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教学设计概述
思路概述
《普通高中生物课程标准》提出“注重使学生在现实生活的背景中学习生物学”,倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念,并能运用生物学的原理和方法参与公众事务的讨论或作出相关的个人决策。《生态系统的组成成分及其相互关系》,就是通过有效使用信息技术来实现上述课程理念的教学设计和实践。
本教学内容是上海市高中生命科学高二年级第二学期《生态系统》(教材《生命科学》,上海科学技术出版社)中的第一单元。由于本校高二学生已经接受过信息技术课程教学,能够熟练地操作电脑并掌握了概念图软件Mindmanager的使用方法,同时还具备一定的分析问题、解决问题能力,因此将教学设计思路定位为“基于信息技术的分组自主学习”。依据课程标准针对核心问题“生态系统的成分及它们之间的关系”,把学习设置在有意义的问题情境中(设计一个微型生态系统,让其维持一定时间的运转)。通过让学生合作解决真实问题,来学习隐含于问题背后的生物科学知识,形成解决问题和自主学习的能力。教学设计还特别强调关注学生对设计实验、分析实验现象和改进实验过程的体验,从而理解“非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者、生态系统”等教学重点和难点。
学习目标
知识和技能:掌握生态系统的概念与成分,及各成分在生态系统中的重要作用;认识影响生态系统稳定性的因素;培养学生的观察能力;培养学生设计实验、科学分析实验和预测结果的能力。
过程和方法:引导和组织学生使用Mindmanager工具软件开展自主学习和协作探究。
情感、态度和价值观:学生首先通过自己动手制作生态瓶并分析维持其平衡的必要条件,认识到对于一个生态系统来说,非生物成分和生物成分是缺一不可的。其次,通过了解美国生物圈II号失败的教训,认识到地球是我们唯一的家园,每个人都有责任保护地球,人类的一切活动都要遵循生态平衡的客观规律。
教学过程设计
教学内容包括“认识生态系统的成分和功能”、“分析地球之外是否有适合于人类居住的生态系统”两部分,共设计了三个探究活动。我们采用概念图软件Mindmanager,将学习活动建构绘制成一个可扩展的动态结构支架,如图1所示。在学习过程中通过按步骤展开概念图,可以获取学习资源,生成知识,解决问题。在每个活动中,都设计了有意义的问题情境,逐层递进,从而有效地落实教学目标。
图1 基于Mindmanager的教学活动框图
活动1:通过观察微型生态球和Flash课件,初步认识生态系统有哪些成分和它们之间的关系。达成知识目标“掌握生态系统的成分及各成分的重要作用”、达成能力目标“细心观察,发现问题”。
活动2:通过模仿设计生态瓶并思考如何让它维持的时间更长久,进一步深入认识生态系统的成分和它们之间的关系,初步认识到这是维持生态系统稳定性的基础。达成知识目标“认识影响生态系统稳定性的因素”,达成能力目标“设计实验、分析实验现象和改进实验”。
活动3:通过分析生物圈II号失败的原因,引导学生认识到“遵循生态规律,保护地球,保护环境,保护野生动植物资源,就是保护人类自己”,逐步树立人与自然和谐共处的理念。达成情感目标“地球是人类唯一的家园,人类的一切活动都要遵循生态平衡的客观规律”等。
在教学过程中,应用到的教学资源和材料主要包括:供学生自主学习参考的学案;Mindmanager学习概念图、Flash课件、PPT课件、数字图片,以及中国科普网络资源等。
学生活动:观察研讨
教师播放Flash课件,让学生观察风靡欧洲的生态球,如图2所示,激发学生思维:“为什么完全密闭的玻璃球中的小虾能自由自在地生活?”
图2 生态球
学生观察生态球由哪些材料做成,然后归类。
有了这些材料,生态球是如何运转的?(观看两个Flas,得出结论)
通过活动,学生概括出生态系统的成分及各成分的作用,明确生态球能够运转的原因。
学生活动:模仿实验
学生模仿生态球,自主尝试动手做一个微型生态系统,同时思考:“如何让它维持的时间更长久?”
