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《信息生态学》卢剑波 第一章
卢剑波主编《信息生态学》第一章 知识框架及知识点。书中详细介绍了信息生态学的起源及研究对象、信息理论基础、生态系统中的信息流、生态系统中信息的采集方法与技术、环境与生物信息、复合生态信息系统和生态系统的模拟。本书的特点在于引用了大量的国内外文献，例举了大量的研究案例。
编辑于2021-05-13 22:58:19- 信息生态学
- 卢剑波
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第一章 信息生态学
起源
现代信息技术是生态学新的研究方法
可以进行大尺度、多因子、复杂的生态学问题研究； 容易得到宏观的、大量的、动态的信息。
现代信息技术与系统生态学的发展
系统生态学研究的时间、空间跨度大，许多生态因子无法进行人为控制，各生态因子错综复杂，互相影响，研究难度大。 计算机模拟技术是研究系统生态学的重要手段。
现代信息技术与应用生态学的发展
应用生态学(农业、林业 、环境保护生态学)的发展离不开现代信息技术。 农业生态学：农业管理措施、精细农业、农业生态规划、农业灾害监测； 林业生态学：观察林业种群及生物物种变化，研究生态恢复技术。
现代信息技术与生态学的未来
现代信息技术推动了生态学的发展，生态学的发展离不开XDXXJS，且生态学的发展刺激XDXXJS的进一步提高。 二者交叉渗透，融合成信息生态学。
信息生态学
提出
我国最先提出，张新时定义：信息生态学不仅具有信息科学的高科技与信息系统的优势，而且继承和发展了生态学的传统理论，强调对人类、生态系统及生物圈生存攸关的问题的综合分析研究、模拟与预测，并着眼于未来发展与反馈作用。
一般定义
信息生态学是以现代系统理论、方法和现代计算机技术来分析、处理日趋膨胀的生态学的试验与观测信息，寻求生态学系统整体水平的规律。
研究内容
主要：生态系统信息的采集、处理、分析、揭示、建模、预测、专家系统与优化管理系统等。
重点： 1.生态学数据采集技术的规范化及数据库的系统化 2.生态系统信息分析与模拟化以不同方法手段对生态学数据进行 分析和处理，从中导出有关生态学规律 3.生态系统管理的信息化咨询与决策
新理论、方法、技术
3S技术、统计方法、近红外光谱技术、图像和图形的识别技术……
地位与作用
在生物学科中
宏观发展方向，为人类生存环境问题指出了信息科学的研究方向。 位于生物科学发展的金字塔顶端，对推动生物学科发展有重要作用。
在环境学科中
1.生态学信息包括生物信息和环境信息，环境信息采集、获取的方法技术，整合建模与模拟 …… 2.信息生态学的理论技术能较好地应用于环境问题的解决，如全球气候变化、水土流失…… 3.信息生态学是生物科学与环境科学之间的桥梁，将二者联系起来，将整体观、系统观、信息技术、模拟技术引入环境问题的解决。
第二章 信息论理论基础
信息的基本特征
信息
概念：信息是对客观世界中各种事物的变化和特征的反映； 是客观事物之间相互作用和联系的表征； 是客观事物经过感知或认识后的再现。 自在信息、自为信息、积存信息 定义：信息是信息源发生的各种信号和消息经过传递被人们所感知、接受、认识和理解的内容的统称。 根本特质：包含着新内容、新知识，能消除人们对某种特质的不确定性，使人们对该事物获得一定的认识，而这种认识对人们的思想或行动产生了影响作用。 一个完整的信息过程：信息的收集、发送传递 、接收、存贮、加工、利用 信息有：物质信息、精神信息
地位和作用
1.信息是联系客观事物(或系统)各部分的纽带 2.信息是客观事物(或系统)的表征 3.信息是客观事物(或系统)管理与控制的依据及实现手段 4.信息是科学技术转化为生产力的桥梁与工具 5.信息是经济和社会发展的保证
