人类活动与生态系统变化的前沿科学问题 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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于贵瑞 等 著

图书标签:

• 生态系统变化
• 人类活动
• 全球变化
• 环境科学
• 生态学
• 可持续发展
• 生物多样性
• 气候变化
• 土地利用
• 前沿科学

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040266276

版次：1

商品编码：10126351

包装：精装

丛书名： 中国生态大讲堂

开本：16开

出版时间：2009-07-01

用纸：胶版纸

页数：543

字数：1050000

正文语种：中文

内容简介

　　《人类活动与生态系统变化的前沿科学问题》由中国科学院国际合作伙伴计划“人类活动与生态系统变化”创新团队集体撰著，全书包括绪论部分以及正文共4篇21章。作者在系统阐述20世纪生态学的发展历程和21世纪生态学发展趋势的基础上，重点介绍和论述了涡度相关技术、同位素技术和卫星遥感技术等在生态系统变化和物质循环通量的多尺度综合观测中的应用，生态系统变化过程的模型模拟、尺度问题和模型数据融合方法，陆地生态系统格局和过程对全球变化的响应和适应，以及人类活动对生态系统的影响和调控等研究领域的前沿性科学问题。《人类活动与生态系统变化的前沿科学问题》为从事全球变化、陆地生态系统水、碳、氮循环过程以及自然-经济-人文社会环境的相互关系研究领域的科技人员提供了野外观测、模型模拟和综合分析等方面的新理论、新技术和新思路，可作为生态、农林、环境等相关领域的科研工作者和研究生的参考书。

内页插图

目录

绪论21世纪生态学面临的挑战及其使命
摘要
Abstract
0.1 引言
0.2 20世纪生态学的发展历程
0.3 现代人类活动与生态系统关系的主要特征
0.4 21世纪生态学研究的发展趋势
0.5 现代生态学研究的热点领域及其科学问题
0.6 我国生态系统研究的主要科技任务
0.7 结论与展望
参考文献

第一篇 生态系统变化的多尺度观测与分析
第1章 陆地生态系统水、碳、氮通量及其循环过程的综合观测
摘要
Abstract
1.1 引言
1.2 生态系统水、碳、氮的耦合循环及其通量
1.3 生态系统水、碳通量观测的技术沿革
1.4 生态系统氮通量观测的技术进步
1.5 生态系统通量观测与模型模拟的结合
1.6 生态系统通量观测与遥感反演的结合
1.7 结论与展望
参考文献

第2章 生态系统稳定同位素平衡原理及其在生物地球化学循环研究中的应用
摘要
Abstract
2.1 引言
2.2 生态系统的稳定同位素分馏原理
2.3 生态系统中碳的同位素效应
2.4 生态系统中水的同位素效应
2.5 生态系统中氮的同位素效应
2.6 结论与展望
参考文献

第3章 大气水汽的稳定同位素平衡及其在生态系统水循环研究中的应用
摘要
Abstract
3.1 引言
3.2 水汽同位素在生态学和水文学研究中的应用
3.3 大气水汽理想化系统理论
3.4 蒸发和蒸腾水的同位素理论
3.5 空气水汽同位素含量的时间和空间分布
3.6 测量技术
3.7 结论与展望
参考文献

第4章 支持生态模型模拟的地面要素遥感观测与反演
摘要
Abstract
4.1 引言
4.2 用于生态系统变化监测的传感器及卫星发展计划
4.3 陆地表层遥感参数反演的主要方法
4.4 陆地表层遥感参数反演的主要产品
4.5 遥感产品与生态模拟
4.6 结论
参考文献

第5章 GIs支持下高分辨率空间数据在流域生态模拟应用中的尺度问题
摘要
Abstract
5.1 引言
5.2 基本概念
5.3 GIs的计算邻域与生态要素空间作用范围：计算邻域问题
5.4 高空间分辨率数据下生态要素在空间上的协同变化：空间尺度不兼容问题
5.5 实例分析
5.6 本章小结
参考文献

