王如松教授给中科院生态环境研究中心研究生的系统生态学高级讲座讲稿摘要

绿韵红脉
－全球背景下的中国生态学
王如松
提纲
1.推进生态哲学、生态科学、生态工学和生态美学的发展和普及: 生态与生态学内涵
2.基于人与自然关系的生态服务、生态胁迫、生态响应和生态建设科学：中国生态学
3.基于生态复杂性、生态动力学和生态控制论方法的理论生态学
4.基于全球生态安全、区域生态服务和人群生态健康的应用生态学
一、生态与生态学：生物与环境的关系；哲学、
科学、工学和美学；时空凝炼的文化
我们的时代：
➢城市化（人口、产业、景观、文化）
➢全球化（环境、经济、政治、科学)
➢信息化（生产、生活、流通、教育)
➢生态化（竞生、共生、再生、自生）
生态有三种内涵：
－关系
－学问
－文化
生态关系：生物与环境的纽带
生物与环境、生命个体与整体间的相互作用关系，在生物世界和人类社会中无处不在，无时不有。

民间泛谈的生态是生命生存、发展、繁衍、进化所依存的各种必要条件和主客体间相互作用的关系。

生态关系的四个层面
➢物理生态（水、土、气、生、矿）
➢事理生态(生产流通消费还原调控)
➢智理生态(认知体制伦理信仰科技)
➢系统生态（时、空、量、构、序）
生态学问: 科学与社会的桥梁
1.人类认识环境、改造环境的一门世界观和方法论或自然哲学
2.包括人在内的生物与环境之间关系的一门系统科学
3.人类塑造环境、模拟自然的一门工程技术
4.人类养心、悦目、怡神、品性的一门自然美学
生态哲学：祸福相倚
●台风、沙尘暴、洪水、火灾、水土流失、生物入侵、病虫害、噪音、污水、温室气体的正效应
●生物多样性、植树造林、鸟语、花香、有机肥、抗生素、湿地、空调、汽车、温室的负效应
生态科学:格无辨伪
自然生态学：博物维生
▪动物生态学、植物生态学、微生物生态学
▪个体、种群、群落、生态系统、景观生态学
▪区域、森林、草原、湿地、海洋生态学
人类生态学: 经世济人
人类生态学同源于经济学(其希腊词根Oikos) 和社会学(芝加哥学派)，复兴于人口学与环境学，繁荣于系统学与工程学。

其研究内容为人与环境关系间各个不同层次(从个人、家庭到地区、国家、全球）的“流”或过程问题，“网”或结构问题，以及“序”或功能问题的动力学机制、控制论方法和工程学手段。

▪心理生态学、生理生态学、经济生态学、生态工程学、文化生态学、政治生态学
▪城市生态学、农村生态学、产业生态学
生态工学：善事
●生态工艺
●生态建筑
●生态景观
●生态设计
生态美学：品味
●结构美
●功能美
●形态美
●神态美
生态文化: 时间与空间的凝炼
表示人和环境在时空演替过程中形成的一种文脉、肌理、组织和秩序, 包括认知、体制、物态和心态文化。

生态常常作为褒义词用，表示人与环境关系的一种理想文化状态，是“生态关系和谐”这一复合词的简称，如生态城市、生态旅游、生态建筑、生态卫生等, 是约定俗成后被社会所公认的用语。

生态科学的起源
●博物学
●进化论
●系统论
博物学是对土地、水、空气中任何一种自然产物（如鸟、兽、鱼、金属、矿物、化石等），以及在物质世界中随时出现的现象（如陨星）等发生、发展和衰亡过程的描述。

生态学寻根
➢原始生态学(生存生态学，四大文明古国)：（整体论）
物候学、农学、风水、医学、哲学、兵法；
道理、事理、义理、情理；
➢近代生态学(生物生态学，欧美工业化国家) ：博物论(林奈)；进化论（达尔文)；控制论(维纳）。