信息与数据
数据：是对客观事物的性质、状态以及相互关系等进行记载的物理符号或是这些物理符号的组合。 类型：数值数据、图形数据、声音数据、视觉数据、模糊数据 二者关系：既有联系 ，又有区别。数据是符号，是物理性的，信息是对数据进行加工处理之后所得到的，并对决策产生影响的数据，是逻辑性(观念性)的； 数据是信息的表现形式，信息是数据有意义的表示。
信息量
提出
申农
概念
是指对信息确定程度的量度；对事物差异度的度量或测度
衡量指标
信息对消除人们在认识某一事物上的不确定性的程度大小是衡量某一信息的信息量大小的 主要指标。
信息媒体
概念：用来表示信息的物质载体，简称媒体。 常见媒体包括：声音(可听信息)、图像(可见信息)、文字(可见信息)、数据(可测信息) 多媒体信息：利用多种媒体综合协调地表示多种类型的信息。
信息活动(基本过程)
信息获取
信息感知
信息识别
信息提取
信息传递
信息变换
信息传输
信息交换
信息处理与再生
信息存储
信息检索
信息分析
信息加工
信息再生
信息使用
信息转换
信息显示
信息调控
信息基本特征(12个)
⑴ 主客体二重性
⑵ 普遍性
⑶ 不完全性
⑷ 抽象性
⑸ 依附性，即信息与载体的不可分性
⑹ 可传输性
⑺ 可塑性和可变换性，即信息的可处理性
⑻ 新质性，即包含的新因素、新知识
⑼ 可分享性和相对性
⑽ 时效性和非时效性
(11) 定向性
(12) 系统性
申农的信息理论
创立
概念：信息论 是关于信息的本质和传输规律的科学理论，是研究信息的计量、发送、传递、交换 、接收、储存的一门新兴学科。 申农创立信息论，是在前人(哈特莱、费希尔、戈尔莫格洛夫)研究基础上完成的。 1948年，申农发表的《通信的数学理论》是信息论诞生的标志 信息技术方面： 信息理论方面：通信基本过程：信息源、发送机 、信道、接收机、消息接收者 申农信息论贡献： 揭示了信息传输的技术实质，通信的基本问题只是单纯的传输和复制消息 提出了信息传输的系统模型，通信三要素：信源、信道、信宿，编码、译码是三者的中介 提出了信息度量的基本公式，所有状态的总的不确定性=各个状态的不确定性的统计平均值
发展
申农信息论是在 通信技术的背景下建立的 ，被称为狭义信息论 法国物理学家布里渊将热力学熵和信息熵直接联系起来，解释了“麦克斯韦妖”的佯谬问题 ，发展了申农信息论 发现了信息负熵原理，是信息论 发展史上的重大理论突破
局限
1.应用范围狭窄。只解决了信息的语法问题，没有解决语义问题和语效问题 2.信息概念单一。以概率论为数学基础 ，只适用于非此即彼的随机过程分析，对亦此亦彼的模糊信息问题无法处理 克服局限→广义信息论兴起：信息理论推广 信息概念推广
科学创建：信息论、控制论、系统论的整合
控制论：研究控制系统的理论，创始人奥地利生物学家贝塔朗菲 系统论：以一般系统为研究对象的理论，创始人美国数学家维纳 老三论：信息论、控制论、系统论 信息角度：信息论 研究信息的传输问题 控制论 研究如何利用信息来达到有目的的控制 系统论 研究利用信息来实现系统化 系统角度：信息论 以通讯系统为研究对象 控制论 以控制系统为研究对象 系统论 以一般系统为研究对象 控制角度：信息的传递需要控制，一个大的系统里需要控制 新三论：耗散结构论、突变论、协同学 老三论的整合使信息研究达到了学科 理论体系化 ，信息研究由单纯的学科理论的信息论发展成为专门的一门科学——信息科学，也称广义信息论。
学科群研究：信息论的全面广义化
随着第五次信息革命的深入，信息概念、信息原理在科学研究中得以普遍化，导致了信息论的全面广义化。 向上发展→产生信息哲学； 向下发展→渗透到个具体学科中的信息研究
信息技术的发展
信息技术与信息化
信息技术
