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环境生态学

/environmental ecology/
条目作者盛连喜

盛连喜

最后更新 2023-06-09
浏览 167
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研究受干扰特别是人为干扰下生态系统的动态过程与机理、变化规律及生态效应,以及对其开展生态诊断、生态修复和保护对策的科学,是环境科学与生态学相互渗透而形成的新兴交叉学科。

英文名称
environmental ecology
所属学科
环境科学

运用生态学和环境学的原理,阐明各类干扰,尤其是人类活动对环境的影响及解决环境问题的生态途径。换言之,环境生态学是研究环境变化的生态响应与生态变化的环境影响,在环境与生态关系的本质联系上回答各类干扰对自然环境产生的生态效应和这种生态效应带来的环境变化及影响,探究人与自然和谐共生的有效途径。作为交叉学科,它涉及自然科学、社会科学、经济学及管理科学等诸多领域,与之相关的学科数目众多,尤其是环境科学、生态学、恢复生态学和环境工程学,以及环境规划与管理等学科。

自18世纪下半叶开始,西方主要发达国家的工业化进程明显加快、生产力得到迅速提高,对自然资源的需求随之猛增;与此同时,随着科学技术的进步,世界人口增长速度明显加快,人类活动范围也不断扩大,对自然环境的干扰强度日趋增强,由人类活动而引发的一系列环境问题开始凸显并威胁到人类的生存。20世纪50年代,许多科学家从各自的学术领域开始了环境问题的研究,环境科学开始兴起,生态学此时也开始关注人类干预所引起的环境变化及其生态效应。1962年,美国海洋生态学家R.卡森(Rachel Carson)出版了《寂静的春天》一书,这是一部在全世界产生广泛影响的名著,书中以杀虫剂大量使用造成的污染危害为基本素材,以科学事实为依据,揭示了人类与大气、海洋、河流、土壤及生物之间的密切关系,阐释了这些危害使生机勃勃的春天“寂静”的主要过程。此书的出版,进一步唤醒了广大民众对环境问题的关注,被视为环境生态学诞生的标志。70年代后,有关人为干扰或受损害生态系统的恢复和重建的理论与应用研究受到重视。1972年,B.沃德(Barbara Ward)和B.杜博斯(Bene Dubos)合著的《只有一个地球》发表,该书论述了世界人口增长过快、滥用资源、工业技术影响、发展不平衡、城市化等引发的环境问题和全球生态系统受损害的状况及代价,强调人类学会明智地管理地球已成为一项紧迫的任务,必须担负起地球管理员的责任。1975年,在美国召开了“受损生态系统恢复”的国际专题研讨会。之后,这方面的专著相继发表,如受损害生态系统的恢复与修复(Cairns,1977)、干扰与生态系统:响应的组分(Mooney H A &Godron M 1983)、自然干扰和斑块动态生态学(Pickett,1986)等。1980年,英国学者J.M.安德森(Jonathan Michael Anderson 1943~)出版了第一本《环境生态学》,1987年,美国学者B.福尔德曼出版了《环境生态学》大学教科书,内容包括大气污染、有毒元素、酸化、森林减少、油污染、水体富营养化和杀虫剂等各种环境压力对生态系统结构和功能的影响等,1995年,作者在第二版中又增加了生物资源的利用、生态经济学,以及环境影响评价、生态监测、环境教育、可持续经济系统的设计等方面的内容,完善了作者构建的“环境生态学”的知识体系。1989年,在北京召开了“生态工程”国际学术会议,会议的主题也是受损害生态系统的修复与重建。1992年,金岚教授等编写的中国第一本高等学校《环境生态学》试用教材出版,该教材提出了环境生态学的学科定义、主要研究内容和学科任务,构建了学科的基本框架。2012年,中国高校设立了“环境生态工程专业”。至此,中国具有了生态修复和生态保育专业人才培养的完整体系。

