我国生态系统研究的发展趋势与优先领域，本文主要内容关键词为：发展趋势论文,生态系统论文,领域论文,我国论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文章编号：1000-0585(2010)03-0383-14
1 引言
人类活动已经对生态系统产生了广泛而深远的影响。全球尺度上，这种影响主要表现在：大面积的陆地自然生态系统被开垦为农田，水资源开发利用造成水生生境破碎化或丧失，过度利用及环境污染使得水域和湿地生态系统生物多样性及功能受损。大规模的资源耗竭、生态退化和全球变化对人类的可持续发展构成了严峻挑战[1]。生态系统变化有着复杂的驱动机制，主要的驱动因素可以概括为人口、经济、社会政治、文化和宗教、科学技术以及自然和生物的多种类别[2]。
就国情而言，中国人口众多，到2008年底，人口总数接近13.3亿[3]，自然环境复杂，自然资源相对缺乏[4]，在全球变化的背景下，快速的经济社会发展和巨大的资源消费需求使得中国主要生态系统已经不堪重负，表现出结构失衡、功能退化的趋势[5]。
国内外的生态系统变化态势表明，人类活动相关驱动要素的调控和管理将成为生态系统保护、恢复和管理所面临的关键问题。因此，当今生态系统的研究已经超越了传统经典生态学的范畴，愈加重视通过自然—社会经济—人类活动的综合视角，探讨生态格局、过程、功能和服务相关的科学机制。
生态系统研究对象涵盖了自然、半自然和人工生态系统的各种类型，跨越了从基因、生物个体、种群、群落、生态系统、景观、区域和全球的多种尺度，涉及分子生态学、生理生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学、景观和区域生态学、全球生态学、生态遥感、生态经济学、管理科学等众多学科。生态系统研究主要关注生态系统的格局、动态、过程、服务和可持续管理等相关科学问题，服务于生态保护与恢复、生态评价和生态系统管理，是连接生态科学、地理科学及区域发展决策的桥梁和纽带。
可见，生态系统研究具有鲜明的交叉学科特性，构成地球表层复杂系统研究的一个重要组成部分。生态系统研究能够为增进人类对地球表层复杂系统的认知以及提高人类在地球上的可持续发展能力做出巨大贡献[6]。
2 21世纪以来生态系统研究的国际发展态势
进入21世纪以来，随着生态系统研究的不断深入，逐渐形成了一些研究热点，主要包括生物多样性与生态系统功能、生态系统管理、生态风险与生态安全、全球变化的生态响应与效应、生态系统服务等方面。
2.1 生物多样性与生态系统功能
生物多样性与生态系统功能的关系及其内在机制是当前生态学领域的重大科学问题。Loreau总结了生物多样性与生态系统功能方面的一些理论进展，围绕两个问题展开[7]：(1)生物多样性如何影响生态系统过程的幅度（生物多样性的短期效应）；(2)生物多样性如何在面临干扰的条件下维系生态系统过程的稳定性（生物多样性的长期效应）。功能生态位互补和取样效应已经被作为两种主要类型的机制来解释物种多样性对生态系统过程的短期正效应，比如初级生产和养分滞留。在跨越不同立地条件的比较中，环境参量的变化会在一定程度上掩盖多样性对生态系统过程的局地效应。经典的确定性、平衡范式在解释生态系统稳定性方面有一定局限，而随机、非平衡范式能够揭示不稳定环境下生物多样性对生态系统生产力的缓冲效应和功能增强效应。相关理论进展表明，将群落和生态系统生态学联系起来，能够为生态学的创新性、集成性研究铺垫富有成效的道路。
