《生态环境及地理信息领域：发展、融合与探索》简要论述了生态学、环境学、地理学、信息科学、交叉学科以及技术领域与热点方向研究的内涵特征和发展规律。重点阐述了生态系统特征及其耦合关系，景观格局及生态过程，生态规划与生态工程，地理环境与风险管理等问题；分析了全球变化的区域响应以及气候评估与产业发展的关系；探索了地理信息科学、生态信息科学以及环境信息科学的学科地位、理论体系与应用领域；研究了流域生态水文、城市生态资产、“一带一路”资源环境、区域二氧化碳减排、荒漠环境修复等重大科学问题，拓展了遥感与GIS技术、信息图谱技术、低碳信息管理技术、数字制图技术、生态安全及脆弱性评估预警技术、环境物联网技术（EIOT）以及BGC过程、生态补偿、水碳足迹、生态产品等研究热点。《生态环境及地理信息领域：发展、融合与探索》基于作者40年的国内外科学研究、科学考察、社会服务以及学术交流与人才培养等研学历程，以图文并茂的表现形式，体现了诸多研究领域原始性创新与集成性创新的进展。

第1篇科学研究
　　第1章生态学研究
　　1.1生态学研究背景
　　生态学（ecology）的学科体系非常庞大。传统的生态学是研究生物之间和生物与周围环境之间相互关系及其反馈机制的科学。按照研究层次、生物类群、生境类型、研究性质以及与其他学科的相关性，生态学有诸多不同的分类。一段时期生态学在中国曾被划分为生态科学、生态工程学与生态管理学三大门类。虽然不同的划分对于人们认识客观对象具有一定的影响，但生态学作为研究生物与生物、生物与环境之间相互关系及其反馈机制的内涵特征始终没有改变。随着理论研究的深化，生态学也被赋予了诸多新内涵。2018年，作为一级学科的生态学正式发布其相关二级学科，包括了植物生态学、动物生态学、微生物生态学、生态系统生态学、景观生态学、修复生态学及可持续生态学七个二级学科。生态学二级学科的发布指导人们更加科学地理解生态现象与生态过程。生态学是一门研究宏观生命系统的结构、功能及其动态的科学，它为人类认识、保护和利用自然提供理论基础和解决方案，也是生态文明建设的重要科学基础。经过150多年的发展，生态学的科学内涵和社会需求已经发生了巨大变化。生态学不再仅限于生物学范畴内的研究，而是融合了地学、环境学、资源学乃至经济学、社会学等多个学科的知识和进展，成为一门*具理论体系，并具有广泛应用的综合交叉学科（方精云，2021）。此外，生态学学科分支还有按照其他角度的分类，特别是学科的交叉与融合，形成数量生态学、化学生态学、物理生态学以及生态哲学、生态美学、生态伦理学等，具有不同的研究侧重点与现实指导意义。现代生态学具有一系列特征，一方面，以全球生态学和空间生态学为特征的宏观生态学发展迅速；另一方面，以分子生态学为特征的微观生态学发展也异常活跃（康乐，1996）。应对气候变化、生物多样性保护以及可持续发展成为生态学相关分支学科开展研究的重要内容，生态学的研究范围、研究方法等呈现多样化。在人类命运共同体这一全球价值观背景下，生态文化、生态伦理、生态产业等的发展在当代社会愈加迫切。2023年8月15日是中国**个全国生态日，有专家认为生态学是生态文明建设（ecological civilization construction，ECC）的基础性学科，以生态系统为代表的自然环境为人类提供了生存与发展的条件与资源，“绿水青山就是金山银山”是人类对自然价值认识的精辟概括；全国生态日的设立是人类对当前全球性生态危机全面觉醒的标志，也是对人与自然和谐共生的呼唤。
　　至2023年，***已经组织开展了五轮学科评估。生态学进入“双一流建设学科”名单的高校，相关学科考核结果名列前茅。2017年12月，***公布了全国第四轮学科评估，该评估于2016年在95个一级学科范围内开展（不含军事学门类等16个学科），共有513个单位的7449个学科参评。根据第四轮学科评估结果，有11所高校的生态学入选了全国“双一流建设学科”。而全国第五轮学科评估在评估方式以及数据应用等方面更强调了内涵建设与社会认同度等方面的客观要求，评估结果未如之前那样向社会公布；强调学科评估不是静态的，而是动态变化的，引导高校全面开启新时代学科建设新局面。在新形势下，生态学学科正在生态环境保育、生物多样性维护（魏辅文等，2014）、和谐人地关系、实现低碳目标，以及促进区域发展等方面发挥着越来越大的作用。