第二篇 生态系统变化过程的模型模拟与信息融合
第6章 生态系统水循环过程的动态模拟与流域水资源管理
摘要
Abstract
6.1 生态模型概论
6.2 土壤-植物-大气系统水分过程的模拟
6.3 农田生态系统作物生长与水、热、CO2传输综合模型
6.4 流域水循环模型及其与生态模型的耦合
参考文献

第7章 生态系统碳循环的时空动态模拟及计量方法
摘要
Abstract
7.1 前言
7.2 生态系统碳循环分量
7.3 光合作用模拟方法
7.4 呼吸作用模拟方法
7.5 林分年龄是森林碳循环中的重要驱动因子
7.6 干扰对碳循环的影响
7.7 碳循环的时间尺度及其在碳模拟中的应用
7.8 减少碳收支计量不确定性的几个策略
7.9 中国和加拿大个例分析
参考文献

第8章 森林生长和碳动态变化的混合模拟方法
摘要
Abstract
8.1 前言
8.2 模型结构
8.3 子模型描述
8.4 一个面向对象(object-oriented)模型的建立策略
8.5 模型检验和应用
8.6 讨论
参考文献

第9章 陆地生态系统初级生产力遥感模型估算
摘要
Abstract
9.1 前言
9.2 主要GPP遥感估计模型回顾
9.3 VPM模型详细描述
9.4 典型生态系统GPP遥感模型估算
9.5 模型精度评价和不确定性分析
9.6 小结
参考文献

第10章 多尺度、多源生态观测数据的同化技术及其在碳循环研究中的应用
摘要
Abstract
10.1 引言
10.2 陆地生态系统碳循环模拟模型
10.3 数据同化技术
10.4 基于通量网的应用
10.5 基于控制试验的应用
10.6 小结
参考文献

第三篇 全球变化驱动下的生态系统变化过程及其适应性
第11章 气候变化对陆地生态系统格局的影响
摘要
Abstract
11.1 中国陆地生态系统空间格局
11.2 中国陆地生态系统时空格局变化趋势
11.3 气候变化对中国陆地生态系统格局的影响机制
11.4 展望
参考文献

第12章 生态系统的生物种群和植被动态对全球气候变化的响应与适应
摘要
Abstract
12.1 引言
12.2 全球气候变化对植物的影响
12.3 植物种群结构与动态对全球变化的响应
12.4 当前及未来气候情景下的植被动态
12.5 展望
参考文献

第13章 生态系统的碳、氮、水过程对全球变化的响应与适应
摘要
Abstract
13.1 生态系统碳、氮、水过程对温度升高的响应与适应
13.2 生态系统碳、水过程对降水格局变化的响应与适应
13.3 生态系统碳、氮、水过程对大气CO2浓度升高的响应与适应
13.4 生态系统碳、氮、水过程对大气氮沉降增加的响应与适应
13.5 小结和展望
参考文献

第14章 陆地生态系统碳、氮、水过程间耦合关系及其对全球变化的响应与适应
摘要
Abstract
14.1 陆地生态系统的水、碳耦合循环
14.2 陆地生态系统的碳、氮耦合循环
14.3 结论与展望
参考文献

第15章 生态系统结构与功能的复杂性及其环境响应的不确定性
摘要
Abstract
15.1 生态系统复杂性理论概述
15.2 生态系统结构与功能的复杂性
15.3 生态系统环境响应的不确定性
15.4 生态系统复杂性研究方法概述
参考文献

第四篇 人类活动对生态系统的影响及其评价和调控
第16章 中国建设用地扩张的区域差异及其影响因素
摘要
Abstract
16.1 引言
16.2 数据与样本
16.3 建设用地扩张
16.4 人均建设用地区域差异
16.5 建设用地变化分析计量经济模型
16.6 计量经济模型估计结果与分析
16.7 结论与展望
参考文献

第17章 耕地用途转移对我国耕地生产潜力的影响
摘要
Abstract
17.1 引言
17.2 土地利用数据
17.3 耕地生产潜力估算模型
17.4 耕地用途转移特征
17.5 耕地生产潜力变化
17.6 2000-2003年耕地变化
17.7 政策建议
参考文献

