环境生态学的研究方法

环境生态学以现代生态学为理论基础，以解决因人为干扰而出现的环境问题为主要研究目的。因此，环境生态学研究应以解决实际问题的生态学研究方法为主，结合环境科学的研究手段，形成并完善一套极具学科特色的研究方法。根据环境生态学研究的不同需要，可以分为原地观测研究、室内模拟研究和新技术应用研究三大类型。

(一)原地观测研究

原地观测研究是指在研究区对人类活动影响下生态系统受损情况的考察，是环境生态学研究的主要方法之一。对受损生态系统的修复、重建和保护，都需要直观的第一手资料，而这些资料都来自于实地观测。原地观测研究方法包括野外调查、定位观测和原地示范试验。

1．野外调查

野外调查是考察研究区内环境状态、特定种群行为或群落结构与自然环境因子之间的相互关系。对于不同类型的生物所采取的调查方法往往有一定的差异。如在动物种群调查中的取样方法有样方法、标记重捕法、去除取样法等。在植物种群和群落调查中的取样方法有样方法、无样地取样法、相邻格子取样法等。样地或样本的大小、数量和空间配置，都要符合统计学原理，保证得到的数据能反映总体特征。

2．定位观测

定位观测是考察某个体、种群、群落或生态系统的结构和功能与其环境因子的关系在时间上的变化。定位观测先要设立一块可供长期观测的具有代表性的固定样地，样地必须能反映所研究的种群或群落及其生境的整体特征。定位观测所需时间，取决于研究对象和目的。若观测微生物种群，只需要几天时间即可;若观测污染物对植物的生态效应可能需要数月;若观测群落演替，则需要几年、十几年、几十年，甚至更长时间。

3．原地示范试验

原地示范试验是指在野外现场观察濒危生物物种数量变化、污染区域生物数量变化、草地荒漠化发展趋势、矿物资源现存量变化等环境问题后，分析导致环境问题的原因和变化规律，依据观察所得的第一手资料，在调查现场划定一个具有代表性的区域，开展研究区示范性试验研究，以探寻环境问题的最佳解决方案。如在自然水体中进行围隔试验，观测水体污染过程及其影响因素;在富营养化水体中划定一个具有代表性的研究区域，开展生物修复试验;在荒漠化地区选定一个区域，采取藻-草-灌-乔的立体生物修复试验。

(二)室内模拟研究

室内模拟研究是指在室内模拟自然条件下研究不同环境因子变化对生态系统的影响，以揭示自然生态系统受损的原因和机理。室内模拟研究包括微宇宙模拟、系统分析、数学模型等。

1．微宇宙模拟

微宇宙模拟是在人工气候室或人工水族箱中建立自然生态系统的模拟系统，即在光照、温度、湿度、风力、土质、营养元素等环境因子的数量与质量都完全可控制的条件下，通过改变其中某一因素或多个因素，来研究实验生物的个体、种群以及小型生物群落系统的结构、功能、生活史动态过程及其变化的动因和机理。

2．系统分析

系统分析是一种进行科学研究的策略，它以一种系统的、科学的方法对系统进行模拟和预测，找出生态系统内各组分之间的关系、各组分内不同的影响力。系统分析中应用最多的方法有多元统计法、多元分析方法、动态方程、多维几何、模糊数学理论、综合评判方法、神经网络理论等一系列相关的数学和物理研究方法。目前，应用比较广泛的系统分析模型有微分方程模型(动力模型)、矩阵模型、突变量模型及对策论模型等。

3．数学模型

环境生态学强调以野外实地调查、室内模拟研究和数学模型分析相结合的手段研究受人为干扰的生态环境系统，因此数学模型与野外调查和室内模拟具有同样重要的地位。数学模型是一个系统的基本要素及其关系的数学表达，模型能使一个十分复杂的系统简化，使研究者容易了解并预测其未来的发展趋势。生物种群或群落系统行为的时空变化的数学概况，统称为生态数学模型。生态数学模型仅仅是实现生态过程的抽象，每个模型都有一定的限度和有效范围。模型也能更好地揭示关键性的生态过程，如从最早的描述种群增长的指数方程和Logistic方程以及Lotka-Volterra竞争和捕食模型，到湖泊、河流、海湾生态模型，再到草原、森林、农田管理模型，直至全球生态模型。

(三)新技术应用

尽管环境生态学成为一门独立的学科至今仅有半个世纪，但其发展非常迅速。这在很大程度上得益于多种新技术、新方法被广泛应用于环境生态学的理论和实践研究。这些新技术包括计算机、卫星遥感、地理信息系统、同位素、分子生物学技术、自动测试技术、受控实验生态系统装置以及其他高精尖分析测试技术等。计算机技术在生态系统资料、数据处理中有极其重要的作用，生态系统的复杂规律必须在现代计算机技术手段下才能得以充分地揭示;对于环境治理、资源合理利用、全球环境变化等复杂问题，如预测系统行为及提出最佳方案等，也只有利用计算机模拟才能解决。遥感、航测和地理信息系统则频繁地应用于资源探测、环境污染检测，如用近红外和可见光谱的遥感数据计算出来的归一化植被指数(NDVI)预测生态系统的初级生产量。生态模拟技术则是另一类受到重视的新技术。应用生态模拟在优化生态系统控制和生态恢复技术，生态建设的规划及设计，预测生态变化方面有重要的价值。美国和日本等国均已开展了许多生态模拟试验。如1991年9月，美国在Arizona沙漠中建成全部由钢材和玻璃构成的“生物圈Ⅱ号”(biosphere 2)全封闭式人工模拟生态系统。近年来，日本也在考虑建造类似的人工生态系统工程。现代环境生态问题的研究需要范围更大、分辨率更高的遥感技术，更精密的化学分析技术，稳定性同位素和分子生物学技术，以及数学模型的应用。