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全球变暖植物也遭殃

已有 2739 次阅读 2008-8-20 08:28 |个人分类:EcosystemEntropyHealth|关键词:生态学,整体,观| 生态学, 整体

全球变暖植物也遭殃

(本文发表于《Newton科学世界》2008年5月号)

我们的地球之所以独特,正是由于存在丰富多彩的生物圈。在生物演化的过程中,不同物种之间建立起了精密的组织结构,整个生物圈就如同一 座庞大的金字塔。千姿百态的植物就是这座金字塔的基石,因为除了少数的化能合成细菌外,几乎所有的动物和微生物都直接或间接将植物作为食物来源,这些绿色 的能量工厂是地球生物圈活力的源泉。有资料表明地球历史上的历次生物大灭绝事件都与植物类群的演化和消亡有关。可以毫不夸张地说,是植物在支撑着生命世 界。然而,今天的全球变暖正在撼动这些生命金字塔的基石。

图注:经过数千万年的演化,植物的花期和对应传粉者的活跃期形成了完美的配合。在变暖的环境中,他们还能亲密接触吗?)

春天在抢跑

在漫漫寒冬之时,或许人们都希望春天早点到来,希望百花早日盛开,希望蝴蝶早点在花丛翩翩起舞,希望小鸟早点在枝头歌唱。如今,越来越多的植物开花物候资料表明春天真的提前了。在日本,樱花的花期比20年前提前了5.5天;在美国西南部沙漠地带,灌木的花期比100年前提前了大约2040天。然而,在这个提前到来的春天里,风景真的会很美吗?

在阳光明媚的“早春”,春风早早地叫醒了地球上最后一株腊梅。枝头的花朵尽最大的努力让自己的黄色外衣更醒目一点,它们还铆足劲放出丝 丝香气。然而,这些从祖辈继承下来,用于吸引蜜蜂传粉的招牌似乎不再像以往那么有效了——天空中和花丛中都寂静无声。当花瓣带着遗憾再次化为春泥时,睡醒 的最后一群蜜蜂终于出现了。它们依然像祖辈那样在田野中寻觅可口的花粉和甘甜的花蜜,可一切都晚了,等待它们的只有枝头萎蔫的花朵和地上凋零的花瓣。结局 可想而知,腊梅和蜜蜂就像爱情悲剧里的男女主角,感情至深却不能相见,终于双双郁郁而终。上面的故事似乎让人觉得有些不可思议。因为我们还能看到,枝头有 蜜蜂在寻觅,花丛中有蝴蝶在飞舞。但是随着地球持续变暖,上述的“爱情悲剧”正在或者将要发生在一个天前到来的春天里。

腊梅隶属的被子植物是当今世界上最庞大的植物类群,也是现今地球植被的主要组成成分。从矮小的蒲公英到高大的白杨树,从纺织用的棉花到 供食用的苹果桃子都属于被子植物的范畴。它们的共同特征是具有由雌蕊和雄蕊构成的繁殖系统。人们熟知的开花结果正式被子植物的繁殖过程。对绝大多数被子植 物而言,从开花到结果,需要将花粉从雄蕊的花药中搬运到雌蕊的柱头上,这个过程就是传粉。有些植物选择了风或水作为花粉的运载工具,而绝大多数被子植物选 择了利用动物(特别是昆虫)来运输花粉。作为搬运工的动物(传粉者)在这个过程中可以吃到花粉或者花蜜。在数千万年的演化中,被子植物和传粉者建立起了密 切的合作关系,花朵和传粉者总是在特定的时间同时出现,互惠互利。然而,全球变暖正使这种关系变得越来越脆弱。

人们常说,“早起的鸟儿有虫吃”,并教导后代以勤为勉。对花朵来说,早日开放却未必是件好事。如果花期提前,文章开头的那个故事就会上 演,接着是没有授粉,也就没有结果,当让也就没有后代。这样一来,植物种群就会慢慢消亡,而它们的传粉者也会因为没有食物从地球上消失。最终给我们留下一 个寂静的春天。

植物的花期和传粉者的活动期完全分离,看似有些极端。这样的事情确实只会发生在那些由专一的传粉者传粉的植物和以单一植物为食的传粉者 身上。由于传粉和食物来源的单一性,全球变暖引起的花期物候变化对影响往往是致命的。其实,很多传粉者都是以多种花作为食物来源的。即便如此,这些传粉者 的日子也不好过,它们也不能顿顿吃上饱饭。传粉者采食的几种植物的花期原本可以相互衔接,由于气候变暖,这些植物的花期会发生错位。对传粉者来说,本来连 续的食品供应很可能会出现断档。同时,由于花期的提前,在传粉者活动的末期,还会出现无花可采的危险局面。在一个变暖和的春天里,如何吃饱饭竟成为传粉者 面前的头等难题。

