土地生态系统的复杂性研究

运用复杂科学理论,阐述了土地生态系统的复杂性特征,包括多层次性,高维性,子系统关联的复杂性,结构与功能的不确定性,开放性,动态性,自适应性和自组织性等复杂性特征,并进一步探讨了分形,混沌及人工神经网络在土地生态系统复杂性特征研究中的应用。     

生态系统服务研究：进展、局限和基本范式

 生态系统服务是生态学研究的热点问题。该文首先从概念、分类、价值评估理论、评估案例等方面总结了目前国内外生态系统服务的研究现状。然后评述了目前生态系统服务研究存在的局限性,包括：评估结果的准确性问题、生态资产与生态系统服务的混淆、物理量评估方法的不确定性、价值量评估的不确定性以及生态系统功能与服务的复杂性。针对这些研究的局限,文章提出了生态系统服务研究的基本范式,包括：严格区分生态资产和生态系统服务、生态系统服务评估必须基于生态观测或生态模型以及区域生态系统服务评估应区分不同样元。最后,文章展望了今后生态系统服务研究的课题：生态系统服务与生态系统结构及生态过程的关联性和复杂关系的研究,人类干扰下生态系统服务的响应与反馈研究,生态系统服务变化对人类福利的影响研究,政策机制对生态系统服务的影响研究以及不同生态系统类型的各种生态服务价值研究等方面。     

利用“复杂性”解说经济生态发展模式

前言在研究生态经济问题时,常常感到理论上的虚弱,不能从理论上解说生态经济这一庞大、复杂的综合体是如何由生态、经济的相互作用衍变而成的。在生态和经济的复杂性的尺度上我们能把握多少?我们对于生态、经济关系能否及时调控和调控到什么程度?等等,如能从理论上给这些问题作出说明,相信会对生态经济理论及实践都有裨益。为此,我们对生态经济系统作了简化,只讨论了工业增长、农业增长和环境质量三者间的相互作用并用微分方程组表述,试定量说明生态系统、经济系统的复合系统的复杂性和发展。生态系统的复杂性自牛顿建立牛顿力学以来,尽管经典物理     

整体大于部分之和: 生态自组织斑图及其涌现属性

近30年来, 自组织理论已经发展成为解释生态系统呈现规则空间格局的有效理论。伴随着生态系统自发有序空间格局的生成, 自组织过程产生一系列的涌现属性, 这些特征对生态系统功能至关重要。在此, 我们将介绍这一正蓬勃发展的研究领域的主要理论进展。首先, 叙述了自组织这一概念的发展历程与定义, 详细阐述了自组织理论的两个经典理论框架: 图灵原理与相分离原理。然后, 根据几个典型的生态自组织研究案例, 描述了图灵原理与相分离原理在不同生态系统中的具体数学模型表达形式。接着, 分别阐述了图灵原理的涌现属性对生态系统功能以及相分离原理的涌现属性对细胞功能的作用。最后, 从多尺度自组织斑图、瞬态斑图和生物个体行为自组织3个方面对未来生态自组织理论发展方向进行了探讨。自组织研究在生态学与生物学研究中方兴未艾, 希望更多的学者在未来关注与参与该领域的发展。     

外来植物入侵对土壤生物多样性和生态系统过程的影响

随着科学家对生态系统地下部分的重视,评价外来植物入侵对土壤生态系统的影响成为当前入侵生态学领域的研究热点之一。本文综述了外来植物入侵对土壤微生物、土壤动物以及土壤碳、氮循环动态影响的研究,并探讨了其影响机制。已有的研究表明,植物入侵对土壤生物多样性及相关生态系统过程的影响均存在不一致的格局,影响机制也是复杂多样的。外来植物与土著植物凋落物的质与量、根系特征、物候等多种生理生态特性的差异可能是形成格局多样性和影响机制复杂性的最主要原因。今后,加强多尺度和多生态系统的比较研究、机制性研究、生物多样性和生态系统过程的整合性研究及土壤生态系统对植物入侵的反馈研究是评价外来植物入侵对土壤生态系统影响的发展趋势。     

基于要素-结构-功能的生态功能分区——以大理白族自治州为例

生态功能分区综合反映了区域自然生态功能的特征差异,是自然资源开发和生态环境保护空间差异化管治的重要依据。针对以往生态功能分区分析框架复杂多样、权重设定人为主观等问题,本文以云南省大理白族自治州为例,基于要素-结构-功能系统分析框架,从基底要素-干扰结构-主导服务三方面构建指标体系,运用自组织特征映射(SOFM)神经网络依次进行流域主导生态系统服务分区、基底要素分区、干扰结构分区和生态功能综合分区,最终将大理州划分为4个生态功能区和10个生态功能亚区。不同要素分区对比结果表明,大理州生态功能综合分区主要受主导生态系统服务制约,二者重叠率达79.98%。本研究基于要素-结构-功能分析框架,系统刻画了区域生态系统结构与功能特征及其空间差异,为生态功能分区提供了新的方法指引。     