植物、动物、海洋、湖沼生态学
生态学寻根
➢现代生态学（发展生态学，东+西, 南+北）: 生物多样性, 可持续发展，全球变化；
生态服务、生态胁迫、生态响应、生态建设；安全生态、循环经济、和谐社会
➢未来生态学(个体与整体关系的方法学）:
科学+政治+文化；哲学、科学、工学、美学；
生态内涵
●桥物（科学）
●善事（工学）
●睿智（哲学）
●怡神（美学）
50名古今中外的哲学家寿命平均70.8岁，方差古代小近代大➢BC 500 －AD 1000 7 人平均73岁
➢AD 1000 －AD 1700 9 人平均63岁➢AD 1700 －AD 1800 7 人平均70岁➢AD 1800 －AD 1900 11 人平均70.4岁➢AD 1900 －AD 2000 16 人平均74.7岁生态: 物竞天择事共人和道法自然
⏹开拓竞生
整合共生
循环再生
适应自生
⏹物态谐和
事态祥和
心态平和
世态亲和
生态勘误:
●和谐而不均衡
●开拓而不耗竭
●适应而不保守
●循环而不回归
生态环境
生态环境是包括人在内的生命有机体的环境，是有生物网络、有生命活力、有进化过程、有人类影响的环境，是人类及万物生灵得以生存、发展、繁衍、进化的必要条件。

环境是相对于主体而言的，生态环境是生命有机体赖以生存、发展、繁衍、进化的各种生态因子和生态关系的总和；包括有形和无形的、静态和动态的、物态和事态的、自然和人工的、双向和网状作用的；
生态环境不同于单一的物理环境，它是生命在有限的时空范围内存在所依赖的一种生态关系，迄今只在地球表层有限的薄壳中存在。

环境在德国有两类名字：
●Umfeld/Umgebung 一般泛指物理环境
●Umwelt 指人和生物生存的生态环境
马世骏先生1986年在解释中国科学院生态环境研究中心的所名时反复强调：生态环境不是生态学和环境学的加和而是融合，是传统污染环境研究向生态系统机理和复合生态关系研究的升华。

他指出生态环境一词中的生态是形容词，环境是名词，不是并列的堆砌关系，与生态位
(ecological niche)一词有些相近，但生态环境一词更大众化一些，容易被社会和决策部门所接受，直观上是直接的生存、发展环境，科学上却是一个多维的直接和间接、有形和无形相辅相成的生态空间。

●生态环境必有生物网络（个体、种群、群
落）、有空间格局、有生命活力；
●生态环境必有生态功能（代谢、繁衍、进
化），有时间过程、有自组织能力；
●生态环境必有人类或生物影响
生态环境是与特定主体相联系的生态关系空间，不等同于自然环境。

比如没有人烟和生物的戈壁沙漠是自然环境，但不是人类或绝大多数生物的生态环境；另一方面，生态服务功能所涉及的自然和人类福祉的关系，不只是自然环境，也包括了部分社会环境特别是政策、体制和行为因素。

生态环境的内涵超越了单一自然环境和社会环境的范畴。

人类生态环境是自然界水、土、气、生物、能源、矿物等生态因子和人类生产、流通、消费、还原和调控等活动的系统耦合体。

遵循整体、协同、循环、自生的生态规律，也受技术、体制、文化等社会关系的支配；
⏹人类生态环境是人类影响（历史的、现实的、正面的、负面的）的产物，人既是生态环境的建设者、也是生态环境的破坏者；
⏹人类生态环境是脆弱的、多样的，可以维持、修复、创造和建设。

SCOPE的前沿生态议题
●自然及社会资源管理
●生物多样性和生态系统
●环境与健康
ICSU Strategic plan：Sustainability Science
美国：从自然生态走向复合生态
●工业生态学与生态工业研究(1991)
●城市生态系统定位研究 (1997)
●可持续发展科学(1999)
●生物-自然-社会复杂系统研究(2000)
●拥挤地球的生态学（2004）
美国生态学会：21世纪前沿生态学的三大走向: ●研究重点从纯自然生态系统转向人类活动
为主导的生态系统
●研究方法从单学科纵深型个体研究转向多
学科横向型集团研究
●研究目的从描述性、保护性生态学转向决
策性、创建性生态学
ESA2004：拥挤地球的生态学
●我们未来的环境是以人类为主体的，由人
类有意或无意管理的生态系统所组成;
●一个可持续发展的未来将包括保持的、恢
复的和创建的综合生态系统;
●生态学必须是制定可持续发展规划与决策
过程中的一个重要组成部分;
●为了更好地开展生态学研究和有效地利用
生态学知识，科学家，政府，企业界和公
众必须在区域以至全球范围内结成前所未
有的合作关系。

