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。     

湖泊生态系统动力学模型研究进展

从系统分析在湖泊生态系统动力学研究中的作用出发,对湖泊生态系统的动力学建模过程、方法和软件等进行了总结.在此基础上,综述了国内外湖泊生态系统动力学模型的发展.从1960年代至今,湖泊生态系统动力学模型从简单的零维模型发展到复杂的水质水动力学生态综合模型和生态结构动力学模型,如LakeWeb模型.中国的湖泊生态系统动力学模型研究始于20世纪80年代,主要集中在滇池、太湖、东湖和巢湖等富营养化严重的湖泊以及其他水体.目前,已经开发一些软件用于湖泊生态系统动力学模拟,主要有CEQUALICM、WASP、AQUATOX、PAMOLARE、CAEDYM等,以及用来模拟湖泊能流的软件ECOPATH.湖泊生态系统动力学模型还在监测、数据共享和模型结构、参数选取和不确定性分析等方面存在不足,需在今后的研究中加以改进.     

湖泊的水生态模型

由于城市化进程的不断加快,大量的污染物排放到湖泊中,打破了湖泊的生态平衡.湖泊的水生态模型不仅能够研究湖泊的富营养化现象,而且还可以模拟工业毒物等污染物对湖泊生态系统的影响,是湖泊管理的有力工具.本文从分析湖泊的污染现状以及污染趋势出发,介绍了湖泊水生态模型的研究现状,并根据模型的模拟对象和空间模拟能力对湖泊水生态模型进行了分类.在此基础上介绍了AQUATOX、PAMOLARE、CAEDYM、WASP、OOMAS等比较成熟的模拟湖泊生态系统的模型软件,阐述了它们的产生、发展、主要特点以及应用,总结了当今湖泊水生态模型在模拟过程中遇到的问题,并对水生态模型的发展趋势进行了展望.本文为湖泊水生态模型的选择提供了建议.     

湖泊生态服务受益者分析及生态生产函数构建

生态系统服务管理作为生态系统管理的优化方式,是生态学研究的前沿方向。湖泊生态系统服务管理是指综合利用生态学、经济学、社会学和管理学等学科知识,对影响湖泊生态系统结构、过程、功能的关键因子进行调控,提高湖泊生态系统服务供给水平和供给能力的过程。近年来国内外学者针对湖泊生态系统服务内涵、分类、经济价值评估等方面开展了大量研究,极大地促进了湖泊生态系统服务从认知走向管理实践。然而,现有研究在开展湖泊生态系统服务价值评估时多忽略生态系统服务受益者和生态系统特征对生态系统服务的边际影响分析,无法揭示生态系统服务空间流动和转移特征及生态系统服务时空权衡关系,制约了生态系统服务研究与管理决策和政策设计结合。在综述湖泊生态系统服务定量评估方法的基础上,认为通过生态系统服务受益者分析确定湖泊生态系统最终服务,并通过构建生态生产函数确定湖泊生态系统服务权衡关系及湖泊生态系统特征对生态系统最终服务的边际影响,是生态系统服务走向管理实践和政策设计的科学依据,可以确保生态、社会、经济可持续发展。     

生态系统服务的生态学机制研究进展

全面认识和理解生态系统服务的生态学机制是加强生态系统服务功能管理的前提,但目前从生态系统服务的生态学机制研究中提供给管理者的信息还非常有限.针对生态系统服务功能的物质基础(生境、生态系统结构和生态系统过程),目前生态系统服务的生态学机制研究主要集中在3个方面:生物多样性与生态系统服务功能关系;生态系统服务功能的时空尺度特征;气候和土地利用变化对生态系统服务功能的影响机制.在综述上述3方面进展的基础上,提出了今后的研究方向.     

考虑气候因子变化的湖泊富营养化模型研究进展

气候因子是影响湖泊营养状态和进程的主要自然因素.在全球气候变化的趋势下,将气候因子的变化纳入湖泊富营养化模型中,可以为湖泊演化趋势分析和环境管理决策提供技术支持.本文首先分析了气温、降水、光照和大气等气候因子对湖泊富营养化的影响,进而对考虑气候因子变化的数理统计与分析模型、生态动力学模型、系统生态学模型及智能算法等的研究进行了综述.在此基础上,对完善气候因子变化下湖泊营养状态变化的模型研究进行了展望：1)加强气候因子作用于湖泊营养状态的机理研究;2)选择合适的气候模拟模型,合理设置气候变化情景,在不同模型嵌套时保证时空尺度的匹配;3)以水动力学模型为基础,耦合生态模型及智能算法等,并结合良好的气候模拟模型,以精确模拟预测气候变化下湖泊富营养化的演化过程和趋势.     