社会-生态系统:研究态势、主题演进与地域实践

社会-生态系统综合了人类社会治理与自然环境利用研究视角,为解决全球生态问题提供新途径,是人地系统研究的热点。梳理和归纳社会-生态系统研究的发展历程和近今态势,总结前沿议题和地域实践,对人地系统耦合研究和可持续发展具有重要意义。主要发现如下：社会-生态系统研究领域整体发文量较少,发展阶段受国际重要研究计划和组织的直接影响;欧洲、北美洲和澳大利亚的高校、研究所和政府机构是领域内的主要研究力量,核心作者间合作紧密;我国社会-生态系统研究受资助力度逐年增加,研究内容不断深入,但在国际相关学术话语体系构建和关键作用发挥上仍有较大提升空间。社会-生态系统具有复杂性、地域性和动态性等特点,研究内容涵盖自然生态系统、气候变化、土地利用、社会治理与管理政策等主题,是综合了环境科学、生态学、地理学等自然科学与经济学、政治学和社会学等社会科学的多学科交叉领域;以脆弱性和韧性研究为起点,社会-生态系统研究的发展受到诸多人地关系研究工作的启发和推动,Olsson的动态连接分析、Redman的社会模式与过程和生态格局与过程、Ostrom的公共资源治理是目前影响较广的三个社会-生态系统研究框架。扰沌为解释社会-生态系统快速与慢速交互作用、局部与全球适应性变化提供理论基础,干扰响应机制、系统自组织过程、学习与适应性治理成为社会-生态系统研究核心。海岸带、干旱区和城市等生态环境与社会环境敏感区是社会-生态系统研究最受关注的地域。未来的工作应注重结合我国广泛的地域实践,推动社会-生态系统的理论与方法体系的完善。相关发现为社会-生态系统领域凝炼研究方向和深化科学问题提供了参考。     

生态系统管理的多目标体系和方法

20世纪90年代以来,人们开始采用“生态系统管理”这种基于生态系统原理的综合方法管理自然资源和生态环境,促进人类与自然的和谐发展。然而,生态系统自身的复杂性、动态性及不确定性特点使得“生态系统管理”难以形成明确的定义和方法体系,系统的多重尺度和目标也增加了管理的难度。近20年兴起的系统工程主要针对大规模复杂系统进行研究,实现系统的总体优化。多目标决策和决策支持系统是系统工程的常用技术方法,生态系统管理是“基于目标”的管理模式。本文概述了生态系统管理的概念和要素,从构建管理体系的角度着重阐述了生态系统管理目标体系的结构、构建过程及目标间的相互关系,针对生态系统的复杂特性探讨了多目标决策方法和决策支持系统在生态系统管理中的应用,以期能够对形成具有普遍意义和实际操作性的生态系统管理方法体系起到借鉴作用。     

基于生态系统服务簇的内蒙古自治区生态功能分区

生态功能分区是生态系统管理的重要环节,有助于维持生态可持续性.目前生态功能分区的框架复杂多样,但对多重生态系统服务之间关系的理解还不够深刻.生态系统服务簇可以识别多重生态系统服务间的交互作用,并依据簇的特征对区域进行生态功能分区,从而更好地进行社会-生态系统管理.本文以内蒙古自治区为例,定量评估了供给服务、调节服务和支持服务,以旗县(区)为基本空间单元,运用自组织特征映射网络(SOFM)得到生态系统服务簇、划分生态功能区.结果表明: 研究区各项生态系统服务分布整体上呈现从东北向西南递减的格局;供给服务和调节服务存在权衡关系,支持服务和调节服务存在协同关系;依据聚类结果将内蒙古自治区划分为4个生态功能区,分别为西部荒漠生态脆弱区、中部草原水土保持区、东部草原牧业盈余区、东部森林生态均衡区.本研究基于生态系统服务簇的概念,分析了内蒙古自治区多重生态系统服务的权衡与协同关系,为生态功能分区提供了新的视角和方法.     

