视频一区在线观看,韩国一级在线观看,riav久久中文一区二区

《生態(tài)學(xué)：管理自然的經(jīng)濟學(xué)》

Ecology: The Economy of Managing Nature

復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院趙斌教授在中國大學(xué)MOOC網(wǎng)站上傾心打造的《生態(tài)學(xué)：管理大自然的經(jīng)濟學(xué)》。關(guān)注本公眾號，可在第一時間獲得課程的同步更新。

?掃碼可進入中國大學(xué)慕課課程?

最樸素的風(fēng)格，最真摯的DIY課程

生態(tài)學(xué)(ecology)是研究生物與環(huán)境，及生物與生物之間相互關(guān)系的生物學(xué)分支學(xué)科。生態(tài)學(xué)一詞，是由德國生物學(xué)家?？藸枺‥. Haeckel）1869年提出的。不過，他當時的定義，主要是以動物為研究對象的，所以他對生態(tài)學(xué)的定義是：研究動物與其生存環(huán)境之間相互關(guān)系的科學(xué)，特別是動物與其他生物之間的有益和有害關(guān)系。今天我們要講的話題，是生態(tài)學(xué)的過去、現(xiàn)在和未來。這本身其實又是三個話題了，所以我們首先介紹的是生態(tài)學(xué)的過去，也就是生態(tài)學(xué)發(fā)展史。可以說，生態(tài)學(xué)的歷史源遠流長，一般來說，大致分為三個階段，那就是：萌芽期、形成期和發(fā)展期。首先讓我們來看看公元16世紀以前的生態(tài)學(xué)萌芽期。

從有人類開始認識自然，到公元前16世紀以前，都可以看作是生態(tài)學(xué)萌芽期。可以想象的是，原始部落要尋找獵物，就必須了解常見動物的物候習(xí)性，而后來有了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，就不僅要了解作物生長與季節(jié)、氣候，以及土壤和水分之間的關(guān)系，而且還要防治害蟲的爆發(fā)。也就是說，古人在長期的農(nóng)牧業(yè)、狩獵和漁業(yè)生產(chǎn)中，慢慢積累了樸素的生態(tài)學(xué)知識。這一時期，生態(tài)學(xué)的發(fā)展，以古代思想家、農(nóng)學(xué)家對生物與環(huán)境相互關(guān)系的樸素、整體觀為其主要特點。

中國著名的古典，有些就可以看做是生態(tài)學(xué)研究相關(guān)的巨著。為什么呢？比如，《管子·地員篇》、《春秋》、《莊子》記載有土壤性質(zhì)與植物生長和品質(zhì)的關(guān)系，以及動物行為等等。我們知道，《管子》是中國古代地理名著，而地員篇是其中之一，該篇被稱為是最早的地植物生態(tài)學(xué)著作，應(yīng)該是不算過分的，其內(nèi)容主要來自戰(zhàn)國時代農(nóng)家的資料，通篇采用不同方式對不同的地形、土壤、水文、植被進行了分類，并闡述了這些不同的環(huán)境因子之間的某些聯(lián)系，還注意到了土壤中動物的情況，這對于生態(tài)學(xué)來說，是有一定的啟蒙思想的。還有一些著作，比如《呂氏春秋》、《農(nóng)政全書》、《齊民要術(shù)》等，都有不少內(nèi)容是針對生物與環(huán)境關(guān)系的描述。

而且，許多內(nèi)容還上升到哲學(xué)上的認識。比如，公元前700年，李冉的《道德經(jīng)》表達了地球上“水木金火土”五行相生相克的思想，這樣的思想在亞洲許多國家也得到了認同和發(fā)揚光大。無獨有偶，古希臘哲學(xué)家恩培多克勒（Empedocles），他認為萬物皆由水、土、火、氣四者構(gòu)成。這可能是他最大的貢獻了，因為這成為接下來兩千年大部分時間的標準教條。當然，恩培多克勒在其著作中還注意到了植物與環(huán)境的關(guān)系。

另外，還有兩位希臘科學(xué)家也值得一提。一個就是公元前4世紀大名鼎鼎的亞里士多德。他描述了動物不同類型的棲居地，并按動物活動的環(huán)境類型分為陸生和水生，按食性分為肉食、草食、雜食和特殊食性等。之后，他的學(xué)生泰奧弗拉斯托斯，在他的“植物地理學(xué)”著作中提出了類似今天植物群落的概念，還認識到動物體色是對環(huán)境的一種適應(yīng)。

15世紀以后，特別是16世紀文藝復(fù)興之后，許多科學(xué)家通過科學(xué)考察，積累了不少宏觀生態(tài)學(xué)的資料。從這個時候開始，到20世紀40年代，是生態(tài)學(xué)建立、生態(tài)學(xué)理論形成、生物種群和群落由定性向定量描述、生態(tài)學(xué)實驗方法發(fā)展的輝煌時期，這一時期我們一般稱為生態(tài)學(xué)形成期。又可細分為奠基期、形成初期和鞏固期。可以說，在這個時期，各學(xué)科的科學(xué)家都為生態(tài)學(xué)的形成做出了卓越的貢獻。