ESA：21世纪的生态宣言
•生态学家长期从事对原生生态系统的研究，今后研究的重点应转移到生态系统和人类关系的可持续性上来；
•未来的发展要求生态学家不仅仅是一流的研究员，更是决策过程中一流的生态整合参谋长；•与公众、企业家、政府决策人员开展更有效的交流，运用生态学整合方法解决环境问题；•再也不能够任凭那些对生态学一窍不通的人来决定人类发展的命运。

ESA2004：21世纪的前沿生态学
❖促进生态科学与决策管理的联姻、推进以生态学为基础的科学决策；
❖深化面向可持续发展的多尺度、预测性、创新性、信息化的生态学研究；
❖营建跨领域、跨学科、前瞻性和国际性的生态文化交融氛围。

环境与发展关系的演化：
Environment or (或)Developmen ？(斯德哥尔摩, 1972)要环境还是要发展？两难的选择！Environment and (与) Development？(里约热内卢, 1992)，境与发展双赢？1＋1 不一定等于或大于2！
Environment in (合) Development (约翰内斯堡, 2002)，环境保护于社会经济发展之中? 融合的方法！
可持续发展急需科学转型：
➢从问题导向走向功能导向
➢从末端堵截走向过程调控
➢从消极保护走向积极建设
➢从物理工程走向生态工程
➢从纵向管理走向系统整合
生态学的转型
➢从传统生物生态学向可持续发展生态学
➢从经院生态学向管理决策生态学
➢从自然生态学向社会生态学
➢从恢复生态学向工程生态学的
拓展和升华
城市生态研究内涵的转变
❖Ecology in City ：以生物为本的自然生态学派（Sukopp）
❖Ecology of City ：以人为本的社会生态学派（Park）
❖Ecology for City：以区域为本的环境生态学派（MAB)
❖Ecology towards urban sustainability: 以人类可持续能力为本的复合生态学派(SENCE)
生态学的不同定义：
对象: A separate discipline that integrates the study of organisms, the physical environment, and human society (Odum)
结构: A holistic study of both parts and wholes (Odum)
过程：研究有机体的生死过程、物的生灭过程、事的兴衰过程与环境关系的系统科学(马世骏) 功能：研究自然界中的自组织原理的科学（Haber）
E.P.Odum:生态学是科学与社会的桥梁
G.L.Young:生态学是个体与整体关系的学问
马世骏：中国特色是人多，人的生态学是最具挑战的处女地
许国志：系统方法的精髓在于复杂问题简单化而不是相反
Berterlanfy: 整体大于部分之和
F.Vester: 再复杂的系统，其状态变量个数不能超过30
新世纪的生态学
●科学与社会的桥梁●天地生灵和人类福祉的纽带
●社会科学与自然科学的融合
●决策管理与科学技术的联姻
二中国生态学：人与自然关系的生态胁迫、服务、响应和建设的系统科学
中国发展的骄傲
●连续30年国内生产总值年均增长9.67％，
挽救了世界经济
●连续30年人口总量增长减少了2.5亿，拔
除了世界人口爆炸的引信
中国的生态繁荣
●生态问题多
●生态机会多
●生态口号多
●生态责任多
中国的生态挑战
●发展胁迫生态
●社会呼唤生态
●科学催生生态
●良知传播生态
近代中国的生态革命
❖1919－1948
反封反帝社会革命（五四北伐、抗日解放）❖1949－1978
无产阶级文化革命（土地革命、文化革命）❖1979－2028
市场经济产业革命（改革开放、科技创新）❖1999－2049
社会主义文化革命（文化复兴、伦理信仰）
老子的生态哲学：
三十辐，共一毂，当其无，有车之用。

埏埴以为器，当其无，有器之用。

凿户牖以为室，当其无，有室之用。

故有之以为利，无之以为用。

[老子：第十一章]
生态学＝生物与环境之间的关系学
空间
时间
物间
事间
人间
正是这个“间”字，空间的间，时间的间，物质和物质之间，事情和事情之间，人和人之间的这个“间”字，是生态学要研究的。