物种多样性和生态系统过程关系方面的主要进展体现在重要功能物种识别及其内在机制方面，而实验研究结果在向景观和区域水平进行尺度上推以及不同生态系统类型和过程之间的转换方面还存在很大不确定性，在确定生物多样性动态、生态系统过程和非生物因子交互作用方面是未来研究的一大挑战[8]，空间尺度、多营养级、变异性、环境随机性和代表性物种组合的选择在探讨生物多样性与生态系统功能关系上也是颇具挑战的因素[9]。为了减少不确定性，需要进一步深化和加强对一些重点科学问题的研究[10]，例如：分类学多样性、功能多样性、生态系统结构之间的关系对于识别生物多样性效应机制，营养级多样性在生物多样性与生态系统功能研究中的作用，生态系统稳定性及干扰响应的长期生态学实验，生物多样性与生态系统特征之间的反馈关系及尺度推绎等。因此，当前的生物多样性与生态系统功能关系理论还难以形成对管理者决策实践提供强有力的支撑[11]，生物多样性管理当前仍需采取谨慎的、预防为主的方法[12]。生物多样性与生态系统功能的研究也需要进一步面向管理需求，开展创新性探索，例如，在实验设计中考虑生态系统功能的物种特异性贡献、丰富度、冗余度、灭绝倾向、生态系统的组成和结构[13]。
2.2 生态系统管理
提出生态系统管理的概念是科学家对全球规模的生态、环境和资源危机的一种响应，作为生态学、环境科学和资源科学的复合领域，自然科学、人文科学和技术科学的新型交叉学科，不仅具有丰富科学内涵而且具有迫切的社会需求和广阔的应用前景[14]。生态系统管理也是自然资源管理的一种整体性途径，它将生态相互关系的科学认知、复杂社会经济和政治价值框架进行整合，对解决保护和发展的问题具有可达性和社会可接受性，以实现生态系统和区域的可持续发展[15]。
生态系统管理的决策支持需要将生态学的专业知识与空间相关的监测数据进行综合，在这一方面，Adriaenssens等发展了基于规则的模糊数学模型，以处理高度变异的、语言的、模糊的和不确定的数据和知识，从而实现从数据收集到决策应用的逻辑严谨、可靠和明晰的信息流[16]。从欧洲森林生态系统管理的角度，Pretzsch等总结出了多用途、主导用途、环境敏感的多用途、整体生态系统途径和生态区域视角等五种基本范式，提出从不同时空尺度和不同学科集成系统性知识是当前欧洲森林生态系统管理的一大挑战，因此，与开发能够覆盖生态、生产和景观问题方面均有良好功能的整体模型相比，用一系列具有不同重点的模型组建一个能够适应于特定需求的模型工具箱是更有前途的策略[17]。
生态系统管理的理论和方法也已经应用到了陆地水域和海洋生态系统[18]，例如将海鸟作为渔业和生态系统管理的指标[19]。生态系统管理的生态系统方法逐步完善，并在资源利用与保护、环境保护、渔业、森林、流域管理等方面获得了应用与发展[20]。
总体上看，生态系统管理作为一种正迅速发展的自然资源管理理念和思路，其研究和应用领域越来越广；资源管理由数量管理、质量管理走向生态系统管理，更加重视资源开发与环境协调发展、学科的综合、多部门的协作和区域集成[21]。
2.3 生态风险与生态安全
“生态风险”(ecological risk)是生态系统及其组分所承受的风险，主要关注一定区域内具有不确定性的事故或灾害对生态系统及其组分可能产生的不利作用，具有不确定性、危害性、客观性、复杂性和动态性等特点[22]。
生态风险的研究主要集中于评价和管理两大方面。生态风险评价是根据有限的已知资料预测未知后果的过程，其关键是调查生态系统及其组分的风险源，预测风险出现的概率及其可能的负面效果，并据此提出响应对策[23]。
生态风险评价的内容通常是基于风险受体界定风险源、风险作用过程、风险危害与结果的分析与评价。针对单一风险源的评价已经发展了包括物理方法（商值法和暴露—反应法）、数学模型法和计算机模拟法；而针对多风险源、多受体的区域生态风险评价，也已经有了PETAR（复合生态系统生态风险评价）方法[24]和相对生态风险评价模型[25]。然而，在评价阈值的确定、暴露与危害分析、定量表征和不确定性处理等方面还需要很多改进和完善，主要趋势和需求表现在：开发区域生态风险评价的指标体系，建立风险评价标准，发展各种定量评价方法和技术是区域生态风险评价的难题和方向；多风险源对不同层次生命系统的生态效应如何表征和评价，仍需积极探索[22]。
生态风险管理是从整体角度考虑政治、经济、社会和法律等多种因素，在生态风险识别和评价的基础上，根据不同的风险源和风险等级，生态风险管理者针对风险未发生时的预防、风险来临前的预警、应对和风险过后的恢复与重建4个方面所采取的规避风险、减轻风险、抑制风险和转移风险的防范措施和管理对策[26]。