学生交流分享,通过比较不同的实验设计方案,推选出最佳组合方案。
师生共同总结,概括出生态系统的概念。
学生活动:展示交流
学生代表作PPT展示:了解为了试验人类离开地球能否生存,美国建造了完全封闭的“生物圈II号”实验基地,如图3所示。它是一个更大型的模拟生态系统,从成分上看,什么都不缺,但是最终这个计划失败了。
图3 生物圈II号
应用所学的生物原理思考和交流:你从“生物圈II号”的失败中得到了什么启示? 总结经验教训:人类在茫茫宇宙中只有地球这一处家园,地球不是实验室,我们输不起,只有善待和保护她才是我们真正的出路。
课堂实施效果
文件编号: 1003 - 7586(2016)06 - 0010 - 02
1 数学模型建构教学的理论依据
模型建构教学活动以学生为主体,以建构模型为主线,让学生在探究过程中交流、学习。它重视学习过程的主动性和建构性,强调学生以个体的学习经验建构对新事物的理解,从而形成新的概念,掌握解决问题的方法和技能。教师在教学过程中用好模型建构,对提高学生生物科学素养有很大帮助。
数学建模是指通过数据解释实际问题,并接受实际的检验。生物学教学建模时,教师引导学生利用生物学基本概念和原理,理解用数学符号和语言表述的生物学现象、本质特征和量变关系。生物学数学建模一般包括5个基本环节:模型准备、模型假设、模型建构、模型再建构和模型应用。
2 数学模型建构教学在初中生物课堂教学中的实践
以“生态系统的稳定性”为例,阐述初中生物数学模型建构的教学实践与思考。
2.1 模型准备
建构数学模型,首先要了解问题的背景,明确建模的目的,收集必要的各种资料和信息,弄清对象的特征。
“生态系统的稳定性”这节课选自北师大版八年级下册第二十三章第四节,可分为生态系统稳定性的概念、稳定性形成的原因以及稳定性的破坏三个部分。第三节中的生态系统的食物链和食物网以及生态系统的物质循环、能量流动为本节学习基础。生态系统的稳定性形成的原因既是本节课的教学重点,也是教学难点。通过数学建模的方法,可以把生物之间通过捕食形成的数量变化关系,更加直观、有效地呈现出来,有利于学生对生态系统自我调节能力的理解和掌握。
2.2 模型假设
合理提出假设是数学建模的前提条件。在本节教学内容中,教师引导学生尝试建立生态系统中各生物之间通过捕食关系所形成的数量变化曲线图模型,引导学生提出合理的假设。
2.3 模型建构
根据所作的假设,教师分析学生的学情,创设问题情境,引导学生逐步建构出数学模型。
八年级的学生已经具有利用曲线统计图统计、描述、分析数据的能力,具备建模的知识基础。教师在教学中通过创设由易到难、层层深入的问题情境,引导学生提出问题、分析问题。学生在教师的引导下,逐步建构数学模型。
教师利用导学案,引导学生分析凯巴森林中鹿与狼的数量变化,并启发学生思考:
不同生物之间通过捕食关系如何相互影响?
分析二者数量峰值不同步的原因是什么?
分析当狼的数量上升时,鹿的数量会发生怎样的变化?
如果鹿的数量变化了,又对狼产生怎样的影响?
继而,学生进一步分析:狼的数量下降的话,鹿的数量会发生怎样的变化?引起该变化的原因是什么?
教师引导学生分析得出:生物之间通过捕食关系相互影响和相互制约。
这样引导学生归纳生态系统稳定性形成的原因,逐步建构数学模型。
2.4 模型再建构
个人或小组最初建构的模型是否科学、合理,必须经过模型检测。教师可以引导学生分析其他生态系统生物之间的数量关系,进一步验证模型是否科学合理。课堂上师生之间通过相互交流和评价,完成模型的再建构。
课堂上学生代表展示自己建构出的数学模型,并进行合作交流。
2.5 模型应用
模型应用是运用建构的数学模型解决生产实际、生活实践中生物学的疑难问题。教师启发学生围绕凯巴森林应用模型解决生活中的实际问题,并要求学生思考:生态平衡受到严重破坏的凯巴森林,要恢复到1906年以前的状态,可采取哪些措施?