概念：是由计算机技术 、通信技术、信息处理技术、控制技术等构成的一项综合性高新技术，是所有高新技术的基础和核心。是人类开发和利用信息资源的所有手段的总和。 包括：信息的产生、收集、表示、检测、处理、存储，信息的传递、变换 、显示、识别、提取、控制、利用。其中信息的传递是信息技术的重要组成部分。
信息化
概念：是指加快信息高科技发展及其产业化，提高信息技术在经济和社会各领域的推广应用水平，并推动经济和社会发展前进的过程。 主要标志：信息产业在国民经济中的比重； 信息技术在传统产业中的应用程度； 国家信息基础设施建设水平。 任务：
信息方法
概念：运用信息观点，把事物看作是一个信息流动的系统，通过对信息流程的分析和处理，达到对事物复杂运动规律认识的一种科学方法。 特点：撇开对象的具体运动形态，将其作为一个信息流通过程加以分析。
信息技术的由来与发展
1.信息处理的原始阶段/史前时代 2.信息处理的手工时代 3.机械与电气为主要手段的机电时代 4.信息处理的现代阶段/电子时代 现在信息技术的核心：电子计算机、现代通信技术
现代信息技术的历程和发展趋势
计算机
通信技术
信息采集技术和终端
基础元器件
总体发展趋势
高速大容量
综合集成
网络化
智能化
上述各种技术趋势发展必须都要在经济上、管理上的相应变化
第三章 生态系统的信息流
生态系统中的物质流、能量流和信息流
生态学原理与生态系统
生态学：是研究生物与环境、生物与生物之间相互关系的科学。
生态系统：是指在一定时间和空间范围内，由生物群落及其环境组成的一个整体，各组成要素之间借助物种流动、物质循环、能量流动、信息传递、价值流动等相互联系、相互制约，从而形成具有自调节功能的复合体。 基本含义：生态系统是客观存在的实体； 具有时间和空间概念的功能单元； 由生物和非生物成分组成，以生物为主体； 各要素间有机地组织在一起，具有整体的功能； 生态系统是人类生存和发展的基础。
生态系统的物质流动
生物地球化学循环：营养元素在生态系统之间的输入与输出，在不同生物间的流动和交换，以及它们在大气圈、水圈、岩石圈之间的流动 过程复杂→表现：1.介质多样 2.涉及元素众多，形态变化多样 3.发生 多种化学作用
生态系统中的能量流
两种存在状态
动能 ：正在做功的能量，是生物与其环境之间以传导和对流形式相互传递的能量，包括热能、辐射能
势能：是蕴藏在有机分子键内，处于静态的能量，包含做功的能力和做功的可能性
生态系统中一切能量都来自于太阳
能量流动基本特点
1.严格遵守热力学定律：第一、第二定律
2.单向性：以光能的状态进入生态系统，单程流经生态系统，不可逆
3.能量不断递减：仅有约10%的能量传递到下一营养级
4.质量提高：把较多低质量的能量转化为较少的高质量能量
5.生态金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
能量金字塔
6.流动速率不同：与生态系统类型和生物类型有关
生态系统的信息流
概念：各种信息在生态系统的组分之间和组分内部的交换和流动
特点：信息传递过程中伴随着一定量的物质和能量的消耗； 双向性
作用/地位：信息传递是生态系统的基本功能之一； 是生态系统进行调控 的基础，使生态系统具有自动调节机制
生态系统中物质流、能量流和信息流的相关性
1.信息流是以物质循环和能量流动为基础的，伴随着物质和能量的流动而进行的。 2.物质流和能量流是通过信息的流动和反馈而进行调节控制的，从而使生态系统的正常运转得以维持。 3.能量和信息可以被认为是物质的两个重要属性
生态系统中信息流特性
生态系统中信息的特点
信息种类多，储存量大
生态系统中信息的多样性
信息通讯的复杂性
生态系统中信息的处理过程
1.信息的产生
2.信息的获取
信息感知
信息识别
3.信息的传递
发送处理
空间：通信
时间：存储
