摘要: 在人類活動深刻影響和全球環(huán)境變化背景下, 傳統(tǒng)地理—生態(tài)過程研究正發(fā)生深刻變化。本文在概述地理—生態(tài)過程研究概況的基礎上, 指出: (1) 地理—生態(tài)過程研究的基本科學問題包括結(jié)構(gòu)與過程、綜合與集成兩大方面, 涉及結(jié)構(gòu)、功能、動態(tài)、驅(qū)動力、過程、機制、要素集成、過程集成、區(qū)域集成等科學要點; (2) 地理—生態(tài)過程研究的重點集中在尺度—結(jié)構(gòu)—過程相互作用、自然—經(jīng)濟—社會相互聯(lián)系、地貌—水文—生態(tài)過程相互耦合、地理—生態(tài)過程與資源環(huán)境效應相結(jié)合等領域; (3) 代寫畢業(yè)論文地理—生態(tài)過程研究的發(fā)展呈現(xiàn)出系統(tǒng)化、綜合性、交叉性和應用性的發(fā)展趨勢; (4) 未來地理—生態(tài)過程研究的重大論題包括地表系統(tǒng)中的物質(zhì)、能量和生物流過程研究, 地表環(huán)境變化的驅(qū)動力研究, 區(qū)域綜合和區(qū)域內(nèi)異質(zhì)性研究, 尺度推繹與轉(zhuǎn)換研究, 地理學的整體性研究, 方法論創(chuàng)新, 應用研究等內(nèi)容; (5)未來地理—生態(tài)過程研究應當注意加強觀測、實驗、調(diào)查與模擬, 加強遙感與野外觀測的結(jié)合, 加強區(qū)域綜合和全球研究, 加強學科交叉等。

關鍵詞: 結(jié)構(gòu); 過程; 集成; 地理學; 生態(tài)學
人類活動的強烈干預推動著地球系統(tǒng)演化進入了“人類世 ”(Anthropocene Era) 的新紀元[1]。人類活動對地球系統(tǒng)運行的影響趕上甚至超過了自然變化, 地球系統(tǒng)正在以前所未有的速率發(fā)生變化并進入一個未知的演化方向和軌道[2]。在這種背景下, 傳統(tǒng)地理過程、生態(tài)過程研究正經(jīng)歷著深刻的變革, 地理過程、生態(tài)過程及其與相關學科的交叉與融合正在成為現(xiàn)代地理學和生態(tài)學發(fā)展的重要方向。本文在概述地理—生態(tài)過程研究進展的基礎上, 探討地理—生態(tài)過程研究的主要科學問題和未來發(fā)展的重要領域, 以期為我國地理學、生態(tài)學等相關領域研究與發(fā)展服務。
1 地理—生態(tài)過程研究進展概況
地理過程是指地表環(huán)境(要素、綜合體) 隨時空變化的歷程, 按要素可分為自然過程和人文過程, 按機制可以分為物理過程、化學過程和生物過程等[3]。在傳統(tǒng)地理過程的研究中, 地貌過程和水文過程是其研究的主題和核心內(nèi)容, 各種營力作用下形成的地貌形態(tài)和地形單元以及流域水循環(huán)的過程與機理是其研究的主要方向。生態(tài)過程作為生態(tài)學研究的重要內(nèi)容, 主要涉及生態(tài)系統(tǒng)中的元素循環(huán)、種群動態(tài)、種子或生物體的傳播、捕食者和獵物的相互作用、群落演替和干擾等方面[4]。
20 世紀后期以來, 人類活動及其所導致的全球環(huán)境變化成為了全球生態(tài)系統(tǒng)格局、結(jié)構(gòu)和過程變化的主要驅(qū)動力[5, 6]。在這個過程中, 土地利用改變了全球生態(tài)系統(tǒng)格局與結(jié)構(gòu), 人工直接管理的生態(tài)系統(tǒng)達到陸地總面積的40%以上[7]。1970~2000 年間土地利用擴展使物種滅絕速率比自然背景值提高2~3 個數(shù)量級, 全球物種多樣性降低40%[8]。同時, 人類活動深刻地改變了水資源與水循環(huán)[9, 10], 1960 年以來, 水資源利用每10 年增加20%, 15%~35%地區(qū)出現(xiàn)水資源過度利用; 此外, 人為因素誘導的土壤侵蝕、土地退化等也成為全球面臨的突出生態(tài)與環(huán)境問題[11], 全球約有40%的農(nóng)業(yè)土地存在不同程度的土壤退化現(xiàn)象[12]。在21 世紀, 人口和經(jīng)濟持續(xù)增長以及全球環(huán)境快速變化將給全球生態(tài)系統(tǒng)帶來前所未有的壓力[8]。
