新生物區系圖繪製方法：過去30年植被變化顯著

人們開發了一套用於繪製全球「生物區系」分布——大規模植被形成分布圖的新系統，這將為監控氣候變化對植被的影響提供一種客觀方法。該系統運用衛星監測植被活動的時間與強度，及其與溫度和土壤含水量的關係，將全球植被分為24個生態區系類型。該系統顯示，在過去了30年，全球植被發生了巨大的變化。

（圖片來源：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.13367/full）

Source: University of Otago

主要來源奧塔哥大學（University of Otago）

編譯劉小鷗

審校木槿 紫蘇

生物區系（Biome）是指具有一定的生態系統的區域，通常以植被功能類型的特殊組合為特徵。這一概念的產生可以追溯至 1903 年。當時 Schimper 提出，可以通過不同種類植物對氣候的生理需求，定義並了解構成地球主要植物形成的基本元素。如今，奧塔哥大學的植物學家們開發出一套繪製全球「生物區系」圖的新系統，這將為監控植被如何應對氣候變化提供一種客觀方法。該系統運用衛星監測植被活動的時間與強度，及其與溫度和土壤含水量的關係，將全球植被分為24個生態群區類型。

全球的生物區系通過植被高度、植被生產力指數（VPI）與溫度及土壤濕度如何限制植被活動的特徵定義。圖中的生物群區是超過31年GIMMS3g數據的主要分類。命名的三個字母分別代表高/矮（T/S）、低/中/高VPI（L/M/H）與生長限制指標中的寒冷、乾燥、乾冷與無季節性（C/D/B/N）。（圖片來源：論文原文）

目前已存在一些不同的全球生物區系圖，包括最為廣泛使用的 Olson 及其團隊在 2001 年繪製，及 Friedl 等人於2010年的研究。但這些區系圖主要反映的是生物區系的概念實現。Olson 等人基於先前植物學家與生物地理學家的繪製的分布圖描述生物區系。但那些分布圖往往使用溫度、降水、海拔、地質狀況等劃定生物群區邊界，使人們很難通過它了解氣候控制對區系邊界的影響。同時，諸多邊界的界定也受到研究人員主觀性的影響。而 Friedl 的團隊運用了相對更客觀的方法，即使用光譜信息的監督分類及高解析度圖像導出的全球訓練資料庫。但這種分類同樣使用了溫度信息，邊界的實際位置可能受到訓練數據質量的顯著影響。因此，研究人員的目標是繪製出不依賴於任何專業意見或植被與氣候關聯信息的客觀分布圖。

植物學家 Steven Higgins 教授介紹，通過使用新的分類方法檢測群落隨時間的變化，他們發現13%的地球陸地表面的生物群落狀態在過去30年間發生了改變。「這暗示著，地球表面特點正在發生巨大變化。比如納米比亞與澳洲中北部地帶的生物群落正轉變成更乾旱的群落類型，而大片生產力有限的寒冷系統正向更有生產力的類型轉變。」

早在2010年，來自加州大學伯克利分校（University of California Berkeley）與美國農業部林務局（U.S. Department of Agriculture Forest Service）的研究人員們已發現，在過去一個世紀中，植被逐漸向氣溫更低的兩極與山坡上移動，也逐步向降雨量更大的赤道方向遷移。他們發現了自18世紀來，15例氣溫與降水導致的生物區系變化案例。生物群落變化程度最大區域同時也是溫度或降水變化最明顯的區域。這項研究認為，溫室氣體排放導致的氣候變化正是植被變化的潛在原因。此外他們預測，本世紀末之前約1/10至1/2的大陸將對氣候相關的植被變化十分敏感。人類能否抑制溫室氣體排放至關重要。

上圖是2010年研究中對全球生物群區變化脆弱性的評估。該圖包含了基於20世紀氣候監測的評估結果，及基於21世紀植被預測（結合大氣環流模型與排放情景）的評估。圖左脆弱性分級採用IPCC《2007年氣候變化》中的置信度等級的名稱與水平。（圖片來源：參考文獻（5））

但 Higgins 教授表示，儘管全球變暖可能是這些已發現的群落變化的驅動力，但他們的這項研究暫時並不會試圖確認這種因果聯繫。「而未來的研究可以使用該系統去監控生態群區的變化，並進一步確定其背後的原因。」

最後 Higgins 教授說，「我們的系統為地表分類提供了一種客觀的方法，這不僅對監控地表變化十分重要，也對比較地球不同地區生態系統的行為十分關鍵。這些比較研究對了解生態系統動態的驅動力及生態系統如何應對變化至關重要。但如果這類比較是基於錯誤的生態群區分類，那麼這種研究將沒有任何意義。」

主要來源鏈接：

http://phys.org/news/2016-08-world-vegetation-reveals-substantial-1980s.html

其它文獻參考：

1. 張新時 (1995) 『對生物多樣性的幾點認識』. 生物多樣性研究進展: 首屆全國生物多樣性保護和持續利用研討會論文集，pp. 10-12;

2. Olson, D. M. et al. (2001).『Terrestrial Ecoregions of the World: A new map of life on Earth』, Bioscience, 51(11), pp. 933-938. DOI:10.1641/0006-3568(2001)051[0933:TEOTWA]2.0.C (Accessed: 20. Aug. 2016);

3.Friedl, M. A. (2010). 『MODIS Collection 5global land cover: Algorithm refinements and characterization of new datasets』,Remote Sensing of Environment,114(1), pp.168-182. DOI:10.1016/j.rse.2009.08.016(Accessed: 20. Aug. 2016);

5. Gonzalez, P. et al. (2010) 『Global patterns in the vulnerability of ecosystems to vegetation shiftsdue to climate change』, Global Ecology and Biogeography, 19(6), pp. 755-768. DOI: 10.1111/j.1466-8238.2010.00558.x (Accessed: 20. Aug. 2016).

論文基本信息

【題目】Defining functional biomes and monitoring their change globally

【作者】S.I. Higgins et al

【刊期】Global Change Biology (2016)

【日期】Published12 August 2016

【doi】10.1111/gcb.13367

【摘要】Biomes are important constructs fororganizing understanding of how the worlds』 major terrestrial ecosystems differfrom one another and for monitoring change in these ecosystems. Yet existingbiome classification schemes have been criticized for being overly subjectiveand for explicitly or implicitly invoking climate. We propose a new biome mapand classification scheme that uses information on (i) an index of vegetationproductivity, (ii) whether the minimum of vegetation activity is in the driestor coldest part of the year, and (iii) vegetation height. Although biomesproduced on the basis of this classification show a strong spatial coherence,they show little congruence with existing biome classification schemes. Ourbiome map provides an alternative classification scheme for comparing thebiogeochemical rates of terrestrial ecosystems. We use this new biomeclassification scheme to analyse the patterns of biome change observed overrecent decades. Overall, 13% to 14% of analysed pixels shifted in biome stateover the 30-year study period. A wide range of biome transitions were observed.For example, biomes with tall vegetation and minimum vegetation activity in thecold season shifted to higher productivity biome states. Biomes with shortvegetation and low seasonality shifted to seasonally moisture-limited biomestates. Our findings and method provide a new source of data for rigorouslymonitoring global vegetation change, analysing drivers of vegetation change andfor benchmarking models of terrestrial ecosystem function.

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