第18章 农业生态区(AEZ)模型方法与农业生产潜力评估
摘要
Abstract
18.1 引言
18.2 AEZ模型框架
……

第19章 气候变化、陆地生态格局与人类活动相互作用机制
第20章 生态系统服务功能变化与人类活动承载能力
第21章 生态系统服务的供给、贸易与市场机制

精彩书摘

　　1.2 生态系统水、碳、氮的耦合循环及其通量
　　地球生态系统碳循环作为人类一环境系统不可分割的组成部分，一直是地球系统科学和全球变化研究领域的前沿课题，是预测未来气候变化、有效管理自然资源以及减缓温室效应的关键问题（Steffen et al，1998）。早在20世纪70年代，碳循环研究就成为国际科学联盟理事会（IGSU）环境问题委员会（SCOPE）的主要研究方向和重点关注课题；到了80年代和90年代，旨在研究温室效应所造成的全球环境变化及其对生态系统影响的国际地圈生物圈计划（IGBP）的实施显著地推动了碳循环的研究，使之成为地球系统科学、生物科学和社会科学共同关注的主题之一。到了21世纪，碳循环的研究得到了进一步深化。IGBP、世界气候研究计划（wcRP）、国际生物多样性计划（DIVERSITAs）和国际全球环境变化人文因素计划（IHDP）共同发起并成立了地球系统科学联盟（ESSP），其目的是促进地球系统集成研究和全球可持续发展潜力方面的研究。ESSP缘起于日益严重的全球环境变化问题，将全球碳计划（GCP）、全球水系统计划（GWSP）、全球环境变化与食物系统（GECAFs）和全球环境变化与人类健康（GEcHH）列为应该持续关注的全球四大“联合计划”。近年来，生态系统碳循环及其对气候变化的区域响应与适应成为地球系统科学和全球变化研究领域的焦点，无论各国政府还是各种国际相关组织都对应对气候变化的行动纲领予以高度重视。

前言/序言

　　20世纪后期以来大规模、高强度的人类活动及其所导致的全球环境变化已经并且正在深刻地改变着陆地生态系统的格局和过程，使得保持生态系统服务功能和社会经济增长的矛盾日益突出，严重地制约了社会经济的持续发展。21世纪人口和经济的持续增长、全球环境快速变化将给生态系统形成前所未有的压力。因此，认识和管理高强度人类活动和全球环境快速变化双重驱动下的生态系统变化，实现生态-经济-社会系统的协调和持续发展，是21世纪人类社会面临的共同挑战。
　　2005年，中国科学院地理科学与资源研究所组织了一批活跃在生态系统变化的过程观测、遥感观测、生态系统模型、土地利用变化、区域经济发展以及气候变化等领域的科研骨干与海外知名科学家，组成了中国科学院国际合作伙伴计划“人类活动与生态系统变化”创新团队，针对21世纪地球系统科学和生态科学的核心问题——认识人类高强度活动和全球环境快速变化驱动下的生态系统变化，开展国际协作攻关。该创新团队以地球系统科学理论为指导，把环境一生态系统一社会作为一个相互作用的整体开展系统研究，综合应用地学、生态学、环境科学和社会经济科学方法，阐述生态系统变化的过程机制，评估和预测人类活动直接干预和环境变化共同驱动的生态系统状态变化。
　　通过3年的密切配合和精诚合作，该创新团队如期完成了预定目标，取得了多项代表性科研成果，主要包括：（1）基于中国陆地生态系统通量观测研究网络，开展了典型生态系统水、碳、氮通量的联网观测，阐述了典型生态系统水、碳、氮循环关键过程对环境变化的响应和适应机制，引进了稳定同位素原位连续观测系统，发展和验证了新一代遥感植被生产力模型（VPM）；（2）应用模型-数据融合方法开展陆地生态系统碳循环研究，提出了利用可变邻域技术解决生态模拟中参数尺度问题的方法，在全国尺度上模拟和分析了气候变化和人类活动对中国森林生态系统碳源汇时空格局的影响，以及土地利用变化对生态系统生产力及土壤碳吸收潜力的影响；（3）运用计量经济学模型分析了城镇化对我国耕地资源的影响，完善和更新了农业生态区（AEz）模型和中国农业可持续发展决策支持系统（cHINAGR0），定量估计了区域生态系统服务功能变化及其承载能力和可持续发展能力，评价了青藏铁路修建对高原区生态环境的影响。
　　本专著围绕人类活动与生态系统变化研究的前沿科学问题，重点阐述了创新团队成员在生态系统变化的多尺度‘综合观测、模型模拟和分析、生态系统对人类活动和全球变化的响应和适应等方面所取得的重要成果。绪论部分综述了20世纪生态学的发展历程、现代人类活动与生态系统关系的主要特征、21世纪生态学研究的发展趋势、热点领域及其科学问题；第一篇（第1章至第5章）论述了生态系统物质通量观测技术、同位素观测技术和遥感技术在生态系统过程和格局研究中的应用；第二篇（第6至第10章）重点介绍了生态系统水、碳循环模拟的过程机理模型、遥感模型，以及模型数据融合技术在碳循环研究中的应用；第三篇（第11章至第15章）阐述了生态系统的格局和水、碳、氮等过程对全球变化的响应和适应及其不确定性；第四篇（第16章至第2l章）着重论述了人类活动对生态系统的影响，气候变化、陆地生态系统格局与人类活动相互作用关系，以及生态系统服务功能与人类活动承载能力的变化。