在人類活動深刻影響和全球環(huán)境變化的背景下, 早期地理與生態(tài)過程的相關研究表現(xiàn)出明顯不足。在地理過程的描述中, 由于自然地理和人文地理研究內(nèi)容的分化[13], 自然地理過程往往只考慮自然變化機理, 而忽視人文因素的作用和動態(tài)過程。如早期的水文過程研究, 雖然可以分析徑流和輸沙的動態(tài)變化, 但是卻往往難以揭示人類活動的影響效應。同時, 在構(gòu)建的地理過程模型中, 也存在許多相互割裂的現(xiàn)象。如土壤侵蝕模型,其經(jīng)驗模型往往難以揭示土地利用空間分布格局對土壤侵蝕過程的影響; 而物理模型雖然能夠反映出土壤流失的過程, 模擬不同土地利用情景下土壤侵蝕的變化; 但在實際應用中, 卻由于野外和實驗獲取的數(shù)據(jù)難以滿足模型參數(shù)設置的要求、誤差累積和不確定性增加等原因, 而影響模型精度, 限制土壤侵蝕模型的應用[14]。
在生態(tài)過程研究中, 也多以自然生態(tài)變化的機理而展開。如植被空間格局變化研究仍然以頂級群落概念、群落格局演替Gap 理論和生命區(qū)劃分體系為理論基礎, 難以解釋由人類主導的生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)過程。如在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程變化的動態(tài)描述中常以Odum 的生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)則(Strategy of Ecosystem Development)[15]為理論框架, 在此框架下生態(tài)系統(tǒng)應向熱力學穩(wěn)定態(tài)(Homeostasis) 演化; 然而, 生態(tài)系統(tǒng)很少達到穩(wěn)定態(tài), 也不一定呈現(xiàn)向穩(wěn)定態(tài)演替的趨勢。生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境長期變化的適應性研究經(jīng)常以Tilman的資源競爭平衡理論為依據(jù), 但以此為基礎的模型并不能現(xiàn)實地模擬生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程的動態(tài)變化[16]。同時, 由于大多數(shù)生態(tài)學理論是基于單個生境中小尺度上的研究發(fā)展起來的, 而目前的環(huán)境問題具有_的性質(zhì)[17], 所以, 尺度問題業(yè)已成為現(xiàn)代生態(tài)過程研究的需求。
在全球環(huán)境變化驅(qū)動下, 傳統(tǒng)地理過程與生態(tài)過程的研究發(fā)生了深刻變化, 與地理—生態(tài)過程相關的國際重大科學計劃相繼啟動。如從國際生物圈計劃(IBP) 到人與生物圈計劃(MAB), 再到千年生態(tài)系統(tǒng)評估(MA); 從國際地圈—生物圈計劃(IGBP) 到全球變化的人文影響計劃(IHDP)等。縱觀這些研究計劃和相關學科的發(fā)展, 可以發(fā)現(xiàn)地理過程從任何角度看都不再是單純的自然過程, 生態(tài)過程的研究也不再僅僅局限于生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的動態(tài)與發(fā)展, 注重人類活動影響, 注重多學科的交叉融合, 正在成為現(xiàn)代地理—生態(tài)過程研究的重要特點。