随着全球变暖趋势加剧,春天进一步提前,这种植物花期和传粉者活动期分离的问题将进一步加剧。科学家通过数据模型预测,在今后的50年里,气温每升高1,植物开花期就将提前4天。这样情况持续下去的话,会导致1750%的 传粉者失去生存所需的食物来源,这些传粉昆虫的活动周期也将缩短一半,最终会导致那些“无虫问津”的花朵和“缺吃少喝”的昆虫永远从地球上消失。然而悲剧 故事还远远没有结束。就像多米诺骨牌一样,随着昆虫的消亡,以它们为食的鸟类和其他小型动物也将面临食物短缺的危机,并最终走上不归路。这样会进一步影响 到大型肉食动物,整个生态系统都可能因为食物链的断裂在短时间内轰然倒下。

火爆的夏天

太阳光是整个植物界,乃至整个生命世界的能量来源。亿万年来,所有植物都在阳光下享受宁静的生活。然而,太阳光这个巨大的能量宝库现在正面临着被废弃的危险。

一提到光合作用,人们脑海中首先反映出的可能是森林和农田。其实,在地球上还有很多不起眼的光合作用工厂在发挥着巨大的作用,生物土壤 外壳就是其中之一。这是由蓝藻,地衣和苔藓组成的,覆盖于土壤表面的复合结构。在陆地上几乎所有生命存在的地区都有它的身影。生物土壤外壳对于固定水分和 土壤具有极其重要的作用。然而随着气温的节节攀升,这些“光合工厂”都出现了消极怠工的现象。通过对美国西部沙漠中实验样地进行监测发现,在气温异常升高 的2000年,生物土壤年外壳的光合作用总量(以一个生长季内,植物体干重增量计算)下降了56%。光合作用总量的下降提高了生物土壤外壳的死亡率。更令人担心的是,生物土壤外壳是很多干旱地区的唯一植被。如果这些地区的生物土壤外壳消失的话,人们将面对更多的沙漠和沙尘暴。

那么,为什么气温升高会影响到光合作用产量呢?我们知道,植物中的叶绿体可以将太阳能转化为化学能储存在碳水化合物中。但并不是太阳光 中的所有能量都可以被植物利用。我们平日所见的太阳光实际上一种由不同波长的光线组成的复合光,包括了红外线,可见光以及紫外线。绝大多数植物只能利用可 见中的红光和蓝紫光。阳光中的紫外线不仅不能被植物利用,还会降低光能转化中心——叶绿素的活性,从而扰乱正常光合作用的进行。因此,在植物体内还存在一 些类胡萝卜色素,它们可以通过自身的降解来减轻紫外线对叶绿素的危害。在正常的温度和水分条件下,植物可以依靠这些保护色素抵御紫外线的侵害。但是在温度 升高时,叶片中类胡萝卜色素的活性和含量就会大大降低。这时的植物会束手无策,只能听凭紫外线去大闹“光合工厂”了。这样一来,所有工厂的产出自然会大打 折扣了。

消失的冬天

正当植物被取少传粉者和火辣辣的阳光搞得焦头烂额的时候,植食性昆虫爆发次数的增多无疑是雪上加霜。在气温正常的年份,很多植食性昆虫会被冬季的低温杀死。其种群数量会维持在一个相对稳定的水平上。当气温升高时,能够渡过寒冬的成虫会越来越多。以稻绿蝽威力,气温每升高1,其越冬成虫的死亡率将下降15%。越来越多的过冬成虫为虫害爆发埋下了伏笔。不仅如此,气温的升高还缩短了植食性昆虫的生长发育和繁殖周期。如桃蚜在8℃环境下需要30.15天才能完成一个从卵孵化到成虫产卵的生命周期;当气温升高到28℃时,仅需6.5天就可以完成这个周期。根据现有的气象和昆虫繁殖资料预测,到2010年,我国主要植物害虫每年可能会增加1代,而到2050年,主要害虫会增加2代左右。越冬死亡率的降低和繁殖时代的增加将大大增加植物虫害的爆发次数,为本来就举步维艰的植物带来更多的苦难,最终会促使一些植物从地球上慢慢消失。

对于分布在高纬度地区的植物来说,过高的气温会使积雪提前融化,从而促使还未成熟的花芽提前萌发。当这些花芽探出头来的时候,会突然发现,等待它们的不是温暖的阳光,而是凛冽的寒风。一朵朵未能绽放的花朵就这样带着遗憾悄然逝去了。

我们今天见到的植物都经历了数千万年到数亿年的考验。在这个过程中,植物与周边的光,水,土壤,动物和微生物之间建立起微妙的联系。然 而,在人为变暖的环境中,这些进化历史上的赢家竟然显得无所适从了。合成与分解相伴,捕食与被捕食共存,自然界一直处在一种动态的平衡中。一个平衡被打破 之后,又会有新的平衡建立起来。在未来的地球上,会不会有一个由全新物种组成的生命世界?对此,我们无从预测。但是有一点可以肯定,那不会是适宜我们人类 生存的世界。人类是与现今的植物界相伴而生的,眼前的这个绿色世界才是我们永久的家园。



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1 高建国

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