我們首先想介紹的，是波義耳（Boyle）。或許大家在物理課學(xué)習(xí)中聽說過這個名字，你們聽到的應(yīng)該是波義耳定律，說在密閉容器中的定量氣體，在恒溫中氣體的壓強與體積成反比關(guān)系。但是，波義爾（Boyle）最大的貢獻，還是因為他敢于批評當時一直公認的“四元素說”，出了一本書叫《懷疑的化學(xué)家》，提升了人們對化學(xué)元素的認識，所以他也被認為是近代化學(xué)的奠基人。但我們可能不知道，他對于早期的生態(tài)學(xué)，也就很大的貢獻。這是他當時做氣體壓強實驗中用到的一些設(shè)備。我猜測，也許他在做氣體壓強實驗中，無意中發(fā)現(xiàn)了某些現(xiàn)象，所以1967年就發(fā)表了這些結(jié)果，展示了低壓對動物物種的影響，而這一不留神呢，卻成為動物生理生態(tài)學(xué)研究開端的標志。所以，波義耳一生做出的里程碑式的貢獻可真不少。

接著我們要介紹的，是列氏溫標的提出者，法國科學(xué)家雷奧姆爾（Reaumur）。什么是列氏溫標呢？我們看這張圖，就是上面標記R的刻度，我們知道，標記C的是攝氏溫標。對比一下，很容易發(fā)現(xiàn)，兩個溫標的0度標記是一樣的，但列氏溫標40度與攝氏溫標50度正好相等。可以猜測，列氏溫標的沸點溫度應(yīng)該是80度。一點兒不錯，列氏溫標就是這樣定義的。所以，如果想將列氏溫標的溫度轉(zhuǎn)為攝氏溫標，只需要把列氏溫標數(shù)據(jù)乘上1.25。他與生態(tài)學(xué)研究有什么關(guān)系呢？他呀，就是一個地地道道的昆蟲學(xué)家，提出溫標那完全是副業(yè)，他1735年出版了6卷昆蟲學(xué)著作，詳細描述了溫度變化與昆蟲發(fā)育相關(guān)的生理學(xué)研究，所以他被認為是研究生理學(xué)的先驅(qū)。

接著，我們就要介紹大家相對比較熟悉兩位科學(xué)家了，那就是林奈和布豐。林奈（C. Linnaeus）是瑞典博物學(xué)家。大家了解的林奈，應(yīng)該是他在植物學(xué)上的貢獻，也就是1753年撰寫的《植物種志》，完善了動植物命名法則“雙名法”，提出了生物分類的階層性，并按物種多少和親緣關(guān)系進行分類，這一分類方式廣為接受，并被沿用至今。可能許多人認為，是林奈創(chuàng)立了“雙名法”，其實這是不對的。因為，在古希臘時代，亞里士多德就提出了雙名制的雛型；而在1623年，瑞典植物學(xué)家鮑興創(chuàng)立了雙名命名法，這比林奈早了一百多年，應(yīng)該屬于最早創(chuàng)立的。所以正確的評價應(yīng)該是：林奈將雙名法進行了完善與推廣。即使這個成就也非常了不起，瑞典人把林奈看做是他們的驕傲，所以他的頭像被印在一百元的紙鈔上了。我們現(xiàn)在要談?wù)撍谏鷳B(tài)學(xué)中的貢獻，那就是，他是首先把物候?qū)W、生態(tài)學(xué)和地理學(xué)結(jié)合起來的研究者，在他的著作中，他綜合描述了外界環(huán)境條件對動物和植物的影響。

現(xiàn)在我們再來看看與林奈同時代的法國博物學(xué)家布豐（C. de Buffon），他也被稱為數(shù)學(xué)家、生物學(xué)家、啟蒙時代的著名作家等等頭銜。他的作品很多，布豐注意到，在不同的地區(qū)，哪怕是相似的環(huán)境，生物種群也表現(xiàn)出不同的特征，這就是他最早引入了生物地理學(xué)的概念和原理。而且，布豐還研究了人和猿的相似之處，并探討了人與猿來自同一個祖先的可能性，這強調(diào)生物變異基于環(huán)境的影響。可以說，布豐的這些作品對現(xiàn)代生態(tài)學(xué)都有非常深遠的影響。他的思想，還影響了之后兩代的博物學(xué)家，包括達爾文和拉馬克。所以也有稱他為“18世紀后半葉的博物學(xué)之父”。

到了18時期后期，接近19世紀的時候，確切地說是1798年，馬爾薩斯(T. R. Malthus)發(fā)表了他的巨著《人口論》，也有被翻譯為《人口學(xué)原理》的。其基本思想是：如沒有限制，人口是呈幾何速率增長的，也就是從2增長到4，到8，到16，再到32等，而食物供應(yīng)呈算術(shù)速率增長，也就是按照1，2，3，4，5的線性速度增長。這樣人口增長很快就會超越食物增長而受到限制。這可以看做是需求供應(yīng)失衡理論。馬爾薩斯對于人口問題的思考是現(xiàn)代進化理論的基礎(chǔ)。達爾文終生都是馬爾薩斯的崇拜者，由于馬爾薩斯理論，達爾文認識到生存競爭不僅發(fā)生在物種之間，而且也在同一物種內(nèi)部進行。我們可以看到，馬爾薩斯模型中所稱的人口（population），在生態(tài)學(xué)中有另一個稱呼，種群。那么，從現(xiàn)代的種群增長模型來看，馬爾薩斯提出的指數(shù)形式的種群增長，其實就是生態(tài)學(xué)中所稱的“內(nèi)稟增長率”。