可以说，生态学是个体和整体，有和无，形和神，生和灭，分和整之间关系的学问。

我们常说的无为而治所包含的就是一种生态学哲理。

无为而治实际上不是无所作为，也不是无所不为，而是为所不为，就是做那些人家没有做的，看不到的东西，实际上是反过来的“为无，为用”。

生态关系无处不在, 无时不有, 但它是无形, 无界, 无量,无我, 无为的.
无为不是无所作为,也不是无所不为, 而是为所不为, 即为无、为用
复合生态系统的研究、规划与管理就是要辨无、格无、策无、调无和为无。

为无的核心是生态整合。

生态学：ε与∞的关系学
●有与无
●形与神
●生与灭
●分与整
生态研究的内涵
●桥物
●善事
●睿智
●怡神
Chinese Human Ecological Cybernetics
我国古代的人类生态控制论
●Ying & Yang (+ & -) 阴阳互济
●Wu-Xing (Five-Elements) 五行生克
●Zhong-Yong (no extreme)中庸明诚
●Feng-Shui (Wind-Water) 风水调和
●Wu-Wei (do nothingness)无为顺治
●“阴阳交错，天文也，文明以上，人文也。

观乎天文以察时变，观乎人文以化成天下”
●“化，教，行也，教成于上，而易俗于下，
谓文化” 中国生态学的特点
●天人合一的自然观
●巧夺天工的经济观
●忠孝为本的社会观
●儒释道相融的系统观
生态胁迫:
城市的五色生态效应
●红色的热岛效应
●绿色的水华效应
●灰色的灰霾效应
●黄色的沙尘效应
●白色的秃斑效应
人文生态胁迫类型
●物质滞留
●资源枯竭
●环境污染
●土壤板结
●景观破碎
●生物入侵
人居环境的生态进化
●净化（干净、安静、卫生、安全）
●强化（富强、健康、和谐、持续）
●绿化（景观、产业、行为、机制）
●活化（水欢、风畅、土肥、生茂）
●美化（文脉、肌理、建筑、心灵）
●文化（体制、认知、物态、心态）
环境问题的生态学根源：
代谢失衡、系统无序和管理失调
❖资源代谢在时间、空间尺度上的滞留和耗竭（物）
❖系统耦合在结构、功能关系上的破碎和板结（事）
❖社会行为在局部和整体关系上的短见和调控机制上的缺损（人）
环境问题的五化成因
化石能源（火）
化工产品（金）
地表硬化（土）
生物退化（木）
富营养化（水）
景观破碎
生境破碎
群落退化
城乡分割
风水断裂
地表硬化
功能分化
产业破碎
环境与经济脱节
生产与消费脱节
厂矿与区域脱节
企业间横向耦合松散
废物制造与还原脱节
管理破碎
进化过程断续
体制条块分割
认知肢离破碎
科学还原论主导
决策就事论事
行为的短见
●先污染后治理
●先规模后效益
●先建设后规划
●先腐败后廉洁
国际社会对城市环境问题的响应及管理对策
生态服务
生态服务可以分为生态服务功能和生态服务功效两种：生态服务功能是指自然生态系统为人类社会的生产、消费、流通、还原和调控活动提供有形或无形的自然产品、直接或间接的环境资源和生态损益的能力; 生态系统在一定时空范围内为人类社会的生产、生活、流通、还原和调控活动提供的效益构成生态服务功效。

生态服务功能
自然生态系统本身不具备文化属性，只有文化支持功能，MA分类体系中的文化功能应属于支持功能；而熟化土壤、孕育生境、促进群落演替、维持生物多样性等孕育功能强调不够；养分循环、水文循环、基因遗传等物质信息流通功能也未给以足够的重视。

生态服务功能
我们将MA的文化功能合并到支持功能中，而另增加了孕育和流通两类功能。

从而将生态服务按产品型、生境型、过程型、结构型、功能型分为以下5类功能：
修改后的生态服务类型
❖I型供给功能（产品型）：为人类生产和生活活动提供水、气、能量、矿产、生物质等物质、能量产品；
❖II型孕育功能（生境型）：熟化土壤、稳定大气、保持水土、涵养水源、孕育生境、维持生物多样性等；
❖III型流通功能（过程型）: 养分循环、水文循环、废弃物再生、传授花粉、基因遗传等；❖IV型支持功能（结构型）：为社会发展、经济建设、科研教育、旅游休闲、文化生活等提供土地、景观和美学环境。

