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虚拟专题文章

    于贵瑞院士主编观点

    系统阐述了生态学的科学概念、宏观生态系统科学整合、大尺度陆地生态系统管理等内容,对生态学研究具有重要的指导意义。

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    1. 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
    于贵瑞, 王秋凤, 杨萌, 陈智
    应用生态学报    2021, 32 (1): 1-15.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202101.040
    摘要938)      PDF(pc) (4937KB)(508)    收藏
    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。
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    2. 大尺度陆地生态系统科学研究的理论基础及其技术体系之探讨
    于贵瑞, 陈智, 杨萌, 王秋凤
    应用生态学报    2021, 32 (2): 377-391.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202102.042
    摘要638)      PDF(pc) (7692KB)(165)    收藏
    大尺度的陆地生态系统科学研究是在生物多样性保护、应对全球气候变化、区域生态环境治理及全球社会经济可持续发展的科技需求背景下应运而生的生态学及生态系统科学前沿领域,并在我国的生态文明建设社会实践中快速发展。本文在系统论述大尺度陆地生态系统科学研究的科技使命基础上,重点梳理和探讨了区域及大陆尺度的生态系统科学研究理论基础和方法学问题,进而基于宏生态系统生态学理论,新提出了宏观生态系统科学的基础理论、科学概念及其研究方法体系的逻辑框架。本文重点探讨了: 1) 基于生态系统的系统学特性,发展多维视角的“生态系统科学概念网络体系”;2) 基于生态系统整体性和涌现性理论,发展“生态系统状态变化分析理论体系”;3) 基于生态系统属性及状态概念,发展生态系统结构-过程-功能-服务级联关系的“整合研究方法学理论体系”的学科内涵及应用问题,进而论述了发展区域及大陆尺度宏观生态系统科学研究的方法体系,提出构建新一代大陆尺度生态系统观测研究实验网络,完善“联网观测-联网实验-数值模拟-知识融合”四位一体的科学研究技术体系的必要性。
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    3. 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
    于贵瑞, 杨萌, 付超, 王秋凤, 陈智
    应用生态学报    2021, 32 (3): 771-787.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202103.040
    摘要594)      PDF(pc) (3769KB)(349)    收藏
    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。
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    4. 大尺度区域生态环境治理及国家生态安全格局构建的技术途径和战略布局
    于贵瑞, 杨萌, 陈智, 张雷明
    应用生态学报    2021, 32 (4): 1141-1153.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202102.040
    摘要691)      PDF(pc) (5991KB)(195)    收藏
    陆地生态系统是地球生物圈系统的核心组分,是人类生活、生产及社会经济活动的场所。然而,人类文明发展和科学技术进步在不断地扩大对资源的利用规模和强度,也导致了严重威胁社会可持续发展的全球气候变化、生物多样性丧失、环境污染、资源枯竭、生态系统退化等环境问题。社会公众期望生态学研究能够为区域、大陆及全球尺度的生态系统的利用和保护、维持人类社会可持续发展提供科学理论及系统性的解决方案。本研究以服务中国生态文明建设、生态安全格局构建、区域生态环境治理,以及宏观生态系统科学发展为目标,回顾了中国的区域生态环境治理成效及经验;分析了我国生态文明建设对大尺度生态系统科学研究的科技需求与时代特征,提出了利用基于自然的宏生态系统途径的新思路提升区域生态环境治理及安全格局构建的设想。在此基础上,讨论了中国的大尺度区域安全格局构建及生态环境治理的新思路、战略布局、技术途径与科技支撑体系,为中国安全、健康和美丽的国土空间利用及生态文明建设进步提供理论参考。