比利時生物學(xué)家費爾哈斯特（Verhulst）也是馬爾薩斯思想的追隨者。但他發(fā)現(xiàn)，種群增長不僅和現(xiàn)有種群相關(guān)，還和可用資源本身有關(guān)，即地域環(huán)境所決定的最大承載量。1833年，他將營養(yǎng)關(guān)系反映到種群數(shù)學(xué)模型中，導(dǎo)出了一個S形曲線的模型，用于描述種群增長速度與種群密度的關(guān)系，我們后來稱為邏輯斯諦方程。這也是把數(shù)學(xué)分析方法引入生態(tài)學(xué)的重要案例和里程碑。在種群密度相對較低時,基本上還是馬爾薩斯模型，但當種群增加到一定程度時，種群增長率便會趨緩，而且越靠近種群上限K，增長率越小，最后停止增長。

說到這里呢，我不的不提前說一下將近一個世紀以后的事兒。這個邏輯斯諦方程在費爾哈斯特發(fā)表之后，很長一段時間并沒有引起廣泛注意。1920年代，雷蒙德·佩爾（Raymond Pearl）和羅威爾·里德（Lowell J Reed）在研究美國人口增長的時候，也推導(dǎo)出了邏輯斯諦方程，而那個時候正好是美國人口增長開始放緩，需要更精確的模型來進行描述。他們的文章發(fā)表在1920年的PNAS上。時隔兩年之后，他們才注意到費爾哈斯特的文章。所以，我們現(xiàn)在說這個故事，是想說明佩爾與里德對這個方程是再次發(fā)現(xiàn)。這個并不奇怪對吧，那個時候查閱文獻并不會像現(xiàn)在這么方便。之后呢，這個方程正式成為描述種群數(shù)量變化的最基本方程，得到廣泛應(yīng)用，還被用于生物生長過程和產(chǎn)業(yè)新技術(shù)創(chuàng)新成長過程的描述之中。

那我們再回到19世紀。其實，19世紀后期開展的對植物群落的定量描述，也已經(jīng)以統(tǒng)計學(xué)原理為基礎(chǔ)。我們再簡單羅列一下這個時代的一些人物和他們的貢獻。1859年，英國的達爾文(C. Darwin)在《物種起源》一書中提出自然選擇學(xué)說，強調(diào)生物進化是生物與環(huán)境相互作用的產(chǎn)物，引起了人們對生物與環(huán)境的相互關(guān)系的重視，這無疑促進了生態(tài)學(xué)的發(fā)展。1869年，德國的海克爾對生態(tài)學(xué)進行了定義，這我們已經(jīng)在前面提到了。1877年，德國的莫比烏斯，對，就是這個發(fā)現(xiàn)莫比烏斯帶的科學(xué)家，他創(chuàng)立了生物群落的概念。還有德國的瓦爾明1895年發(fā)表的《以生態(tài)地理為基礎(chǔ)的植物分布》一書，標志著植物生態(tài)學(xué)的誕生。1896年，德國的施羅特提出了個體生態(tài)學(xué)和群體生態(tài)學(xué)概念。

德國植物地理學(xué)家洪堡(A. Humboldt, 1769~1859)，他認為自然界是一個巨大的整體，各種自然現(xiàn)象相互聯(lián)系，并依其內(nèi)部力量不斷運動、發(fā)展。他也常常從直接觀察的事實出發(fā)，運用比較法，揭示自然現(xiàn)象之間的因果關(guān)系。我們現(xiàn)在許多地理學(xué)中的重要概念，如等溫線、等壓線、地形剖面圖、海拔溫度梯度、洋流、植被的水平與垂直分布、氣候帶分布、溫度垂直遞減率、大陸東西岸溫度差異、大陸性與海洋氣候、地形對氣候形成的作用等，并創(chuàng)造性地將氣候與地理因子的影響結(jié)合起來，探討氣候同動植物的水平分異和垂直分異的關(guān)系，描述物種的分布規(guī)律。此外，他也發(fā)現(xiàn)地磁強度從極地向赤道遞減的規(guī)律，火山分布與地下裂隙的關(guān)系等。我在想呀，他要活在我們這個時代，有一個手機，那么愛觀察，是否能發(fā)現(xiàn)更多的東西呢？

