《生态学基础》：对生态学从传统向现代的推进——纪念E.P.奥德姆诞辰100周年

2013年是“现代生态学之父”美国生态学家奥德姆诞辰100周年。奥德姆的《生态学基础》一书对生态学从传统向现代转换具有积极的推进作用,主要表现在：提升了生态科学的量化水平,促成了生态系统生态学体系的诞生;倡导了生态学与经济学等社会科学的融合,丰富了生态经济学与生态系统服务功能研究;延展了生态学的应用尺度,为社会的生产变革和绿色运动提供了指导。奥德姆的生态学理论中诸如以能量分析为主导的生态系统分析方法还有待完善、生态系统方面较少考虑进化维度,衡量能量质量高低的能值方法的科学性有改善的空间等,但这都无碍他成为世界上最杰出的生态学家之一。     

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。     

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。     

与生态系统的演化

１引言美国著名生态学家Ｂ．Ｐ．奥德姆在一篇文章中指出了９０年代生态学的重要观点［１］,其中概念就是“生态系统是一个远离平衡态的热力学开放系统。”可见,热力学理论与生态学理论的相互渗透,已成了当今生态学研究的重要方向。对于复杂系统的演化,已出现多种研究...     

植物功能性状、功能多样性与生态系统功能: 进展与展望

植物功能性状与生态系统功能是生态学研究的一个重要领域和热点问题。开展植物功能性状与生态系统功能的研究不仅有助于人类更好地应对全球变化情景下生物多样性丧失的生态学后果,而且能为生态恢复实践提供理论基础。近二十年来,该领域的研究迅速发展,并取得了一系列的重要研究成果,增强了人们对植物功能性状-生态系统功能关系的认识和理解。本文首先明确了植物功能性状的概念, 评述了近年来植物功能性状-生态系统功能关系领域的重要研究结果, 尤其是植物功能性状多样性-生态系统功能关系研究现状; 提出了未来植物功能性状与生态系统功能关系研究中应加强植物地上和地下性状之间关系及其与生态系统功能、植物功能性状与生态系统多功能性、不同时空尺度上植物功能性状与生态系统功能, 以及全球变化和消费者的影响等方面。     

开创复合生态系统生态学,奠基生态文明建设——纪念著名生态学家王如松院士诞辰七十周年

王如松先生毕生致力于复合生态系统理论与可持续发展研究,为生态学发展和我国生态文明建设做出了杰出的贡献。他与导师马世骏先生共同创建了社会-经济-自然复合生态系统理论,开创了复合生态系统生态学新领域,为可持续发展与生态文明建设奠定了理论基础。他率先开展城市生态学与产业生态学研究,为生态学成为指导我国经济社会发展的科学基础发挥了引领作用。他提出了我国生态文明的内涵与建设途径,探索了我国生态县、生态市、生态省的可持续发展模式。王如松先生学术思想充满深邃的生态智慧、深厚的文化修养、富于科学远见的学术创新,所洋溢的爱国、爱民、爱科学的情怀,为后辈生态学工作者的楷模。     

退化生态系统恢复与恢复生态学

恢复生态学起源于100a前的山地、草原、森林和野生生物等自然资源的管理研究,形成于20世纪80年代。它是研究生态整合性的恢复和管理过程的科学。恢复生态学的研究对象是在自然或人为干扰下形成的偏离自然状态的退化生态系统。生态恢复的目标包括恢复退化生态系统的结构、功能、动态和服务功能,其长期目标是通过恢复与保护相结合,实现生态系统的可持续发展。恢复生态学的理论与方法较多,它们均源于生态学等相关学科,但自我设计和人为设计是唯一源于恢复生态学研究和实践的理论。由于生态系统的复杂性,退化生态系统恢复的方向和时间具有不确定性,其恢复的机理可用临界阈值理论和状态跃迁模型进行解释。中国森林恢复中存在的问题包括：大量营造种类和结构单一的人工林忽视了生物多样性在生态恢复中的作用;大量使用外来种;忽视了生态系统健康所要求的异质性;忽略了物种间的生态交互作用;造林时对珍稀濒危种需要缺乏考虑;城镇绿化忽略了植被的生态功能等问题。此外,还介绍了生态恢复的方法、成功恢复的标准,并提出了恢复生态学的发展趋势：恢复生态学尚未形成理论和方法体系,要成熟还有很长的路要走;恢复生态学正在强调自然恢复与社会、人文的耦合;对森林恢复研究要集中在恢复中的障碍和如何克服这些障碍两个方面;鉴于生态系统复杂性和动态性,应停止期待发现能预测恢复产出的简单定律,相反,应该根据恢复地点及目标多样性而强调适应性恢复。     

