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研究生物圈的方法

生物圈作为一个范围广阔、变量众多、无比复杂的系统，对它的研究除了要采用生态学和地球科学的研究方法外，还要采用模拟方法和系统科学的方法。

定位观测和全球监测系统  定位观测是指选定一些生物群落或地段，建立观测站，系统测量它的能量流和物质流，测定光合作用速率、有机物分解速率，计算各营养级的生物量和生产力，记录群落的物种构成和种群动态。这种观测能够积累起各种生态系统的定量数据，为生物圈整体能量流和物质流的测算提供基础。“人与生物圈”(MAB)计划的实施，使这种定位研究达到了全球规模。

与地面上的定位观测相结合，科学家们还建立起对大气、海洋、地壳、地貌和植被进行监测的全球监测系统，从整体上来研究生物圈各个圈层的动态，了解人类活动对生物圈的影响。这主要是通过各种观测卫星来进行的。

通过定位观测和全球监测系统可以收集到关于生物圈动态的大量数据，在此基础上，再运用生态学规律和系统科学的观念和方法进行综合，就能对生物圈的结构、功能、自动调节机制、稳态反应阈限等做出理论概括和系统描述，对人与生物圈关系提出新的观点。这是生物圈科学研究的主要方法，也是生物圈研究的主要方向。

对生物圈过程的数学模拟  随着系统生态学的理论体系趋于完善，系统工程学、系统分析与数学模拟方法在生态学领域的应用取得了显著成果。1972年，联合国教科文组织召开了有关全球研究的学术讨论会，会上提出了对生物圈进行数学模拟研究的设想。会后前苏联科学院制订了建立生物圈的数学模型的研究计划。这项研究计划，从建立数学模型到通过电子计算机进行运算，编制图表，做出解释，大约用了10年时间。该数学模型包含众多子模型系统，如气候模型、生物地球化学大循环模型等。每个子模型系统又包含大量的方程式、等式和不等式，其中的各种数据则来源于定位观测、全球监测系统等方面的资料。应当指出的是，对生物圈进行数学模拟，需要克服的困难还有很多。要把极为复杂的变化过程表达为有限的数学模型，必须要进行简化处理，而简化的程度与结果的精确度之间的关系却很难把握。另外，现在生物圈的内部还有许多不为人知的奥秘，人们在建立生物圈模型时遇到很多不确定因素，因而难以确定不同因素间的函数关系。

生物圈的模拟实验  20世纪80年代初，美国科学家建立了“生物圈Ⅱ号”实验室，作为生物圈的实物模型，来研究生物圈的物质循环机制、负荷能力和演变规律，探讨管理生物圈的途径。虽然这项研究未能完全按照预期的计划进行，但是仍然给人们带来许多有关生物圈的启示