传输处理
接收处理
4.信息的处理
概念：是指为了不同目的而对信息进行的加工和变换 包括：浅层信息处理、深层信息处理
5.信息的再生
是利用已有的信息来产生信息的过程，在信息流动中有重要作用。 是一个客观信息→主观信息，主体思考升华转变的过程 决策是典型的信息再生过程
6.信息的效用
信息流动的目的
信息传递系统/基本模型
1.信源
2.发送器
3.信道
4.接收器
5.信宿
信息的度量
Hartley度量法
信息熵
生态系统的信阻和信容
信息势差越大，信息的传递阻力越小，信道中的信息流越大。 对于相同量的信息量，信容越大，反应越不敏感，反之越敏感。
不同层次生态系统的信息流规律
生态系统组成：生命支持系统、生产者、消费者、分解者(图3-3) 层次：生物个体、种群、群落、生态系统
植物亚生态系统的信息流动
植物与环境
植物和光：植物的光敏色素
植物与植物
植物的化感作用：植物产生的许多种次生代谢物质可以作为他们之间进行通讯的化感作用物质 途径：气体挥发、水淋溶、根分泌、残体分解
植物与微生物间的信息传递
微生物可以使植物原来分泌的物质降解为没有化学感应活性的物质，也可以使原来没有活性的物质转化为有活性物质
植物与动物
动物亚生态系统的信息流动
特点
(1).信号的高效性
(2).信息的特异性
(3).信息的多样性
(4).信息通讯的普遍性
信息通讯形式
1.视觉信号通讯
有一定的作用距离，易于定位，但只能直线传播，受光线强弱的影响。 包括：光的变化，物体的形状、结构、移动等
2.声音信号通讯
具有种属的特异性，接受者接收信号时需要进行检测，加以定向 ，并确定声源的距离和位置 特点：多方位 同步性 瞬时性 多变量
3.接触信号通讯
4.舞蹈信号通讯
5.电通讯
6.动物间的化学通讯
信息素
性信息素
报警信息素
聚集信息素
跟踪信息素
优势
(1).可以黑暗中传播
(2).隐蔽性
(3).不挥发性化学物质可长时间保存
(4).挥发性物质可以借助风力传播，不需要发送者的能量就可传播
(5).特异性，可通过组分、浓度、配比的组合 ，形成复杂的信号密码
缺点
不能迅速传递和轻易变更
特征
持久性、可重复性 只有同种个体或者异种的特定群体才能破译
第四章 生态系统信息采集方法与技术
数学模型及物理方法
信息生态学模型的研究
生态学模型的方法
1.生理生态学模型
目的：重在探讨生物的生理学机制与外在环境的关系 包括：均质斑块系统模型：适用于空间范围较小的系统(全球变化、生物多样性 空间异质系统模型：考虑了空间耦合作用，可以在较大范围使用 空间仿真模型
2.生态学模型
目的：以一种格式组织信息，不至于被大量细节所困扰的有用方式
生态学模型的分类
1.生理模型
目的：结合生化水平信息或现有经验，来预测光合作用、呼吸作用、水分利用等
2.种群、演替模型
目的：旨在检验种群动态、竞争、生命循环，多是由一系列多元回归式组成的经验模型。
3.生态系统、生产力模型
目的：检验植物、土壤系统、大气间的碳流动，通过归并信息分析不同生态系统的各个组分。 物种丰富度模型：
4.区域性、全球性模型
目的：检验生态系统和植物分布对气候变化的各种反应，用于预测气候变化引起的LAI、NPP、立地水分平衡和水土流失及生物群落的各种边界的变化等 。
原地观测方法
原地观测：是指在自然界原生境对生物与环境关系的考察，以获取某个因素的变化对生物的影响及生物的响应数据。包括野外考察、定位观测、原地实验
实验室(包括试验田)观测
受控实验/模拟实验
在模拟自然生态系统的受控生态实验系统中研究单项或多项因子相互作用，及其对种群或群落影响的方法技术。
数量分析方法的研究
生态学过程中的不确定性由统计学方法来描述，如空间分析、时间序列分析、样重组等
同位素示踪技术与方法
稳定同位素
稳定碳同位素
稳定氢同位素
稳定氮同位素