H. T. 奥德姆与中国的能值研究

简要论述了由霍华德.汤姆.奥德姆创立的能值理论与方法在中国的传播并综述了多年以来中国的能值研究进展。能值理论与方法在中国的传播始于1990年霍华德·汤姆·奥德姆第二次访华.在此期间,即1990年8月1日至1990年8月21日他访问了台北、广州、北京和沈阳,并作了多个学术报告,如“自组织与系统生态学”和“能值分析与环境评价”等。从此以后,我国的广州、北京、南京和沈阳、佛山等多座城市的大学和科研机构先后开展了10多年的能值研究,能值理论应用于多个领域,包括国家、省、市、自然保护区等生态经济系统的能值评估、农业生态系统、城市生态系统、环境与资源、废水处理、生态工程和工业的能值评价。用中文或英文发表关于能值的学术论文60多篇,由霍华德.汤姆.奥德姆所著的3本关于能值的书被翻译为中文,能值概念、理论和方法被10多部中文书刊引用,2本关于能值的中文专著已发表。能值分析的研究工作已得到国家自然科学基金资助,其中有些课题已结题,有些课题正在进行中。能值理论与方法已被许多中国生态学家所接受,但在应用过程中仍存在许多问题。     

工业生态学研究足迹迁移——基于Citespace II的分析

由于工业发展与环境关系愈发恶化,可持续发展问题日益突出,有必要通过回顾工业生态学研究来寻找理论指导。利用引文空间分析工具Citespace Ⅱ,通过绘制工业生态学知识图谱,以定量与定性结合方法,系统梳理国内外工业生态学研究成果,挖掘工业生态学的知识基础、发展脉络和研究热点。研究发现:工业生态学是一门交叉性学科,涉及环境科学、生态学、管理学和经济学;生态工业园仍为工业发展重要方向,需要结合生态系统理论与工业流程重构对其加以改善;城市、农业、共生成为当前研究热点;生命周期评估、投入产出分析和工业代谢仍为重要分析工具;我国工业生态问题将成为未来关注重点。     

生态系统服务权衡与协同研究进展

作为链接人类福祉和生态系统的桥梁,生态系统服务成为地理学、生态学和其他相关学科的重要研究内容。掌握生态系统服务权衡与协同关系,对提升生态系统服务总体效益和人类福祉至关重要,并可辅助自然资源管理和生态规划实践,目前已成为生态系统服务研究的热点。在归纳生态系统服务内涵、分类及价值评估研究进展基础上,从理论基础、类型划分和研究方法等方面系统梳理了生态系统服务权衡与协同研究进展,并从以下4个方面提出未来可能的研究趋势,包括丰富权衡与协同理论基础,建构多学科综合研究体系;完善生态系统服务分类体系,量化权衡与协同非线性特征;刻画生态系统服务空间流动,加强权衡与协同跨时空集成;系统化揭示权衡与协同机理,推动成果在国土领域的应用。     