学生在对问题的思考中,进一步深化概念理解,并应用自主建构的数学模型,分析解决实际问题,感悟数学模型建构方法在研究生物学问题上的重要价值。
3 数学建模教学的教学收获
3.1 数学建模教学培养学生的动手动脑能力
数学建模是一个创造性的活动过程,要经过不断的分析、讨论和修改。应用数学建模的方法进行教学,不是教师硬性灌输知识,而是学生在教师的引导下,动脑动手建构数学模型。
3.2 数学建模教学实现学生学习方式的蜕变和提升
新课程改革的重要突破口之一就是转变学生的学习方式,由过去的被动学习转变为主动学习,完成由以教师、知识为中心,向以学生发展为中心的转变。教师在课堂上给学生充分的自主学习的时间和空间,并通过一系列的问题引导学生逐步建构出数学模型,促进学生的主体性发展。教师在放手让学生独立思考、自主建构的基础上,组织学生开展合作交流。通过合作交流使学生从不同角度思考问题,对自己和他人的成果进行反思,在合作交流中相互启发、共同发展,培养合作精神和参与意识。
3.3 数学建模教学引导学生更加直观、科学、有效地建构新的知识体系
数学建模教学的目的是让学生在建构模型的过程中,理解生物学核心知识,提升自己的生物素养。数学模型本身又给学生一个直观、生动的印象,使静止的文字变得活跃、生动。例如:生物之间通过捕食关系形成的动态的数量变化,是一个奇妙而抽象的复杂现象,通过数学模型可以更加直观、简单地呈现这一现象。数学楗模教学也能够用于指导解决生活、生产中的实际问题。
3.4 数学建模教学有利于提高学生学习生物的兴趣
学生在建构模型的过程中学习生物知识,同时体验到模型建构成功后的喜悦感、自豪感。
3.5 数学建模教学有利于提高教师的教学素养
1 新课程下生物课件制作的要求
1.1 课件制作中如何体现新课程标准的要求
作为新课程标准统领下的生物多媒体课件制作,如何与新课标结合,体现其本质要求成为每一位教师首先要思考的问题。
课程标准关心的是课程目标、课程改革的基本理念和课程设计思路,关注学生学习的过程和方法以及伴随这一过程而产生的积极情感体验和正确的价值观。针对新课程标准的这些具体要求,笔者试图通过以下步骤进行结合。
1.1.1设计整体课件思路
在学习新课程标准的基础上,通过分析讨论,教师将每节课件主要分为教学目标、教学内容、教学重难点、教学策略以及教学内容结构五部分。其中教学策略和教学内容结构这两个部分是本课件制作的亮点,前者体现教学思路,后者可以作为复习纲要。
1.1.2逐个充实,添加新理念,新教法
以第五章第五节“生态系统的稳定性”为例,先确定教学目标。在深刻理解本节的基础上,参照新课程标准的知识与技能、过程与方法以及情感、态度与价值观的“三维一体”目标要求,将本节的知识目标定为:(1)理解生态系统稳定性的概念;(2)理解生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性及其原因;(3)理解生态系统稳定性的保护及其重要意义。能力目标定为:分析生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性及其原因,培养学生分析、综合能力。确定情感、态度与价值观目标为:分析人类活动对生态平衡的影响和破坏,培养可持续发展的观点和环保意识。
1.1.3引入问题探讨,从学生主体人手
在新课程标准下,本课件制作中引入了问题探讨一块,从学生喜闻乐见的、身边的、具体的事物入手,引导讨论,进入章节学习,充分调动学生主动性。如教材中“问题探讨”栏目的素材是从正面说明生态系统具有稳定性,引导学生从群落的种间关系、生态系统的结构与功能等相关内容进行讨论。同样,教师也可以设问:“人类能否在生物圈之外建造一个适于人类长期生活的生态系统呢?”从而引出“生物圈2号”实验,引导学生思考生物圈2号失败的原因。上述正反两个实例,可以说明自然界中生态系统具有相对稳定性,稳定的生态系统对于生物的生存至关重要。在此基础上,教师阐释什么是生态系统的稳定性,并进一步设问:“为什么生态系统具有稳定性?”从而引出“生态系统的自我调节能力”。
