《生态系统--平衡与管理的科学》

《生态系统----平衡与管理的科学》[美]K.A.沃科特，J.C.戈尔登，J.P.瓦尔格，D.J.沃科特.北京：科学出版社，2002第一章绪论生态系统定义为“整个系统（从物理学角度），不仅包括复杂的有机体，还包括各种复杂的物理因子，它们共同组成所谓的生物群落环境。生态系统管理主要是涉及到人类的价值，是最终实现将社会系统的边界定位到我们有能力管理生物系统的范围。生态系统研究需要明确分析的时间与空间尺度。生态系统管理将分析的空间尺度定义为管理单元，时间尺度很重要，因为它反映了扰动。如果生态系统中不存在正反馈或负反馈，可以仅研究生态系统中的个体并作为唯一的信息来管理生态系统----系统内部不会在空间或时间上发生毫不相关的联系。然而生态系统中的正反馈和负反馈在系统中是一个整体，从而很难通过研究系统中的单一个体来了解整个系统。不要脱离整个生态系统去研究某个有机体或某个生态系统组分的重要性。采用生态系统方法的一个最重要原因是生态系统中存在较强的相互依赖或反馈关系。生态系统中可能存在却不明显的变化或反馈的重要性。这些关系因为不明显而没有包含在生态系统管理的一系列方法之中。为什么生态系统方法对于了解管理活动的内涵或者人类对生态系统的干扰非常重要呢？过去的一些方法主要着重于观察系统的某一部分，试图将人类活动导致的某些特定影响独立出来，但它们是特别针对某个立地而言的（也就是它们没有很好地推广到其他的系统），它们很难用来预测系统对任何干扰的响应，而且经常造成生态系统更易受到外来干扰的影响，因为系统中的其它因子都相应的发生了改变。研究者和管理者已经将眼光从个体的研究转移到了生态系统整体的研究。整体的方法不会造成生态系统的退化，也不会将它们改变到难以维持原有物种或功能的状态。采用生态系统方法的原因有很多，其中几个如下：（1）对生态系统尺度的过程认识太少，导致处理以下问题的方法贫乏：1.评价系统的生态风险时的不确定性或数据的不足2.很难确定生态系统何时从一个生物极端向另一个极端转化；3.就生态系统的哪部分进行怎样的研究，才能提供足够的信息来检验系统演化的轨迹；（2）系统响应的长时间尺度，使得很难设计试验来有效模拟这些时间尺度。（3）不能有效的发现或预测空间尺度的问题，往往某个尺度上生物或非生物结构和功能可反过来控制另一个尺度的生态过程。（4）不能测定生态系统的抗性和弹性，也不能确定所研究系统的状态与类似生态系统的关系。第二章生态系统概念生态系统概念的根源可以追溯到1935年，当时Tansley首先用了生态系统一词，但是直到60年代以后才有人尝试采用生态系统研究作为系统研究的方法。生态系统的种群—群落方法和功能—过程方法，种群—群落方法侧重于研究种群及它们之间的相互作用，尤其是集中于相互竞争的研究上。这种方法完全集中于生物群落而把物理环境排除在系统之外。相对而言，功能—过程方法侧重于能量流动和物质循环，并把物理环境作为系统的一个完整部分。这就意味着功能方法通常把生物成分或者物种看做是系统的外在表现，只要个体存在，哪个个体有何特殊功能并不重要。尽管在两个方法之间存在着明显的差异，但是两者都是研究系统内的相互作用，要么是生物水平的，要么是能量和物质流水平的。这些方法可以被看做是在特定的时空范围之内有区别地强调生物和环境的作用。事实上，有三种方法用来研究系统的生物成分：1.生态系统方法，它强调能量流动和养分循环；2.群落方法，它强调动植物及两者之间的生物作用；3.前两种方法的组合。以清晰的时间尺度思路来研究系统生态系统概念定义：生态系统（ecosystem）一词最早是由Tansley（1935）提出的，它既包括生物有机体又包括了无机环境，此后生态系统的概念逐渐被人们所接受并出现了多种定义方法。Odum（1959）认为生态系统就是生命有机体和无机物相互作用并产生相互之间物质交换的一个自然区域，另外Odum（1971）还认为在一个给定的区域内的所有生物个体（即群落）与其生存自然环境之间的相互作用，并伴随能量流动产生鲜明的能量结构、生物多样性和物质循环，这样的任何一个单元也可以称为生态系统。Holling（1986）认为生态系统是生物的有机集合体，在该集合体中生物间内在的相互作用对其行为的决定性超过外部任何事件对其行为的决定性。无论是关注物质循环、能量流动还是生物群落之间的相互作用，生态系统一般是指一个层次上的最大空间尺度上能自我维持的实体。