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。     

旅游景观生态系统格局：概念与空间单元

旅游景观生态系统作为一个复杂的自然-人文生态系统,内部的人地关系区别于一般景观生态系统,但现有的格局研究难以反映.基于景观生态学与空间结构理论,在已有研究基础上,提出旅游景观生态系统格局的概念,并构建空间单元体系.首先,旅游景观生态系统格局可理解为旅游者的活动作用于系统地域范围所形成的空间分异与组织形式;其次,旅游景观生态系统格局的空间单元可划分为斑块、廊道和基质,其中斑块由节点与域面组成.旅游景观生态系统格局理论提出的目的是通过旅游者空间分布状况的分析,反映系统内部要素之间相互作用过程的空间差异.这一理论的提出有助于推动景观格局与生态过程研究的深入,并能为区域旅游业发展的空间协调管理提供理论支持.     

空间信息技术在国内生态学研究中的应用

遥感技术、地理信息系统、全球定位系统、地面自动观测网络等信息技术的应用, 既为生态学研究提供了丰富的数据源, 又为时空异质性数据的管理、分析、展示, 提供了技术手段。它们为生态学研究提供了前所未有的机遇。综述了空间信息技术在生态学要素获取、生态健康评价、生态安全评价、生态过程分析和生态系统管理中的应用现状,并在此基础上提出若干今后需要进一步加强研究的领域, 期望能对相关领域研究者有所帮助。     

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。     

Are ecosystems hormetic?

The phenomenon of hormesis has been observed mainly for the response of individual organisms to stress. A reasonable line of inquiry might explore the possibility of observing hormesis at other levels of ecological organization. This initial examination focuses on ecosystem hormesis. Explorations of hormetic responses of ecosystems to stress cannot be made independently of a fundamental concept of ecosystem. The scale‐dependence of ecosystem dynamics also influences whether an ecological disturbance is in reality a stressor. Ecosystem hormesis might be claimed if one or more components of an ecosystem exhibit hormesis. By this definition, ecosystem hormesis would be a trivial extension of hormesis observed for individual organisms. A non‐trivial extension of ecosystem hormesis would include the observation that integrated (i.e., holistic) measures of ecosystem structure or function displayed an hormetic response to an ecological stressor. Several such examples of ecosystem structural and functional hormesis are presented.     

Ecophylogenetics: advances and perspectives

Ecophylogenetics can be viewed as an emerging fusion of ecology, biogeography and macroevolution. This new and fast-growing field is promoting the incorporation of evolution and historical contingencies into the ecological research agenda through the widespread use of phylogenetic data. Including phylogeny into ecological thinking represents an opportunity for biologists from different fields to collaborate and has provided promising avenues of research in both theoretical and empirical ecology, towards a better understanding of the assembly of communities, the functioning of ecosystems and their responses to environmental changes. The time is ripe to assess critically the extent to which the integration of phylogeny into these different fields of ecology has delivered on its promise. Here we review how phylogenetic information has been used to identify better the key components of species interactions with their biotic and abiotic environments, to determine the relationships between diversity and ecosystem functioning and ultimately to establish good management practices to protect overall biodiversity in the face of global change. We evaluate the relevance of information provided by phylogenies to ecologists, highlighting current potential weaknesses and needs for future developments. We suggest that despite the strong progress that has been made, a consistent unified framework is still missing to link local ecological dynamics to macroevolution. This is a necessary step in order to interpret observed phylogenetic patterns in a wider ecological context. Beyond the fundamental question of how evolutionary history contributes to shape communities, ecophylogenetics will help ecology to become a better integrative and predictive science.     

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...     

Meta-ecosystem dynamics and functioning on finite spatial networks

The addition of spatial structure to ecological concepts and theories has spurred integration between sub-disciplines within ecology, including community and ecosystem ecology. However, the complexity of spatial models limits their implementation to idealized, regular landscapes. We present a model meta-ecosystem with finite and irregular spatial structure consisting of local nutrient–autotrophs–herbivores ecosystems connected through spatial flows of materials and organisms. We study the effect of spatial flows on stability and ecosystem functions, and provide simple metrics of connectivity that can predict these effects. Our results show that high rates of nutrient and herbivore movement can destabilize local ecosystem dynamics, leading to spatially heterogeneous equilibria or oscillations across the meta-ecosystem, with generally increased meta-ecosystem primary and secondary production. However, the onset and the spatial scale of these emergent dynamics depend heavily on the spatial structure of the meta-ecosystem and on the relative movement rate of the autotrophs. We show how this strong dependence on finite spatial structure eludes commonly used metrics of connectivity, but can be predicted by the eigenvalues and eigenvectors of the connectivity matrix that describe the spatial structure and scale. Our study indicates the need to consider finite-size ecosystems in meta-ecosystem theory.     