1.2 在课件中体现人性化,互动性
所谓课件的人性化主要是课件制作者本人的个性化的展示。课件是知识的载体,又是制作者思想的传承。不同的人有不同的个性,同样,不同的课件就要有不同的风格,一个好的多媒体课件就是内容和美的完美结合。课件本身的设计,颜色的搭配,界面的布局等等都体现着课件的人性化。在本部分课件的制作过程中,考虑到其知识性、严肃性、简洁性等,版面运用了PowerPoint的样式,尽量减少学生视觉疲劳,极少加进动画、Flash等元素。
课件的互动性则是更高层次的要求,它要求教师与学生的互动,教师与课件的互动以及学生与课件的互动。在课件制作过程中,教师应充分考虑课件与学生的互动性,应采用色彩的变化,各种链接的互换来与学生交流。以第五章第五节生态系统的稳定性为例,教师在充分引导的基础上,通过课件中设置的问题与学生进行探讨引出课题,并由教师提出其他问题,如:人类能否自制一个“生物圈”呢?学生通过课件展示了解“生物圈2号”计划的整个过程后思考讨论,体现互动性。
2 实现课件制作与新教法结合的探讨
新课程标准中明确提出改善学生学习方式,要求结合本学科的特点,加强过程性、体验性目标,引导学生主动参与、亲身实践、独立思考、合作探究,从而实现学生学习方式的变革,改变单一的记忆、接受、模仿的被动学习方式,发展学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。针对我国教育现状结合国外先进经验,新课程倡导的新的教学方式主要有以下几种。
2.1 合作学习
合作学习,是以小组为基本组织形式,旨在促进小组成员互相帮助,共同达到最佳学习效果的活动。其主要倡导组间同志,各尽所能,最大限度发挥成员优势,共同进步。其主要原则有:(1)要把讨论合作建立在独立思考的基础上;(2)讨论时要有明确的问题、内容、方向、范围;(3)合作气氛要民主,各抒己见,诚心参与,积极主动;(4)合作学习要有利于培养学生的创新意识和实践能力。
2.2 探究式学习
探究式学习是在教师的启发诱导下,以学生独立自主学习和合作讨论为前提,以现行教材为探索内容,以学生周围世界和生活实际为参考对象,为学生提供充分自由表达、质疑、探索、讨论问题的机会,让学生通过个人、小组、集体等多种解难释疑尝试活动,将自己所学知识应用于解决实际问题的一种教学形式。其主要培养学生的思考、分析、综合等方面的能力,强调学生的参与性、自主性、创造性及合作精神。这与素质教育要求教师教会学生“学会求知”、“学会做事”、“学会共同生活”、“学会生存”的教育理念是完全符合的。教师在运用探究教学的过程中一定要注意个体差异,不能要求所有学生在同样的时间内运用同样的探究方法,以同样的探究速度找到标准统一的答案,达到同样的学习水平。
3 新课程背景下生物课件制作的几点体会
3.1 吃透教材内容,提高多媒体课件制作水平
随着多媒体技术的飞速发展,教育条件的不断改善,多媒体教学由于其众多优点而成为社会发展的潮流。作为一线的教师,多媒体课件的制作不可避免,而且是极为可贵的教学资源。通过生态系统版块的课件制作,教师深刻认识到吃透教材的重要性,体会到课件设计的重要性,只有这样才能制作出有内容有深度的课件。
3.2 多种教学手段有机结合,切勿将课本知识完整搬运到课件上