從20世紀初至20世紀50年代，我們稱為生態(tài)學(xué)鞏固期。1920年代中葉之前，雖然在個體、種群和群落的水平開展了許多研究工作，但總的來說還處于定性描述階段，缺乏對生態(tài)現(xiàn)象的解釋。之后生態(tài)學(xué)開始了最初的定量分析，或者說為定量分析做好了準備。如前面所提到的邏輯斯諦方程，還有我們后面將要介紹的洛特卡-沃特拉（Lotka-Volterra）方程。這個描述兩個種群間相互作用的方程是由洛特卡1925年和沃特拉1926年分別獨立提出的，所以稱為統(tǒng)稱為洛特卡-沃特拉方程。

同時，還有不少生態(tài)學(xué)著作和教科書，開始闡述我們現(xiàn)在所學(xué)的生態(tài)學(xué)基本概念和論點了。例如，艾爾頓（C.Elton）在1927年出版的《動物生態(tài)學(xué)》一書中，提到了食物鏈、能量金字塔、生態(tài)位等非常有意義的概念。

從這個時候開始，我們可以認為：生態(tài)學(xué)已基本成為具有特定研究對象、研究方法和理論體系的獨立學(xué)科了。

20世紀初期，植物生態(tài)學(xué)的發(fā)展也不容小覷，特別是在植物群落生態(tài)學(xué)方面有了很大的進展。例如，這個時候許多學(xué)者先后提出的植被演替、頂極群落和生物群系等重要概念，對生態(tài)學(xué)理論的發(fā)展起了重要的推動作用。這些內(nèi)容，我們在后面討論群落概念的時候，還會詳細進行介紹。可以理解的是，由于地球各地自然條件不同，植物區(qū)系和植被性質(zhì)也相差甚遠，科學(xué)家的語言也不同，在認識和工作方法上也各有千秋，最后呢，這方面的爭議形成了幾個地域中心或不同學(xué)派。我們今天對這個話題不深入展開討論。

也許，對大多數(shù)人來說，動物和植物在生存對策上有很大的差異。所以可以想想，在生態(tài)學(xué)發(fā)展歷史上，動物生態(tài)學(xué)和植物生態(tài)學(xué)，是分別在兩個方面各自發(fā)展的，相互之間的術(shù)語甚至都不相通。為了改善這種情況，美國兩位生態(tài)學(xué)巨匠克萊門茨（Clements）和謝爾福德（Shelford）1939年合著了一本書，叫做《生物生態(tài)學(xué)》(Bio-ecology)。表面上看好像是統(tǒng)一了，但實際上從內(nèi)容來看還是各寫各的，所以這個階段，其實是動物、植物生態(tài)學(xué)并行發(fā)展的。而真正發(fā)生根本性變化的，是直到生態(tài)系統(tǒng)概念的提出，我們可以看到，在一個生態(tài)系統(tǒng)當中，植物和動物是渾然天成，融為一體。

說到生態(tài)系統(tǒng)，我們就不得不說說林德曼（Lindeman）了。他的研究，定義了生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)。在他開始這個工作之前，生態(tài)學(xué)家們只關(guān)注動、植物物種的分類和特征。而他則把重點轉(zhuǎn)移到了生態(tài)系統(tǒng)上，展示了有機體之間如何相互依賴，以及其生存環(huán)境如何。1941年，林德曼在耶魯大學(xué)進行博士后研究，他對賽達伯格湖的能量流動進行了定量分析，因為湖泊生態(tài)系統(tǒng)相對來說比較簡單，而且是封閉的。他的研究取得了成功。他發(fā)現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動具有單向流動、逐級遞減的特點，能量在相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率約為10%～20%。林德曼就以數(shù)學(xué)方式定量地表達出了各營養(yǎng)級的相互關(guān)系，建立了營養(yǎng)循環(huán)的理論模型，標志著生態(tài)學(xué)開始真正從定性走向定量。可惜的是，他這篇最著名的文章發(fā)表后，同年就因為肝炎而去世了，年僅27歲。

1917年，美國生態(tài)學(xué)會成立，有三百多人參加了會議。參加會議的人員要求回答一些問題，這些問題都非常樸素，而且也非常有價值。你發(fā)表過哪些生態(tài)專題的論文？你對什么樣的生態(tài)學(xué)科有特殊的興趣，或者你正在進行的工作是什么？你在哪些地方進行了生態(tài)工作？你對哪些地區(qū)比較熟悉？你對哪些分類群特別感興趣？你最有經(jīng)驗的實驗方法是什么？你用什么野外儀器工作過？參加會議人員的專業(yè)，也非常豐富，包括最多的植物生態(tài)學(xué)和動物生態(tài)學(xué)，還有為數(shù)不少的林學(xué)、農(nóng)學(xué)、昆蟲學(xué)和海洋生態(tài)學(xué)，當然還有與植物生態(tài)學(xué)相關(guān)的植物生理學(xué)、植物病理學(xué)，與動物生態(tài)學(xué)相關(guān)的動物寄生蟲學(xué)，另外呢，還有氣候?qū)W、地質(zhì)學(xué)和土壤物理學(xué)的人員，現(xiàn)在來看呀，都是生態(tài)學(xué)的重要支撐學(xué)科，在那個時候看來就奠定了基礎(chǔ)。

