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科学参考▲全球变化的前哨与屏障，王根绪：冰冻圈生态系统( 三 )


对于海冰生境中的消费者 ， 尤其是生活史周期较长的动物 ， 负面影响（如食物链和适宜性生境减少）是主要的 。 北极海洋哺乳动物被认为是对海冰变化敏感性极强的物种；其中 ， 北极熊、独角鲸和帽海豹被认为是对海冰变化最脆弱的物种 ， 因为它们依赖于特定的海冰栖息地 ， 具有特殊的依赖海冰生境的食物链与捕食习惯 。
生物多样性的避难所
全球变化导致热带和温带大部分地区的生物多样性减少；但现有证据表明 ， 冰冻圈作用区的高海拔山地的生物多样性趋于增加是大概率事件 ， 而高纬度冰冻圈生物多样性增加与减少发生概率几乎相当 。
高寒山区因其多样的气候梯度 ， 具有应对全球变暖的“缓冲能力” ， 以维持寒冷生境的避难所 。 受积雪减少、冰川退缩和多年冻土退化的影响 ， 高山带出现了新的物种栖息地 ， 原有植物群落组成和结构也悄然发生改变 。
例如 ， 北欧一些高纬度山地林线以上的高山植被带生物多样性和生物量显著增加 ， 物种丰富度递增速率加快 。 气温上升已经显示出对北极生物多样性的多种影响：南方物种向北迁移、苔原分布区苔藓-地衣为优势的地区被大面积灌木等维管束植物所取代、植物群落及与其相关的动物种群发生变化等 。 无论是高海拔山地还是高纬度泛北极地区 ， 陆地生态系统生产力则几乎无一例外地表现为显著递增 。
因此 ， 从生物多样性、生产力和碳库角度 ， 高海拔和高纬度冰冻圈日益成为众多物种逃逸全球变暖的避难所 ， 并扮演着十分重要的生态屏障作用 。
在海洋冰冻圈 ， 海冰消退条件下物种向两极的输送作用显著增强 。 在中纬度海域 ， 生物随着气候变暖分布范围向两极移动已经得到了很好的证明；随着暖流入侵的增强 ， 也有更多的浮游动物类和个体被输送到北冰洋更深的海盆区 。
在北极海域 ， 这种北移现象在底栖动物和鱼类中更加明显 。 例如 ， 极地鳕鱼和毛鳞鱼等向北迁徙 ， 引发大量海鸟随之向北扩张 ， 如欧绒鸭在格陵兰岛的分布区域向北延伸了300多公里 。
生态系统碳源趋势不断增强
冻土融化将直接或间接地通过改变温度、氧化还原状态和有机物质分解等影响土壤和沉积物中二氧化碳排放量 。 多年冻土碳库在增温下的大量损失和排放 ， 会显著增加大气温室气体含量 ， 形成正反馈过程 。 受多年冻土层融化影响区的植被（由于水文状况的变化 ， 以及矿物和有机土壤的混合等）和微生物群落的变化 ， 也会影响净温室气体通量 。 北极地区从受干扰最少（寒冷）的禾本科植物占主导地位的苔原到受干扰最多（温暖）的灌木占主导地位的苔原 ， 尽管较大幅度地提高了生产力 ， 但以灌木为主的区域仍然表现出CO2对大气的净损失 。 这一现象表明 ， 冰冻圈区温室气体可能会持续表现为净排放 ， 而且陆地生物多样性的组成可能决定北极将成为温室气体的源还是汇 。
大量冻土冷储的碳也会随着冻土的退化而被释放到河流等水体中（图4） 。 增温引起的冻土退化不仅使更多冻土层碳以溶解性和颗粒态碳随径流进入河流和湖泊 ， 而且通过增强地下径流 ， 导致更多的二氧化碳经由地下径流进入河流 。 在青藏高原冻土区 ， 仅长江源区直门达水文站每年输送到下游的溶解性无机碳（DIC）和溶解性有机碳（DOC）通量分别为485Gg和56Gg ， 且活动层冻融过程对于河流DIC、DOC和二氧化碳浓度及通量均有显著影响 。 在泛北极多年冻土地区河流的研究发现 ， DOC输出受到冻土覆盖率和融化层厚度控制 ， 高冻土覆盖率地区DOC输出浓度高于低冻土覆盖地区 。
科学参考▲全球变化的前哨与屏障，王根绪：冰冻圈生态系统
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图4全球气候变化加剧冰冻圈碳排放和寒区河流碳输出
气候变暖条件下 ， 极地环境会“由白变蓝（海洋）或者变绿（陆地）” 。 一方面 ， 这种响应可能对气候变暖造成正反馈（加剧） ， 因为海水吸收热量的能力增强而滞留温室气体的能力减弱 。 另一方面 ， 反馈作用也可能是负的 ， 即延缓气候变暖的趋势 。 海冰消退会激发更大的浮游植物水华 ， 并导致底栖动物更快地生长 。 同时 ， 陆地冰架的崩塌导致更多的微量元素（主要是铁）进入海洋 ， 激发了初级生产力水平 ， 并固定更多的二氧化碳 。 尽管如此 ， 初级生产力的增加是否会增加北冰洋生态系统的碳汇强度存在较大的争议 。


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