“寸有所长,尺有所短”。教学媒体的采用也要根据教学内容及教学目标来选择,多媒体固然有其他媒体所无法比拟的优越性,但其他常规媒体的许多特色功能也不容忽视。如投影的静态展示功能、幻灯的实景放大功能、教学模型的空间结构功能等,是计算机所不能完全替代的。不同教学媒体有机结合,优势互补,才能收到事半功倍的教学效果。例如:生物学中有些数据的推导等,用多媒体课件教学就不一定比教师与学生一起边推导边板书效果好。所以,教师应根据教学需要选择合适的媒体。多媒体课件的制作中还要注意,在理解的基础上用课件的形式展现出来,切忌对课本的生搬,力图用多媒体向学生展示一个真实的世界。
3.3 提高教师业务水平,是多媒体教学成功与否的关键
对于生态系统健康目前尚无一个确切而普遍认同的定义[6],Karr等[7]认为,如果一个生态系统的潜能能够得到实现,条件稳定,受干扰时具有自我修复能力,这样的生态系统就是健康的。Schaeffer等[8]认为当生态系统的功能阈限没有超过时,生态系统是健康的。这里的阈限定义为“当超过后可使危及生态系统持续发展的不利因素增加的任何条件,包括内部的和外部的”。Costanza[9]则认为如果一个生态系统稳定而且可持续,系统具有活力,能维持其组织且保持自我运作能力,对外界压力有一定弹性,那么该生态系统才可视为是健康的。Haworth等[10]认为生态系统健康可以从系统功能和系统目标2个方面来理解。系统功能是指生态系统的完整性、弹性、有效性以及使生境群落保持活力的必要性。因为不存在一个适当的标准,讨论什么是生态系统健康是一个困难的主题,而且评判某个状态是否健康在很大程度上决定于社会利益。综合科学家们的观点,关于生态系统健康一般包含了如下几个方面的含义:①一个健康的系统必须是稳定、有弹性、可持续的;②生态系统健康具有尺度限制;③应用生态系统健康概念的目标是管理资源;④一个生态系统健康的标准状态必须包括人类作为生态系统的一部分,并认识到人口统计学的影响;⑤生态系统功能的保持,生态系统的可持续性等必须考虑到区域或空间分配等。
Rapport[11]提出,生态系统健康学将会发展成为一门完整的科学,当然这得先给出一系列原则,包括生物学的、社会学的和健康学等方面的科学原则。Calow[12]认为应该给出一个假设的标准,围绕该标准派生出各种健康状态。健康分类在某些方面是有用的,但这不应该有严格的限定。农业生态系统健康和农业可持续发展的思想是分不开的,一个有病或不健康的生态系统是不可持续的。健康的农业生态系统主要是指那种能够满足人类需要而又不破坏甚至能够改善自然资源的农业生态系统,其目标是高产出、低投入、合理的耕作方式、有效的作物组合、农业与社会的相互适应、良好的环境保护、丰富的物种多样性等。这对人类的生存和发展都十分重要。要同时达到所有这些要求是很困难的,甚至是不可能的,我们只是要求尽可能地向这些目标看齐,为人类的生存与发展创造一个良好的空间。农业的可持续发展一定程度上受到工业的影响,并不能只从农业的角度出发去考虑,因为破坏生态环境的污染物主要来源于工业,特别是化学工业[11]。另外,社会和经济等方面的操作对自然资源的破坏作用也是不容忽视的。
2影响农业生态系统健康的胁迫因子
生态系统在受到压力胁迫(stress)的情况下会产生健康风险。广义的胁迫可概括为引起生态系统发生变化、产生反应或功能失调的作用因子。然而并非所有胁迫都影响生态系统的生存力和可持续性,实际上许多生态系统依靠某种胁迫而维持[13]。这些胁迫已成为自然生态系统的组成部分,可称为正向胁迫(eustress)。但在更一般的意义上,胁迫常指给生态系统造成负面效应的逆向胁迫(dysstress)。对于农业生态系统,主要的胁迫因子有以下一些。
2.1农药等环境污染化合物
农业生产中大量使用杀虫剂、杀菌剂、除草剂,在有效防治病虫草害的同时也存在着对非靶标生物的杀伤力[14]、对害虫天敌种群结构的破坏、对农业生态系统生物多样性的不良影响[15]。但是,与工业污染物特别是有毒化合物及重金属相比,农药的破坏作用还是较轻的。
2.2生物技术