20世紀50年代以來，生態(tài)學(xué)吸收了數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、工程技術(shù)的研究成果，向精確定量方向前進并形成了自己的理論體系，稱為現(xiàn)代生物學(xué)時期。當然，我們也應(yīng)該看到，在人類經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)獲得史無前例飛速發(fā)展的同時，雖然給人類帶來了進步和幸福，也帶來了環(huán)境、人口、資源和全球變化等關(guān)系到人類自身生存的重大問題。而恰好是我們在解決這些重大社會問題的過程中，讓生態(tài)學(xué)與其它學(xué)科相互滲透，相互促進，獲得的了重大的發(fā)展。

首先，從理論認識上，是整體觀的發(fā)展。我們前面說過，動植物生態(tài)學(xué)由單獨發(fā)展走向統(tǒng)一，其中生態(tài)系統(tǒng)研究成為主流。從研究方法上來看，研究環(huán)境因素的作用機制離不開生理學(xué)方法，離不開物理學(xué)和化學(xué)技術(shù)，更離不開數(shù)學(xué)的方法，從理論上講，生態(tài)系統(tǒng)的代謝和自穩(wěn)態(tài)等概念是來自生理學(xué)的，而從物質(zhì)流、能量流和信息流的角度來研究生物與環(huán)境的相互作用，則可說成是由物理學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)、生態(tài)學(xué)和社會經(jīng)濟學(xué)等共同發(fā)展出的研究體系。所以生態(tài)學(xué)不僅與生理學(xué)、遺傳學(xué)、行為學(xué)、進化論等生物學(xué)各分支領(lǐng)域相結(jié)合，形成了一系列新的領(lǐng)域，而且還與數(shù)學(xué)、地學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等自然科學(xué)相交叉，產(chǎn)生了許多邊緣學(xué)科；甚至超越了自然科學(xué)界限，與經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)、城市科學(xué)相結(jié)合，從人類活動對環(huán)境的影響來看，生態(tài)學(xué)是自然科學(xué)與社會科學(xué)的交匯點，生態(tài)學(xué)成了自然科學(xué)和社會科學(xué)相連接的真正橋梁之一。

數(shù)理化方法、精密靈敏的儀器和電腦的應(yīng)用，使生態(tài)學(xué)研究可能更廣泛、更深入地探索生物與環(huán)境之間相互作用。現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的研究對象，正在向宏觀和微觀兩極多層次方向發(fā)展，從小的分子、細胞，一直到景觀、區(qū)域、生物圈或全球，雖然微觀方面的成就不容小覷，但主流發(fā)展仍然是宏觀方向，產(chǎn)生了許多跨尺度的研究。有關(guān)尺度和跨尺度的研究，這是生態(tài)學(xué)中一個非常重要的問題，我們之后還會專門進行討論。

隨著社會經(jīng)濟和現(xiàn)代工業(yè)化的高速度發(fā)展，自然資源、人口、糧食和環(huán)境等一系列影響社會生產(chǎn)和生活的問題日益突出。許多生態(tài)學(xué)問題，往往超越國界。特別是二戰(zhàn)后，有上百個國家參加的國際規(guī)劃一個接一個。

其中，最重要的一些計劃包括，60年代國際生物科學(xué)聯(lián)合會(IUBS)制定了“國際生物學(xué)計劃”(IBP)，對陸地和水域生物群系進行生態(tài)學(xué)研究；70年代，聯(lián)合國教科文組織等設(shè)立了人與生物圈(MAB)國際組織，并制定了“人與生物圈”計劃；80年代有IGBP，也就是國際地圈生物圈計劃；還有90年代的生物多樣性計劃（DIVERSITAS）。另外，還有我們這里沒有提到的，為保證世界環(huán)境的質(zhì)量和人類社會的持續(xù)發(fā)展制定的計劃，為保護臭氧層、預(yù)防全球氣候變化等的計劃。下面我們分別來講一講。

國際生物學(xué)計劃（IBP），1964年開始執(zhí)行，大家可以理解，那個時代我國沒有參加。這個計劃的中心是全球主要生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生物生產(chǎn)力研究。在國際生物計劃之前，只有國際地球物理年這樣的計劃，才體現(xiàn)出全球性的、跨學(xué)科相互聯(lián)系的優(yōu)勢。國際生物學(xué)計劃的成功，以及公眾的廣泛支持，為之后的“Big Ecology大生態(tài)”和先進技術(shù)在生態(tài)系統(tǒng)變化研究中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。國際生物學(xué)計劃的后續(xù)項目現(xiàn)在已經(jīng)是長期生態(tài)研究項目（LTER）的組成部分。

人與生物圈計劃，1970年提出，也可以看做是國際生物學(xué)計劃的繼續(xù)。其主要任務(wù)是研究在人類活動的影響下，地球上不同區(qū)域各類生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其發(fā)展趨勢，預(yù)報生物圈及其資源的變化和這些變化對人類本身的影響。從這個名字我們就可以看出，研究計劃的目的，是通過自然科學(xué)和社會科學(xué)兩個方面，研究人類今天的行動對未來世界的影響，保證人類社會持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