目前, 地理過程的研究正經(jīng)歷著從自然向自然與人文結(jié)合方向發(fā)展, 從無機向無機與有機結(jié)合方向發(fā)展, 從單要素、單個過程的研究向多要素、多過程耦合與綜合研究方向發(fā)展, 從宏觀到宏觀與微觀結(jié)合方向發(fā)展[3]。生態(tài)過程的研究也伴隨著生態(tài)學的發(fā)展,表現(xiàn)出生態(tài)過程研究與人口、資源與環(huán)境問題相結(jié)合, 其研究對象從自然生態(tài)系統(tǒng)向自然社會經(jīng)濟復合生態(tài)系統(tǒng)方向發(fā)展。研究方法從局部的、孤立的研究向整體的網(wǎng)絡化研究發(fā)展, 生態(tài)過程研究的時空尺度不斷拓展, 研究手段不斷更新。在地理—生態(tài)過程的研究中, 新的科學問題和研究領域正悄然凸現(xiàn)。
2 地理—生態(tài)過程研究的主要科學問題
現(xiàn)代地理—生態(tài)過程強調(diào)人為因素在各種過程中的作用, 強調(diào)人為因素作用下的地理—生態(tài)過程對自然資源和環(huán)境的影響, 強調(diào)地理—生態(tài)過程與全球變化之間的耦合作用以及可能引發(fā)的后果, 強調(diào)地理—生態(tài)過程在土地退化過程中的關鍵作用, 強調(diào)利用現(xiàn)代手段進行定量化研究和過程模擬。在地理—生態(tài)過程研究中, 所涉及的基本科學問題包括結(jié)構(gòu)與過程、綜合與集成兩大方面, 其研究重點則集中在尺度—結(jié)構(gòu)—過程相互作用、自然—經(jīng)濟—社會相互聯(lián)系、地貌—水文—生態(tài)過程相互耦合、地理—生態(tài)過程與資源環(huán)境效應相結(jié)合等領域。
2.1 基本科學問題
2.1.1 結(jié)構(gòu)與過程在地理—生態(tài)過程的研究中, 結(jié)構(gòu)往往是指不同生態(tài)系統(tǒng)和景觀單元的空間關系, 如生態(tài)系統(tǒng)與景觀單元的大小、形狀、數(shù)量、類型及空間組合等。所涉及的過程包括自然過程(元素和水分的分布與遷移、物種的分布與遷徙、徑流與侵蝕、能量的交換與轉(zhuǎn)化等) 和社會文化過程(交通、人口、文化的傳播等)。目前, 結(jié)構(gòu)與過程研究的科學問題主要集中在結(jié)構(gòu)、功能、動態(tài)、驅(qū)動力、過程、機制等幾個方面。
(1) 結(jié)構(gòu)關于結(jié)構(gòu)的研究, 是重點探討地表系統(tǒng)的要素組成和空間分布特征, 如土地利用/ 土地覆被的組成和分布格局、生態(tài)系統(tǒng)的空間異質(zhì)性等。其中, 如何有效刻畫生態(tài)系統(tǒng)和景觀單元的結(jié)構(gòu)特征, 構(gòu)建具有生態(tài)學意義的格局指數(shù)是目前地理—生態(tài)過程研究中富有挑戰(zhàn)性的研究課題。現(xiàn)代信息技術為獲取生態(tài)系統(tǒng)和景觀類型空間分布的基礎信息提供了強大技術支撐, 深入分析遙感、地理信息系統(tǒng)和相關學科的發(fā)展趨勢對于全面提升結(jié)構(gòu)分析的研究水平具有重要的意義。
(2) 功能系統(tǒng)的要素組成決定系統(tǒng)功能的發(fā)揮, 功能是不同系統(tǒng)要素與結(jié)構(gòu)的外在體現(xiàn)。功能的研究主要分析陸地表層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)演變與過程動態(tài)所表現(xiàn)出的生態(tài)、經(jīng)濟和社會功能。不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務功能研究、結(jié)構(gòu)變遷與過程耦合下的資源環(huán)境效應等是目前功能研究的熱點問題。
(3) 動態(tài)動態(tài)變化是在結(jié)構(gòu)分析的基礎上, 研究生態(tài)系統(tǒng)和景觀單元等的變化規(guī)律和特征, 解釋結(jié)構(gòu)發(fā)生怎樣的變化、變化的地點以及變化的速度等問題。在動態(tài)變化的分析中, 包含兩個層面的含義: 對現(xiàn)狀的分析; 對未來變化的模擬。其中, 采取何種方法或技術刻畫動態(tài)變化的特征, 是學者們共同關注的話題。此外, 在動態(tài)分析的研究中, 對不同時期數(shù)據(jù)精度、分類系統(tǒng)等一致性的處理, 往往是進行動態(tài)分析的先決條件。