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。     

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。     

景观生态学与退化生态系统恢复

退化生态系统的恢复是一项艰巨任务,它需要考虑到所要恢复的退化生态系统的结构,多样性和其动态的整体性和长期性。现在对于退化生态系统恢复研究已经要使生态学家们关注受损生态系统的理论和实际问题。退化生态系统恢复所面临的挑战是理解和利用生态演替理论来完成并加速恢复进程。恢复的主要目标是建立一个自维持的,由不同的群落或生态系统组成的能够满足不同需要如生物保护和粮食生产需要的景观。景观生态学关注于大的空间尺度的生态学问题。景观生态学研究方法可以为退化生态系统恢复实践提供指导。在解决退化生态系统的恢复问题时,景观生态学的方法在理论和实践上是有效的。景观生态学中的核心概念和其一般原理斑块形状、生态系统间相互作用、镶嵌系列等都同退化生态系统的恢复有着密切的关系。如恢复地点的选择和适当的恢复要素的空间配置。在评价退化生态系统的恢复是否取得成功,利用景观生态学也具有重要的意义。景观生态学理论如景观格局与景观异质性理论,干扰理论和尺度理论都能够指导退化生态系统的恢复实践。同样地,退化生态系统的恢复可以为景观生态学的研究提供非常恰当的实验场。寓景观生态学思想于退化生态系统恢复过程是一种新的有效途径。     

恢复生态学焦点问题

就恢复生态学的概念、近期的发展趋势与前沿命题、传统生态学理论在生态恢复过程中的应用及恢复生态学的社会性等核心问题展开论述。恢复生态学是一门年轻的学科,迄今尚无统一的定义。代表性的有3方面的学术观点。第1种强调受损的生态系统要恢复到理想的状态;第2种强调其应用生态学过程;第3种强调生态整合性恢复。笔者认为,恢复生态学是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的技术与方法、过程与机理的科学。从近年的国际恢复生态学大会来看,恢复生态学研究近期主要有3个方面的发展趋势。一是强调自然恢复与社会、人文的耦合。认为恢复生态是全球性的,不只是自然的过程,应有全社会的支持,包括政治、经济和人文的介入。二是强调无论是在地域上还是在理论上都要跨越边界。有效的生态恢复实践在地域上要求多地区甚至是多国家的合作,在理论上要求多学科的交叉与耦合。三是强调以生态系统为基点,在景观尺度表达。随着环境和经济问题的全球化,生态系统和景观尺度的恢复生态学研究引起了越来越多的关注。2004年第15届国际恢复生态学大会的会议主题已定为：恢复、景观与设计。在当前研究趋势的基础上,提出了恢复生态学当前研究的6个前沿命题：恢复生态学的学科理论框架研究、恢复生态系统的功益研究、生物多样性在生态恢复中的作用研究、生态恢复对全球变化的响应研究、生态恢复立法研究和生态恢复与社会、经济的整合性研究。退化生态系统的恢复与重建是一项十分复杂的系统工程,尤其需要生态学理论的指导。多数生态学理论已被应用于恢复生态学的研究与实践。结合实例,着重阐述了生态系统演替理论在生态恢复中的应用。恢复生态与全球变化间的相互作用研究越来越多的引起了人们的关注,但多数研究仍停滞在定性研究阶段。在广东的恢复生态学研究表明,广东省从1986年至1998年,植被覆盖从26％到51％,新造林绿化的植被每年可吸收、固定广东省年排放CO2量的一半。人类社会与自然环境的协调可持续发展,不仅要求实现生态环境的可持续,同时亦要求实现人类社会与经济的可持续发展。这就要求生态系统的恢复与重建必须同时实现生态、经济与社会效率的三重优化。中国科学院华南植物研究所生态中心在中国热带、南亚热带进行的退化生态系统的恢复与重建研究历时30余年,所产生的显著的经济和社会效益,在各个实验站点均已有所反映。     

