理科论文 ：地理—生态过程研究的进展与展望[1]

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摘要: 在人类活动深刻影响和全球环境变化背景下, 传统地理—生态过程研究正发生深刻变化。本文在概述地理—生态过程研究概况的基础上, 指出: (1) 地理—生态过程研究的基本科学问题包括结构与过程、综合与集成两大方面, 涉及结构、功能、动态、驱动力、过程、机制、要素集成、过程集成、区域集成等科学要点; (2) 地理—生态过程研究的重点集中在尺度—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; (3) 代写毕业论文地理—生态过程研究的发展呈现出系统化、综合性、交叉性和应用性的发展趋势; (4) 未来地理—生态过程研究的重大论题包括地表系统中的物质、能量和生物流过程研究, 地表环境变化的驱动力研究, 区域综合和区域内异质性研究, 尺度推绎与转换研究, 地理学的整体性研究, 方法论创新, 应用研究等内容; (5)未来地理—生态过程研究应当注意加强观测、实验、调查与模拟, 加强遥感与野外观测的结合, 加强区域综合和全球研究, 加强学科交叉等。

关键词: 结构; 过程; 集成; 地理学; 生态学

人类活动的强烈干预推动着地球系统演化进入了“人类世”(Anthropocene Era) 的新纪元[1]。人类活动对地球系统运行的影响赶上甚至超过了自然变化, 地球系统正在以前所未有的速率发生变化并进入一个未知的演化方向和轨道[2]。在这种背景下, 传统地理过程、生态过程研究正经历着深刻的变革, 地理过程、生态过程及其与相关学科的交叉与融合正在成为现代地理学和生态学发展的重要方向。本文在概述地理—生态过程研究进展的基础上, 探讨地理—生态过程研究的主要科学问题和未来发展的重要领域, 以期为我国地理学、生态学等相关领域研究与发展服务。
1 地理—生态过程研究进展概况
地理过程是指地表环境(要素、综合体) 随时空变化的历程, 按要素可分为自然过程和人文过程, 按机制可以分为物理过程、化学过程和生物过程等[3]。在传统地理过程的研究中, 地貌过程和水文过程是其研究的主题和核心内容, 各种营力作用下形成的地貌形态和地形单元以及流域水循环的过程与机理是其研究的主要方向。生态过程作为生态学研究的重要内容, 主要涉及生态系统中的元素循环、种群动态、种子或生物体的传播、捕食者和猎物的相互作用、群落演替和干扰等方面[4]。
20 世纪后期以来, 人类活动及其所导致的全球环境变化成为了全球生态系统格局、结构和过程变化的主要驱动力[5, 6]。在这个过程中, 土地利用改变了全球生态系统格局与结构, 人工直接管理的生态系统达到陆地总面积的40%以上[7]。1970~2000 年间土地利用扩展使物种灭绝速率比自然背景值提高2~3 个数量级, 全球物种多样性降低40%[8]。同时, 人类活动深刻地改变了水资源与水循环[9, 10], 1960 年以来, 水资源利用每10 年增加20%, 15%~35%地区出现水资源过度利用; 此外, 人为因素诱导的土壤侵蚀、土地退化等也成为全球面临的突出生态与环境问题[11], 全球约有40%的农业土地存在不同程度的土壤退化现象[12]。在21 世纪, 人口和经济持续增长以及全球环境快速变化将给全球生态系统带来前所未有的压力[8]。
在人类活动深刻影响和全球环境变化的背景下, 早期地理与生态过程的相关研究表现出明显不足。在地理过程的描述中, 由于自然地理和人文地理研究内容的分化[13], 自然地理过程往往只考虑自然变化机理, 而忽视人文因素的作用和动态过程。如早期的水文过程研究, 虽然可以分析径流和输沙的动态变化, 但是却往往难以揭示人类活动的影响效应。同时, 在构建的地理过程模型中, 也存在许多相互割裂的现象。如土壤侵蚀模型,其经验模型往往难以揭示土地利用空间分布格局对土壤侵蚀过程的影响; 而物理模型虽然能够反映出土壤流失的过程, 模拟不同土地利用情景下土壤侵蚀的变化; 但在实际应用中, 却由于野外和实验获取的数据难以满足模型参数设置的要求、误差累积和不确定性增加等原因, 而影响模型精度, 限制土壤侵蚀模型的应用[14]。
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。理学论文