生态学的科学概念及其演变与当代生态学学科体系之商榷

生态学既是生物学的分支学科,也是环境科学、地球系统科学的重要组成部分,其研究成果可直接服务于植物、动物、微生物的生物多样性保护、生物资源利用及生物产业管理等应用领域。生态系统概念将经典生态学或者基础生态学研究扩展到了生态系统生态学或者生态系统科学的新阶段,奠定了大尺度及全球生态环境科学研究的理论基础,促进了生物学、地理学及环境科学研究的大融合,推动了自然科学与人文科学和社会经济学的学科交叉。在这一大融合的历史过程中,生态学在不断地汲取不同学科营养的同时,提出了许多科学概念或理论学说,并在相关科学研究中得到应用和发展,形成了以认知生态系统与资源环境及人类社会的互馈关系为核心的当代生态学及生态系统科学体系。本文从生态学思想起源与发展、生态学概念的科学内涵及其扩展等方面综合讨论了当代生态学的科学概念、基础理论及其学科体系,并尝试性地对当代生态学的科学内涵、学科范畴、学科体系进行梳理、考察和分析,提出了基础生态学及应用生态学研究的分支学科体系分类方案,期望与学界共同商榷,为完善和重构当代生态学学科体系提供参考。     

集合生态系统研究15年回顾与展望

集合生态系统(meta-ecosystem)由法国的Loreau教授等于2003年提出,是指"由跨生态系统边界的物质流、能量流和生物体流所连接起来的一系列生态系统的集合",是对只关注生物体(organism)迁移交换的集合种群(meta-population)和集合群落(meta-community)概念的外推,也是为了给生态系统空间异质性研究提供一个重要的分析路径,对研究和理解生态系统的结构、过程、功能和异质性具有重要意义。通过对相关文献的梳理分析,简述了集合生态系统研究的基本状况,分析了对集合生态系统概念的狭义和广义两种理解,指出了探讨集合生态系统结构的两个方向,构建了分析集合生态系统研究的六维整体框架,综述了研究集合生态系统的两类方法,探讨了经验化的集合生态系统(empirical meta-ecosystem)的3种空间结构和两种构建路径。将集合生态系统概念和理论引入流域复合生态系统(integrated watershed ecosystem)的分析,为流域生态学研究提供新的概念框架。     

旅游景观生态系统理论

针对旅游业快速发展过程中旅游目的地人地关系日趋恶化的趋势,在景观生态学理论的基础上,较为系统地提出旅游景观生态系统的相关理论框架,借以辩明旅游地复杂的人地关系,为旅游地的可持续发展研究提供理论依据.在景观生态学中景观生态系统概念的基础上,探讨了旅游景观生态系统的概念框架,指出旅游景观生态系统是由旅游者、当地居民与其周围的自然环境,遵循相应的生态、经济与社会规律,相互作用相互影响所形成的,具有旅游功能的地域综合体.进而重点讨论了尺度、格局、功能与变化等旅游景观生态系统研究的基本问题,强调辨析旅游景观生态系统格局与功能变化的影响因素及其相互作用机制是研究的重点,是为制止或逆转系统的不良趋势以及制定适宜的优化途径的基础.阐述了格局-功能依存性与状态脆弱性等旅游景观生态系统的特性.     

生物多样性-生产力关系研究进展——基于文献计量分析

生态系统的结构和功能是生态学研究的核心内容。早期基于野外调查的生态学研究强调生产力表征的环境梯度对生态系统结构的影响,而基于控制试验的生态学研究则强调生态系统结构变化对生态系统功能的影响。围绕这两类研究所支持理论间的争论是当前生态学的前沿、热点和难点,其中最具代表性的科学问题是生物多样性与以生产力为代表的生态系统功能间是否存在一般性关系。为深入了解生物多样性-生产力关系研究脉络,分析其对生态学研究范式与理论发展的影响以及对未来研究方向的启示,以Web of Science核心合集数据库中的相关文献为数据源,结合文献计量分析和文献综述,系统总结了多样性-生产力关系研究进展。结果表明：(1)生物多样性-生产力关系研究推动了生态学研究范式由以样带调查为主的观察性研究向以控制试验为主的实验性研究的转变,促进了全球联网控制试验研究的发展。(2)研究聚焦的生态系统类型由最初的北美普列利草原逐渐向其它草地、灌丛、森林等多样的生态系统过渡,研究结论及其生态学理论的普适性逐渐增强。(3)该研究推动了对生物多样性不同维度(如功能多样性和系统发育多样性)在生态系统中作用的认识,促进了学界对除生产功能外的生态...     