(4) 驅(qū)動力驅(qū)動力分析是在結(jié)構(gòu)變化分析的基礎上, 揭示生態(tài)系統(tǒng)和景觀單元變化的原因和驅(qū)動機制, 以期為預測結(jié)構(gòu)變化方向和制定相應管理對策等服務。驅(qū)動力包括自然驅(qū)動因子和人為驅(qū)動因子兩個方面, 其中, 自然驅(qū)動因子主要指對特定結(jié)構(gòu)的形成與演變起作用的自然因素, 包括氣候、地貌、水文、土壤和自然干擾等; 人文驅(qū)動因子主要涉及到人口變化、技術進步、政治經(jīng)濟體制變革、文化價值觀念改變等。在驅(qū)動力的分析中, 重點探討: 驅(qū)動因子選擇與關鍵因子甄別、驅(qū)動力分析方法確定、不同驅(qū)動因子在不同時空尺度上的功能和效應等。
(5) 過程陸地表層系統(tǒng)過程的研究內(nèi)容涉及物理過程、化學過程、生物過程和人文過程等方面, 其研究將朝微觀深化和宏觀綜合兩個方向發(fā)展, 其關鍵在于系統(tǒng)中界面過程的綜合研究[18], 同時注重過程的格局分析[19]。目前, 地理—生態(tài)過程的研究內(nèi)容主要包括水文循環(huán)過程與水量轉(zhuǎn)化、流域系統(tǒng)中物質(zhì)遷移過程、土壤侵蝕過程、土地系統(tǒng)演變過程、土壤—植物—大氣連續(xù)系統(tǒng)過程、環(huán)境生物地球化學過程、生物多樣性變化過程、人文與文化過程等方面。
(6) 機制旨在揭示結(jié)構(gòu)與過程的相互作用關系。在機制的研究中, 注重地理—生態(tài)過程與環(huán)境變化和人類活動的關系, 重視非線性科學和復雜性科學在揭示機制研究中的應用。模型作為地理—生態(tài)過程的定量表達, 是探討機制的重要途徑, 需要通過模型的手段開展機制的分析和情景預測研究。
2.1.2 綜合與集成綜合是地理學的本質(zhì)和存在依據(jù), 集成是綜合的演進與升華[20]。在地理學研究中, 需要綜合多學科的理論和知識, 選擇典型區(qū)域, 針對主要問題開展綜合
與集成研究。在地理—生態(tài)過程的研究中, 也需要綜合多種實驗觀測手段和研究方法開展綜合研究。在此基礎上實現(xiàn)地理—生態(tài)過程研究中的要素集成、過程集成和區(qū)域集成。
(1) 要素集成現(xiàn)代地理—生態(tài)過程受自然、生態(tài)、經(jīng)濟、社會等多種因素的影響,
將人類活動納入地理—生態(tài)過程, 對多種要素進行集成分析, 對于揭示結(jié)構(gòu)與過程的演
變規(guī)律與特征具有重要意義。在要素集成的研究中, 要考慮自然社會經(jīng)濟要素的集成和
相互作用, 也需要考慮要素的尺度效應。
(2) 過程集成黃秉維先生早在20 世紀50~60 年代就提出了綜合研究地表物理過程、化學過程與生物過程的學術思想[21]。過程集成強調(diào)地球表層系統(tǒng)各個過程之間的相互關聯(lián), 注重自然過程與人文過程的耦合研究, 強調(diào)人類活動影響下的地理—生態(tài)過程的綜合研究, 突出自然地理過程與生態(tài)過程的耦合研究等。在過程集成中, 基于過程模型的模擬與預測研究是過程集成方法研究的重要內(nèi)容。
(3) 區(qū)域集成地球表層系統(tǒng)不僅具有顯著的區(qū)域差異和地域分異規(guī)律, 同時也是
一個多層等級系統(tǒng), 既有坡面—小流域—流域—區(qū)域—全球的不同尺度, 也存在種群—群落—生態(tài)系統(tǒng)—景觀—區(qū)域—全球的多個層次。在地理—生態(tài)過程的區(qū)域集成研究中,不僅需要針對不同尺度地球表層過程的發(fā)生機理展開研究, 更需要通過尺度效應分析和尺度轉(zhuǎn)換(尺度上推與尺度下推), 獲知其他尺度的信息, 開展多尺度研究, 從而體現(xiàn)研究對象的整體性。在尺度效應分析與尺度轉(zhuǎn)換中, 需要注意特征尺度選擇與尺度域劃分、轉(zhuǎn)換方法與模型構(gòu)建、時間尺度與空間尺度的合理匹配、尺度轉(zhuǎn)換結(jié)果的不確定性分析等問題。
