6.4.1 温室效应及其控制对策
一、温室效应的形成
20世纪50年代以来，人为产生的温室气体排放量不断增加。土地利用状况的急剧变化及人工合成化学氮肥的产量和用量日益增加，打破了原来温室气体成分源和汇的自然平衡，大气中温室气体浓度不断增加。例如CO2浓度在过去的近200年中增加了25%，年均增加0.5%，现在的增加速度更快，在美国夏威夷Mauns Loa的长期观测记录证实了这一点（图6-7）。工业化以来的200年间，大气中N2O浓度增长了大约15%，CH4浓度增加了10%，大气中温室气体浓度逐渐增加使得大气温室效应比工业化以前处于自然平衡态时更强。人为因素造成的温室效应增强被认为是全球气候变暖的主要原因，其中CO2、CH4、N2O和氟氯烷烃（CFCs）是与人类活动有密切关系的主要温室气体。直接受人类活动影响的主要温室气体中，CO2起着重要的作用，对温室效应的贡献率为55%，CH4、CFCs和N2O也起相当重要的作用。
图6-7 美国夏威夷Mauns Loa观测记录的CO2浓度变化
（唐孝炎，1990）
二、温室效应的危害
1.海平面上升
联合国气象组织指出：20～50年后，地球表面温度升高3～8℃，将引起两极冰盖及高山顶峰积雪融化，全球海岸线将上升30～50 cm，“海中之国”荷兰将有30%地区被海水浸泡。若到2100年，海平面上升1 m，许多沿海城市将在地图上消失，世界将有3亿多“生态难民”。我国上海及邻近海域海平面的上升速度正在加快。小岛国马尔代夫将失去领土。
冰川融化导致的海水膨胀，还可能产生海水倒灌、洪水排泄不畅、土壤盐渍化等问题，航行和水产养殖也将受到影响。
2.气候变化
地球升温，引起气候的剧烈变化，部分地区升温，在远离赤道地区最为明显。例如在纬度70°～80°的极地频繁地出现更大的暴风雪天气；全球降雨量增加，但某些地区可能带来干旱，如我国中西部地区，可能由于蒸发迅速，风型改变而变得更为干燥；台风的强度增强，如果热带地区的温度升高，将使台风能量增大、发作更频繁，并向南纬地区发展；“厄尔尼诺”现象（指发生在赤道太平洋东部和中部海水的大范围持续异常增暖现象）加剧，给人类生命财产造成巨大的损失。在1998年，我国北方干旱无雨，而长江流域洪涝成灾。
多数科学家认为，全球气候变暖主要是由“温室效应”增强而引起的。近百年来，由于工业迅猛发展、矿物燃料成倍增加、森林过度砍伐、植被遭到破坏等原因，大气中的温室气体大量增加。世界自然保护基金会宣布：1970—1995年间全球森林面积减少了10%，其间每年消失的森林面积达15万平方千米，相当于希腊国土面积；1969—1996年，全球CO2排放量从100亿吨增加到230亿吨。大量的观测数据表明，目前大气中CO2质量分数为3.53×10-4，与工业革命前相比，其值增加了25%，预计到2050年其质量分数将增大到4.15×10-4～4.80×10-4。气象专家们指出，随着大气中CO2含量不断增加，全球气候将日趋变暖。以我国著名大气物理学家叶笃正院士为首的近百名科学家，在一项国家重大科研项目中发现，当前全球气温比19世纪初升高了约0.5℃。有人估计未来数十年温室气体增加的速度并不低于当前，科学家由此推断，到2030年前后，我国华北地区冬季气温将比现在升高1.0～1.5℃，其夏季增温幅度小于冬季，为0.5～0.8℃。同时，美国科学家认为，未来50年全球平均气温将升高2～4℃。预计未来平均气温在两极附近的增长幅度大于赤道地区，因此气候带移动在较高纬度地区更明显。在45°～60°的中纬度地区，每升温1℃，气候带便会向高纬度地区移动200 300 km，垂直上移100～200 m。
3.对农业的影响
现今的纬向气候带对特定的作物是最适宜的，因此气候带的移动对农业和畜牧业的影响是十分巨大的。那些因热量不足而致分布区受限的作物的分布北界（北半球）会大幅北移，山地分布上界会上移，结果中纬度和高纬度地区的作物布局将会发生较大变化，例如欧洲玉米分布的北界将由英格兰南部移至莫斯科南部甚至更北的地区。随着一些作物分布北界向北扩展，相伴的必然是草原、森林的开垦，林产品和畜产品可能减少，结果这些作物增加的产量能否弥补林产品和畜产品的减少还是个未知数。另一个潜在的限制因素是在新的气候带，土壤类型可能不支持目前在主要农产国现行的集约化农业。例如，在加拿大靠近北极地区即使具有类似于现有南部稻米种植区的气候条件，但其贫瘠的土地也不能供养作物生长。(https://www.daowen.com)