不管在哪个层次上把某一系统看作是一个生态系统，都是根据生态系统的定义不同，从而无需考虑其准确性，这样做就意味着生态系统与其说是个概念还不如说是个实体。我们认为过分强调生态系统是一个整体的概念有可能会引发某些生态系统管理目标的混乱。所以强调把生态系统当做研究自然界生物和非生物组分之间相互作用的方法更为贴切。由于相互作用是生态系统方法关注的焦点，生态系统一词的使用起源于过程和功能。生态系统空间范围应该放在其次考虑，并且会受到功能尺度定位的影响。Odum（1959）认为在研究生态系统能量流动过程中首先必须将生态系统组分划分成以下4个组成成员：1.非生命物质；2.生产者；3.消费者；4.分解者。Kimmins（1987）为生态系统这个概念定义了以下6个主要属性：1.结构；2.功能；3.复杂性4.相互作用及相互依赖；5.无固定的空间尺度范围；6.随时间推移而变化。Kimmins的观点不但包含了Odum定义的4个组成成分，而且还更进一步阐明了生态系统具有反馈作用和无固定尺度的特性。生态系统过程就是体现整个生态系统功能的机制过程。生态系统的结构和功能息息相关，生态系统的变化会引起该系统内结构组分的响应变化；同样生态系统结构的变化也会导致系统功能某些方面的相应改变。以下是公认的所有生态系统都应该具备重要的生态特征：1.所有生物体和非生物体部分的综合；2.监控能量流动和物质的输入输出变化；3.利用公认的流通标准-----能量来衡量生态系统功能和生态系统各个组分之间的关联程度。4.边界定义-----能够自我维持的最小单元；5.空间和时间尺度上是一个明显的综合体；6.具有较高的相互依赖性和反馈作用的物种特征，该反馈作用可以体现在物种或者整个生态系统（关键种或者功能组等）的尺度上。7.综合某一特定时空尺度的干扰周期可以清楚地知道，干扰作为生态系统的一部分可以在各种尺度发生；确定遗迹（过去的干扰和结构的痕迹）的重要性及其对当前生态系统结构和功能形成的影响；8.生态系统多重状态波动的特征就是生态系统自然演替的一部分。以上8个要点是生态系统的属性和识别方法，应当作为研究生态系统而建立的生态分析框架的一部分进行考虑。生态系统管理生态系统健康生态完整性可持续性管理的多目标性生态系统管理要求人与自然系统的需求相平衡，生态系统管理的理论框架就必须包括生态系统功能、人类利用及二者之间的相互作用。每一个系统都存在一个阈值超过这个阈值，系统就会出现结构或功能上的退化。人类利用是指人类对生态系统的影响，包括物理的、社会的、经济的和审美的。阈值和不可避免的折衷确定阈值是生态系统管理所必不可少的，当生态系统退化到阈值水平以下时，一些属性和功能就会丧失甚至可能导致生态系统的一些组分崩溃。在许多情况下，阈值代表了在生态系统功能与人类利用之间的一种权衡事实上很难找到一条明显的分界线生态系统健康的定义：1.生态系统健康是生态系统发展中的一种状态。2.生态系统能够支撑并维持一个平衡的、整体的、并具有适应性的有机群落，该群落具有一定的物种组成和功能组织。3.一个生态系统如果是稳定的和可持续的，则可以认为该系统是健康的。4.生态系统能维持其复杂性5.如果一个生态系统有能力满足我们的价值需求，并能以持续的方式生产期望的商品，则可以认为该系统是健康的。指示钟和功能组生态系统管理原则、方法、效益退化的状态退化的状态生态系统正常的状态上限下限一种状态著作：LearningWithMoocs:MassiveOpenOnlineCoursesRoccoPaolucciCreatespace(2013年TheStudent'sQuick-StartGuidetoSuccessfulOnlineLearningAngieWardBite-SizedBooks(2013年世界是开放的:网络技术如何变革教育CurtisJ.Bonk(作者)华东师范大学出版社有限公司;第1版(2011年中国网络教育政策变迁:从现代远程教育试点到MOOC郭文革(作者),北京大学出版社;第1版(2014年翻转课堂的可汗学院:互联时代的教育革命萨尔曼·可汗(SalmanKhan)(作者),刘婧(译者)浙江人民出版社;第1版(2014年MOOC:席卷全球教育的大规模开放在线课程王庭槐(编者)人民卫生出版社;第1版(2014年解码MOOC-----大规模在线开放课程的教育学考察李曼丽等著清华大学出版社;第1版(2013年