長期生態學

長期生態學（Long-Term Ecology），是基於現有的和擬建的國家、區域和全球環境及生態系統監測和研究網路，在區域範圍（生態系統、國家、世界等）內聯合開展對資源、環境狀況的監測和研究，為自然資源的可持續利用、改善生存環境以及社會經濟的可持續發展提供數據資料，並做出積極貢獻。長期生態學是適應社會發展和人類需求所產生的生態學分支學科。

自20世紀80 年代中期以來，隨著世界人口的急劇增長，城市化迅速發展和對生態系統的不合理利用，甚至掠奪式的經營，使得全世界許多地方的資源、環境和生態狀況不斷惡化，從而造成諸如氣溫升高、海平面上升、臭氧層破壞、環境污染、荒漠化加劇等一系列生態災難。另一方面，隨著生態學和地球系統科學及遙感、地理信息系統及計算機等科學技術的發展，人們已經有能力研究地球巨系統中大氣、生物、海洋和岩石層等圈層之間的相互關係。基於此種背景，國際上開始進行長期生態學研究，長期生態學也由此應運而生。

長期生態學研究（Long Term Ecological Research，LTER），是指在一個或若干個生態站對某些生態現象或過程進行較長時間的連續觀測和研究。觀測和研究時間的長短，理論上應當依據所研究的對象的特徵來確定，通常從是十幾年至數百年。

（1）國際長期生態研究網路

國際長期生態研究網路（International Long Term Ecological Research Network，ILTER）於1993年9月，在美國國家基金委員會(NSF) 的支持下，由來自16個國家的39位學者和官員，代表已有的和正在籌建的各國長期生態研究網路或野外站，齊聚美國科羅拉多州的Estase公園，正式成立了ILTER 。經過研究，ILTER的執行機構為指導委員會(Steering committee)，首任指導委員會主任是當時任美國長期生態研究網路(LTER )的主席J. Franklin 博士。其現任主席是美國新墨西哥大學生物學系教授，美國LTER 主席G. Gosz博士。

ILTER的目標是：

1) 加強全世界長期生態研究工作者之間的信息交流；

2) 建立全球長期生態研究站的指南，例如為野外站確定必備的裝置和設備清單，明確已存在的長期生態研究站的地點，並確定未來準備建立長期生態研究站的地點等；

3) 建立長期生態研究合作項目；

4) 解決尺度轉換、取樣和方法標準化等問題；

5) 發展長期生態研究方面的公眾教育，並以長期生態研究的成果去影響決策人。

國際長期生態研究網路現有38個成員網路和中東歐、中南美、東亞以及太平洋、北美、南非及西歐6個區域網路。在該網路中，中國生態系統研究網路（CERN）、美國長期生態學研究網路（US-LITER），英國環境變化網路（ECN）處於國際長期生態系統研究網路（ILTER）的領先地位。

ILTER的使命：

1）加強對一些跨國和跨區域的長期生態學現象的認識；

2）促進多個研究站參與的比較與綜合研究；

3）為參與站際合作及在不同環境和不同學科工作的學者提供信息；

4）促進各種觀測和試驗的可比性、研究和監測的綜合性與數據交換；

5）加強有關長期生態學現象的研究及其相關技術方面的培訓活動；

6）促進跨國和跨地區的長期比較研究和試驗的開展；

7）促進大時空尺度上的生態系統管理和可持續發展研究。

（2）美國長期生態研究網路

美國長期生態研究網路（U.S.Long Term Ecological Research Network，簡稱U.S.LTER Network）由美國國家科學基金會（NSF）資助，建立於1979年，於1980年正式啟動。它是世界上第一個以長期生態學現象為主要對象的研究網路。現在它已經成為世界上規模最大、研究水平最高的國家級長期生態學研究網路。美國長期生態學研究網路重視數據集的可比性以及方法和設備的標準化。數據集的可比性至少包括統計和實時記錄。設備的標準化還包括測量、方法及計算機的標準化，其有關通訊、數據控制以及分析用軟硬體的標準化在1988年就已選定。