遥远星辰的低语：宇宙拓扑学与暗物质的几何结构 一、 导言：超越经验的维度探索 本书并非聚焦于我们赖以生存的蓝色星球及其生态系统的微妙平衡，而是将读者的目光投向了最为宏大、也最为神秘的领域——宇宙学和高维几何。我们所处的现实，或许仅仅是宏大“结构”的一个局部投影。本书旨在深入剖析宇宙拓扑学（Cosmic Topology）的前沿进展，探讨在普朗克尺度和宇宙学尺度上，时空结构如何被重新定义，以及这些理论如何暗示着我们对暗物质（Dark Matter）和暗能量（Dark Energy）本质的理解，必须从传统的粒子物理模型转向对整体几何形态的考量。 本书的基调是探索那些尚未被直接观测证实，但却在数学上具有高度一致性和内在逻辑的科学猜想。我们着重考察的是，如果宇宙不是一个无限的、欧几里得平直的空间，而是一个具有特定“连接性”（Connectivity）或“周期性”（Periodicity）的复杂流形（Manifold），那么我们将如何识别出这种结构，以及它将如何影响我们对引力、时间和物质分布的理解。 二、 宇宙拓扑学的几何基础与观测挑战 拓扑学，作为研究空间在连续变形下保持不变的性质的数学分支，在描述宇宙的整体形状时展现出无与伦比的威力。本书首先将回顾目前主流的宇宙几何模型，如弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规下的三种可能性：球形（闭合）、双曲形（开放）和平坦（欧几里得）。然而，拓扑学引入了新的变量：连通性。即使局部几何是平直的，宇宙的全局结构也可能是一个有限的、自我相交的空间，例如一个三维环面（Torus）或庞加莱晶体（Poincaré Dodecahedral Space）。 我们详细分析了利用宇宙微波背景辐射（CMB）数据寻找拓扑特征的方法。如果宇宙是有限且连通的，我们应当能在CMB图谱上观测到重复的温度波动模式，即“圆对圆”（Circles in the Sky）的信号。本书将细致梳理当前对CMB数据（如WMAP和Planck卫星）的分析结果，重点讨论那些声称发现的周期性信号的统计显著性，以及解释这些信号是来源于拓扑结构，还是仅仅是统计噪音或局部结构干扰的可能性。 此外，本书引入了“视界限制”（Horizon Limitation）的概念。无论宇宙的拓扑结构多么奇特，我们观测到的信息总是被限制在我们自身的宇宙视界内。如何设计理论模型和观测策略，以期从有限的观测数据中推断出无限或周期性结构的边界条件，是本书几何建模部分的核心挑战。 三、 暗物质的结构化解释：拓扑缺陷与场论的交汇 暗物质占据了宇宙物质总量的绝大部分，其性质至今仍是物理学最大的谜团之一。本书提出了一种非传统的观点：暗物质的分布和行为，可能不是由单一的、弱相互作用的重粒子（WIMPs）完全解释，而是与宇宙的早期拓扑演化紧密相关。 我们深入探讨了宇宙拓扑缺陷（Topological Defects）理论。在宇宙极早期，当物质场经历相变时，根据Kibble机制，可能会产生稳定、线性的（如宇宙弦）、二维的（如畴壁）或点状的（如磁单极子）缺陷。这些缺陷在能量密度上极高，且具有几何上的稳定性，可能充当了早期物质成核的“种子”，并以其自身的引力效应，构成了我们今天观测到的暗物质晕（Haloes）和大规模结构（LSS）的几何骨架。 本书特别关注“拓扑绝缘体”在宇宙尺度上的类比。如果暗物质粒子本身携带了某种内在的拓扑保护（Topologically Protected），这意味着它们在低能状态下对局部的微扰具有极强的抵抗力，从而解释了为什么它们难以被标准模型粒子探测到。我们构建了简化的场论模型，来模拟这些拓扑结构如何从早期宇宙的“分岔点”中冻结出来，并演化成星系和星系团的引力源。 四、 暗能量与时空的非局部性 暗能量，驱动宇宙加速膨胀的神秘力量，其本质的解释，往往导向对时空结构更深层次的假设。本书将暗能量的引力效应与非局部性（Non-Locality）联系起来。 