,要求全面树立“科学植保、公共植保、绿色植保”现代植保理念,进一步推进了有害生物治理的理念的发展。在教学中,结合社会关注的生物安全问题,补充了植物病害管理对生物安全产生的积极或消极作用[6],启发学生对相关问题进行思考。
四、教学幻灯片的更新和补充
根据更新的教学内容,笔者对教学幻灯片进行了更新和补充。通过网络收集和自己拍摄植物病害症状和病原数码图片,更新和补充了大量病原和病害图片,使其能更加清晰地反映病害的各种症状和病原的形态特征,更好地反映教学内容。对一些研究热点和研究前沿问题,提供了参考文献,供学生进行阅读和更好地了解教学内容。并且,加强了多媒体教学手段利用,制作或收集了一些动画和视频,用于反映病原释放过程、病原侵入过程、病原传播过程和病害发生过程等。教学过程中,通过播放动画、视频等,增强了教学直观性,更加形象地表达了相关教学内容,并收到较好的教学效果。笔者经过近两年的努力,制作成了一套形式更加新颖、内容更加丰富、图像更加清晰的幻灯片。
任课教师应根据学科发展动向和前沿,了解学科最新研究问题和热点,特别是对于一些理论性或改变过去认识的研究进行了解,及时更新教学内容。然而,每年都有大量的植物病理学方面的文献发表,同时也有大量与植物病理学有关的文件、规范、法规等,信息量非常多,从中选择具有重要意义的文献资料困难很大,要较好地完成《普通植物病理学》教学内容的更新,做好关于植物病理学学科新进展的文献资料的甄别和筛选尤为重要。由于任课教师有自己的研究方向和重点,很难全面了解整个学科的发展动态。因此,加强多个高校有关任课教师的教学工作交流,对于促进教学将具有重要意义。
与更新教学内容相配合,笔者也进行了教学方法的改革。笔者在教学过程中,综合利用启发式、讨论式、参与式等多种形式的教学方法,注重传统知识和科学前沿知识相结合,注重基础知识和实际应用相结合,充分调动学生的积极性,提高学生的学习兴趣,克服由于课堂学生多、学生缺乏兴趣造成的教学效果较低的现象[7]。詹刚明等[8]在教学中注意了语言技巧的应用,笔者也注意了同样的问题,并在教学中加以实施,活跃了课堂气氛,加深了学生对知识点的印象和认识。同时,笔者对课程考核方式进行了改革,将考核方式改为平时作业、课程论文、期末考试(各占总成绩的20%、20%、60%)相结合的考核方式,可在整个教学过程中进行考核和考察学生对知识的掌握情况,避免了学生期末考试临时突击、片面追成期末考试成绩的弊端。另外,笔者根据更新后的教学内容,设计构建了《普通植物病理学》考试系统,实现了试卷自动生成和计算机辅助阅卷。为加深学生对课堂讲授的《普通植物病理学》理论知识的学习,同步开设了《普通植物病理学实验》课程,使学生通过实验操作和实际观察,达到了理论联系实际、学以致用的目的,取得了良好的教学效果。
参考文献:
[1]韦继光,袁高庆,赖传雅,等.普通植物病理学的教学内容需紧跟学科发展步伐[J].广西农业生物科学,2007,26(增刊):188-190.
[2]Yue J.,Szabo L. J.,Carson M.Century-old mystery of Puccinia striiformis life history solved with the identification of Berberis as an alternate host[J]. Phytopathology,2010,100(5):432-435.
[3]Zhao J.,Wang L.,Wang Z.Y.,et al. Identification of eighteen berberis species as alternate hosts of Puccinia striiformis f. sp. tritici and virulence variation in the pathogen isolates from natural infection of barberry plants in China[J].Phytopathology,2013,103(9):927-934.
[4]Wang M.N.,Chen X.M.First report of Oregon grape (Mahonia aquifolium)as an alternate host for the wheat stripe rust pathogen (Puccinia striiformis f. sp. tritici)under artificial inoculation[J]. Plant Disease,2013,97(6):839.
[5]Sesma A.,Osbourn A.E.The rice leaf blast pathogen undergoes developmental processes typical of root-infecting fungi[J]. Nature,2004,(431):582-586.
[6]王海光,马占鸿,黄冲.植物病害管理与生物安全[J].植物保护,2007,33(3):1-7.