❖V型调节功能（功能型）: 调节气候、净化环境、降解污染物、减缓灾害、抑制有害生物等。

生态服务的双刃性和双向性
生态服务的提法颇有些圣经中主张的人代表上帝主管世间一切生灵，而世间万物都是为人类服务的西方国家人类中心主义的嫌疑。

其实，生态服务是一把双刃剑，利弊兼有、双向服务。

这里的生态服务应理解为既不褒、也不贬的中性词。

其测度应是有正、有负的代数值。

生态服务功能
➢人类只是有意识地选择其中适合的服务为自己所利用，而有意避开或者改变那些不利甚至有害的服务。

➢同时，人类也为自然提供了生态服务，如自然保育、生态恢复、生态建设等。

➢人类对自然的胁迫和破坏却是一种负面的生态服务。

生态服务功能
这些功效对人和自然来说有时是正面的，有时是负面的，一个地方是正面的，另一个地方可能是负面的，对人是正面的，对自然可能是负面的。

生态服务功能
⏹根据生态控制论原理，任何一种生态服务
功能只在一定范围内对人有用，超出一定阈值就会危害人类。

任何一种有害的生态现象，在一定环境下可以变成对人直接或间接有用的服务。

水分过多、过少，热量过高、过低对人类生存都不利。

⏹研究生态服务，不能只就人类有用的那一
块来研究，而要研究其整个连续谱以及何时、何地、何种生态条件下对何种人类活动有何种程度的积极、消极、关键乃至中性的影响。

⏹当人类利用自然超过其承载能力、造成生
态系统结构的耗竭、过程的滞留和功能的退化时，人类享受的将是生态系统的负面响应或灾难性“服务”。

⏹另一方面，同样一种生态服务，对不同
的人类活动又有不同甚至相反的服务效果。

生态服务有的是自然形成的，有的是人工有意或无意造成的。

如沙尘暴、生物引种、水葫芦、大米草
生态服务功能的响应和调节机制
自然生态响应
●富养效应
●热岛效应
●阳伞效应
●温室效应
●富集效应
●景观效应
●灾害效应
●水文效应
●生物效应
生态服务机理
自然生态服务
主体: 自然过程
对象: 人类
效果: 人类生态福祉或灾难
核心科学问题:
生态耦合机理
生态响应机制
生态服务功效的测度
正面、副面; 正向、逆向
直接、间接；绝对、相对
局地、区域；短效、长效
生态系统的服务功效
生态响应
生态响应科学
⏹一门研究人对自然的胁迫机理和自然生态的响应机制间复杂的系统耦合关系的生态响应科学作为生态学研究的一个新兴领域正在悄然兴起。

⏹生物多样性、全球气候变化和可持续发展分别从结构、过程和功能调控三个层面去研究拥挤地球的生态响应和可持续生物圈的人类响应，都是横跨多个时空尺度、涉及多个学科领域、都把人作为生态系统的内在组分来探讨环境变化的动力学机制和生态响应的控制论方法。

⏹半个世纪以来，随着人类生态胁迫的加剧，人们对环境问题的关注越来越强烈。

国内外生态关注的焦点正从浅层的环境表象问题（环境污染，资源耗竭，生态系统退化，健康下降）向深层的生态功能问题（生态安全、生态健康、生态代谢、生态景观与生态文化）过渡，从污染治理向清洁生产、生态产业和循环社会转型。

生态响应科学的前沿议题
➢生态风险与生态安全
➢生态卫生与生态健康
➢生态代谢与生态产业
➢生态景观与生态政区
➢生态意识与生态文化
生态建设
生态建设是指各类生态关系的辨识、模拟、调控和规划、工程与管理，简称生态建设。