在传统的广义相对论中，引力是局部的相互作用。然而，如果宇宙整体是一个具有非平凡拓扑的封闭流形，那么空间中的两点之间的“距离”和“关联”就不再仅仅由它们之间的欧几里得路径决定，而是受整体形状的约束。我们探讨了如何将这种整体性的关联性，通过修改爱因斯坦场方程的某些项来体现，这些修改项可以模拟出类似真空能量的负压效应。 具体而言，本书引用了霍金-马尔达西纳（Hawking-Maldacena）猜想的某些拓扑学推论，即在某些极限情况下，高维的引力理论（如AdS/CFT对应）暗示着时空边界与内部结构的深刻对偶性。如果宇宙的“边界”——即我们视界之外的空间——对我们视界内的演化施加了某种几何反馈，这种反馈就可以被解释为暗能量。本书将侧重于探索这种反馈机制如何导致了当前观测到的、接近于宇宙学常数（Λ）的膨胀率。 五、 结论：从局部观察者到全局几何架构师 本书并非提供确凿的观测证据，而是致力于绘制一幅理论图景：即我们对宇宙的理解，正从一个局部的、物质驱动的粒子物理学范式，转向一个更加宏大的、几何驱动的拓扑学范式。成功理解宇宙的最终命运和暗物质的身份，可能要求我们放弃对“无限平直空间”的直觉依赖，转而接受宇宙可能是一个复杂、有限、并且具有内在“连接规则”的伟大结构。这些规则，就隐藏在遥远星光微弱的波动和无声的引力涟漪之中，等待着被精密的几何语言所破译。 本书适合具有扎实天体物理学和高等数学背景的读者，以及对基础物理学前沿哲学性思考抱有浓厚兴趣的研究人员和爱好者。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我感到耳目一新的地方，在于它对“人类活动”概念的界定进行了极具挑战性的拓宽。作者似乎在试图打破传统的“人与自然”二元对立的框架，转而探讨我们自身社会经济结构、消费模式乃至认知偏差是如何内化为驱动生态系统变化的核心力量的。书中对全球供应链的生态足迹分析，视角非常新颖，它没有停留在讨论污染源头，而是追溯了需求端——也就是发达国家的生活方式——对遥远生态系统所产生的隐形压力。这种“去中心化”的分析方法，使得全书的批判性力量非常强劲，它迫使读者审视自身在宏大生态剧变中的角色。文风上，它带有明显的社会学和政治经济学的批判色彩，语言犀利且富有洞察力，读完后会让人对日常生活的诸多便利背后所隐藏的生态代价产生强烈的反思。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书的价值在于其对未来研究方向的“预判性导航”。它清晰地勾勒出了未来十年内，生态学、气候科学与社会科学交叉领域最迫切需要解决的“瓶颈问题”。例如，书中对“基于自然的解决方案”（NbS）的有效性和局限性的平衡探讨，既不盲目乐观，也不陷入虚无主义，而是提出了需要更精细化量化指标来评估其长期生态效益的迫切性。这种务实而又充满前瞻性的态度，让整本书读起来充满了一种建设性的张力。它不只是在回顾过去的问题，更是在为下一代科学家设定清晰的“研究靶点”，尤其是在数据整合和跨学科知识迁移方面，书中所提出的方法论建议，具有极高的操作价值，是研究者不可多得的案头参考资料。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，初读时我感到有些吃力，因为它似乎没有给初级读者留下太多的“缓冲地带”。这本书的结构非常紧凑，信息的密度极高，每一个章节都像是浓缩了数年的研究成果。我尤其欣赏作者在讨论具体区域性生态案例时所展现出的细致入微的观察力，例如对北极苔原融冻层变化对区域水文循环影响的案例分析，其数据引证的精确度，远非普通科普读物可比。它更像是为已经在相关领域有一定基础的专业人士准备的“进阶读本”。书中多次出现的对比图表和复杂的数学模型可视化呈现，虽然增加了理解的难度，但同时也为那些希望深入探究数据背后的逻辑脉络的研究者提供了极佳的参照。它不是一本用来消磨时间的作品，更像是一本需要你带着笔记本和计算器去仔细研读的工具书。