目前由代表了森林、草地、農田、湖泊、海岸、荒漠、極地凍原和城市等生態系統的26個試驗站組成。通過多年的發展，該網路在生態學研究及生態系統管理方面都取得了一系列重要成就。為了將LTER的工作推進到一個新的階段，美國NSF曾提出了在不同地區建立10個國家生態觀測站，並在此基礎上建立國家生態觀測站網路( National Ecological Observatory Network，NEON ) 的設想。NEON 的每一個觀測站實際上是一個區域性生態系統綜合研究中心，其核心任務是針對所在地區的重要生態問題，從細胞、器官、個體、種群和群落等生物學層次，以及生態系統和景觀等生態學層次進行包括了自然科學、社會科學和技術科學在內的跨學科綜合研究。

五大核心研究領域：

第一性生產力的格局與調控；

營養結構的種群的時空分佈；

地表層和沉積的有機物積累和分解的格局與調控；

無機物的輸入格局和營養物的流動格局；

干擾的格局與頻率。

長遠目標：

為建立一個科學可以為促進全球環境的健康、高生產力和利益而做出貢獻的社會，同時為促進美國的健康、繁榮、福利和安全而努力。

主要任務：

記錄、分析和認識長時間、大空間尺度下不同的生態過程、格局和現象。

科學目標：

認知(Understanding)：了解各類生態系統在不同時空尺度上的格局與過程。

信息(Information)：通過設計完善、文擋化的資料庫，向該網路以及其他科學組織的學者提供信息。

綜合(Synthesis)：通過長期、多學科研究、信息綜合和發展新理論，來創造新知識。

遺產(Legacies)：為下一代創建設計完善、文擋化的長期觀察、試驗數椐和樣品及標本。

教育(Education)：鼓勵培訓、執教和學習長期生態研究及地球上各類生態系統的知識，並培養新一代的科學家。

宣傳(Outreach)：通過提供決策支持、信息、建議、知識，以及提供解決複雜環境問題的能力，儘可能地與有關科學團體、自然資源管理人員、決策者和廣大公眾接觸。

（3）英國環境變化監測網路

英國環境變化監測網路(Environment Change Network，ECN ) 籌建於1992 年，從1993 年開始正式運行，它是一個只對環境和生物群落進行長期綜合觀測的網路(Parr & Lane，2000)。目前，它由54個監測站組成，其中，陸地生態系統觀測站12 個，淡水生態系統（河流和湖泊）觀測站42 個。該網路旨在收集、存貯、分析、解釋以一系列關鍵變數為基礎的長期數據。存取資料庫的計算機網路對所有的數據提供者開放，並進行每年一次的數據整編。

該網路目前觀測的指標達260 多個，涉及陸地生態系統的氣象、大氣化學、降水化學、地表徑流化學、土壤溶液化學、土壤質地、植被、脊椎動物、非脊椎動物及土壤動物等因子, 以及淡水生態系統的水特徵、非脊椎動物、水生植物、浮遊動物和浮游植物等。該網路的觀測站都是由英國有關部門建立而自籌經費，自願參加ECN 觀測活動的。ECN 的經費只支持從事網路管理和數據管理的2～3 人的活動經費。

它的主要任務是：

1) 在英國本土內選定若干個有代表性的觀測站組成網路，按標準化的方法對影響環境變化的一些重要因子進行定期觀測；

2) 對所採集的數據進行綜合與分析，了解並確定造成環境變化的原因；

3) 建立一個學者們可以獲取的用於研究和預測環境變化的長期資料庫。

（4）中國生態系統研究網路

中國生態系統研究網路（CERN）是為了監測中國生態環境變化，綜合研究中國資源和生態環境方面的重大問題，發展資源科學、環境科學和生態學，於1988年開始組建成立的。目前，該研究網路由16個農田生態系統試驗站、11個森林生態系統試驗站、3個草地生態系統試驗站、3個沙漠生態系統試驗站、1個沼澤生態系統試驗站、2個湖泊生態系統試驗站、3個海洋生態系統試驗站、1個城市生態站，以及水分、土壤、大氣、生物、水域生態系統5個學科分中心和1個綜合研究中心所組成。