山地河流壶穴生态系统研究进展

壶穴是河流生态系统中的特殊生境之一,具有结构简单、边界明确、食物链简短、生境易控制等特点,常被作为生态学理论、进化理论和生物气候学等相关研究的模式系统.本文概述了山地河流壶穴的生境特点(水文、理化性质)、生物群落(生物多样性、环境因子)、食物链(竞争、捕食、寄生等)等,分析了壶穴生态系统与河流生态系统在水文特征、生物群落和食物链等方面的差异,指出了我国对壶穴的水文特征、理化性质、食物链以及环境因子对壶穴内生物多样性和功能群影响的研究尚存在不足或空白,最后提出了壶穴生态系统未来研究的方向和建议.     

城市森林生态学的基本理论与研究方法

随着世界经济的发展和城市人口的增加,城市环境问题严重阻碍了城市可持续发展,形成了城市森林生态学这一新学科,森林生态学,景观生态学,园林学和人类生态学4种学科的相关理论相互融合构成了城市森林生态学的理论基础,城市森林生态学的形成使人们从生态系统的角度审视城市的发展,并把生物环境即人类及所有植物和动物的群体视为这个系统的一个要素,引出了“城市森林”的概念,本文较系统地介绍了城市森林生态学的基本概念,主要研究内容。理论基础及基本原理,研究方法及其发展展望。     

现代生物声学的学科发展趋势及中国机遇

随着数字录音技术、电子学和微电子学、人工智能、信息科学等跨学科领域的技术革新,现代生物声学逐渐与生物学、生态学等学科及关联学科之间形成了广泛的交叉前沿领域。现阶段,现代生物声学主要以生物学、生态学等基础学科的理论方法为指导,着重于揭示环境中各类声音在生物之间以及生物与人类、环境之间的相互作用及相关科学规律,为人类认识、保护和利用生物声学资源提供理论基础和解决方案。本文重点阐述了现代生物声学的学科内涵和学科特征,介绍了动物生物声学、生态声学、水下生物声学、环境生物声学、保护生物声学、计算生物声学以及现代生物声学研究的技术框架等前沿热点和发展趋势,评估了中国生物声学研究的学科现状与发展机遇,并对未来学科建设进行了展望。     

生态系统生态学研究的关键问题及趋势——从“整体论与还原论的争论”看

在生态学领域中,存在着生态系统整体论与还原论的争论。Tansley A.G.提出,生态系统是"准有机体"。Odum兄弟提出的"生态系统能量说"被广泛接受,但也受到质疑,称其为"还原论者的整体论"。基于对上述质疑的回应以及对生态系统整体论的追求,Patten B.C.等提出"生态网络理论",运用"网络‘环境子’分析"方法,试图从物理层面分析解决生物层面的"涌现性"问题。不过,这一理论也受到批判,认为其在探究符号化的现象对生态系统的动态影响时,陷入了还原论困境。Jrgensen S.E.等更进一步,提出"系统论"的生态系统生态学,试图从系统科学的角度研究生态系统的"物质-能量-信息-网络"系统。这一理论受到生态学界高度重视,但是也存在着在具体研究过程中如何平衡能量视角和生物地球化学视角的问题。由上述争论可见,生态系统生态学研究的趋势是从"物质实体"到"能量流动",再到"网络信息",最后到"开放系统"层层递进。目前面临的关键问题是:如何在更好地定义生态系统整体性的基础上,采取相应的能够体现生态系统整体性的方法,去获得更多、更好的生态系统整体性的认识。     

种间互作网络的结构、生态系统功能及稳定性机制研究

生态群落中不同物种间发生多样化的相互作用, 形成了复杂的种间互作网络。复杂生态网络的结构如何影响群落的生态系统功能及稳定性是群落生态学的核心问题之一。种间互作直接影响到物质和能量在生态系统不同组分之间的流动和循环以及群落构建过程, 使得网络结构与生态系统功能和群落稳定性密切相关。在群落及生态系统水平上开展种间互作网络研究将为群落的构建机制、生物多样性维持、生态系统稳定性、物种协同进化和性状分化等领域提供新的视野。当前生物多样性及生态系统功能受到全球变化的极大影响, 研究种间互作网络的拓扑结构、构建机制、稳定性和生态功能也可为生物多样性的保护和管理提供依据。该文从网络结构、构建机制、网络结构和稳定性关系、种间互作对生态系统功能的影响等4个方面综述当前种间网络研究进展, 并提出在今后的研究中利用机器学习和多层网络等来探究环境变化对种间互作网络结构和功能的影响, 并实现理论和实证研究的有效整合。     