国际上对生态风险管理的研究内容主要包括风险管理的原则、内容与框架机制的研究和在具体风险管理活动中的应用研究。在原则和机制研究方面关注生态风险管理措施的成本及其对后续管理措施的影响，重视多种决策方案的权衡，强调风险各方的参与和沟通，提倡综合应对，而在具体的风险管理中重视对相关模型的研究。建立有效的风险监测、风险预警和风险决策机制，将会成为生态风险管理研究的重点；加强区域间、部门间的交流与技术合作，共建信息共享平台也将成为风险管理研究的重要环节。同时，使区域生态风险管理与该地区的经济效益相结合，充分调动利益相关方的积极性，优化生态风险管理效益也会成为生态风险管理研究的重要方向。
广义的生态安全是指在人的生活、健康、安乐、基本权利、生活保障来源、必要资源、社会秩序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态，包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全，组成复合生态安全系统；狭义的生态安全是指自然和半自然生态系统的安全，即生态系统完整性和健康的整体水平反映。国际上对生态安全的研究主要分为微观研究和宏观研究两个方面，微观研究主要研究基因工程、环境污染和毒性化学物质使用的生态风险评价和对生态系统健康及生态安全的影响等，宏观研究关注生态系统管理和生态系统健康以及开展生态系统健康评价和规划管理方面的研究[27,28]。
2.4 全球变化的生态响应与效应
全球变化与陆地生态系统相互关系的研究是国际地圈—生物圈计划(IGBP)的关键内容，也是整个全球变化研究的核心领域之一[29]。气候变化在从局地到全球的众多尺度上已经是不争的事实，然而，其生态影响目前尚难于理解和预测，大陆范围的监测网络以及模拟模型对于研究大气、水文等连接不同空间尺度的传输向量的变化非常必要[30]。不同尺度上
的释放与固定，及C、N循环的关系是全球变化生态学研究的重点和热点领域[31]。森林和草地生态系统根系生产力和周转对大气浓度、气温升高、降水变化、氮沉降的响应可能是植物响应与土壤有机质和生态系统碳平衡之间的关键联系，深入研究根系动态对于描述生态系统的全球变化响应至关重要[32]。植物的其他与个体大小和生长率相关的特征也非常重要，因为它们能够决定植被的生产能力及分解和氮矿化速率，而植物特性的改变会对生物地化循环造成影响，并且通过水分、能量的交换以及干扰而产生景观和区域效应[33]。不同物种间相互作用关系的研究和全球变化背景下物种分布变化预测对于全球变化风险评估也很重要[34,35]。
在全球变化背景下小尺度生态过程研究的同时，跨尺度、跨区域的陆地生态系统联网观测研究也获得了蓬勃发展[36]，主要的国际陆地生态系统联网观测计划包括全球环境监测系统(GEMS)、全球陆地观测系统(GTOS)、全球气候观测系统(GCOS)、国际长期生态研究网络(ILTER)、通量观测网络(FLUXNET)和集成性全球观测战略(IGOS)。
另外，一些全球变化敏感地区和生态系统类型也得到了重点关注，例如：河口和海岸带[37,38]、高山林限和树限生态交错带[39,40]和冰川冻土地区[41]等。
2.5 生态系统服务
2000年世界环境日，由当时的联合国秘书长安南正式宣布启动的千年生态系统评估(Millennium Ecosystem Assessment,MEA)是人类首次对全球生态系统的过去、现在及未来状况进行评估，并据此提出相应的管理对策[42]。
生态系统服务是人类从生态系统获得的各种惠益，是人类赖以生存和发展的基础，包括供给服务、支持服务、调节服务和文化服务[42～44]。生态系统服务评价是MEA的核心内容之一，MEA的工作极大地推进了生态系统服务研究在世界范围内的开展。美国生态学会在2004年提出的“21世纪美国生态学会行动计划”中，将生态系统服务科学作为生态学面对拥挤地球的首个生态学重点问题[45]。2006年英国生态学会组织科学家与政府决策者一起提出了100个与政策制定相关的生态学问题（共14个主题），其中第一个主题就是生态系统服务研究[46]。生态系统服务的研究已成为当前国际上生态学研究的前沿和热点领域。