接著，讓我們來看看國際地圈生物圈計劃（IGBP），這是在1984年正式提出，1991年開始執(zhí)行的。其科學(xué)目標主要集中大尺度的問題，在空間尺度上是研究整個地球系統(tǒng)，在時間尺度上為幾十年到幾百年，探討那些主導(dǎo)地球系統(tǒng)相互作用的物理、化學(xué)和生物學(xué)過程，以及對人類來說最敏感的相互作用過程和重大變化。可以想象，這樣的計劃當然需要全世界的共同努力。計劃的最終目標是提高人類對全球變化的預(yù)測能力。我們來看看該計劃的八個核心研究計劃，從中就可以領(lǐng)略出這種大尺度的計劃究竟是想解決什么問題。

最后，是生物多樣性計劃，名稱采用了拉丁語的“多樣性”（DIVERSITAS），最早于1991年提出。是一項旨在整合生物多樣性科學(xué)，以造福人類的國際研究項目。項目有兩個使命，一方面要在生物多樣性科學(xué)中整合生物學(xué)、生態(tài)學(xué)和社會科學(xué)；另一方面要為保護地球多樣性的決策提供可靠的科學(xué)基礎(chǔ)。生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)功能的作用，就是其最核心的組成部分。

讓我們來總結(jié)一下現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的發(fā)展趨勢和特點。首先，生態(tài)學(xué)從動、植物生態(tài)學(xué)分別單獨發(fā)展而走向統(tǒng)一，生態(tài)系統(tǒng)研究成為主流，重點開始關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能。然后有四個轉(zhuǎn)變，以曾經(jīng)的科學(xué)家們最濃厚的興趣是誕生于博物學(xué)的自然研究，到現(xiàn)代開始考慮人類活動干擾生態(tài)系統(tǒng)，也就是開始食人間煙火了；第二，生態(tài)學(xué)在基礎(chǔ)研究方面，已趨向于從狀態(tài)描述轉(zhuǎn)向過程剖析，由靜態(tài)描述趨向動態(tài)分析，由定性研究向定量研究發(fā)展，以宏觀研究為主向宏觀和微觀縱深發(fā)展，并逐漸向多層次的綜合研究發(fā)展。另外，現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的發(fā)展，與人類社會的發(fā)展也密切相關(guān)，在歷史上有三個輝煌時期。一個是1820~30年代，這是生態(tài)學(xué)的第一次輝煌，形成了不同學(xué)派；然后是1950年代的環(huán)境危機，促進了生態(tài)學(xué)的第二次輝煌；再就是從1990年代末到現(xiàn)在，人們關(guān)注生物多樣性、全球變化和可持續(xù)發(fā)展問題，導(dǎo)致的第三次輝煌。

接著，我們將談?wù)勆鷳B(tài)學(xué)未來的話題。其實，對于未來的預(yù)測，是很難的。我們只能說是對未來的展望。但這個展望絕對不能毫無根據(jù)。那么我的根據(jù)是什么呢？我的根據(jù)，主要來自英國和美國生態(tài)學(xué)會在學(xué)會誕生一百周年的慶祝大會上，其理事和主席所發(fā)表的觀點。

2013年，英國生態(tài)學(xué)會百年華誕，正好借這個東風(fēng)，國際生態(tài)學(xué)會2013年年會也同期在英國倫敦召開，時任理事長喬治娜·梅斯教授做了一個主題發(fā)言，她認為：由激情和緊迫感所刻畫的保育科學(xué)目前正面臨著在一定科學(xué)基礎(chǔ)上的轉(zhuǎn)化要求。一些相關(guān)的學(xué)科，包括生態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)和進化，到生物地理學(xué)、社會科學(xué)和經(jīng)濟學(xué)，都對生態(tài)學(xué)的發(fā)展做出了不同程度的貢獻。自然保育已經(jīng)從維持性保護，發(fā)展到主動保育，現(xiàn)在發(fā)展到要將自然作為人類系統(tǒng)的一部分進行考慮。有關(guān)這個報告的視頻，我已經(jīng)放在擴展視頻中了，歡迎大家學(xué)完本課之后看一看。

她隨后將這個發(fā)言進行了整理，以“生態(tài)學(xué)必須進化”為題發(fā)表在Nature上，這是對現(xiàn)代和未來生態(tài)學(xué)發(fā)展的一個評論：如果生態(tài)學(xué)想解決全球性問題，那么它就必須進化。我自己也對她的報告和這篇文章進行了解讀，發(fā)表在中國的《科技導(dǎo)報》上。這篇文章不長，希望大家在看完梅斯的演講后再掃碼看看。