基因改良生物体释放于环境可能会产生潜在的不良效应。转基因植物的释放对环境影响的问题,现在越来越多地引起了人们的重视,因为转基因植物本身可能变为杂草或使其他野生近缘种变为杂草。如果转基因植物具有很高的适合度和竞争力,就可能引起种群爆发,破坏生物多样性,从而改变生物群落的结构,影响生态系统的能流和物质循环[16]。
2.3生态入侵
生态入侵是指外源生物引入本地区,种群迅速蔓延失控,造成其他土著种类濒临灭绝,并伴生其他严重危害的现象。生态入侵对生态系统的稳定性影响很大,有时甚至能使整个生态系统发生不可逆转的崩溃。
2.4不当的农业生产活动
土地的过度开垦和耕作、作物的不当种植方式、过度放牧、化肥的不当使用等,也是影响农业生态系统健康的重要因素。
2.5其他
一些偶发性的自然灾害如地震、火山爆发、洪水、干旱、龙卷风、森林火灾、战争、毒物暴露等对生态系统的破坏也较大。
3农业生态系统健康的评估
评估生态系统健康的方法是非常复杂的,一般要选择一套指示物(indicator),共同将功能完好与病态的生态系统区分开来。然后进行系统的分析,从而诊断产生病态的原因并制定预防及恢复系统健康的方法。群体水平上的健康评估常常对相同的指示生物的早期病症进行监测,观察这些指示物在施加压力(包括经济、社会和环境压力)前后是如何反应的。
3.1生态系统健康的评估基础
生态系统具有一种自发地趋向和保持稳定的机制。一般来说,生态系统的复杂程度决定其稳定性,多数生态学过程都有一个阈值,低于或超过这个阈值,生态过程就会变得不连续、混乱甚至终止。Vilchek[17]提出根据系统稳定性、弹性和脆弱性综合评估生态系统健康。Bertollo[18]认为,健康不应根据系统的自然化程度,而应根据其自我保持和更新能力来评判。评估生态系统健康关键是分析恰当的时间与空间尺度,选择不同尺度分析的结果差异很大。如果选择的尺度太细微,正常的扰动即可能使评估结果显示为严重灾难;如果选择尺度太粗放,又可能漏掉某些隐蔽的危险。
3.2生态系统健康的评估方法
对于农业生态系统的健康评估方法很多,常用的有如下几类。
3.2.1生态系统失调综合症的诊断
生态系统失调综合症(ecosystemdistresssyndrome)是指系统被破坏后导致其在正常生命期限前终结的不可逆过程,生态系统失调综合症的诊断就是选择一组关键指标来评估生态系统处于有害环境压力下的特征[3,4,11]。如生物多样性的减少(包括生境、物种、基因水平上)、营养资源受损、初级生产者的减少、生物组成的变化、外来物种和r-类对策物种在生态系统中的优势度增加、生态系统中某些种群振荡幅度加大、生物分布生境大小的降低、能流的变化、污染物在生物体和媒介体中的循环等。
3.2.2生态系统的缓冲力和持续性评估
这是根据生态系统抵抗压力的能力大小来评价其健康程度的。即生态系统抵抗自然灾害或受自然灾害的干扰后恢复原来状态的能力。生态系统越健康,其抗干扰能力或从干扰中恢复过来的能力就越强。农业生态系统是地球生态系统的一部分,包含有许多复杂的亚系统及其相互间的作用,很多指示因子如土质、水质、作物产量等都可用于监测农业生态系统的健康状态[19]。Wichert等[20]用鱼群结构评价农业排水区域河岸系统的退化(degradation)和恢复(rehabilitation)状况。他们提出农业生态系统中各组分的健康状况可通过测量农业排水区域的变化来实现,把该变化作为一个农业生态系统景观整体因子。有证据显示,设计维护健康环境的管理措施如通过在排水区域种植草木等可对鱼群完整性产生积极影响。
3.2.3生态风险评估