此外, 在綜合與集成的研究中, 也需要加強集成方法的拓展, 發(fā)揮計算機技術、應用數(shù)學方法、空間信息科學與技術在地理—生態(tài)過程研究中的作用, 開展基于對過程理解和定量闡述的模型研究, 如建立區(qū)域綜合模型、多尺度地理—生態(tài)過程模型等。
2.2 重點研究領域
2.2.1 尺度—結(jié)構(gòu)—過程相互作用“尺度—結(jié)構(gòu)—過程”是地理—生態(tài)過程研究的核心理念, 結(jié)構(gòu)影響過程, 過程改變結(jié)構(gòu), 尺度不同, 結(jié)構(gòu)與過程的關系也將有很大的差異。其中, 結(jié)構(gòu)是不同地理—生態(tài)過程與自然背景綜合作用的結(jié)果, 地理—生態(tài)過程的變化與發(fā)展影響和改變著陸地表層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的形成, 從某種意義上說結(jié)構(gòu)是各種地理—生態(tài)演變過程的瞬間表現(xiàn)。同時, 結(jié)構(gòu)能夠從多個方面影響過程, 如生態(tài)系統(tǒng)的空間分布能夠影響局域地表溫度、養(yǎng)分豐缺、生物種群或其他物質(zhì)在空間上的分布狀況, 景觀要素的變化可以影響景觀中的物質(zhì)流和能量流等[22, 23]。
結(jié)構(gòu)、過程及其相互關系的研究離不開其所依賴的尺度。地理—生態(tài)過程不同, 其相應的尺度也會有很大的變化。就研究粒度而言, 富營養(yǎng)化的研究往往在30 m 或更小粒度上展開, 而森林砍伐的粒度則多在100 m 以上; 就研究的幅度上, 葉片的生理過程一般發(fā)生在平方毫米/ 平方厘米的空間尺度和秒/ 分鐘的時間尺度上, 而景觀動態(tài)過程的研究則需要考察幾百/ 幾千平方公里的空間尺度和十年/ 百年的時間尺度[24]。結(jié)構(gòu)與過程的關系會因研究尺度的不同而發(fā)生明顯的變化, 如在不同尺度上, 土地利用結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分、土壤水分、水土流失的影響機制并不相同[4], 中小尺度上的研究成果并不能滿足大規(guī)模綜合治理與開發(fā)的需求。
尺度—結(jié)構(gòu)—過程的相互作用研究是現(xiàn)代地理—生態(tài)過程研究的重點領域, 其主要研究內(nèi)容包括如下幾個方面:
(1) 針對單一尺度分析結(jié)構(gòu)與過程的作用機理;
(2) 探討不同尺度之間結(jié)構(gòu)或過程變化的規(guī)律和特征, 并分析其尺度效應;
(3) 基于不同尺度結(jié)構(gòu)與過程的作用關系和尺度效應分析結(jié)果, 進行多尺度綜合研究和尺度轉(zhuǎn)換研究;
(4) 探討不同尺度劃分體系(如時間尺度、空間尺度、過程尺度、觀測尺度、模型尺度等) 對結(jié)構(gòu)、過程、結(jié)構(gòu)與過程作用關系的影響效應;
(5) 其他研究, 如多尺度模型研究、尺度轉(zhuǎn)換不確定性分析研究等。
2.2.2 自然—經(jīng)濟—社會要素相互聯(lián)系當代地理學作為一門研究地球表層自然要素與人文要素相互作用與關系及其時空規(guī)律的科學, 其研究內(nèi)容主要面向當前世界性的人口、資源、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展問題[25]。現(xiàn)代地理—生態(tài)過程的研究, 必然注重自然、經(jīng)濟、社會等多因素的綜合研究, 注重人類活動與環(huán)境變化的關系[19]。