因為是百年慶典大會，所以梅斯回顧到，在過去一個世紀，生態(tài)學(xué)研究已大大改善了我們對物種之間相互作用的理解。但這樣的認識大多是來自理論與模型的結(jié)合，以及精心設(shè)計的長期室內(nèi)實驗，或在很多不同地方開展的野外實驗。從歷史上看，生態(tài)學(xué)往往圍繞著科學(xué)家個人的研究系統(tǒng)，展開一些具有“所有權(quán)”的研究，但她認為這其實只是搜集了一個苦心竭力策劃的數(shù)據(jù)集。無論這些生態(tài)學(xué)研究的細節(jié)多么有趣，無論在這個尺度上如何充分理解其動態(tài)和過程，但小尺度生態(tài)學(xué)的研究結(jié)果很難得一些普遍性結(jié)論，如多個物種如何在群落水平應(yīng)對疾病或天氣模式改變的擾動；同時，這些結(jié)果也很難嵌入到模擬地球系統(tǒng)的模型之中，如氣候、海洋環(huán)流或水循環(huán)過程。但從另一個方面講，如果研究者在模擬這樣的系統(tǒng)中沒有考慮生態(tài)學(xué)的一些具體過程，他們又有可能會錯失重要的反饋、閾值和約束條件。

所以，她最后指出：全球范圍內(nèi)的重大問題，從全球氣候變化、人口增長、糧食安全、疾病傳播、清潔水供應(yīng)以及生物多樣性喪失和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，為生態(tài)學(xué)家步入這個新時代帶來了壓力。這需要一類新型的生態(tài)學(xué)，它將側(cè)重于生物的整個群體，是人類與物理環(huán)境進行交流的尺度；也就是說：社會越來越需要生態(tài)學(xué)家提供一些信息，既針對特定問題、特定地點和時間，同時還具有預(yù)測性，規(guī)范性的和擴展性。

美國生態(tài)學(xué)會成立于1915年，晚英國生態(tài)學(xué)會兩年。其2015年的百年華誕慶典，在巴爾的摩（Baltimore）召開。會議的主題，不僅僅是回顧歷史，探索已經(jīng)掌握的知識，還要想想如何繪制下個世紀的藍圖，包括人類的維持以及改善與地球上賴于生存的其他生命世界的關(guān)系。而在慶典的前一周，美國生態(tài)學(xué)會主席大衛(wèi)·伊諾伊（David W. Inouye）在Science上發(fā)表了一篇社論：下一個世紀的生態(tài)學(xué)。大家知道吧？英國的梅斯在Nature上發(fā)文，因為Nature雜志是英國的，伊諾伊在美國的Science上發(fā)文，也是順理成章的。是不是這個原因，其實我也不知道。

我們再繼續(xù)說說伊諾伊的這篇文章。他回顧到，在過去100年里，基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)研究催生了一些重要的范式變化。例如，如果我們獲得一個有關(guān)生物地理學(xué)的簡單圖解模型，就可以解釋許多空間尺度上的物種分布模式。不管是森林大火，還是抗生素對腸道微生物群落的影響，這其實都是生態(tài)系統(tǒng)受到擾動后的演替規(guī)律。早期生態(tài)學(xué)家們只是思考調(diào)節(jié)植物和動物群落的基本原則是什么，沒曾想到他們的這些想法會被借用，成為理解人體微生物，理解影響我們的營養(yǎng)、免疫系統(tǒng)甚至心理狀態(tài)的基礎(chǔ)。所以，在合成生態(tài)學(xué)的新領(lǐng)域中，生態(tài)學(xué)家正在與醫(yī)學(xué)專家合作，設(shè)計出有益的微生物群落，其基礎(chǔ)也是起源于一個世紀之久的生態(tài)野外研究。這些例子似乎都預(yù)示著：下個世紀，生態(tài)學(xué)家的作用和生態(tài)學(xué)原理的應(yīng)用有可能發(fā)生重大變化，醫(yī)科學(xué)生及從業(yè)者也需要充分了解生態(tài)學(xué)。當然，對于這篇文章，我也寫了一個介紹，放在我的博客中，請各位同學(xué)掃碼閱讀。

他還相信，未來，國際社會也將更加注重生態(tài)學(xué)，正如新近出現(xiàn)的政府間生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平臺所展示的那樣。通過聚焦對傳粉生物的首次評估報告，提供了一個可操作性的科學(xué)建議，可促進將生態(tài)科學(xué)更好地結(jié)合到管理和立法中。結(jié)合新開發(fā)的工具、分析方法和預(yù)測世界環(huán)境未來的模型，生態(tài)學(xué)家可以告知決策者如何預(yù)防、減輕或適應(yīng)環(huán)境變化。因此，伊諾伊總結(jié)說：從棲息在我們腳下的地球微生物，到對我們來說尚未知曉的宇宙環(huán)境，未來100年的生態(tài)學(xué)發(fā)現(xiàn)將會影響我們的生活。我們現(xiàn)在所進入的社會是用科學(xué)知識武裝起來的，并有能力做出負責任的決定。

說到未來的科學(xué)研究，我特別喜歡說說這本書：《第四范式數(shù)據(jù)密集型科學(xué)發(fā)現(xiàn)》。這是微軟研究院2009年出版的，我特別有興趣的是其中介紹了地球與環(huán)境科學(xué)、生命與健康科學(xué)中基于海量數(shù)據(jù)的科研活動，探討了這種新范式的內(nèi)涵和內(nèi)容。我們來看看這本書的目錄，第一章就是地球與環(huán)境，其中的第四節(jié)，是用數(shù)據(jù)來定義生態(tài)科學(xué)。可見，未來的生態(tài)學(xué)是一個與數(shù)據(jù)密集性科學(xué)非常相關(guān)的研究范式。數(shù)據(jù)密集型的第四范式，其實與我們家喻戶曉的大數(shù)據(jù)是同樣一個概念。那么其他的第一、第二、第三范式是什么意思呢？