生态系统服务研究正由类型识别、经济价值评估向机理分析方向发展。近年来国际上围绕生态系统服务内涵、分类、物质量及价值量评估等方面开展了大量研究[43,47～49]。与此同时，人们也深刻意识到：人类活动在不断改变生态系统组成、结构和功能过程中严重削弱了生态系统服务[44,45]。但是，如何保育和管理生态系统，改善生态系统服务，进而保障区域生态安全，生态学家和管理者却感到力不从心。其原因在于：对生态系统的大部分服务还缺乏深入的生态学理解，能够为决策提供依据的生态学信息非常少，如：生态系统结构—过程与服务的定量关系，生态系统管理的关键组分、管理的边界和范围的确定、不同管理方式下生态系统服务的变化、生态系统服务与人类活动的关系等，生态学均难以提供明确的答案[50～54]。揭示生态系统结构—过程—服务的相互关系、明确生态系统服务形成和供给机制，为生态系统服务的评估和生态系统管理提供科学基础，是当前生态系统服务研究的关键问题。
生态系统服务的尺度特征与多尺度关联是生态系统服务研究的重点和难点。生态系统服务取决于一定时间和空间上的生态系统结构和过程，人类从生态系统获得利益的大小与生态系统的时空尺度有着密切的关系。任何特定生态系统的管理都要与特定的生态系统特点相一致，全球性的评估不能满足国家和亚区域尺度决策者的需要。同时，一些生态过程是全球性的，地区级的产品、服务、物质、能量经常是跨区域输送的，仅强调某一个特定生态系统或者特定国家的评估不能反映生态系统在更高尺度上的特征。每一个尺度上的评估都可以从目前更大和更小尺度上的评估中受益[42]。确定自然生态系统生态服务的提供机制，必须有明确的测度方法并了解相应尺度生态系统服务的动力学机制[45]。
近年来，对生态系统服务的尺度效应的研究引起越来越多的关注[55～57]。一方面，生态系统过程和服务只有在特定的时空尺度上才能充分表达其主导作用和效果，而且最容易观测[45]，即生态系统过程和服务常常具有一个特征尺度，即典型的空间范围和持续时间[42]。明确生态系统服务的空间尺度对于景观和区域层次的保护和土地管理规划具有重要意义[58,59]；另一方面，同一生态系统服务的不同提供者能够在一系列时空尺度范围内表征[44]。另外，生态系统服务的评估结果还依赖于观测尺度[60]，从而一定程度上揭示大尺度生态系统服务经常被低估的可能原因。因此，尺度关联和尺度转换是生态系统服务功能研究的重点和难点。
生物多样性与生态系统服务的关系是生态系统服务研究的重要内容。生物多样性对生态系统服务的影响一直是国际上生态学研究的一个焦点。Balvanera等分析了2006年以前50年的研究工作来寻找生物多样性影响生态系统功能和服务的定量证据，通过分析446个典型案例，认为生物多样性对生态系统服务有积极影响[12]。Worm等研究了生物多样性丧失对海洋生态系统服务的影响，也发现：海洋生物多样性的丧失极大削弱了海洋提供食物、净化水质和抗干扰的能力[61]。但也有研究表明生物多样性影响生态系统服务尚缺乏有力证据，尤其是在热带环境条件下，通过生物多样性管理来调控生态系统服务尚需谨慎[62]。
尽管国内外学者围绕生物多样性与生态系统功能开展了大量研究，但由于生物多样性与生态系统服务的关系非常复杂，明确生态系统服务之间的依存关系，有利于促进人们对生态系统服务科学机制的理解，以便为自然资源的保护和可持续利用提供管理和决策支持[49]。可见，加强生物多样性与生态系统服务的长期研究与观测、区域性研究及其集成是阐明生物多样性与生态系统服务关系的必然途径[62,63]。
2.6 重要国际科学计划中的生态系统研究