据研究，当年平均温度升高1℃时，我国不小于10℃积温的持续日数平均可延长15天左右，作物种植区将北移，如冬小麦的安全种植北界将由目前的长城一线北移到沈阳—张家口—包头—乌鲁木齐一线。气候变暖还将使我国作物种植制度发生较大的变化，复种指数将提高。据计算，到2050年，气候变暖将使大部分目前两熟制地区被不同组合的三熟制取代，三熟制的北界将北移500 km之多，从长江流域移至黄河流域；两熟制地区将北移至目前一熟制地区的中部，一熟制地区的面积将减少23.1%。气候变暖后，我国主要作物品种的布局也将发生变化。华北目前推广的冬小麦品种（强冬性），因冬季无法经历足够的寒冷期以满足春化作用对低温的要求，将不得不被其他类型的冬小麦品种（如半冬性）所取代。比较耐高温的水稻品种将在南方占主导地位，而且还将逐渐向北方稻区扩展。东北地区玉米的早熟品种逐渐被中、晚熟品种取代。
全球变暖将导致地球出现更多的气候反常，出现异常的干旱、洪水、酷热、严冬、暴风雪或飓风，必将导致更多的自然灾害，造成农业作物歉收、病虫害流行、鱼类和其他水产品减少。温室效应也将使降水量、土壤湿度发生变化，当大气中CO2含量倍增时，整个北半球除40°～50°纬度带雨量减少外，其他地区都呈增加趋势，我国年降雨量将平均增加146.6 mm，夏季降水量大于冬季，土壤湿度变化复杂。
CO2倍增对农业产生的影响可分为两个方面：①CO2的直接效应，使光合作用速率增加，对光合作用有利；②气温变暖使得农作物生长期延长，植物生长率有所提高，但杂草也增多，增加了除草劳力和除草剂的投入，增加农民负担。因温室效应引起农作物产量下降，全球难民人数增加10%～50%，其中非洲饥民增加最多，使世界的饥民队伍大幅度增长。1996年，日本环境厅国产环境研究所预测说，如果气温上升2.5℃，印度冬小麦产量下降60%，中国的玉米减产40%，高粱产量下降54%。
总之，温室气体的增加，对生态环境的影响是显著的。全球气候变暖的趋势和严重后果，已引起国际社会的关注，1988年12月6日联合国大会通过了一项保护全球气候的决议。1992年联合国环境与发展大会通过了《联合国气候变化框架公约》，呼吁各国控制温室气体排放，防止地球变暖。
三、温室效应的控制
1.采用替代能源，实行可持续发展战略
提高能效可显著减少CO2的排放，现在人类使用的化石燃料约占能源使用总量的90%，是温室气体排放的重要来源。世界能源消费结构是：石油约占能源的40%，煤占30%，天然气占20%，核能占6.5%。寻找替代能源，开发利用生物能、太阳能、水能、核能等可显著减少温室气体排放量。目前，全人类所需要的化石能源仅占地球每年从太阳获得能量的1/20000。世界已开发的水电仅占可开发量的5%，具有很大潜力。因此，可以期望远期的能源战略将转向可再生能源。可再生能源满足可持续性条件，且有着很丰富的资源，成本低，随着科学技术的不断发展，其使用会越来越多。
可持续发展与全球气候变化密切相关，它所面对的自然资源、环境容量和人口增长等问题都是世界性的。它们包含技术、社会、经济和政治等方面的因素，并且它们存在着复杂的相互作用。因此，科学家们应联合起来，齐心协力地对环境进行科学谨慎的管理，来支持可持续发展的目标。
2.防止森林破坏和沙漠化
减少大气中温室气体，从而减慢和最终扭转地球变暖的最直接有效的措施就是植树造林。森林是吸收CO2的大气净化器，它把氧气放回到大气，而把碳固定在植物纤维质里。森林是抑制气候危机、推迟或扭转温室效应最有效的吸收源，但这一吸收源又正在被人们破坏。自从人类社会出现农业以来，森林砍伐一直在进行，到了工业时代，速度则明显加快。公元900年，地球上大约40%的陆地面积是森林。到1900年，大约30%是森林。到2000年，剩下的只有20%左右，而且还正以比历史上任何时期都快的速度继续被破坏着。人类已经深切地感受到森林植被破坏所引发的气候及其他生态环境变化带来的深刻影响。20世纪末，发生在世界各地的气候异常、洪涝、干旱、沙尘暴已经给人类敲响了警钟。从现在开始应该减少砍伐森林，并且要大规模造林。
3.全世界共同关注
加强政府部门或国际组织的调控作用，是减缓温室效应的重要措施。1985年，世界气象组织和联合国环境规划署在奥地利召开了全球学者和政府官员大会，向全世界呼吁认真对待气候变暖问题。1992年在巴西召开的联合国环境与发展大会上，166个国家联合签署《气候变化框架公约》。1997年12月，150多个联合国气候变化公约签字国又在日本京都召开了气候会议，制定了各国温室气体限排目标（表6-6），最后签署了《京都议定书》。全球环境问题的解决是一项长期的、严峻的任务，需要全世界每一个国家、每一个地区乃至每一个人的参与，离开政府行为和国际合作的支持，不可能实现全球范围温室效应的有序减缓。
表6-6 各国温室气体限排目标