评分☆☆☆☆☆

这部著作的论述视角非常宏大，它似乎并不满足于仅仅描摹我们当下所见的那些生态危机，而是着力于深入挖掘驱动这些变化的底层机制。我尤其欣赏作者对于“反馈回路”的细致剖析，书中关于生物多样性丧失如何反过来加速气候变暖的论证，逻辑链条极其严谨，不是那种蜻蜓点水的泛泛而谈，而是通过引入复杂的系统动力学模型来支撑其观点。读起来，你会感觉到作者的笔触不是在简单地陈述事实，而是在构建一个关于地球生命支持系统的“故障诊断手册”。它挑战了许多关于线性因果关系的传统认知，迫使读者去思考那些潜藏在复杂交织的网络中的“薄弱环节”。比如，书中对土壤微生物群落结构变动与全球碳循环失衡之间关系的探讨，引用了大量来自分子生态学和地球化学的前沿数据，这使得整本书的学术厚度令人印象却步，同时也让人对未来环境治理的复杂性有了更深刻的体认。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏和文风，给我一种强烈的“史诗感”，仿佛作者站在一个极高的时间维度上俯瞰人类文明与自然界的千年博弈。它的语言是高度凝练且富有哲思的，相比起充斥着专业术语的教科书，它更像是一部面向未来学家和政策制定者的高级内部报告。其中对“不可逆转的临界点”（Tipping Points）的讨论，尤其令人不安又引人入胜。作者没有采用耸人听闻的笔法，而是通过对历史气候记录和地质构造变化的对比分析，冷静地揭示了系统在压力下可能发生的突变。我特别留意了其中关于“后人类世”社会适应性策略的设想部分，虽然内容偏向于理论构建，但其对技术干预的伦理边界的探讨，显示出作者深厚的跨学科功底，涉及了从生态伦理学到宏观经济学的诸多范畴，使得这本书的讨论深度远超出了纯粹的自然科学范畴。

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