《科学时报》：生态动力学和生态控制原理在可持续发展中的应用

20世纪初以来，随着科技进步和社会生产力的极大提高，人类创造了前所未有的财富。与此同时，人口剧增、资源短缺、环境污染、生态破坏，严重地阻碍着经济发展和人们生活质量的提高，进而威胁着全人类未来生存与发展。人类必须努力寻求一条人口、资源、环境和经济发展相协调的可持续发展道路。

生态学作为一门“联系生物、环境和人类社会有关可持续发展的系统科学”(E. P. Odum，1997)，对其开展深入研究并不断拓展是实现可持续发展不可或缺的基础工作。生态动力学和生态控制原理就是在可持续发展的社会需求与生态学的学科发展需求中应运而生的。生态动力学是生态学和动力学之间的一门交叉学科，研究生物、环境和人类社会相互作用及可持续发展的动力学机制与途径。生态控制原理是生态学与控制论之间的交叉学科，根据生态动力学原理，调控生态过程，增强生态系统服务功能、改善生态环境、提高生物生产力，服务于可持续发展的基本理论与方法。

要全面准确理解生态过程和可持续发展机制，必须借助与数学、物理学、化学等学科交叉研究，尤其是物理学中动力学和数学中的控制论知识。应用数学方法和有关的系统方法分析并处理生态动力源和生态动力汇间的关系、生态经济与可持续发展、应用生态动力学等方面基本问题、复杂问题是生态动力学的重要内容。如借鉴气象、水文、天文、地震、经济等预报提出来的生态动力预报；再如，对生态建设进行优化设计的运筹方法，生态县基地建设数学模型、作物种植类型的决策方法，库存论和Monte Carlo方法结合的优化方案，对生态资源开发评价和生态经济效益评价等等。(裴铁璠等，《生态动力学》，2001)

生态控制原理不局限于与控制理论有关的问题，除控制论所包含的经典控制论、现代控制论、大系统理论和复杂巨系统理论外，其他有关数学方法也可以认为是生态控制原理的理论基础，它包括运筹学、概率论与数理统计、微分方程、计算数学、模糊数学等。除了上述数学方法，源于生产和社会实践的一些经验和教训也是生态控制原理的基础，即使它们尚不能用科学理论予以解释。生态控制原理的最基本的目标是寻找最优方案，据此调控生态动力源汇关系。在上述基础上，生态控制原理形成了包括确定型生态控制、随机型生态控制、传统生态控制及大系统和巨系统生态控制四个方面的主要内容。

生态动力学和生态控制原理在可持续发展中的应用

生态动力学阐述生态过程动力学机制，侧重认识自然；生态控制原理通过生态动力源汇关系，调控生态过程，使生态系统健康运行，它侧重改造自然。通过生态动力学和生态控制原理，充分认识与理解不同生态系统的主要生态过程特征与规律，依据不同情况对生态系统实行定性、定性与定量相结合乃至定量控制，使生态系统增强生态服务功能，向有利于人类的方向发展。生态动力学和生态控制原理可应用到诸如农田、森林、草地、湿地、海洋、动物和城市生态系统的可持续发展研究与实践。

草地生态动力学和生态控制原理主要包括生态动力预报和草地生态控制。一些研究进行了草地生态动力模拟、树—草相互作用动力学模型、牧草生长和发育的统计预报。为了制作牧草生态动力预报，要研究预报量对预报因子即生态动力因子的依赖关系。草地生态经济可持续发展意味着环境和自然资源对草原行业的重要性，制定国家草原行业发展规划与政策离不开草原生态学及其相关理论。Schlapfer等研究非随机物种灭绝和植物生产的一些问题，结果表明，物种消失对植物生产以及半天然草地生态系统功能的其他方面影响的预报必须考虑特定的非随机灭绝过程和灭绝后条件；对于欧洲中低湿草地经历的从高密度向低密度管理的转变的研究结果表明，若高生产力作为管理目标的话，消失种再度入侵必须借助强有力的外因。

生态动力学和生态控制原理用于可持续发展实践中的方法论

大量数学方法(包括均匀设计和集对分析等新方法)应用到生态动力学和生态控制原理及其可持续发展的实践中。根据可持续发展的实际问题构建生态动力学和生态控制原理模型，这些模型通常能应用到与农田、森林、草原、农林复合、林草复合、健康等生态系统有关的可持续发展实践中。生态学家必须研究这些问题，还要研究与生态动力学和生态控制原理以及可持续发展有关的其他理论。要重视数学方法在生态动力学和生态控制原理中的应用。

生态控制系统是一个开放复杂巨系统。对于开放复杂巨系统，目前还没有一个以微分方程描述的确定性模型，基于子系统间相互作用统计机制理论还没被提出，实践证明综合集成方法是处理包括社会系统在内的开放复杂巨系统的唯一方法，在这一方法中人们能将定量同定性方法结合起来。自1990年以来，综合集成方法被应用到生态建设系统规划和地理规划研究。事实上，系统科学中的理论和方法已有许多被应用到生态控制中，生态控制涉及规划论、排队论(随机服务系统)、存储论、蒙特卡罗模拟技术、模式识别、专家系统、决策论、博弈论、信息论和控制论。上述理论和方法本身是复杂的。基于理论与实践、定量与定性研究相结合的成果和实践经验应用到农业科学、林业科学、地理科学等许多方面。

尽管许多数学方法应用到可持续发展研究中，在生产和生态建设中已取得一些成果，然而这还是不够的。因为生态系统通常是复杂的，对于我们应用数学方法处理生态动力学和生态控制原理及其可持续发展问题并非轻而易举。鉴于现代数学方法应用到生态动力学和生态控制原理及其可持续发展之中，已涉及到许多学科，故其复杂程度超过数学在天文学和地球科学中的应用。对于简单生态控制问题，应用数学方法可圆满解决。然而对许多复杂问题，必须应用前已述及的综合集成方法去解决。综合集成方法从本质上讲是一种人机相互作用系统，在这个系统中专家系统、资料系统、信息系统和计算机系统相结合。在生态动力学和生态控制原理及其可持续发展中的综合集成方法依赖于几个层面上的知识—— 经验知识及有关自然和哲学科学知识。顾基发对可持续发展宏观决策提出了正在制订的人机合作综合集成支持系统的主要方案。胡晓惠提出了综合集成研讨厅的实施途径。研讨厅系统可应用到生态动力学和生态控制原理及其可持续发展研究中。这个系统面对专家组，专家组包括生态学、生态动力学和生态控制原理专家以及其他相关学科专家，这些专家所从事学科与生态动力学和生态控制原理及其可持续发展紧密相关。这个系统适合于专家知识同系统紧密结合，专家与所提供的有用工具间的合作，能通过定向问题模块分析它们的具体资料，用模型资料方法能处理生态动力学和生态控制原理及其可持续发展中的一些问题。