生态阈值研究进展

生态阈值是指生态系统从一种状态快速转变为另一种状态的某个点或一段区间，推动这种转变的动力来自某个或多个关键生态因子微弱的附加改变。生态阈值现象普遍存在于自然生态系统中。主要有两种类型：生态阈值点（ecological threshold point）和生态阈值带（ecological threshold zone）。在生态阈值点前后，生态系统的特性、功能或过程发生迅速的改变。生态阈值带暗含了生态系统从一种稳定状态到另一稳定状态逐渐转换的过程，而不像点型阈值那样发生突然的转变。后者在自然界中可能更为普遍。在自然资源保护和生态系统可持续管理中，生态阈值研究有着重要的理论和实践意义，受到生态学和相关学科的密切关注。其研究已经在森林、草原、湖泊、海洋等生态系统，从不同角度，针对不同生态因子广泛开展。由于生态因子相互作用的复杂性，有关生态阈值的性质及其在不同空间尺度上的联系仍然存在很大的不确定性。在未来的研究中必须加强综合和定量化研究，进一步提高应用生态阈值的能力。在全球变化和生态响应研究领域，生态阈值研究将会有更大的发展空间。     

大尺度陆地生态系统管理的理论基础及其应用研究的思考

大尺度陆地生态系统管理是解决当前全球资源环境挑战、应对气候变化、治理区域生态环境、实现社会经济可持续发展的重要技术途径,是全球自然资源和生态保护理论及应用研究的热点。本文采用对过去20年间的几个国际大型生态系统管理行动计划跟踪分析方法,从生态系统管理学科发展、理论基础及应用研究的视角,对生态系统管理概念及其应用问题进行了重新思考,具体内容包括以下3个方面: 首先,回顾了生态系统管理科学概念及应用实践的发展历程,讨论了概念的内涵及其再定义,归纳了生态系统管理社会实践及其对学科发展的贡献。其次,明确了生态系统管理研究的科技使命及基本任务,梳理了生态系统管理科学的科学体系及其主要研究领域,概括了生态系统管理科学的生态学基础理论及知识体系,明确了生态系统管理行动的关键环节、管理方案的基本要素与管理途径。最后,分析了生态系统管理科学研究及学科发展的新趋势,讨论了生态系统管理科学的重点研究空间尺度和对象系统,提出了全球生态系统管理的前沿科学问题,整合生态学研究思维及宏生态系统途径,以期为中国的生态系统管理科学研究及学科发展提供参考。     

陆地生态系统过程对气候变暖的响应与适应

陆地生态系统包含一系列时空连续、尺度多元且互相联系的生态学过程。由于大部分生态学过程都受到温度调控, 因此气候变暖会对全球陆地生态系统产生深远的影响。近年来, 全球变化生态学的基本科学问题之一是陆地生态系统的关键过程如何响应与适应全球气候变暖。围绕该问题, 该文梳理了近年来的研究进展, 重点关注植物生理生态过程、物候期、群落动态、生产力及其分配、凋落物与土壤有机质分解、养分循环等过程对温度升高的响应与适应机理。通过定量分析近20年来发表于主流期刊的相关论文, 展望了该领域的前沿方向, 包括物种性状对生态系统过程的预测能力, 生物地球化学循环的耦合过程, 极端高温与低温事件的响应与适应机理, 不对称气候变暖的影响机理和基于过程的生态系统模拟预测等。基于这些研究进展, 该文建议进一步研究陆地生态系统如何适应气候变暖, 更多关注我国的特色生态系统类型, 并整合实验、观测或模型等研究手段开展跨尺度的合作研究。     

Response and adaptation of terrestrial ecosystem processes to climate warming

陆地生态系统包含一系列时空连续、尺度多元且互相联系的生态学过程。由于大部分生态学过程都受到温度调控, 因此气候变暖会对全球陆地生态系统产生深远的影响。近年来, 全球变化生态学的基本科学问题之一是陆地生态系统的关键过程如何响应与适应全球气候变暖。围绕该问题, 该文梳理了近年来的研究进展, 重点关注植物生理生态过程、物候期、群落动态、生产力及其分配、凋落物与土壤有机质分解、养分循环等过程对温度升高的响应与适应机理。通过定量分析近20年来发表于主流期刊的相关论文, 展望了该领域的前沿方向, 包括物种性状对生态系统过程的预测能力, 生物地球化学循环的耦合过程, 极端高温与低温事件的响应与适应机理, 不对称气候变暖的影响机理和基于过程的生态系统模拟预测等。基于这些研究进展, 该文建议进一步研究陆地生态系统如何适应气候变暖, 更多关注我国的特色生态系统类型, 并整合实验、观测或模型等研究手段开展跨尺度的合作研究。