生物多样性科学国际研究计划(DIVERSITAS)、国际地圈—生物圈计划(IGBP)、国际全球变化人文机制计划(IHDP)和世界气候研究计划(WCRP)，这四个国际科学计划进一步联合，以发展和传播应对全球变化的科学。四个国际科学计划都与生态系统研究有着密切的关系。IGBP和IHDP相联合的Global Land Project(GLP)将土地利用及管理影响下的生态系统特征和功能及由此而引起的对生态系统服务供给和人类福祉的影响作为核心问题；WCRP将生态系统过程和服务作为气候变化的调节因子加以研究；IHDP的核心科学计划中的全球环境变化与人类安全、地球系统管理、城市化与全球变化也都以生态系统过程和服务的研究作为其重要基础。
与生态系统研究联系最为紧密的是DIVERSITAS， 目前该计划已经进入第二阶段，有4个核心计划：分别是bioDISCOVERY、ecoSERVICES、bioSUSTAINABILITY、bioGENESI。这些计划的焦点依此是：生物多样性现状评估，变化监测、认知和预测；生物多样性与生态系统服务的连接、生态系统功能与生态系统服务的关联性、人类对生态系统服务变化的响应；评价目前所采取的生物多样性保护和可持续利用措施的有效性、分析研究生物多样性丧失的社会经济驱动因子、研究生物多样性保护和可持续利用的社会选择和决策取向；生物多样性的新策略和新方法、多样性的原动力、人为环境变化下的生物进化[64]。
总体看来，生态系统研究正在向着机理深化、多尺度系统监测与模拟、社会经济—自然综合评价与管理对策等多维方向不断发展。地球表层生命系统及其环境具有很高的复杂性，因此很难用单一学科的理论和方法来解析这种复杂性。作为“自然—经济—社会复合生态系统”理念国际版“人与自然耦合系统(Couple human and natural systems)”的概念也开始形成并在方法上获得了初步发展[65,66]。
实际上，除生物多样性与生态系统功能是经典生态学所关注的关键科学问题之外，其他研究方向均具有不同程度交叉学科的性质。样地到区域尺度，将生态、遥感和微气象相结合，对生态系统结构和功能进行研究，从而有可能推动遥感生态学的建立和发展[67]，因此在相关学科的推动下，生态系统研究方法论的不断丰富和发展也是国际生态系统研究的一个重要趋势。
3 我国生态系统研究的重大科学问题
2006年国务院发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》，明确了科技发展的重点领域、主题、重大专项、前沿技术和基础研究等重要问题。11个重点领域中的水和矿产资源、环境、农业、城镇化与城市发展4个重点领域不同程度地需要生态系统研究的支持。4个重点领域中的相关优先主题包括综合资源区划、生态脆弱区生态系统功能的恢复重建、海洋生态与环境保护、全球环境变化监测与对策、农林生态安全与现代林业、生态农业、城镇区域规划与动态监测和城市生态居住环境质量保障。16个重大专项中的“水体污染控制与治理”与生态系统研究相关。生态系统研究兼具基础学科与交叉学科特性，因而成为基础研究的重点之一，所涉及的科学前沿问题包括“地球系统过程与资源环境效应”和“人类活动对地球系统的影响机制”。可见，生态系统领域的研究在推进国家科技发展、落实可持续发展战略和维护国家生态安全方面肩负着重要使命。
将国家生态保护、恢复和生态建设与科技发展方向相结合，我国生态系统研究中的重大科学问题可以概括如下：
(1)生态系统退化的过程与机理；
(2)多尺度生态恢复的理论与方法；
(3)生态系统退化和恢复的区域格局、时间动态与优化调控；
(4)生态保护的生态学基础与优化管理途径；
(5)生态系统过程、功能与服务相互关系及生态系统服务的系统识别；
(6)生态系统服务评估与生态补偿和生态系统综合管理；
(7)生态复杂性、生态风险与生态安全；
(8)全球变化的生态响应与适应；
(9)生物多样性与生态系统功能；
(10)生态系统监测与综合模拟。
4 我国生态系统研究的优先领域、重要方向和关键问题
4.1 优先领域