　　1.2生态系统生态学
　　1935年，英国植物生态学家A.G.Tansley提出具有划时代意义的生态系统（ecosystem）概念，强调生态与环境是功能上不可分割的统一的自然实体，认为生态系统是一个生态学上的功能单位。随着学科不断发展，生态系统作为生态系统生态学的核心，从不同的角度审视出发，会有不同的解读。群落学的发展使人们可以把生态系统理解为不同群落的组合。而系统论、控制论以及信息论“老三论”与耗散结构论、协同论与突变论“新三论”的发展，也启示人们可以把生态系统理解为远离平衡态的，开放的非线性耗散结构系统，这种解读显然更加复杂。生态系统生态学把系统论等学科思想与生态系统内涵特征相结合，研究生态系统结构与功能、物质循环、能量流动与信息传递问题，特别是研究以生物地化循环（biogeochemical cycle，BGC）为特征的各类生态过程及其演变机制，研究生态系统稳定性与生态系统服务功能，对于评价生态适宜性、脆弱性、安全性、健康状况、风险水平、发展潜力等具有重要理论价值与现实意义。而耦合概念的引入，进一步深化了人们对生物与生物之间、生物与环境之间关系的认识，也是生态模型模拟研究的重要基础（Patterson， et al.，2020），有助于开展界面过程、交错带以及复杂过程的监测评估及预警研究工作。
　　随着生态学学科自身发展与国家生态环境高质量发展目标的需求变化，生态学与资源开发、环境保护以及经济发展密不可分（马世骏和王如松，1984），并表现出了一系列新特点。进入21世纪，各类新理念以及新技术，如分子技术、稳定同位素技术、高通量野外观测技术、联网观测与控制实验技术，以及大数据技术相继出现，促进了生态学的新发展。生态学的研究思路、研究对象、研究方法、研究深度与广度等方面发生了一系列的变化，如理论研究系统化、应用研究实用化、研究对象复杂化、研究方法科学化、研究过程长期化、研究尺度多样化；再如，要素监测立体化、预测手段模型化、数据处理可视化、信息共享网络化（龚健雅等，2009）。随着科学理念的深入，生态学将为城市规划、乡村建设、低碳环保、应对气候变化以及可持续发展提供重要理论支撑与科学方法。
　　在不同的生态系统中，生物与环境要素的耦合关系不同，生态过程特征各异，具有重要作用的反馈机制也不同。生态系统生态学表现出了重要的指导价值（方精云和刘玲莉，2021）。一般而言，在生物生长过程中，个体越来越大；在种群增长的过程中，种群数量不断上升，这些属于正反馈。正反馈虽然是有机体生长、发育所必需的，但它不能维持系统的稳定状态。负反馈主要是指在受到外界影响或干扰后，生态系统通过一系列的自我调节功能，减轻这种干扰或影响的程度，并力图恢复到平衡或稳定状态的过程。因此，要使系统维持稳定状态，需要通过负反馈机制予以实现。由于在一般情况下，具有负反馈调节机制的生态系统自身会保持一种动态平衡。对于受损生态系统，通过一系列技术手段，在认识了受损特征、受损过程的情况下，人们就有可能遵循负反馈机制的思路与方法，在自然、社会、经济、科学技术条件允许的界限内，寻求维护生态系统稳定、优化生态系统结构、增强生态系统功能的策略。
　　从理论上而言，生态系统反馈机制的建立与熵的原理是分不开的。生态系统作为一个开放的系统，只要能够从外部环境得到足够的负熵流抵消内部的熵增，就将形成耗散结构系统，并朝着进化的方向发展。生态系统在受到自然及人为要素干扰后，发生了一系列退化现象，必须进行生态恢复和重建，使生态系统重新进入低熵状态。因此，在生态建设过程中，必须从引起这种变化的驱动要素入手，通过有效恢复和逐步发挥生态系统的反馈机制，实现生态系统良性循环。生态系统反馈机制是极其复杂的过程，它通过系统中生物与环境要素的相互作用而体现。