放射性同位素
放射性碳的应用
放射性137Cs 在示踪研究中的应用
示踪技术原理
随降雨或尘埃沉降到地面的放射性核素被土壤和有机质强烈吸附，在土壤表层聚集，并且难以被水淋溶。 非侵蚀地表：核素输入量为背景值 侵蚀地表：核素量<背景值 沉积地表：核素量>背景值
在土壤侵蚀监测中的 应用
应用
土壤侵蚀速率模型
沉积状况均一
经验模型
理论方法
质量分析的方法
剖面分布模型
质量平均模型
沉积状况不均一
经验模型
经验方程，适用于比较小的研究区域，无普适性
理论模型
不足与缺陷
1.沉降输入和额外输入的差异性，核武器输入，核泄漏，限制了在全球范围的使用 2.强烈的现代侵蚀，表土侵蚀殆尽，测定受限制
稳定性稀土元素——中子活化分析 在土壤侵蚀示踪研究中的应用
稀土元素与土壤有较高的亲和力，土壤中含量甚微，所以植物富集有限，淋溶迁移不明显，对环境无放射性危害。 优：解决现阶段涉及很少的沉积现象和侵蚀分布规律等方面的问题。 缺：需人为施放，且陡坡等难以施放，投资大，成本高
示踪技术的应用展望
计算机技术与方法在信息学领域的应用
遥感技术、地理信息系统 在信息生态学研究中的应用
遥感技术
观测宏观系统的状态、过程，拓宽生态系统研究视野 应用：生态系统生产力估计、归一化植被指数、氮胁迫、水分胁迫
地理信息系统
分析景观空间格局及其变化； 研究不同环境和生物学特征在空间上的相关性； 分析景观中能量、物质、生物流的方向和通量
全球定位系统
监测动物活动行踪、生境图、植被图…… 航空照片和卫星摇感图像的定位和地面校正 环境监测
景观异质性的研究方法
图论方法和统计的、计量和拓扑的方法
定位观测实验的网络化
使生态学由定性→定量，静态→动态，微观→宏观， 建立观测实验定位站并组成网络→研究综合体
第五章 环境与生物信息
土地信息
土地现状调查
土地资源信息收集的重要内容，主要内容包括：土地利用类型、面积、空间分布、土地利用结构、土地利用水平、土地利用潜力等。
土壤信息
12个土纲，27个亚纲，60个土类，237个亚类
气候信息
光能信息
日照
日照长度：常用日照时数表示 分为：可照时数、实际日照时数 日照百分率=(实际日照时数/可照时数)×100%
太阳辐射
衡量：太阳辐射量 包括：总太阳辐射量、直接太阳辐射量、散辐射量 光合有效辐射：是指植物光合作用所需要的一定波长范围的太阳辐射能量，通常是指达到地面的 波长为0.38~0.71μm的 太阳辐射。 光能利用率：光合有效辐射并不能被植物全部利用，单位面积上植物累积的化学潜能与同时期内投射到该单位面积的光合有效辐射能的比值，称为光能利用率
热量信息
三个基点温度
最低温度、最高温度、最适温度 各种植物、作物的三个基点温度不同； 同一植物不同生长发育阶段三个基点温度也不同
气温
日/月/年平均气温、最热/冷月、极端气温
积温
概念：植物或者作物要完成某一发育期或全部发育期，需要一定的热量积累 包括：活动积温：是指作物全生育期或某个发育阶段内高于下限温度的日平均温度的累积和。 有效积温：是指作物全生育期或某个发育阶段内有效温度的总和， 即 逐日平均气温-该作物的生物学下限温度的总和
水分信息
降雨
年降雨量、年平均降雨量、降雨量极值(年/月/旬/日 最大/小降雨量、最长连续降雨日/时数、最长连续无降雨日数
蒸发
蒸发量=原量-余量 蒸发量=原量+降雨量-余量 降雨+地表流入水量+地下流入水量+蒸发量+土壤蓄水变量=0
水信息
水资源总量估算
区域水平衡通式：P(大气降水)=Rs(地表径流)+Rg(河川基流)+Es(地表蒸散发)+Eg(潜水蒸发)+U(地下潜流) P(大气降水)=Rs(地表径流)+Pg(河川基流)+Es(地表蒸散发)
水质信息
地表水环境质量标准基本项目(24项) 集中式生活饮用水地表水源地补充项目(5项) 集中式生活饮用水地表水源地特定项目(80项)