在自然—經(jīng)濟—社會要素相互聯(lián)系的研究中, 地理—生態(tài)過程重點探討以下幾個方面的內(nèi)容:
(1) 自然、經(jīng)濟、社會單一系統(tǒng)內(nèi)部的要素、過程時空變化規(guī)律與特征;
(2) 自然、經(jīng)濟、社會不同類型的要素、過程之間的相互影響與作用機理;
(3) 自然、經(jīng)濟、社會不同系統(tǒng)之間多要素或過程之間的綜合與集成;
(4) 地表系統(tǒng)在自然、經(jīng)濟、社會共同作用下的變化規(guī)律與發(fā)展趨勢;
(5) 其他研究, 如復合系統(tǒng)基礎理論創(chuàng)新等。

2.2.3 地貌—水文—生態(tài)過程相互耦合地貌過程、水文過程和生態(tài)過程是地理學、生態(tài)學研究的傳統(tǒng)優(yōu)勢領域。在早期的研究中, 往往關注單一過程的研究, 而對兩兩過程或多種過程的綜合研究不夠。然而, 多種過程的耦合作用機理往往是識別系統(tǒng)動態(tài)演變的關鍵所在。在全球環(huán)境變化的背景下, 地貌過程—水文過程—生態(tài)過程的耦合研究顯得尤為重要。
目前, 地貌過程—水文過程—生態(tài)過程的耦合研究重點關注地形發(fā)育、徑流形成、污染物遷移、土地退化、生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控等領域, 其重點研究內(nèi)容有:
(1) 人類活動影響下的生態(tài)—水文過程;
(2) 生物地球化學循環(huán)過程;
(3) 流域水、沙及化學物質(zhì)遷移過程;
(4) 其他研究, 如耦合模型開發(fā)等。
2.2.4 地理—生態(tài)過程與資源環(huán)境效應研究資源、環(huán)境與發(fā)展的關系并尋求解決其中關鍵問題的途徑, 為區(qū)域整治提供理論基礎和決策依據(jù), 是當代地理學和生態(tài)學服務社會的重要方面。目前急需解決的資源環(huán)境問題包括水資源供應危機、土地質(zhì)量急劇下降、環(huán)境污染和生態(tài)破壞日益嚴重、災害頻發(fā)等問題, 這些資源環(huán)境問題的解決往往和地理—生態(tài)過程的調(diào)控密切相關。探討地理—生態(tài)過程與資源環(huán)境效應的關系是目前地理—生態(tài)過程研究的重要方面。
地理—生態(tài)過程與資源環(huán)境效應研究的重點內(nèi)容有:
(1) 生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與全球變化;
(2) 流域物理、化學和生物過程及其資源、環(huán)境和災害效應;
(3) 土地利用/ 土地覆被變化過程及生態(tài)環(huán)境效應;
(4) 城市化過程對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響與效應;
(5) 生態(tài)系統(tǒng)過程與生態(tài)系統(tǒng)服務功能;
(6) 地貌過程與災害效應等。
3 地理—生態(tài)過程研究的發(fā)展趨勢與方向
3.1 地理—生態(tài)過程研究的發(fā)展趨勢
現(xiàn)代地理—生態(tài)過程研究正跨越不同時空尺度, 開展多學科的交叉和融合, 從近期發(fā)展看, 地理—生態(tài)過程研究具有以下明顯的動態(tài)和趨勢。
(1) 系統(tǒng)化系統(tǒng)化是地理—生態(tài)過程研究的重要方向。地理—生態(tài)過程是以系統(tǒng)論為基礎, 以陸地表層系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、人地系統(tǒng)等為對象開展研究。在系統(tǒng)化研究中,需要探討系統(tǒng)的內(nèi)部要素與結(jié)構(gòu)組成、系統(tǒng)層次與相互關聯(lián)、系統(tǒng)動態(tài)與外部環(huán)境的相互關系, 揭示全球變化背景下地理—生態(tài)過程與地表系統(tǒng)演變的作用關系, 探求系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的機制與途徑。