4.1.1 生态系统监测、评价与模拟 生态系统监测是生态系统研究的基础。生态系统监测在整合现有资源条件的基础上，进一步优化监测布局、拓展监测内容及时空尺度。把典型生态系统的过程监测与遥感技术相结合，提高监测的效率。生态系统评价涉及生态系统的结构、过程、功能等多个方面，评价内容包括脆弱性、稳定性、完整性、生态系统健康等。生态系统模拟能够弥补监测时空尺度有限性的不足，为理解多尺度生态系统的变化及其机制提供科学依据。生态系统监测、评价和模拟在生态系统过程和服务研究中具有基础性地位，能够提供数据支持、阐明不同尺度生态系统过程和服务的动态特征和尺度变异性。
4.1.2 全球及环境变化生态学 全球及环境变化不仅蕴含着丰富的科学问题，还具有明确国家需求。全球及环境变化构成生态系统变化的驱动要素，生态系统变化也是全球及环境变化的组成部分，对全球及环境变化有一定的调节作用。生态系统过程和服务的研究是全球及环境变化生态学的重要基础，直接服务于全球及环境变化生态系统响应、适应和管理对策的研究，为国家应对全球变化、处理相关国际事务提供科学依据，同时也为土地利用和城市化、环境污染防治和环境管理提供决策支持，具有基础和应用研究的双重意义。
4.1.3 生态系统恢复与恢复生态学 恢复生态学提供指导管理干预的概念和操作性框架，从而对环境破坏进行修复[68]。生态恢复活动的类型多种多样，从局地到区域、从社区自发的行为到多部门的联合行动，恢复模式上从单纯依靠自然力的自然修复到旨在加速或者改变生态系统恢复的过程和方向的生物和非生物干预。对生态系统过程、人与生态系统协同进化关系、环境变化的科学认知都会影响生态恢复策略选择。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，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[69]。因此，生态系统恢复与恢复生态学超越了纯粹的自然科学和技术层面，而具有很强的综合性和应用性。生态系统研究能够为生态系统恢复和恢复生态学提供科学依据。
4.1.4 生物多样性保护 现代社会中的重大环境热点问题研究推动了保护生物学的发展，学科融合使得保护生物学正在发展成为保护科学(Conservation Science)[70]。保护科学直接面向生物多样性保护，在生物多样性保护实践的推动下丰富和发展，同时也为生物多样性保护实践提供科学依据。生物多样性与生态系统过程和功能的研究是保护科学的核心领域之一，生物多样性与生态系统服务的研究为生物多样性保护社会经济支持系统的建立提供基础。因此，可以通过生物多样性保护这一理论和应用领域对生态系统过程和服务的研究进行整合，推动生物多样性科学、保护科学的发展。
4.1.5 生态系统服务综合评估 生态系统服务的研究是当今国际生态学研究的热点，也是迄今为止生态学研究中综合性最强的研究方向。生态系统服务的形成机制研究实际上对经典生态学中关于生物多样性与生态系统功能，生态系统结构、过程与功能等科学问题进行了整合，而生态系统服务的评估又进一步将生态系统与人类社会的需求和福利相关联，从而为生态系统的保护、恢复和可持续利用提供逻辑的、伦理的和社会经济的依据。在生态系统过程和服务学科领域主要关注生态系统服务分类及权衡关系、形成和提供机制、定量分析与评估方法、尺度效应与区域集成、生态系统服务的优化调控等。
4.1.6 生态系统可持续管理 生态系统管理作为生态系统研究的一个重要方向，重点在于关注实现生态系统保护、恢复和可持续利用背后的生态学理论、方法、社会人文机制等科学问题，来源于生态系统管理的实践，为生态系统可持续管理的实践提供理论基础和方法支持。研究对象包括森林、草地、湿地、农田、城市和乡村聚落以及区域生态系统综合体。研究目标是建立和发展生态系统综合与可持续管理的理论框架、方法与技术体系以及决策支持工具。
4.2 重要方向