森林-农业景观格局变化的社会-生态系统模拟模型方法进展

社会-生态系统（SES）模拟模型是景观格局分析和决策的有效工具,能表征景观格局变化的社会-生态效应及景观决策的复杂反馈机制。文献综述了森林-农业景观格局的SES模型方法进展发现：（1）多数模型对景观过程与社会经济决策的反馈关系分析不足;（2）应集成多种情景模拟和景观效应分析方法,完善现有SES模型的理论方法基础;（3）通过集成格局优化模型和自主体模型会有效改进SES模型功能,具体途径包括：集成情景-生态效应的景观格局模拟方法、完善景观决策的理论基础、加强集成模型的不确定性分析、降低模型复杂性和综合定性-定量数据等。研究结果有助于理解多尺度森林-农业景观格局在社会-生态系统中的重要作用,能更好地支持跨学科集成模型开发与应用。     

我国区域尺度生态系统管理中的几个重要生态学命题

生态系统管理学是研究生态系统管理的理论与实践技术,相关政策和管理策略的综合性应用生态学。当前,综合研究全球或区域尺度生态系统管理模式及其相关的重大科学问题不公是人类社会可持续发展的迫切需要,也是生态系统管理学的重要发展方向和科学任务,为此,本文系统地论述了生态服务功能、可持续性、复杂性和不确定性的综合评价与生态学机制,自然资源保护、生态系统健康以及退化生态系统恢复的生态学基础,生态系统管理的基础生态学过程,生态系统适应性管理的理论与实践,生态系统网络研究,监测和成果集成,区域尺度生态系统管理的综合性专题研究等一系列重要生态学命题,讨论了这些生态学命题的国内外研究进展及其发展方向。     

Measuring ecological complexity

Complexity is an elusive term in ecology that is often used in different ways to describe the state of an ecosystem. Ecological complexity has been linked to concepts such as ecological integrity, diversity and resilience and has been put forth as a candidate ecological orientor. In this article, the concept of complexity as a system attribute is presented and candidate measures of ecological complexity are reviewed. The measures are distinguished by their ability to characterize the spatial, temporal, structural or spatiotemporal signatures of an ecosystem. Many of these measures have been adapted from disciplines such as physics and information theory that have a long history of quantifying complexity, however more work needs to be done to develop techniques adapted to ecological data. It is argued that if appropriate measures are developed and validated for ecosystems, ecological complexity could become a key ecological indicator.     

生态系统服务价值评估研究进展——国外学者观点

生态系统服务的价值评估是目前生态学研究热点和存在较多争议的领域之一。争论的焦点主要集中在生态系统服务货币化评估的必要性和有效性。通过对大量文献的检索,较为系统地总结了国外学者的观点,特别是引起诸多争论的主要原因：一是由于生态系统本身的复杂性,各项服务之间存在着相互依赖的关系,使生态系统服务的分类本身就缺乏严格的标准,同时存在着时间和空间上复杂的尺度转换问题,从而使生态系统服务的价值评估容易出现重复计算;二是由于经济学方法本身存在着一定的局限性,对于不同的评估对象和评估目标往往需要选取不同的评估方法,每一种生态系统服务通常可以有几种不同的评估方法,评估结果在很大的程度上依赖于选择的不同方法．从而使得到的结果间缺乏可比性;三是由于生态系统不同于经济系统。有时用经济学方法对生态系统进行评估时往往很难反映出自然系统的价值,特别是当人类对生态系统服务的偏好随着时间和新信息的出现而发生变化时,可能会出现更大的差异。今后的研究应当着力于上述困难的解决,以便使生态系统的评估结果更加客观可信,为生态补偿机制建立和生态系统管理等提供有力支撑。     

生态安全格局研究的主要内容与进展

生态安全格局是我国国土空间开发战略格局的重要组成部分。区域生态安全格局的有效构建及维护不仅有利于生态系统结构与功能的完整、生物多样性保护、生态系统服务的维持,还将提升人类福祉,实现可持续发展,最终保障区域生态安全。生态安全的复杂性及学科交叉性,使已有研究涉及内容多样,但缺少相互联系与比较,导致不同区域、不同方法研究条件下存在多种格局。因此,有必要系统地分析与梳理,以便进行综合分析与集成,实施生态安全格局调控管理与决策。参考国内外生态安全格局的主要研究成果,在此基础上阐述了生态安全格局研究需要重点关注的内容及之间的相互关系,在考虑"格局形成、演变机制-影响-关键区识别-构建优化-调控管理"的关系基础上,论述了具体的研究内容与相关研究方法。通过加强生态安全主要研究内容间相互关系及机理研究,评估与预警方法模型的改进与优化,协调发展的调控技术与保障政策的研发,为生态安全格局管理的决策支持系统提供重要支撑。     

生态保护红线修复机制法治化: 定位、困境及其出路

生态保护红线以生态系统的完整性、生态系统服务功能的一致性与生态空间的连续性为核心, 致力于保护国家的生态安全。生态保护红线修复分区分类展开, 以修复受损生态系统为目标, 具有自然修复和社会修复双重内涵。生态保护红线存在脆弱性、敏感性、复杂性与极易破坏性等特征, 它在建立修复机制法治化过程中遇到空间不可置换、治理费用高昂和治理主体责任错乱等困境。生态保护红线修复机制应建立“明确预防为主原则为指导、成立修复专项资金为手段、确定修复主体顺位为责任保障”的法治化的基本路径, 以实现重要生态系统保护和修复重大工程, 构建生态廊道和生物多样性保护网络。     