(2) 綜合性綜合性是地理—生態(tài)過程研究的重要特色。在地理—生態(tài)過程的綜合研究中, 不僅要在分析要素與要素關系、要素與過程關系、過程與過程關系的基礎上開展要素綜合和過程綜合, 也要在尺度效應分析和尺度轉(zhuǎn)換的基礎上開展區(qū)域綜合研究。在區(qū)域綜合研究中, 不僅需要聚焦危機區(qū)、脆弱區(qū)或熱點地區(qū), 針對獨特區(qū)域開展獨特問題的綜合研究[26]; 同時也應具有全球化視角, 開展跨國或全球尺度的研究。此外, 也應注重總結(jié)性的綜合研究[27], 基于重要地理區(qū)域科學數(shù)據(jù)構(gòu)建國家級的地理科學基礎平臺,為進一步創(chuàng)新研究提供基礎。
(3) 交叉性地理—生態(tài)過程研究本身就屬于學科交叉的范疇。隨著人口、資源、環(huán)境、發(fā)展等全球性問題重要性的日益突現(xiàn), 地理—生態(tài)過程研究的交叉性特點將愈加明顯, 自然與人文的交叉、科學與技術的交叉、多學科交叉成為地理—生態(tài)過程研究不可逆轉(zhuǎn)的趨勢, 地理學、生態(tài)學、資源科學、環(huán)境科學、大氣科學、社會學、經(jīng)濟學等不同學科對于地球表層系統(tǒng)的共同關注, 在服務于國家戰(zhàn)略需求的同時, 也為地理—生態(tài)過程研究的深入發(fā)展提供了機遇。
(4) 應用性地理—生態(tài)過程的未來研究, 將積極拓展科學研究的應用領域與范圍,在環(huán)境與災害管理、生態(tài)系統(tǒng)管理、國土綜合整治、全球環(huán)境變化、土地退化防治和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等領域開展應用研究, 以滿足國家需求, 為實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略服務。
3.2 地理—生態(tài)過程的重大研究論題
地理—生態(tài)過程作為當代地理學、生態(tài)學及相關學科研究的熱點問題和前沿領域,在未來的研究中, 需要整合科技資源, 針對以下領域和內(nèi)容開展工作。
(1) 地表系統(tǒng)中的物質(zhì)、能量和生物流過程研究其中重點加強生態(tài)水文過程、生物地球化學循環(huán)、人地相互作用過程、全球碳氮循環(huán)等研究; 注重界面過程和不同類型過程的耦合; 注重野外觀測、試驗分析、空間信息技術、數(shù)學模型等研究方法的綜合應用。
(2) 地表環(huán)境變化的驅(qū)動力、過程和效應研究主要分析陸地表層系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)和人地系統(tǒng)演變的自然和社會經(jīng)濟驅(qū)動, 分析不同結(jié)構(gòu)和過程的時空變換特征, 探討不同變化情景下的資源、環(huán)境、生態(tài)和災害效應。
(3) 區(qū)域綜合和區(qū)域內(nèi)異質(zhì)性研究區(qū)域綜合研究有待于加強區(qū)域綜合實驗研究、區(qū)域綜合的方法與模型應用; 同時針對區(qū)域內(nèi)的時空變異, 開展區(qū)域內(nèi)景觀多樣性與異質(zhì)性、景觀格局與生態(tài)過程研究。
(4) 尺度推繹與轉(zhuǎn)換尺度問題是地理—生態(tài)過程研究中極富有挑戰(zhàn)性的課題。針對不同的尺度劃分體系(種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀、區(qū)域、全球; 坡面、集水區(qū)、流域、區(qū)域、全球), 開展尺度推繹與轉(zhuǎn)換的理論基礎研究和區(qū)域?qū)嶒炑芯? 發(fā)展尺度推繹與尺度轉(zhuǎn)換的方法和模型。
