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地理—生态过程研究的进展与展望(1)(2)

2016-01-15 01:03
在生态过程研究中, 也多以自然生态变化的机理而展开。如植被空间格局变化研究仍然以顶级群落概念、群落格局演替Gap 理论和生命区划分体系为理论基础, 难以解释由人类主导的生态系统的动态过程。如在生态系统结构和过程变化的动态描述中常以Odum 的生态系统演变规则(Strategy of Ecosystem Development)[15]为理论框架, 在此框架下生态系统应向热力学稳定态(Homeostasis) 演化; 然而, 生态系统很少达到稳定态, 也不一定呈现向稳定态演替的趋势。生态系统对环境长期变化的适应性研究经常以Tilman的资源竞争平衡理论为依据, 但以此为基础的模型并不能现实地模拟生态系统结构和过程的动态变化[16]。同时, 由于大多数生态学理论是基于单个生境中小尺度上的研究发展起来的, 而目前的环境问题具有大尺度的性质[17], 所以, 尺度问题业已成为现代生态过程研究的需求。
在全球环境变化驱动下, 传统地理过程与生态过程的研究发生了深刻变化, 与地理—生态过程相关的国际重大科学计划相继启动。如从国际生物圈计划(IBP) 到人与生物圈计划(MAB), 再到千年生态系统评估(MA); 从国际地圈—生物圈计划(IGBP) 到全球变化的人文影响计划(IHDP)等。纵观这些研究计划和相关学科的发展, 可以发现地理过程从任何角度看都不再是单纯的自然过程, 生态过程的研究也不再仅仅局限于生态系统内的动态与发展, 注重人类活动影响, 注重多学科的交叉融合, 正在成为现代地理—生态过程研究的重要特点。
目前, 地理过程的研究正经历着从自然向自然与人文结合方向发展, 从无机向无机与有机结合方向发展, 从单要素、单个过程的研究向多要素、多过程耦合与综合研究方向发展, 从宏观到宏观与微观结合方向发展[3]。生态过程的研究也伴随着生态学的发展,表现出生态过程研究与人口、资源与环境问题相结合, 其研究对象从自然生态系统向自然社会经济复合生态系统方向发展。研究方法从局部的、孤立的研究向整体的网络化研究发展, 生态过程研究的时空尺度不断拓展, 研究手段不断更新。在地理—生态过程的研究中, 新的科学问题和研究领域正悄然凸现。
2 地理—生态过程研究的主要科学问题
现代地理—生态过程强调人为因素在各种过程中的作用, 强调人为因素作用下的地理—生态过程对自然资源和环境的影响, 强调地理—生态过程与全球变化之间的耦合作用以及可能引发的后果, 强调地理—生态过程在土地退化过程中的关键作用, 强调利用现代手段进行定量化研究和过程模拟。在地理—生态过程研究中, 所涉及的基本科学问题包括结构与过程、综合与集成两大方面, 其研究重点则集中在尺度—结构—过程相互作用、自然—经济—社会相互联系、地貌—水文—生态过程相互耦合、地理—生态过程与资源环境效应相结合等领域。
2.1 基本科学问题
2.1.1 结构与过程在地理—生态过程的研究中, 结构往往是指不同生态系统和景观单元的空间关系, 如生态系统与景观单元的大小、形状、数量、类型及空间组合等。所涉及的过程包括自然过程(元素和水分的分布与迁移、物种的分布与迁徙、径流与侵蚀、能量的交换与转化等) 和社会文化过程(交通、人口、文化的传播等)。目前, 结构与过程研究的科学问题主要集中在结构、功能、动态、驱动力、过程、机制等几个方面。
(1) 结构关于结构的研究, 是重点探讨地表系统的要素组成和空间分布特征, 如土地利用/ 土地覆被的组成和分布格局、生态系统的空间异质性等。其中, 如何有效刻画生态系统和景观单元的结构特征, 构建具有生态学意义的格局指数是目前地理—生态过程研究中富有挑战性的研究课题。现代信息技术为获取生态系统和景观类型空间分布的基础信息提供了强大技术支撑, 深入分析遥感、地理信息系统和相关学科的发展趋势对于全面提升结构分析的研究水平具有重要的意义。
(2) 功能系统的要素组成决定系统功能的发挥, 功能是不同系统要素与结构的外在体现。功能的研究主要分析陆地表层系统的结构演变与过程动态所表现出的生态、经济和社会功能。不同类型生态系统服务功能研究、结构变迁与过程耦合下的资源环境效应等是目前功能研究的热点问题。