土壤生态系统微生物多样性-稳定性关系的思考

自20世纪50年代以来,生物多样性与生态系统稳定性的关系一直是生态学中重点讨论的理论问题之一.在当今人类活动对自然生态系统产生重大影响的情况下,全面理解生态系统多样性与稳定性的关系,有助于我们更好地应对环境变化和生物多样性丧失等生态问题.在陆地生态系统中,关注重点多集中在地上植物生态系统;而对地下生态系统,尤其是对微生物多样性与系统稳定性关系的研究尚重视不够.事实上,土壤微生物作为生命元素循环的驱动者,主导和参与地下生态系统中一系列重要生态过程,对土壤能否正常有序地执行各项生态功能至关重要.对土壤微生物多样性的研究,能使我们明确土壤中微生物对各种环境条件(包括自然和人为因素)变化的响应机制,更好地维持土壤生态系统的稳定性及其生态服务功能.本文在介绍土壤微生物多样性概念、研究方法、地下生态系统稳定性的基础上,重点讨论了土壤微生物多样性对土壤生态系统稳定性的影响,对多样性-稳定性关系在土壤微生物生态学中的应用进行了较为深入和全面的思考.作者提出,土壤微生物系统是一个动态变化的自组织系统,通过遗传来维持其组成和结构的相对稳定性,通过变异而适应外界干扰,共同构成土壤微生物系统的抵抗力(resistance)和恢复力(resilience),维护土壤生态系统的稳定性.今后土壤微生物多样性-稳定性关系的研究,需要注重地上与地下生态系统的结合与统一,借鉴宏观生态学理论来构建微生物生态学的理论框架,建立微生物多样性-稳定性关系的机理模型,从定性描述向定量表征方向发展.     

生态恢复中生态系统服务的演变:趋势、过程与评估

经过10余年的发展,生态系统服务已经成为生态恢复研究关注的前沿和热点。生态恢复改变了生态系统格局与过程,对生态系统服务的产生和提供具有重要影响。但是目前对于生态系统服务在生态恢复过程中的演化仍缺少系统性研究。对国内外相关研究的最新成果进行综述,总结了生态系统服务评估中框架的构建和方法的选择(参数转移法、系统模型法和定量指标法),介绍了生态恢复对生态系统服务的促进作用、生态系统服务的演变过程以及不同生态系统服务间的协同与权衡关系,分析了社会经济因素对生态恢复和生态系统服务维持的影响。最后结合我国生态恢复实践,提出未来生态恢复和生态系统服务研究可以从深化作用机制研究、推动服务评估创新、增强研究成果应用3方面深化和拓展。     

生态系统综合评价的内容与方法

生态系统综合评价是系统分析生态系统的生产及服务能力,对生态系统进行健康诊断,做出综合的生态分析和经济分析,评价其当前状态,并预测生态系统今后的发展趋势,为生态系统管理提供科学依据。从总体上讲,综合评价更强调生态系统一系列产品与服务功能之间的权衡,具有很强的实践意义。许多学者对不同的生态系统服务功能进行了经济价值评估,但缺乏对生态系统的产品、服务、健康与管理之间关系的进一步探讨。对生态系统服务功能评价、健康评价的生态管理与预测进行了系统论述,目的是提出生态系统综合评价的框架,指导生态系统评价行动及生态系统管理。     

生态系统核算研究进展

生态系统核算的本质是通过对生态系统服务、生态系统资产的实物量和价值量进行计算,将生态系统的数量信息纳入国民经济核算体系,将生态系统的保护目标融入经济社会决策,以更好地实现生态环境与经济社会协调发展的战略构想.本文对生态系统核算基本问题、生态系统核算账户设计、生态系统估价方法等方面展开综述.首先,通过对生态系统服务理解的阐述和归类,立足于最终生态系统服务观阐明了生态系统的运行过程,扩展了国民账户体系(SNA)的生产范围.其次,梳理并设计了生态系统资产账户、生产账户和供给使用账户,就生产范围扩展方法对生产账户的不同影响进行对比.再次,区分了基于交换价值的核算方法和基于福利经济理论的核算方法,并指出基于交换价值的核算方法与SNA理论基础更为匹配.最后,对当前研究存在的不足进行分析,并对未来研究予以展望.     