4.2.1 生态系统监测与数据同化 生态系统的地面监测能够比较全面地了解生态系统的结构、过程和功能状况及其变化。但是这种观测需要长期持续的投入，所能达到的空间尺度也有一定局限性。因此，为了提高生态系统监测的效率，就需要采用综合监测的策略，即将定位的结构、过程和功能的观测与对地观测技术、空间分析技术等相结合，将长期定位观测数据、遥感数据、地理空间数据进行集成和同化，发展生态系统综合监测的方法，为生态系统过程和服务研究中的尺度效应和尺度转换、空间异质性和区域综合集成提供数据和方法支持。具体包括以下方面：
不同类型生态系统长期定位观测的要素、指标、标准和方法体系；
区域生态系统过程和功能指标及遥感动态监测的理论与方法；
生态系统定位观测与对地观测数据融合和区域生态系统综合监测方法与模型。
4.2.2 生态系统对全球及环境变化的响应与适应 全球及环境变化涉及环境外交和国计民生，因此成为国家的一项紧迫需求。通过生态系统过程和服务的研究为在不同尺度上揭示全球及环境变化对中国生态系统过程、功能和服务的压力和影响，同时，阐明中国生态系统恢复重建、生态保护等积极干预和管理措施对解决全球及环境变化问题的贡献，发展关于全球变化国际谈判、环境污染防治和区域环境管理的国家政策、法律和标准制订的科学基础，发展全球及环境变化生态学。具体包括以下方面：
全球变化、经济全球化和环境污染对中国主要生态系统过程和服务的影响与机理；
中国不同类型和尺度的生态恢复与重建、环境污染的生态防治等对生态系统过程和服务的影响及其对全球及环境变化响应与适应的贡献；
不同全球变化及环境质量情景下，生态系统保护、恢复和重建的数量与质量标准、时空分布格局和生态系统综合管理对策与决策方法。
4.2.3 生态系统恢复的可持续性 随着经济社会发展、生态环境形势的变化和环境意识的逐步提高，不同尺度上已经针对不同类型的生态系统或典型区域开展了大量的生态恢复和重建方面的实践，例如水土保持、退耕还林还草、天然林保护、各种防护林体系建设、退牧还草、退田还湖、生态农业等。但是，各种生态恢复重建工程的生态环境效应如何、综合效益如何、投入产出效率如何、在不同的社会经济和政策环境下是否具有稳定性和可持续性等问题都亟待开展深入的综合研究。生态系统过程和服务的研究可以为上述问题的解决提供科学依据。具体包括以下方面：
不同类型和尺度生态系统过程和服务退化的机理及生态恢复与重建目标、指标与标准体系；
生态系统恢复与重建的技术、方法与优化、规划；
生态系统恢复与重建的综合评价与可持续管理。
4.2.4 生物多样性与生态系统功能 生态系统服务的研究表现出了向过程机理和区域综合两大方向发展的趋势。生物多样性和生态系统功能构成了生态系统服务研究的核心组成部分之一，因此成为生态系统过程和服务研究的一大优先领域。生物多样性与生态系统功能领域的研究不仅要注重生物因素，还要关注非生物环境因素以及生物一非生物因素的关联和协同效应。具体包括以下方面：
生态系统多样性和景观异质性对生态系统功能与服务的影响；
土地利用／覆被变化及人类活动对生态系统多样性及生态系统功能和服务的影响；
城乡区域发展及其规划设计的生态学基础；
生物多样性与生态系统功能的保育和恢复。
4.2.5 区域生态系统服务的耦合关系及定量评估 在区域尺度上，区域生态系统服务变得非常复杂，充满了变异性和不确定性。生态系统各种服务的关系、区域尺度各种生态系统服务的耦合与集成效应都需要进行量化的评估。这就对生态系统结构—过程—功能—服务的研究提出了更高的要求，必须发展基于过程、机理的，能够解决空间异质性、尺度变异性、非线性问题的区域生态系统服务定量评估的理论和方法。具体包括以下方面：
生态系统服务分类及不同类型之间的关联关系；
生态系统服务的形成与消费机理；
生态系统服务的时空尺度效应、尺度转换与区域集成；
土地利用／覆被变化及人类活动对生态系统服务的影响。
4.2.6 区域生态系统综合模型 国内在生态系统及其区域综合模型上一直缺乏开创性的进展，在国际学术舞台上的影响力不高。生态系统模型是生态系统结构、过程、功能与服务方面科学认知的一种高度概括和定量化的总结，是相关研究的重要产出形式，一定程度上代表了生态系统研究的水平。发展区域生态系统综合模型的研究，主要包括以下方面：
不同类型和尺度上生态系统过程模型的研发和集成；