生态系统综合信息
建立生态系统综合信息指标体系的基本原则
(1)科学性(客观性）
(2)整体性(全面性）
(3)可操作性
(4)引导性
(5)层次性
(6)动态性与稳定性
(7)侧重性
生态系统综合信息指标体系框架建立
生态系统综合信息指标体系框架的确定
“保护优先，预防为主，防治结合”的生态环境保护与建设方针 生态环境可持续发展指标体系主要内容：自然资源潜力、 环境质量水平、 生态环境保护、 生态环境建设
生态系统综合信息指标体系指标的提出
(1)自然资源潜力
主要组成部分：土地、水、森林、动植物、矿产 重要指标：人均资源占有量
(2)环境质量水平
水、气、声
(3)生态环境保护
(4)生态环境建设
(5)资金投入
(6)生态环境管理
生态系统综合信息指标体系框架建立
第六章 生态系统中的信息系统建立
专项信息系统的建立
病虫害综合防治信息系统
系统构成
1.病虫害统计空间信息数据库
(1)属性与空间信息库
属性数据：地块编号、地块形状、种植面积、平均发病面积、所属地土壤类型、植被系数、土地利用状况
空间数据库：基础图、专题图、预警图
(2)病虫害统计信息
种类、发生时间、分布地区……
(3)其他信息
历史灾情、防治情况、经营管理
2.病虫害实时监测子系统
(1)病虫害监测数据的采集
(2)病虫害监测数据的处理与发布
3.病虫害预报子系统
4.病虫害损失评价系统
5.病虫害防治子系统
系统的关键技术
病虫害空间信息数据库与其他的功能模块的耦合
病虫害信息系统适用范围的扩展和丰富
系统的功能
1.实现害虫发生动态的网上实时监测、趋势预测、数据与信息的共享、及时更新
2.系统地将植保知识、预测模型、RS、GIS有机地结合起来，实现作物病虫害的空间管理、动态预测、灾情评价、智能决策
系统的应用举例
土地利用信息系统
土壤利用信息系统的组成
1.土地利用信息数据库
自然条件数据库：行政区划、基础地理、地质地貌、地形坡度、土壤类型、气候条件……
土地利用、城市规划状况专题数据、遥感数据……
不同时期社会经济状况、人口、交通运输及相关的政策法规、公文……
2.土地利用的动态监测系统
3.土地利用的遥感分类及信息提取体系
遥感分类方法：传统分类方法、人工神经网络分类方法、基于地理知识符号逻辑推理的影像分类
4.土地利用优化方案
5.土地利用评价系统
决策模型→土地利用适应性评价(经济效益、生态效益、社会效益)
土地利用信息系统的功能
1.基本功能
数据输入/编辑/输出、投影转换、数据交换、查询分析、统计分析、系统维护
2.辅助规划功能
专题分析与查询、规划辅助编制……
水土保持信息系统
水土流失信息系统的组成
1.水土流失动态数据库
(1)实验数据与调查资料
水土流失地面实验数据
水土流失侵蚀动力实验
土壤分析实验
生态因子实验
侵蚀微景观分析
生态景观的实地调查和勘察资料
地理属性数据：植被覆盖率 、植被类型、退耕还林措施、土壤、坡面、河道、流域
社会经济数据：人口、劳动力、工农业生产总值
(2)图形图形库
(3)水土保持法规和相关文献库
2.水土流失实时监控体系
3.水土流失定量分析模型库
经验模型
物理模型
分布式土壤侵蚀模型
动态仿真模型
人工神经网络模型
4.水土流失综合治理体系
重点解决问题
1.完善水土保持信息化标准体系
2.开发应用性强的软件及模型系统
3.建立水土流失预警机制
生物多样性信息系统
概念：以数据库技术为核心，将生物多样性信息和数据储存在电子计算机的贮存器上，在计算机硬件、软件的支持下实现对生物多样性信息和数据的保存、更新、保密、检索、统计、评价、预测、模拟、决策等功能。
我国生物多样性信息系统的目标
生物多样性系统的设计原则