中國生態系統研究網路（CERN）設立CERN領導小組（設辦公室）、CERN科學指導委員會和CERN科學委員會（設秘書處）等組織機構，全面負責CERN的運行和管理，以及組織重大科學研究計劃的實施，開展生態環境監測、數據集成和對外服務等業務。

CERN是中國科學院知識創新工程的重要組成部分，是我國生態系統監測和生態環境研究基地，也是全球生態環境變化監測網路的重要組成部分。CERN不僅是我國開展與資源、生態環境有關的綜合性重大科學問題研究實驗平台，它還是生態環境建設、農業與林業生產等高新技術開發基地，中國生態學研究與先進科學技術成果的試驗示範基地，培養生態學領域高級科技人才基地，國內外合作研究與學術交流基地和國家科普教育基地。

當前CERN科學研究的主要目標為：

1）通過對我國主要類型生態系統的長期監測，揭示其不同時期生態系統及環境要素的變化規律及其動因。

2）建立我國主要類型生態系統服務功能及其價值評價、生態環境質量評價和健康診斷指標體系。

3）闡明我國主要類型生態系統的功能特徵和C、N、P、H2O等生物地球化學循環的基本規律。

4）闡明全球變化對我國主要類型生態系統的影響，揭示我國不同區域生態系統對全球變化的作用及響應。

5）闡明我國主要類型生態系統退化、受損過程機理，探討生態系統恢復重建的技術途徑，建立一批退化生態系統綜合治理的試驗示範區。

現階段的主要研究方向為：

1）我國主要類型生態系統長期監測和演變規律；

2）我國主要類型生態系統的結構功能及其對全球變化的響應；

3）典型退化生態系統恢復與重建機理；

4）生態系統的質量評價和健康診斷；

5）區域資源合理利用與區域可持續發展；

6）生態系統生產力形成機制和有效調控；

7）生態環境綜合整治與農業高效開發試驗示範。

（1）全球陸地生態系統的凈初級生產力

該項目主要是利用裝在美國發射的TER2RA 衛星上的MODIS感測器發回的遙感信息來測量全球陸地生態系統的凈初級生產力(NPP)。為使所得的結果更加準確，所以從已有的長期生態研究網路中選定50個3 km×3 km 的樣地，調查植被類型，並測量葉面積指數、土壤濕度等參數，用以校對所獲取的遙感數據。該項目由美國Montana 大學的Steve Running 教授負責。

（2）全球森林覆蓋觀測計劃

該項目的目的是監測全球森林植被的動態，其工作方法是利用加拿大國家遙感中心的遙感信息，結合從已有各長期生態研究網路中所選出的森林生態系統定位研究站所獲取的地面數據，來監測全球森林覆被的動態。該項目由加拿大國家遙感中心主任Josef Cihlar負責。

（3）全球碳循環和碳平衡研究計劃

該項目的主要目的是利用長期生態研究網路的各個站, 觀測和研究陸地生態系統中森林、草地、農田等生態系統的碳循環和碳平衡特徵，進而為求算全球的碳循環和碳平衡作貢獻。

（4）全球枯枝落葉分解和土壤生物多樣性研究計劃

該項目的目的是研究陸地生態系統枯枝落葉分解的過程和特徵，以及與土壤生物多樣性的類群和數量之間的相互關係。其具體工作方法是，將裝有標準的枯枝落葉的尼龍網袋放置在各類生態系統的地表，然後定期取樣進行稱量和分析，並調查參與枯枝落葉分解的土壤動物類群。這一工作在北美已經形成了一個研究網路，且取得了重要的研究成果，並向歐洲和亞洲擴展。該項目的負責人是美國Oregon 州立大學的Mark Harmon 教授。

（5）全球生物多樣性和生產力相互作用研究計劃

該項目由Diversitas 和ILTER聯合發起。

1）深入研究生態系統各個組分間的相互關係；

2）對現有數據和結果進行分析與綜合，服務於社會；

3）驗證和發展生態學理論，力求預測；

4）應用和發展信息技術；

5）關注生態系統變化、生態系統服務與人類福祉間的相互關係；

6）開展多學科的綜合研究。

《長期生態學研究比任何時候都重要——訪國家自然科學基金委員會主任陳宜瑜》