生态系统健康风险评估就是评价危害生态系统健康的不良事件发生的概率以及在不同概率下不良事件所造成后果的严重性,并决定应该制订和采取的可行对策。因此评估的着眼点在于风险决策管理,目的是预防性地保护生态系统健康。这是一个多学科、多领域、多层次的综合管理问题,包括技术、经济、政策、法律、公众参与、伦理道德等多个方面。风险分析方法偏重于压力,而不是生态系统的反应。其重点放在已知来源的压力对受压系统可能产生的影响,进而可以估算出单一或多方面压力对受压系统可能产生损害的风险,如生产力降低、物种多样性或其他生态系统功能的损失。早期的生态风险评估多针对人类健康而言,主要评估化学污染物进入食物链后可能对人类造成的影响[21]。但生态系统风险评估的最终受体不仅是人类自己,而且应包括生态系统的各个组建水平:个体、种群、群落、生态系统及环境,并且要考虑生物间以及不同组建水平的生态风险之间的相互作用。
3.3关于评估的指标
指标是用来表达和交流持续发展状态和过程信息的工具,指标设计和使用的好坏,直接影响决策的正确性和有效性。目前对生态系统评估的指标很多也较混乱,生产力、稳定性、持续性、自组织力、多样性/复杂性、公平性、恢复力、有效性等是评估农业生态系统或农业生态系统状况的基础[22]。其中持久性是农业生态系统重要评估指标之一[23]。然而,对各个农业生态系统是否健康的状态进行评价,不可能建立一个完整的统一的指标体系,因为不同的农业生态系统所处的自然、社会、经济状态不同,同一系统发展的不同阶段所具有的特点也不同,需要由不同的指标来监测,因而不同系统、同一系统不同的时间段上要求使用的指标不一样,这就使得一致性的指标体系难以确定。当前多数人所接受的做法是,选择一套对系统变化敏感的生物或理化性质作为指示器,监测指示器对生态环境变化的反应,并以此来判断生态系统是否健康。如土质、水质、作物产量、生物多样性等指示因子常被用于监测农业生态系统的健康状态[19],某些鱼类可作为评估水生生态系统健康与否的指示器[20]。关于化学农药对土壤生态系统安全性的评价,有人以土壤微生物受到的影响及影响程度作为重要指标[24,25],而另一些研究认为以农药对蚯蚓的毒性作为评估农药对农业生态系统健康程度的一个指标也是可行的[26,27]。吸虫(trematode)因为具有复杂的生活周期可作为评估沼泽生态系统健康的一个好的指示器[28]。根据时间序列获取的卫星数据监测植被对胁迫的物候反应可作为评估生态系统健康的指示器[29]。多种外生菌根(ectomycorrhizas)由于受污染物影响时可显著降低其地上部分子实体的产生而常被用作生物指示器[30];螺贝类(snails)种群因与森林土壤的理化性质,包括土壤湿度、pH值和地面覆盖度等因子密切相关,可作为监测赤杨沼泽森林生态系统健康状况的敏感指示器[31];水貂(mink)可作为监测有机氯农药和重金属污染的农业生态系统健康状况的有效生物指示器[32]。
4讨论
评估生态系统健康与生态、经济、人类健康等多方面有关,该领域正得到迅速的发展[33]。广义上人类是生态系统的一部分,因此生态系统健康包括了人类健康[34]。把农业放在可持续发展的大范围内考虑,从经济、社会和环境角度为农业发展定位,在讨论农业生态系统健康问题时,除了国家农业宏观政策层面上的评价外,主要集中在具体的农业生态系统健康状态评价。农业生态系统的稳定与健康发展的关系,首先表现在农业环境对农业活动的反应及其对破坏作用的承载能力,而农业活动类型及影响主要决定于人们采取的农业政策和技术措施。生态系统健康研究,其核心是要确立农业生态系统的整体观,从维护和增强农业生态系统健康着想,从恢复或增强农业生态系统中的自然控制作用着手。
一、比较法在生物教学中的作用
⒈比较法有利于巩固知识
学生在学习自然界中的生命现象和生物学规律的过程中,把已有的生物学知识和学习的内容进行比较,就可以获得清晰的生物概念,掌握新学的生物知识,同时对旧知识也起到了温故和加深的效果。
⒉比较法有利于使教材系统化,便于巩固记忆