国际上有生态掠夺、生态建设和生态回归三大派；生态掠夺不可持续，生态回归过于保守，而面向循环经济与和谐社会的生态建设才是发展中国家环境保护的正确途径。

生态建设的分类
⏹保护性（如封山、休渔、禁牧、风水林等）
⏹修复性（如矿山恢复、石塘复绿、湿地生
态工程等）
⏹创建性（如桑基鱼塘、稻田养鱼、沼气及
庭院生态工程、坝地等)
生态建设有三类
一类是生态保护，如封山、休渔、禁牧、风水林和自然保护区等。

传统生态学强调的是对自然生态系统的保护，不主张改变或破坏自然生态系统的原有功能，特别是“绿色和平组织”，强调世界上任何一种生物都有它生活的权利，保护其生存权利是每个地球公民的责任，在人类疯狂掠夺自然的今天，这种保护有一定的积极意义；
第二是生态修复，破坏了怎么去修复，恢复其原有地生态功能，包括矿山恢复，景观恢复、植被恢复、水体修复、湿地恢复、污染土壤的修复等。

第三是生态创建，通过人工措施去设计和建设人工生态系统，为人类提供更好的生态服务，比如桑基鱼塘、稻田养鱼、沼气及庭院生态工程、屋顶和立面绿化、坝地、人工湿地等。

创建性生态学
美国生态学界近年来开始强调创建性生态学研究。

生态系统恢复已成为美国社会的一个热门事务，每年有数十亿美元用于污染水体的修复，以及退化、破碎或表层铺装土地的植被重建。

人工生态设计科学
人工设计的生态系统已经超越了将生态系统修复到过去状态的传统理念，有些是自然状态下不可能实现的。

它要求创造一个功能完善的生物群落，并与人类耦合成自然－社会复合生态系统，使其为人类及其共生系统提供最优的生态服务。

为满足日益增长的人类需求，我们需要建立人工生态设计科学。

生态工程就是其中一种。

生态工程
生态工程（ecological engineering）在台湾叫生态工法，日本叫生态工学。

它是模拟自然生态系统的整体、协同、循环、自生原理，并运用系统工程方法去分析、设计、规划和调控人工生态系统的结构要素、工艺流程、信息反馈关系及控制机构，疏通物质、能量、信息流通渠道，开拓未被有效利用的生态位，使人与自然双双受益的系统工程技术。

生态工程设计需要将生态学原则与其它相关学科的方法和技术相结合。

比如，污水处理工程师、能源工程师与生态学家享有共同的科学兴趣，但很少彼此对话，探讨生活污水的集中和分散处理相结合的生态工程，热电气冷联供的多能源分布式复合电力生态工程。

在城市化、淡水生态退化和不同生态系统间的物质迁移等领域迫切需要研究生态方案的人工设计。

生态工程研究的优先领域应包括对怎样恢复水、土、气、生、能的自然服务功能，怎样设计和开发各种可更新能源和清洁能源混合的生态服务系统，怎样恢复和设计人工调控河流和湿地的自然水流，怎样规划和设计切割和减缓城市热岛效应和灰霾现象的景观和建筑生态工程。

迄今在这些基础和应用研究中，自然资源管理者、执法部门以及研究人员间的交流太少。

城乡生态建设的五类科学问题
生态安全（饮水、食物、呼吸、息作、繁衍)
生态健康（生理心理、人居环境、区域生态）生态代谢（物质、能量、资金、信息、人）
生态整合（景观、产业、体制、技术、文化）生态服务（供给、支持、流通、调节、涵养）
生态能力建设的内涵
➢从科学层次认识生态（科技）
➢从系统层次管理生态（政府）
➢从工程层次建设生态（企业）
➢从社会层次宣传生态（媒体）
➢从美学层次品味生态（民众）
三、基于生态复杂性、生态动力学和生态控制论方法的理论生态学
如果说生物多样性研究的是生物世界的结构动态，全球变化研究的是地球表层的物理化学过程，都是反映人类活动的长时间、大范围的表象或生态足迹，可持续发展则涉及人类社会更深层次的体制、技术、行为与拥挤地球生态系统间的功能耦合关系和系统调控方法，在不同时空尺和不同人类活动中都以生态健康和生态安全形式表现出来，因而更贴近现实、更受到社会的关注。

其核心就在于人类活动与其自然、经济、社会环境间的复杂生态关系。