(5) 地理學的整體性研究整體性是地理學的特色, 在當前環(huán)境變化研究中, 基于系統(tǒng)分析的整體性研究愈加重要[19]。目前, 地理學的整體性研究亟需加強自然地理學與人文地理學的融合, 注重環(huán)境變化與規(guī)劃、土地利用變化與規(guī)劃、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等領域的研究, 突出人類活動對環(huán)境和過程的影響, 探討模型模擬研究在地表系統(tǒng)整體性中的作用。
(6) 方法論創(chuàng)新方法論創(chuàng)新是推動地理—生態(tài)過程研究的重要途徑。需要加強非線性科學和復雜性科學在地理系統(tǒng)研究中的應用, 開發(fā)研制或發(fā)展地理過程模型、多尺度綜合模型等, 加強模型的有效性檢驗與驗證。
(7) 地理—生態(tài)過程研究的應用在地理—生態(tài)過程的理論與創(chuàng)新的基礎上, 積極加強應用研究, 其中重點加強的領域有: 水循環(huán)與水資源、地貌過程與工程和災害防治、氣候變化及其效應、生態(tài)過程與生態(tài)系統(tǒng)恢復和保護、土地退化過程與治理、人地相互作用過程和人與自然和諧發(fā)展、全球變化的區(qū)域適應研究等。
3.3 地理—生態(tài)過程研究的幾點建議
我國在地理—生態(tài)過程這一領域已經(jīng)開展了大量研究工作, 并取得許多重要的研究進展。但是, 與國際相關研究的發(fā)展相比, 我們還有明顯差距。為了更好地開展地理—生態(tài)過程的研究, 服務于學科發(fā)展與國家需求, 在未來研究中需要注意以下幾方面的問題。
(1) 加強觀測、實驗、調(diào)查與模擬獲取數(shù)據(jù)是開展地理—生態(tài)過程研究的前提和基礎。目前, 我國已經(jīng)建立了長期野外觀測與研究臺站網(wǎng)絡, 為監(jiān)測我國資源環(huán)境動態(tài)、推動地理學與生態(tài)學的發(fā)展、服務于國家需求和政府決策提供豐富的數(shù)據(jù)基礎。然而,很多研究還缺少第一手的觀察與監(jiān)測數(shù)據(jù)。因而, 在未來的研究中, 要加強觀測、實驗和野外調(diào)查, 注重數(shù)據(jù)監(jiān)測的長期性、監(jiān)測手段與方法的一致性。同時, 加強地理—生態(tài)過程的模擬研究, 發(fā)展基于觀測的過程模擬模型。
(2) 加強遙感與野外觀測的結(jié)合遙感手段是目前快速獲取地表信息, 開展地理—生態(tài)過程研究的重要手段。然而, 由于時間分辨率與空間分辨率的限制, 遙感數(shù)據(jù)的解譯結(jié)果往往具有不確定性。因而, 在基于遙感手段開展野外調(diào)研和數(shù)據(jù)分析的過程中,需要加強野外的同步觀測, 將遙感調(diào)查結(jié)果和野外觀測數(shù)據(jù)相結(jié)合, 提高地理—生態(tài)過程研究的準確性。
(3) 加強區(qū)域綜合和全球研究在我國目前地理—生態(tài)過程的研究中, 區(qū)域的綜合研究已有較多的案例, 但是缺乏基礎理論創(chuàng)新, 多尺度綜合研究的內(nèi)容也并不多見; 同時, 在地理—生態(tài)過程領域, 我國具有全球性視野的研究非常匱乏。在今后的研究中,我國學者要關注全球的問題, 積極開展跨國或全球尺度的研究。
(4) 加強學科交叉, 特別是一級學科的交叉學科交叉點往往就是科學新的生長點、新的科學前沿, 這里最有可能產(chǎn)生重大的科學突破, 使科學發(fā)生革命性的變化[28]。然而,從目前國家自然科學基金的申報情況可以看出地理學者有意開展交叉研究的項目比例較低[29], 地理學家們對于自然與人文的綜合研究相對薄弱, 難以滿足日益增長的國家需求。因而, 在今后的研究中, 亟需加強學科交叉, 將其他學科, 如生物學、物理學、化學、數(shù)學、信息科學等學科的理論與方法應用到地理—生態(tài)過程的研究中, 以期取得突破與創(chuàng)新。

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