城乡景观中土壤生态系统微塑料的来源、迁移特征及其风险

土壤微塑料污染的持久性、复杂性及其对土壤生态系统的影响受到越来越广泛的关注,但对其来源、迁移过程等仍有许多问题尚未理清。从复合生态系统的角度,通过对城乡景观中土壤微塑料的来源、迁移过程及其风险等相关研究进展进行了系统梳理,分析了城乡不同景观中土壤微塑料的主要来源和特点,讨论了土壤微塑料在城乡景观中的迁移特征及其驱动力,探讨了土壤微塑料在城乡景观中的生态和健康风险。今后需进一步明确城乡景观中土壤微塑料污染的物质流过程与环境归趋特征,加强微塑料对土壤生态系统的作用过程及生态系统服务影响的研究,揭示土壤微塑料对人类健康的直接或间接影响,建立城乡复合生态系统土壤微塑料污染预测模型,以维护土壤生态安全与人居环境健康。     

生态系统管理学的概念框架及其生态学基础

系统地要领了生态系统管理学产生的历史背景和发展进程,讨论了生态系统管理的一些基本概念,生态学基础,管理目标及管理体制与实施方式,详细地论述了生态系统的生态学完整性与边界和时空尺度,生态系统的结构,功能与生态系统整体性,生态系统演替与系统动力学特性,生态系统的干扰与系统稳定性,生态系统的复杂性与不确定性,生态系统多样性与可持续生态系统,生态模型与数据收集和监测,人类活动对环境影响的双重性等生态学基础问题,阐述了在维持生态系统产品和服务功能的可持续性总体目标下,各类生态系统管理的具体目标。     

青藏高寒区退化草地生态恢复:退化现状、恢复措施、效应与展望

青藏高寒区属于独特而典型的高原生态系统,草地生态系统作为其重要组成部分,在对高寒区生态安全以及农牧民生计的维系中,占有举足轻重的地位。目前,青藏高寒区的草地生态系统退化严重,因此该区退化草地的生态恢复工作是国家生态工作的重中之重。近年来,已有大量研究提出了各种有效的恢复手段,但缺乏因地制宜的系统性总结和论述。基于此,在已有研究的基础上,阐述了青藏高寒区退化草地现状,总结了高寒区各生态类型分区的主要生态问题,明确了不同集成技术与模式的适用区域和范围,同时对这些技术、措施和模式的恢复效果和恢复机制进行分析和讨论。并对未来高寒草地生态系统的研究进行了展望,以期为青藏高寒区退化草地的恢复治理、高寒草地生态系统结构和功能稳定性维系提供系统的理论基础与技术支撑。     

国内外主要湾区生态系统特征、修复理论与技术模式

通过总结粤港澳大湾区、东京湾区和旧金山湾区等国内外主要湾区的生态系统特征、生态修复理论和实践研究进展,在辨析生态修复概念内涵的基础上,基于Meta-Analysis及综合分析方法,分析了生态系统退化机制及驱动因子,归纳总结湾区生态修复的主要理论基础、技术模式及案例。结果表明：（1）国内外三大主要湾区的生态系统特征为森林占比最高,其次是农田和草地占比,城镇占比第三。森林一般分布在湾区外围,城镇分布在湾区内核河口三角洲附近。（2）湾区生态修复理论包括以恢复生态学、景观生态学和复合生态系统生态学为基础的三种修复理论,生态修复的类别分为补救修复、改善修复、生态恢复和复垦等。（3）湾区生态修复技术模式包括主动修复、被动修复和重建等三类技术模式。在总结梳理生态修复理论和技术模式的基础上,结合当前国内生态修复存在问题,本文提出我国和广东省开展生态修复实践的建议和展望,以期为粤港澳大湾区生态修复提供一定的理论指导。     

奥德姆的生态思想是整体论吗?

奥德姆的生态思想是妥协的整体论,有还原论的一面。把生态系统看作是功能性整体、承认生态系统各层次的涌现属性属于整体论,把生态关系简化为能量关系、把生态系统看作是物理系统的分析方法则是还原论的。这种矛盾的生态思想决定了其方法论的先天不足:生态模型的内在逻辑关系没有理顺;较少考虑生态系统的进化;生态研究方法的排它性等。但是,它并不妨碍奥德姆的生态思想在夯实生态学的本体论基础、促进理论生态学和生态工程学的形成、协调生态整体论与还原论分歧、奠定生态系统服务功能研究基础等方面发挥重要作用。要超越生态整体论与还原论,繁荣发展生态复杂性理论也许是最好的选择。