基于恢复生态学的泰山地区“山水林田湖草”生态修复研究

目前大多地方生态修复工作往往是对各类生态系统分割式治理,不利于生态系统的整体修复。“山水林田湖草是生命共同体”理念要求各生态要素和生态系统之间的协同特征和有机联系,恢复生态学理论则关注受损生态系统的驱动因素、生态恢复的路径和干预措施,两者的结合能够为生态保护和修复提供坚实的理论和技术基础。基于恢复生态学理论,以泰山地区为研究对象,运用物能循环和转化的生态学原则对受损生态系统生态关键问题进行诊断,明确了“山水林田湖草”生命共同体中的各要素（子系统）在生态过程中的相互影响及相互制约关系,厘清了泰山地区矿山开采（地质受损）-植被破坏-水土流失-景观失调的生态受损与退化机制,在此基础上提出了“地貌重塑、植被重建、水体重构、景观重现”的生态恢复思路。并尝试构建包含生态风险、生态状况和生态恢复能力三重准则共13项指标的评价体系,以期通过生态恢复效果的评价与监测引导生态恢复目标的有效实现。     

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。     

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...     

用生态学思维重构传统农学学科:生产生态学的角色

传统农学学科与专业源于近代试验科学的还原论思维,并在工业革命巨大成功的推动下不断分化,失去了对农业生物与资源环境关系即农业生态系统机制的整体把握;而且,由于过多依赖外源化石能源的投入和若干高产作物品种的单一种植,不断丧失农业内部可持续性,使人类面临粮食安全和食品安全的双重危机.因此,农学学科及其教育体系的重构日益迫切.将农学与生态学联姻,建立以农业生态学为核心理论、农业生态系统管理为核心技术,特别是创建“生产生态学”,以之融合农学学科下属2个二级学科“作物栽培学与耕作学”与“作物遗传育种学”之间的鸿沟,将从意识论和方法论上为真正地实施农业可持续发展战略奠定学科、科学和教育基础.     

恢复生态学研究的一些基本问题探讨

对恢复生态学的研究概况、基本概念、内涵与研究内容以及生态恢复的目标、原则、程序与技术进行了分析与探讨。指出恢复生态学应加强基础理论研究(包括生态系统的演替理论及干扰条件下生态系统的受损过程与响应机制研究等)和应用技术研究(包括土壤、水体、大气和植被恢复技术、生物多样性保护技术以及生态系统的组装与集成技术等).生态恢复与重建是指根据生态学原理,通过一定的生物、生态以及工程的技术,人为地切断生态系统退化的主导因子和过程,调整和优化系统内部及其与外界的物质、能量和信息的流动过程及其时空秩序,使生态系统的结构、功能和生态学潜力尽快地成功地恢复到原有的乃至更高的水平。     

可持续生态学

可持续生态学系用生态学原理和方法解决自然与社会经济协调发展问题,或者说生态学不断将人类及其社会经济活动纳入研究范畴而形成的自然科学与社会科学的交叉学科。40年来,我国在可持续生态学研究和实践领域取得了丰硕的成果,一是提出了"社会-经济-自然"复合生态系统理论;二是构建了适应中国国情的可持续发展评价指标体系;三是推进实施了国家可持续发展战略,并在不同时空尺度进行了试点示范;四是将可持续发展的区域生态安全格局和生态风险管理理论与方法应用于城市与区域发展规划中,并利用生态补偿机制推进跨域的生态安全格局建设;五是为国家生态文明建设规划纲要的出台提供了重要的科学支撑,有力地推进了生态文明建设战略的实施;六是系统地研究了全球气候变化对中国生态系统的影响,科学评估了气候变化的现状、趋势及其影响,提出了气候变化的生态适应对策;七是不断推进国家和地方层面的生态省、生态市、生态县建设,创建了不同层次和规模的可持续发展实验区、国家可持续发展议程创新示范区、生态农业试点示范县、生态工业示范园区等。本文从宏观生态学与可持续发展、生态城市与可持续发展、生态产业与可持续发展三个方面评述可持续性生态学的研究进展。可持续生态学的重点研究内容随着时代发展而不断更新,生态文明建设、生态安全格局构建、落实联合国2030可持续发展目标、应对全球环境变化、新型城市化和工业化对生态系统的影响等是当前和未来一段时间的研究热点。