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    5. 试论宏观生态系统科学研究的多学科维度基本问题及其方法体系
    于贵瑞, 陈智, 张维康, 杨萌
    应用生态学报    2021, 32 (5): 1531-1544.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202105.040
    摘要512)      PDF(pc) (4790KB)(129)    收藏
    人类社会对解决区域及全球重大资源环境问题的迫切需求,快速地推进了自然科学与人文科学的多学科交叉融合,推动了宏观生态系统科学(MES)的兴起及科学理论创新,以及大陆和全球尺度的科学研究方法与技术体系发展。本研究以服务大陆及全球尺度的生态系统状态变化及其资源环境效应研究的多学科知识体系及方法论体系的融合发展为应用目标,系统论述了大陆尺度宏观生态系统科学研究的多学科维度基本问题、逻辑关系及前沿性领域,讨论了构建大陆及全球尺度宏观生态系统科学研究方法学体系的理念和内容,并提出了开展大陆尺度的联网观测-联网实验-数值模拟-知识融合技术系统的设想,期望为中国及全球生态系统观测试验研究网络的理论设计提供参考。
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    6. 大尺度陆地生态系统状态变化及其资源环境效应的立体化协同联网观测
    于贵瑞, 张雷明, 张扬建, 杨萌
    应用生态学报    2021, 32 (6): 1903-1918.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202106.040
    摘要469)      PDF(pc) (7055KB)(277)    收藏
    环境变化和人类活动的双重驱动正在快速地改变地球生态系统状态,呈现出了众多级联的资源环境问题,生态系统的状态变化和时空演变驱动因素以及相应的资源环境效应是大尺度陆地生态系统科学研究的永恒主题。观测和评估生态系统状态变化,发现和理解生态系统响应机制,认知和描述生态系统演变规律,预测和预警生态系统演变趋势,都依赖于大陆及全球尺度的分布式协同观测研究网络。本研究以服务大陆尺度生态系统科学研究、支撑区域生态环境治理为目标,围绕生态系统状态变化及资源环境效应科学问题,综合分析了现有生态环境观测研究网络现状,明确提出了生态系统观测研究站及其网络的发展方向,进而提出了发展“多要素-多界面-多介质-多过程-多尺度-多方法”的联网协同观测体系,构建“高新技术集成化-区域分布网络化-网络管理智能化-观测实验长期化-模型模拟多功能化-数据集成和资源共享远程化”的新一代大陆尺度生态系统观测实验研究网络的设想,并进一步阐述了该研究网络的功能定位、设计理念、设计方案、建设目标和技术体系,以期为我国陆地生态系统观测研究网络的发展提供借鉴与参考。
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    7. 陆地生态系统环境控制实验的研究方法及技术体系
    于贵瑞, 牛书丽, 李发东, 张雷明, 陈卫楠
    应用生态学报    2021, 32 (7): 2275-2289.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202107.036
    摘要825)      PDF(pc) (5051KB)(199)    收藏
    生物及生态系统与环境变化间的反馈关系及其过程机制是生态学研究的重要内容。不同类型的生物环境因素控制实验以及大尺度的联网野外控制实验被认为是认识生态系统响应和适应环境变化过程机制、精细定量表达的有效手段及认知过程的加速器。近年来发展了大型野外物理模拟实验装置网络(如ECOTRON)、生态系统分析与实验平台(AnaEE)、国际干旱实验研究网络(Drought Network)、氮沉降联合实验网络(Nutrient Network),以及基于各区域性生态观测实验站的联网控制实验(如USA-ILTER)。发展大陆尺度联网实验研究平台事业正日益受到学术界的重视,将会在认知生态系统环境响应过程机制方面发挥更重要的作用。基于以上背景,本文综述了生态系统环境控制实验的研究方法和实验体系的发展,明确指出各种类型的生物环境控制实验需要形成联合协作体系,共同解决生态系统对环境变化的响应及适应的基本科学问题。目前的控制实验包括: 1) 实验室封闭装置内的生物生理生态学控制实验;2) 野外实验场的半开放部分环境要素控制实验;3) 近自然状态的野外环境控制实验;以及4) 基于野外生态站的联网控制实验。进而,本文还深入讨论了陆地生态系统的环境响应及适应过程机制实验系统设计的发展趋势,分析了基于大尺度自然环境梯度实验及生态站尺度的要素控制实验的优势,提出了整合两种实验技术、发展新一代的野外联网实验体系的科学设想,讨论了基于野外联网控制实验的研究体系,论证了研究生态系统对环境变化短期响应和长期适应的规律和机制、生态系统环境响应定量表达的技术途径。若本文提出的控制实验体系设计方案能够得以实施,必将大大促进我国乃至全球生态系统和环境变化科学的研究水平,对我国应对气候变化和生态环境建设具有重要的科学意义。