遵循以系统工程方法为指导 全面分析、逐步实施 面向功能、面向用户 自上而下与自下而上相结合 按照国际、国内通行标准设计 制定科学的生物多样性信息系统的技术规范和标准体系的原则
生物多样性信息系统的功能与结构
功能：生物多样性信息和数据的组织与存贮 生物多样性信息和数据的统计查询 生物多样性信息和数据的决策分析
结构/层次：数据库(DB) 数据库管理系统(DBMS) 决策支持系统(DSS)
我国生物多样性信息系统建设中存在的问题
建设基于国际互联网络的全国生物多样性信息系统
制定生物多样性基础数据管理标准
数据采集、存贮、交换标准
数据管理质量标准
生物多样性主题信息标准
植被净第一性生产力信息系统
植被净第一生产力：简称NPP，是指绿色植物在单位面积，单位时间内所累积的有机物数量，是由光合作用所产生的有机质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分
遥感信息获取
1.遥感信息源
2.遥感估测NPP区划
3.野外试验、野外样点观测
数据库系统
1.自然背景信息库
2.空间信息库
3.信息传播系统
植被净第一性生产力估算模型信息库系统（核心问题）
灾害监测和损失评价系统
精确度评价
系统建立的主要技术环节
1.植被类型的识别和面积估算
2.NPP模型的构建
森林防火信息系统
森林防火信息系统的组成
1.林火数据库子系统
空间数据
主要属性数据
2.林火监测子系统
3.林火预测预警子系统
森林火险的预报模型
林火蔓延模型
4.防火控火决策子系统
5.火灾损失评估子系统
森林资源损失
直接经济损失
间接经济损失
森林环境资源损失
6.基于Web的林火管理的实现
森林防火信息系统的发展
1.空间模拟与仿真及多媒体技术的应用
2.智能决策支持体系将会更加完善
综合信息系统的建立
水资源信息系统
1.水资源信息库
水环境信息采集
水雨情信息
建立数据库
2.水资源信息管理系统
水资源数据管理子系统
水环境预测、评估、决策子系统
水环境质量评价
水质预警
水污染控制
水环境规划决策
旱涝灾情分析、评估、减灾对策
洪涝灾害风险分析与区划
灾情预报
洪灾风险评价
建立水文模型
确定水力模型
建立损失评估模型
防洪工程安全质量标准体系和评价
蓄滞洪区防洪调度辅助决策
防洪减灾风险决策
水资源优化配置系统
水资源规划系统
3.水政水资源管理系统
农业信息系统
我国农业信息系统构建的基础
农业信息系统的组成
农业资源信息与环境系统
农业资源数据库
农业生态环境信息系统
农业生产内部环境
农业生产外部环境
农业生产信息系统
精准农业子系统
特色农业信息系统
农业经济信息系统
数据源子系统
模型分析评估子系统
信息反馈和预测子系统
农业服务信息系统
建立农业数据库
开发的面向农业领域的集成化专家系统
教育和培训体系
农业政策信息系统
林业信息系统的构建
林业信息系统的发展进程
林业信息化的技术体系
1.林业数字测绘技术
2.遥感信息传输机理和森林资源与环境信息提取技术
3.森林资源与环境空间信息系统开发
4.基于3S技术的森林资源与环境定量估测
5.森林与环境可视化技术
林业信息系统的组成
1.森林动态监测系统
森林资源动态信息系统
林分动态检测
林地变化检测
森林环境检测信息系统
森林病虫害管理信息系统
森林防火信息系统
林业生态工程建设信息系统
天然林保护工程信息管理体系
防护林工程信息管理体系
退耕还林/草工程信息管理体系
防沙治沙工程信息管理体系
质量监督体系
工程建设效益监测与评价体系
防沙治沙技术培训工作体系
2.自然保护区信息管理体系
3.林业产业建设信息管理系统
4.林政资源管理系统
林政管理
林业政策研究
5.森林资源档案管理系统
城市信息系统
城市信息系统的基本构成
1.城市生态系统信息资源库
基础地理信息库
数据服务体系
数据更新体系
元数据库
2.城市管理信息系统
城市环境信息系统