生态系统空间异质性和景观动态模型的研发与集成；
耦合格局与过程的区域生态系统综合模型的研制与系统开发。
4.3 关键问题
4.3.1 生态系统生源要素及水循环过程 以陆地生态系统碳、氮、磷和水循环为核心，开展生态系统物质循环和运移的实验、观测，探讨生态系统的结构、演替和空间变异以及环境变化和人类活动对这些过程的影响，同时研究这些过程的变化对环境质量的影响，发展不同尺度上的定量评价和模拟方法，探索生态系统相关过程调控和优化管理的生态学途径。主要包括：
陆地生态系统的生态水文功能与效应及其变化的自然和人文机制；
生态系统的碳、氮、磷循环及其计量学；
生态系统养分保持与流失过程的评价与模拟；
生态系统综合管理与非点源污染控制、元素固定与生产力调节；
生态系统生源要素和水循环评价与模拟模型。
4.3.2 气候和环境变化对生态系统关键过程的影响 通过控制实验、时间序列重建等方法，研究气候和环境变化主要因子对生态系统的物质循环、能量转化等方面的影响，探讨生态敏感区、生态脆弱区和生态过渡带的变化与气候变化的相互关系与作用机制，为全球变化的干预和适应提供科学依据。主要包括：
气候变化与生态系统物质循环及生产力形成的响应与适应；
土地利用／覆被变化对生态系统生产力与生物地化循环的影响；
气候和土地利用／覆被变化对生态系统演替及生物多样性的影响；
重要生态类型区对气候和土地利用／覆被变化的响应与适应。
4.3.3 生物多样性与生态系统结构功能关系 研究不同生态系统生物多样性及其结构功能差异，不同退化程度的生态系统生物多样性及其结构和功能的差异，探讨人类活动和其他干扰对生态系统生物多样性—结构—功能关系的影响，为生物多样性保护和生物资源的可持续管理提供科学基础。主要包括：
典型生态系统的生物多样性与生态系统的结构功能关系，包括典型的自然、半自然和人工生态系统类型（例如森林、草地、湿地、荒漠、农田和城乡聚落）；
土地退化及其生物多样性和生态系统结构功能关系机制；
生态系统生物多样性—结构—功能关系变化的自然和人文机制；
生物多样性与生态系统功能的调控和可持续管理。
4.3.4 生态恢复的区域环境效应 以不同尺度上的生态恢复项目为依托，以立地、场地和小流域尺度上的生态恢复环境效应的研究为支撑，发展生态恢复环境效应的区域集成和尺度转换方法，服务于区域生态恢复和生态系统管理决策。主要包括：
不同尺度生态恢复重建对相应尺度生态系统过程和服务的影响及其机理；
不同尺度生态恢复重建环境效应评价的指标体系与评价方法；
人类活动对生态恢复重建环境效应的影响；
区域生态恢复重建环境效应的系统集成原理与方法。
4.3.5 景观格局与生态过程耦合 在景观和区域的中观和宏观尺度上，研究空间异质性、土地覆被和利用格局对生态系统过程及其集合效应的影响，以及生态过程的长期变化对空间异质性和格局的影响，从而丰富和发展景观规划和土地利用管理的理论与方法。主要包括：
景观格局与区域生态过程和服务的监测分析方法；
景观格局与区域生态过程和服务的耦合关系与尺度效应机理；
景观格局与区域生态过程和服务交互作用的综合评估与模拟方法；
基于区域生态系统过程和服务的景观格局优化与设计。
4.3.6 区域生态系统变化的社会人文机制 政策因素、人类对自然资源的开发利用、人类对生态系统的理性保护和恢复都已经成为区域生态系统变化的驱动力量。探讨社会人文过程与生态系统结构、过程和功能的协同进化关系，寻求区域生态系统保护和恢复及生态系统服务保育社会经济和人文途径。主要包括：
不同尺度人类活动定量表征的指标与方法；
人类活动对生态系统的结构、过程、功能和服务的影响和作用机制；
经济发展和政策因素的定量表征及其对区域生态系统变化的压力与响应机制；
基于区域生态系统过程与功能的社会人文要素的调控与管理。
致谢：感谢吕一河博士对本文撰写所付出的工作。
收稿日期：2010-01-03；修订日期：2010-02-02
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