基于生态系统演变机理的生态系统脆弱性、适应性与突变理论

随着气候变化影响广度与深度的增加,生态系统脆弱性、适应性与突变理论逐渐被广泛应用到生态学研究领域中,探讨和评估各类生态系统对气候变化的敏感性、脆弱性和适应性,可谋求更好的方式来应对气候变化对区域生态系统带来的深远影响,服务于国家生态系统可持续管理及生态安全建设.虽然相关研究已获取许多进展,区分了气候敏感区和某些生态系统...     

生态系统关键参量监测设备研制与生态物联网示范

本文主要介绍国家重点研发计划2016年首批立项的重点专项"生态系统关键参量监测设备研制与生态物联网示范"(2016YFC500100)的项目立项背景、主要研究内容及总体目标。本项目紧密围绕国家生态监测需求,与国际上生态监测科学技术前沿并跑,研发生态系统关键参量监测设备和生态物联网关键技术,开展示范和产业化推广,推动我国生态监测技术的自主创新,服务我国脆弱生态修复与保护需求,增强我国生态监测的立体化、自动化、智能化水平,满足国家实时生态监测的需求。     

Vulnerability of the global terrestrial ecosystems to climate change

Climate change has far‐reaching impacts on ecosystems. Recent attempts to quantify such impacts focus on measuring exposure to climate change but largely ignore ecosystem resistance and resilience, which may also affect the vulnerability outcomes. In this study, the relative vulnerability of global terrestrial ecosystems to short‐term climate variability was assessed by simultaneously integrating exposure, sensitivity, and resilience at a high spatial resolution (0.05°). The results show that vulnerable areas are currently distributed primarily in plains. Responses to climate change vary among ecosystems and deserts and xeric shrublands are the most vulnerable biomes. Global vulnerability patterns are determined largely by exposure, while ecosystem sensitivity and resilience may exacerbate or alleviate external climate pressures at local scales; there is a highly significant negative correlation between exposure and sensitivity. Globally, 61.31% of the terrestrial vegetated area is capable of mitigating climate change impacts and those areas are concentrated in polar regions, boreal forests, tropical rainforests, and intact forests. Under current sensitivity and resilience conditions, vulnerable areas are projected to develop in high Northern Hemisphere latitudes in the future. The results suggest that integrating all three aspects of vulnerability (exposure, sensitivity, and resilience) may offer more comprehensive and spatially explicit adaptation strategies to reduce the impacts of climate change on terrestrial ecosystems.     

大尺度陆地生态系统动态变化与空间变异的过程模型及模拟系统

当代生态系统科学研究更加关注区域生态环境及生态系统状态变化的监测、评估、预测、预警及生态环境可持续管理。在深入理解陆地生态系统的要素、过程、功能、格局及其相互作用机理基础上,发展生态系统定量化描述方法和数值模拟技术,集成构建大陆尺度的“多过程耦合-多技术集成-多目标应用”的陆地生态系统数值模拟器已成为生态系统与全球变化及其资源、环境和灾害效应科学研究的重要科技任务。本研究围绕宏观生态系统模拟分析方法问题,在回顾陆地生态系统模型研究现状和发展趋势的基础上,深入讨论开发大尺度陆地生态系统动态变化和空间变异及其资源环境效应模拟系统的理念,以及模拟系统的功能定位、结构设计等基本问题,为构造中国陆地生态系统数值模拟器提供参考。     

湖泊-流域生态系统管理的内容与方法

在流域生态系统管理研究综述的基础上,对湖泊一流域生态系统管理的概念进行了界定,对水环境管理、综合流域管理与流域生态系统管理之间的差异进行了对比分析。确定了生态系统生态学、流域生态学、生态系统健康和流域方法为湖泊．流域生态系统管理的理论基础,生态系统方法和流域分析为其方法学基础。在上述分析的基础上,提出了湖泊．流域生态系统管理的6个主要步骤：研究范围界定、基础信息收集与基本生态学问题的分析和评价、管理目标设定、系统综合、生态系统综合评价、适应性管理;识别出湖泊-流域生态系统管理中的3个关键问题：①生态系统管理中的不确定性和障碍分析;②流域土地利用变化对湖泊水质和生态系统的影响;③流域生态子系统与社会子系统的关联。