城市规划信息系统
城市交通信息系统
城市应急救灾指挥信息系统
3.城市经济信息系统
4.城市综合服务信息系统
城市生态信息系统的发展
1.智能化城市系统
2.Web GIS的应用开发
3.3D GIS的应用开发
景观生态规划信息系统
景观生态规划信息系统的基本构成
景观数据库
景观生态分析与综合评价系统
景观生态分类和制图
景观生态适宜性分析
景观规划与设计信息系统
景观规划管理系统
景观生态规划信息系统的发展趋势
虚拟现实技术
三维景观系统
第七章 生态系统的模拟
生态系统模拟的基本原理
系统分析与模拟
系统的分类
1.确定性系统和随机系统
确定性系统：是指由系统的输入以及相应的转换关系所决定的系统
随机系统：是指在既定的输入下，系统的输出是非确定的，带有随机的性质
2.连续系统和离散系统
连续系统：系统的状态随时间连续变化，没有间断，可以用微分方程来描述
离散系统：系统的状态变化只是发生在一些离散的时刻点上，可以用差分方程来描述
3.线性系统和非线性系统
模型
物理的
静态的（经验的、描述性的）
动态的（机理的、模拟性的）
数学的
静态的
确定的
随机的
解析的
数值的
动态的
模拟系统的概念
系统模拟的定义
是用一种数值方法求解动态系统模型的过程。它从某个设定的初始状态开始，按照时间的过程，一步一步的求解，最后得到系统模型的一个特解，每步计算的结果都是实际系统在相应时点上的一种可能的状态
系统模拟与解析方法的比较
表7-1
系统模拟的有关步骤
1.明确问题
2.确定目标和定义系统
3.构造模型
4.收集数据
5.程序设计与调试
6.确认模型
7.模拟实验设计
8.运行和分析
9.将程序和结构形成文件
离散系统的模拟
离散系统模拟的主要方法
1.事件调度法
设置初始状态
找出最迫近事件
事件子程序
事件表的管理
模拟完毕的标志
2.活动扫描法
3.过程交互作用法
离散系统模拟程序与结构
1.离散系统模拟程序与结构
2.离散系统模拟语言简介
连续系统的模拟
动态模拟 - 状态变量法
1.状态变量：是指在一定时间点上系统状态的量
2.每个状态变量都与速率变量相关联，速率变量是定义在一给定的时间点上系统内某个过程的量。
3.辅助变量
4.驱动变量或称之为强制函数，代表了环境对系统的影响，环境有时是常量但更常见的是随时间变化的情况。
关系框图
微分方程、速率、积分
解析积分和时间过程中系统行为
反馈
数值积分和时间系数
计算机模拟语言的选择和程序设计
模拟的可行性问题
模拟的验证问题
核对
有效性检验
种群生态系统的模拟模型
植物/作物种群的模拟模型
1.结构
2.模式的联接与协调
3.植物/作物生长的积分时段
作物种群干物质生长的模拟
酵母菌的生长模拟
1.酵母生长的系统分析
2.状态变量关系框图
3.模型与模拟
生态系统计算机模拟技术应用
模拟技术在生态系统中的应用
1.模拟技术在农业中的应用
2.模拟技术在森林管理中的应用
3.模拟技术在城市系统中的应用
4.模拟技术在区域或全球生态系统研究中的应用
土壤 - 作物系统生长发育过程的模拟
1.MACROS的主要模块
作物生长模块
蒸腾模块
土壤水分模块
作物、土壤、气象资料
2.春玉米生长发育的模拟
春玉米产量稳定性的模拟
地下水位对春玉米生长影响的模拟
水稻氮肥施用的优化模拟
1.ORYZA_0的主要过程
土壤与肥料氮供给
氮需求与吸收
氮分配
干物质累积与氮利用
2.水稻施氮管理优化模拟
综合因子f的计算
理想施氮曲线的数值优化
实际施氮方案的确定
森林生态系统生产力的模拟
1.FORCYTE模型简介
模型的基本原理
模型的结构
2.FORCYTE模型模拟人工杉木林的生产力
连栽模拟
间伐模拟
施肥模拟
清除枯落物模拟
城市土地规划系统动力学模拟
1.城市土地利用系统动力学模型的建立
2.模型的模拟结果