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    8. 宏观生态系统科学整合研究的多学科知识融合及其技术途径
    于贵瑞, 任小丽, 杨萌, 陈智
    应用生态学报    2021, 32 (9): 3031-3044.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202109.040
    摘要468)      PDF(pc) (7240KB)(177)    收藏
    综合认识大尺度的宏观生态系统结构功能、空间变异和动态演变的过程机理和模式机制,实现对生态系统变化及其对人类福祉影响的定量模拟、科学评估和预测预警,服务生态系统的利用保护及调控管理,是当代宏观生态系统科学的重要发展方向,正在孕育并形成大尺度的宏观生态系统科学整合生态学(IEMES)研究新领域。本研究通过对宏观生态系统科学整合生态学研究的基础理论、多学科知识融合途径及其关键技术问题的系统分析,形成以下几个基本认识: 1)宏观生态系统科学整合生态学研究是以区域、大陆和全球尺度的宏观生态系统为研究对象,采用多学科知识融合方法和技术,致力于解决人类社会发展的食物安全、资源安全、生态安全、环境安全等重大资源环境问题。2)宏观生态系统科学整合生态学研究的基本科技任务是: 理解宏观生态系统的结构功能基本属性,监测生态系统状态变化,解释生态系统时空演变规律,认知生态系统运维过程机理,定量评估生态系统功能状态及服务能力,预测生态系统动态演变及地理格局,预警生态系统变化及生态环境灾害。3)宏观生态系统科学整合生态学研究需要重新构造“多源数据分析-多模型模拟-多学科知识融合”的理论和方法学体系,发展“多尺度观测、多方法印证、多过程融合、跨尺度模拟”的多学科知识融合关键技术。4)大陆尺度的地基-空基-天基多时空尺度生态系统观测试验网络是承载多学科知识深度融合研究的基础科技设施,需要围绕区域、大陆和全球尺度的宏观生态系统科学问题,发展多要素-多过程-多界面-多介质-多尺度-多方法的多学科维度生态学知识融合关键技术。
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    9. 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
    于贵瑞, 张黎, 何洪林, 杨萌
    应用生态学报    2021, 32 (8): 2653-2665.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202108.040
    摘要533)      PDF(pc) (5038KB)(155)    收藏
    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。
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    10. 生态系统质量及其状态演变的生态学理论和评估方法之探索
    于贵瑞, 王永生, 杨萌
    应用生态学报    2022, 33 (4): 865-877.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202204.026
    摘要612)      PDF(pc) (2234KB)(177)    收藏
    生态文明建设和生态环境治理是国家治理的基本任务之一,我国已经明确提出了提升生态系统质量和稳定性的目标。然而,生态系统质量的科学概念及其状态演变的评估理论和方法却是一直困扰学术界且尚未形成广泛共识的难题。本文在梳理生态系统质量的科学概念及其状态演变研究进展基础上,借鉴物质生产的产品质量、质量管理和质量评价概念,论述了生态系统质量概念及生态学理论基础,从生态系统的自然属性-社会属性-经济属性及其相互关系,生态系统组分-结构-过程-功能-服务-功效的级联关系,系统要素-系统-环境互馈关系,以及生态系统的状态波动-数量变化-质量改变的逻辑关系等视角,讨论了生态系统质量及演变的科学内涵,进而从自然资源环境系统、典型生态系统、区域宏观生态系统、生态工程效应/功效等方面,提出了多应用目标的生态系统质量变化评估的视角和方法。
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    11. 区域资源环境承载力科学概念及其生态学基础的讨论
    于贵瑞, 张雪梅, 赵东升, 邓思琪
    应用生态学报    2022, 33 (3): 577-590.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202203.020
    摘要409)      PDF(pc) (3999KB)(156)    收藏
