[科普中国]-系统生态学

简介

系统生态学是运用系统分析方法开展生态学研究的系统科学，或是一门强调系统研究方法论的生态学2。系统生态学起源于19世纪末湖泊及海洋生物群落研究。第二次世界大战以后，随着运筹学、控制论、信息论及电子计算机技术的蓬勃发展，系统生态学进入其旺盛发展时期。20世纪50年代，Odum HT和Golley关于系统生态学的理论和实验研究，开创了系统生态学中能流研究的新纪元。系统生态学研究起源于两个不同的学科，并产生了两个分支：运用现代数学方法解释生态系统动力学并发展而成的理论生态学；通过大量实验研究，探索各类生态系统中物质能量流动规律，并发展而成的模拟生态学。

研究对象生态系统是系统生态学的研究对象，但并不是其特有的研究对象。其特有的研究对象应是生态系统中各种生态关系的集合的生态学系统，它与传统生态系统的区别在于它是开放的而不是封闭的，是多维的而不是三维的，是离散的而不是连续的，是事理系统而不是物理系统。生态学系统的研究主要集中在生态基、生态流和生态场的机理、规律和功效上。

内容内容包括系统测量、系统分析、系统描述、系统模拟和系统优化3。描述生态系统结构与功能动态的数学方程，即生态模型。它可以近似于真实地表达一个生态系统的稳定状态和动态变化，并可预测外力冲击可能引起的反应和后果。系统最优化是建立最佳生态系统的依据。

分类线性系统与非线性系统线性系统是系统的数学模型满足叠加原理的。例如，服从欧姆定律的简单电路中，电阻两端电压与其中通过的电流成正比，这就是线性系统。

非线性系统是系统的数学模型不满足叠加原理或其中包含非线性环节者。例如，当电阻中电流大大增加时，电阻值将由于电阻发热而发生变化，这时，欧姆定律就不成立了，系统成为非线性的了。

时不变(定常)系统和时变系统时不变系统中的参数是不随时间改变而改变的。如果系统的性质是因时间的改变而改变的，则是时变系统。

分布参数系统与集中参数系统集中参数系统是系统数学模型中的变量和参数与空间位置无关，系统方程常为常微分方程；分布参数系统中数学模型的变量与参数是空间位置的函数，因此系统方程常为偏微分方程。

连续系统与离散系统连续系统的输入输出信号均为连续量，而且系统内的联系也是连续函数。而离散系统则相反，它的输入或输出，其变化只发生在特定的瞬时(采样时间)，其他时间(采样瞬时之间)变量保持常数或无定义。

确定性系统与随机系统确定性系统是输入信号、系统的结构与参数都是确定的，输出也是确定的；随机系统是系统的输入、输出及干扰有不确定的随机因素，有时系统本身也带有某种随机性。

系统分析的经典方法是分别在两个域上来研究系统4：一个是时间域，另一个是频率域。在时间域上，输入信号通常是没有周期的，而输出则是时间的函数；在频率域上，输入信号通常是正弦曲线，而输出则是输入的频率和振幅的函数。这两种方法的基本原理是一样的，都是把系统对某一种试验(test)函数的反应特征化。而系统对典型试验输入信号的响应特性，与系统对实际输入信号的响应特性之间，存在着一定的关系。因此当一个生态学家研究一个系统的实际输入信号时，就可以依靠这些典型试验输入信号的响应特性，来得到关于一般输入信号的响应特性的信息。