生境状况的改善必然增强植被在生态系统中的地位和作用，伴随着物质循环和能量转换的信息传递过程就显得日益重要，反馈过程也就越为复杂。理论研究和客观实践表明，若要进行生态恢复与重建，就必须认识生态系统的反馈作用过程，并对生态系统进行适时与适度的人为干预。从系统熵的角度而言，就是要降低系统熵值，增强系统有序程度。自然状态下，生态系统总是朝着种类多样化、结构复杂化和功能完善化的方向发展。生态系统的自我调节功能是有限度的，当自然或者人为干扰因素超过一定阈值时，生态系统的自我调节功能就会受到损害，从而引起生态失衡与稳定性减弱，生态系统的脆弱性明显增强。在热力学或信息论中，有一系列模式适用于对不同状态下系统中熵值及其变化模拟与估算，而在生态学领域尚缺乏这类模式。但这种思路对于研究生态过程及其反馈机制中的不确定性问题，具有重要的启示作用。在人类对生态系统的影响日益增强的现实情况下，通过科学合理地增强负反馈调节，使生态系统的自我保护能力增强，进而减轻人类活动对生态系统的干扰，这不失为维持生态系统稳定性的一个新思路。2024年8月15日是中国第二个全国生态日，大众学习生态、认识生态、保护生态、建设生态、提升生态的氛围更加浓厚。人们正坚持山水林田湖草沙生命共同体理念，积极投身建设“美丽中国”实践。相信在不远的将来关于“盖亚假设（Gaia hypothesis）”，也就是地球是一个“超级有机体”的理念也会被更多公众所认同。
　　1.2.1生态系统耦合关系
　　生态系统尺度上，厘清生态要素之间的耦合关系、各类生态过程之间的耦合关系，以及不同生态功能之间的耦合关系，是认识生态系统耦合关系的核心（王让会和张慧芝，2005）。提升生态系统多样性、稳定性、持续性的科学需求为生态工作者开展生态系统结
　　构与功能、生态过程演变规律、生态系统保护和修复，以及推动以国家公园为主体的自然保护地体系建设、建立生态产品价值实现机制，提供了新理念与新思想图1-1生态系统耦合的原理与方法（图14，框A1.1）。

目录
前言
第1篇 科学研究
第1章 生态学研究 3
1.1 生态学研究背景 3
1.2 生态系统生态学 4
1.3 景观生态学 18
1.4 生态规划学 25
1.5 生态工程学 28
第2章 环境科学研究 31
2.1 环境科学研究背景 31
2.2 环境危机管理 34
第3章 地理学研究 39
3.1 地理学研究背景 39
3.2 全球变化与区域响应 40
3.3 气候变化的评估研究 43
第4章 信息科学研究 46
4.1 信息科学研究背景 46
4.2 地理信息科学 47
4.3 生态信息科学 52
4.4 环境信息科学 56
第2篇 融 合 发 展
第5章 交叉学科研究 65
5.1 交叉学科研究背景 65
5.2 生态水文与区域地理 67
5.3 低碳发展与生态安全 81
5.4 资源环境效应与生态环境修复 87
5.5 绿洲体系建设与荒漠资源利用 90
第6章 技术领域研究 98
6.1 RS技术与GIS技术 99
6.2 数字制图技术 112
6.3 生态环境技术 116
6.4 信息分析技术 139
6.5 信息管理技术 142
第7章 多学科综合研究 149
7.1 LUCC 及其功能研究 149
7.2 BGC 过程研究 152
7.3 再生资源遥感研究 155
7.4 环境及灾害评价研究 157
7.5 生态补偿研究 169
7.6 生态产品及ECP 研究 173
7.7 GNSS 及北斗研究 177
7.8 碳排放足迹研究 179
第3篇 实 践 探 索
第8章 科学考察 187
8.1 资源及生态考察 188
8.2 环境与地理考察 211
8.3 产业与发展考察 220
8.4 相关综合性考察 231
参考文献 251
附录1：科教活动 260
附1.1 重大科技活动 261
附1.2 人才培养 268
附1.3 学科建设 269
附1.4 社会服务 269
附1.5 国际合作 271
附1.6 其他活动 273
附录2：学术论文统计 278
附录3：照片拍摄者 280
附录4：学生名录 281
附录5：作者介绍 282