我們根據(jù)這幾張圖來理解一下。人類最早的科學(xué)研究，主要以記錄和描述自然現(xiàn)象為特征，這稱為“實驗科學(xué)”，也就是第一范式，從原始的鉆木取火，發(fā)展到后來以伽利略為代表的文藝復(fù)興時期的科學(xué)發(fā)展初級階段，都是第一范式，這開啟了現(xiàn)代科學(xué)之門；但這些研究，會受到實驗條件的限制，難于完成對自然現(xiàn)象更精確的理解。科學(xué)家們開始嘗試盡量簡化實驗?zāi)Ｐ停サ粢恍?fù)雜的干擾，只留下關(guān)鍵因素，這就是我們在學(xué)習(xí)物理的時候會提到的“足夠光滑 ”、“足夠長的時間”、“空氣足夠稀薄”等令人費解的條件描述，然后通過演算進行歸納總結(jié)，這就是第二范式。這種研究范式一直持續(xù)到19世紀末，都堪稱完美，牛頓三大定律成功解釋了經(jīng)典力學(xué)，麥克斯韋理論成功解釋了電磁學(xué)；20世紀中葉，利用計算機對科學(xué)實驗進行模擬仿真的模式得到迅速普及，人們可以對復(fù)雜現(xiàn)象通過模擬仿真，推演出越來越多復(fù)雜的現(xiàn)象，典型案例如模擬核試驗、天氣預(yù)報等。隨著計算機仿真越來越多地取代實驗，逐漸成為科研的常規(guī)方法，也就是第三范式。而未來科學(xué)的發(fā)展趨勢是，隨著數(shù)據(jù)的爆炸性增長，計算機將不僅僅能做模擬仿真，還能進行分析總結(jié)，得到理論。數(shù)據(jù)密集范式理應(yīng)從第三范式中分離出來，成為一個獨特的科學(xué)研究范式。也就是說，過去由牛頓、愛因斯坦等科學(xué)家從事的工作，未來完全可以由計算機來做。這種科學(xué)研究的方式，被稱為第四范式。

我們在英文世界的網(wǎng)站中，也會發(fā)現(xiàn)，為小朋友準備的生態(tài)學(xué)學(xué)習(xí)材料，其中一個重要的內(nèi)容，就是數(shù)據(jù)科學(xué)。當然，大數(shù)據(jù)無疑是當今的時髦詞匯和技術(shù)，許多人都想學(xué)。有人談?wù)摯髷?shù)據(jù)時代的公民生活，也有人談?wù)摯髷?shù)據(jù)時代的網(wǎng)絡(luò)反腐，仿佛一夜之間我們就進入了大數(shù)據(jù)時代。其實，學(xué)習(xí)生態(tài)學(xué)也許也是進入大數(shù)據(jù)最直接的理由和通路，所以，生態(tài)學(xué)要從娃娃抓起。

我一直覺得，活在我們這個時代很值，新鮮玩意兒層出不窮。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等等。有人進行了總結(jié)，說，人工智能是生產(chǎn)力、區(qū)塊鏈是生產(chǎn)關(guān)系、云是生產(chǎn)工具、大數(shù)據(jù)是生產(chǎn)資料、物聯(lián)網(wǎng)是自然環(huán)境。也就是說，云計算是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基石，而物聯(lián)網(wǎng)又是云計算最大的用戶，二者的融合可謂珠聯(lián)璧合，相輔相成。在大數(shù)據(jù)時代，云計算融合物聯(lián)網(wǎng)將進一步推動數(shù)據(jù)價值的挖掘，促進產(chǎn)業(yè)爆發(fā)。顯然，作為一個重要的面向未來的科學(xué)——生態(tài)學(xué)，也將是積極擁抱這些新型技術(shù)的。一個星球，一個未來，讓我們拭目以待。

好，最后呢，我再啰嗦幾句。我們中可能有許多人，喜歡用過去的經(jīng)驗，現(xiàn)在的套路，試圖解決未來的問題，但這其實是不可能的。因為沿著現(xiàn)在的路，我們走不到未來！我們正確的姿勢，應(yīng)該是用即將到來的技術(shù)，思考未來的解決方案。生態(tài)學(xué)的未來也是如此。

今天的話題一聊又是這么多，希望你有所收獲，也能繼續(xù)思考，特別不要忘記，有一些擴展視頻和資料需要你們在課后慢慢消化。好，同學(xué)們，再見！

視頻課程

———— / END / ————

本站僅提供存儲服務(wù)，所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布，如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容，請點擊舉報。

九色国产,午夜在线视频,新黄色网址,九九色综合,天天做夜夜做久久做狠狠,天天躁夜夜躁狠狠躁2021a,久久不卡一区二区三区