    资源环境承载力是生态学领域的一个重要概念,其理论和实践研究已成为衡量区域可持续发展的重要依据。但是有关生态学基础与资源环境承载力的科学联系仍未明确,其中有哪些生态学理论对资源环境承载力的发展起到了支撑作用还没被厘清,这使得资源环境承载力的科学概念十分模糊。本文在讨论资源环境、生态系统承载力科学概念及其发展的基础上,系统讨论了生物可占用的空间生态位容积,生态系统可承受环境胁迫压力的生态阈值,气候、水和营养等可持续供给的潜在资源容量(供给能力),以及缓冲和净化污染物质的环境容量等基本概念。进而从地基压强承载能力、空间容量承载力及生态阈值承载力的生物物理学角度,定义了自然资源供给承载力(NRSCC)、自然环境承载力(NECC)、生物种群发展承载力(CCBPD)、社会经济发展承载力(CCSED)和生态系统环境胁迫承载力(CCESE)的科学概念。并深入讨论了生态系统的生物种群增长及生态容量理论、生态系统多功能性及资源环境效应理论、生态系统多稳态及自适应自组织理论等3个核心生态学基础问题。期望能够通过探讨区域资源环境承载力评估的理论和方法,为区域资源环境利用、保护及社会经济可持续发展提供理论依据。
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    12. 自然生态价值、生态资产管理及价值实现的生态经济学基础研究——科学概念、基础理论及实现途径
    于贵瑞, 杨萌
    应用生态学报    2022, 33 (5): 1153-1165.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202205.006
    摘要336)      PDF(pc) (4218KB)(152)    收藏
    自然界的生态系统为人类繁衍发展提供各式各样的生活、生产和生计的环境条件与自然资源。基于自然规律的生态系统管理是人类社会不断认知自然生态价值、保护利用自然环境和资源、创造积累生态资产、维持社会经济系统永续发展的基本途径。以此为核心认知的区域生态经济学或经济生态学,正在成为探讨人类世地球系统演变及社会经济可持续发展问题的科学研究前沿。本文以大尺度区域宏观生态系统科学为学术视角,以生态系统的多功能性与多元价值观为基础,综合论述了自然生态价值、生态资产、生态产品等基本概念;从生态学、社会学和经济学融合角度,分析讨论了生态资产形成与变化、生态产品生产与消费、生态投资与生态资产损益等过程原理;提出了区域生态资产的系统经营与生态价值实现途径,期望为我国及区域生态系统价值及生态资产的评估,生态产业及生态价值实现体系的发展提供理论和方法学参考。
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    13. 提升生态系统质量和稳定性的生态学原理及技术途径之探讨
    于贵瑞, 王永生, 杨萌
    应用生态学报    2023, 34 (1): 1-10.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202301.025
    摘要262)      PDF(pc) (1963KB)(456)    收藏
    提升生态系统质量和稳定性是国家生态环境建设的迫切任务,但生态系统质量及其稳定性的生态学原理是亟待阐述的生态学难题。本文在梳理生态系统质量和稳定性的影响因素及其相互作用关系基础上,从生物集聚与结构嵌套的自组织、生态要素关联及生态过程耦合、生态系统整体性及功能涌现、生态服务外溢及功效权衡、资源供给能力和环境适宜性的协同互作、自然变化和人类活动交互影响等视角,论述了生态系统质量及其稳定性演变的生态学原理,并围绕生态系统宏观格局调整、自然保护地体系建设、区域复合生态系统综合管理、退化生态系统恢复、受损生态系统重建、典型生态系统过程管理等层级,提出了提升生态系统质量及其稳定性的技术途径与管理策略。
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    14. 中国区域生态恢复和环境治理的生态系统原理及若干学术问题
    于贵瑞, 郝天象, 杨萌
    应用生态学报    2023, 34 (2): 289-304.   DOI: 10.13287/j.1001-9332.202302.030
    摘要413)      PDF(pc) (4901KB)(103)    收藏
    当代生态学是解决全球可持续发展面临的重大资源、环境和生态问题的分析手段和哲学理念。生态学在其长期发展过程中,不断汲取、融合相关学科营养,形成了与气候系统、生物系统和社会经济系统紧密联系的当代生态学及生态系统科学体系,提出的诸多生态系统原理可直接服务于区域生态恢复和环境治理等社会实践。新阶段的国家需求赋予了生态学新使命,亟需总结凝练宏观生态系统原理,应用于区域生态恢复和环境治理,促进社会经济高质量发展。本文以全球可持续发展面临的多重严峻挑战为背景,系统阐述了生态系统科学的逻辑思维和科学使命,梳理了生态恢复和环境治理的生态系统科学原理体系,讨论了中国区域生态恢复和环境治理的若干学术问题。最后强调指出,中国区域拥有多个具有全球意义的区域性宏生态系统,开展宏生态系统理论和实践研究,不仅是我国生态文明建设的迫切需要,更是生态系统科学研究的前沿阵地,有望为生态学理论发展及全球生态环境治理做出新贡献。
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