环境生态学侧重于环境变化的生态响应研究,即关注干扰特别是人类活动作用下环境因子间的动态、作用对象的生态应答和产生的环境影响。因此,干扰效应的识别与评估、生态技术/生态工法的研发、生态规划与设计、生态系统保育对策等是环境生态学的主要研究领域。具体而言,其研究内容可概括为以下5个方面:①生态系统服务功能及其评价,主要是认识自然生态系统的结构、功能和生态过程,作为分析干扰效应、评估生态系统受损害程度的基本依据,以此为基础制定修复目标、确定修复方法和技术。②干扰方式、强度和退化特征的识别,干扰特别是人类活动的“社会性压力”是许多生物种群、群落和生态系统退化的主要动因,而干扰方式、强度和频率的识别与判定则是干扰效应研究的关键,这种效应包括正效应和负效应。③研发具有“近自然、多功能、高效应、可持续”特征的生态修复和生态重建技术,受损害生态系统常因生态系统类型、恢复和重建目标不同而需要采取不同的方法和技术,而不同修复方法和技术又会产生不同的恢复效果,需要根据区域特点研发各种适宜的生态修复技术和方法。④生态规划与生态设计,是区域整体规划的重要组成部分,这方面的研究涉及许多学科领域和社会经济中诸多复杂关系,其核心理念是促进人与自然的和谐共生,从区域或适宜尺度上实现社会-经济-资源环境的协调与发展,它包含着生态保护、生态治理与修复,以及制度建设、社会管理和道德规范等与生态建设相关的方方面面。生态设计或称为绿色设计的其目的则是从源头上削减污染或资源利用对环境的压力,产业生态化和生态产业化是生态设计遵循的基本原则之一。⑤生态系统管理与生态保育,采取必要和科学的人工辅助措施,对生态系统的物理、化学和生物学过程进行一定的调控,维持系统的完整性,提高其韧性和服务功能,构建人与自然和谐共生和可持续的生态秩序。

在生态学和环境科学等学科研究方法的基础上,环境生态学已经基本形成了一套较完整的研究方法,可概括为以下5类:①野外定点监测。通过现场调查和监测指示生物、生物群落或生态系统的变化,以及对生物多样性指数、生物指数、污染指数等参数的分析,确定人为干扰或环境污染对各种生物或生态系统产生的影响及动态特征;②室内实验。通过各种实验方法,如污染空气研究的植物人工熏气法,水体污染的静水式生物测试,流水式生物测试,水生生物急性、亚急性、慢性毒性试验和回避反应实验,以及人工培养箱、微宇宙实验等,研究各类干扰对生物或生物群落产生的危害或毒害作用机理。③生态模拟。利用计算机和近代数学方法,通过数学模型模拟生态系统的行为和特点,预测或评估人类活动对生态系统可能造成的影响或危害。④分子生物学技术。采用分子生物学、表观遗传学和基因组学技术,在分子或基因水平上分析和判断环境问题对生命系统产生的危害和微观尺度的响应机理等。⑤技术集成。主要是在受损生态系统修复的过程中,依据确定的修复目标将适于本地自然环境特点的成熟技术予以集成以实现预定的恢复效果,如利用生物富集功能较高的土著植物构建水体污染修复的生态浮床、根据气候和河流特点改造“硬质化”河道以增强河流与河岸的连通性、构建面源污染控制的多功能的沿岸植物群落、污水深度处理与人工湿地系统的耦合等。

全球变化背景下生态系统响应研究中时空尺度的拓展、微观尺度机理探究不断深入时多学科发展的总趋势,环境生态学也将沿着宏观和微观两个方向发展。宏观方面,将在更大时空尺度上进一步探究人类干扰对生物种群及各类生态系统乃至生物圈的影响及系统响应;采用生态模拟(包括受控生态系统实验)和数学模型等研究方法,预测和预报人为干扰活动或环境污染对生态系统稳定性、不同生态过程的影响,为开展受损生态系统的恢复和优化环境管理对策提供依据。同时,结合实地调查各类生态系统(如森林、草原、湿地、农田、城市)间相互制约、促进、调节和平衡等关系,探究由于人为干扰而引起的区域性变化,以及生态城镇、生态农业、生物资源保护的理论与应用研究;评估生态功能保护区、自然保护区、生态建设示范区和国家公园等的建立,在改善生态环境和保护生物多样性方面的生态效应。微观尺度上,干扰或环境污染对生物生理、生化、形态,以及分子和遗传的效应机理研究将更加深入。

进入21世纪以来,人类社会可持续发展观得到了进一步增强,社会-经济-资源环境协调发展及人与自然和谐共生的生态文明思想受到普遍认同。环境生态学在丰富和完善自身学科理论的基础上将更加注重对现实生态环境问题的解决,尤其以下几方面的研究将受到高度重视:①干扰及其效应的识别和受损伤生态系统变化特征的判定,包括利用基因组学技术探究人为干扰或环境污染危害的程度和生态学效应的研究。②人工生物群落配置与构建研究会快速发展,以提升生态系统的韧性和应对全球变化的影响。③受损伤生态系统恢复和重建方法与技术的研发及其生态效应的评估。④生态系统对干扰响应的环境影响评价及效应预测研究。⑤生态系统服务功能的科学利用及生态系统保育管理的理论与实践研究。

  • 李元.环境生态学导论.北京:科学出版,2009.
  • 任露泉,梁云宏.仿生学导论.北京:科学出版社,2016.
  • 金岚.环境生态学.北京:高等教育出版社,1992.
  • 黄国勤,黄依南.美国生态学的发展.生态环境学报,2019,28(7):1473-1483.

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