生物教材中不少内容是相互联系的,通过比较后理解记住了一个方面,另一方面也自然而然地记住了。如DNA的复制、转录、翻译三个过程可以从所需的模板、原料、能量、酶、进行的场所、产物等方面进行比较,这样既可以让学生记住其各自的特点,又形成了基因对性状的控制相关知识系统。
⒊比较法利于学生认识生命现象与生物学原理、规律的内在联系
生物教学不仅要教会学生生物学原理、规律等,更重要的是让学生能利用生物学原理、规律等知识去解释自然界中存在的生命现象。比较法能完成这个任务,如将森林生态系统和草原生态系统进行比较,便可使学生明白森林生态系统比草原生态系统的营养结构复杂,其抵抗干扰,维持自身结构和功能稳定的能力强,即抵抗力稳定性高。但一旦遭到破坏,其恢复原状的能力较草原生态系统的弱,即恢复力稳定性低。如此一比较,学生就明白了抵抗力稳定性和恢复力稳定性存在相反的关系,且抵抗力稳定性的高低与生态系统营养结构的复杂程度呈正比。
⒋比较法有助于发展学生的思维
在比较法运用的过程中,学生要进行独立思考、分析异同、究其因果等,大脑思维活动和学生的思维能力得到训练,拓展了学生的思维空间,同时还锻炼了分析处理问题的能力,不但提高了学习效率,也提高了教学效果。
二、生物教学中运用比较法的主要类型
生物课,所涉及的生物知识和生命现象复杂多样,因此在课堂教学中,比较法的运用也是多种多样的。
⒈图表直接比较法
生物,离不开各种结构图,特别是课本中有不少插图与课文内容紧密配合,是分析课本知识的重要依据,也是培养学生运用图的重要方法。读懂插图中的内容,找出易混淆处,可以使学生得到正确的认识。如“讲细胞的基本结构”时安排了植物细胞结构图与动物细胞结构图,展示了两种细胞结构的特点。通过看图分析得出,植物细胞特有的结构有细胞壁、叶绿体、液泡;动物细胞特有的结构是中心体,而两者都有细胞膜、细胞核、线粒体等结构。可见动植物细胞在结构组成上既有共同的特征又有本质的区别。又如在讲“神经调节与体液调节”的关系时,安排了神经调节和体液调节特点的比较表,很直观地体现了两者的不同点,容易让学生理解和记忆。
⒉类比
类比就是把同一类生物概念、原理或现象进行比较,这是教师在课堂教学中使用最多的一种方法。具体地说,就是以学生已学过的同类生物概念、原理或现象为基础,与新讲的生物知识进行比较,以引导学生发现它们的个性或共性。如在讲“减数分裂”这一内容时,教师可引导学生分别从DNA复制的次数、细胞分裂的次数、染色体的行为特点、子细胞染色体的数目、有无同源染色体等方面与有丝分裂进行比较,通过对比,归纳出这两种细胞增殖方式的共同特点和不同之处。同样运用比较法可以对杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种等几种育种方法进行比较,归纳出几种育种的原理、采取的方法、优点及缺点等。
⒊自比
自比就是对同一生物特征或生命现象等在不同的历史阶段的发展状况进行比较。通过对生物特征或生命现象的自我比较,可以提示其历史发展阶段中的各个异同点,了解其现在和过去,探索其发展变化趋势。如讲“细胞有丝分裂”(或“减数分裂”)过程时,如果教师仅采用讲授法,按间期、前期、中期、后期、末期的的先后顺序进行讲述,就很难使学生形成较深的印象。这时教师若采用比较的方法,以某生物细胞为例,引导学生根据教材的内容画出各个分裂时期的简图,然后将各个时期染色体的行为加以对比,找出其区别所在,这样,教师不必作过多的讲解,就能让学生理解并掌握有丝分裂(或减数分裂)不同分裂时期染色体行为变化的特点,取得很好的教学效果。
⒋综合比较
这是一种要素较多、综合复杂的比较法,一般用在复习课。不仅可以使学生对两种或两种以上的生物知识点有一个完整的系统的理解,而且有利于培养学生的综合分析能力。如讲完“细胞的能量供应和利用”后,可列表比较有氧呼吸、无氧呼吸、光合作用的光反应和暗反应进行的场所、所需的条件、过程、反应式、能量变化等。通过比较分析,使学生能更系统地理解光合作用和细胞呼吸这两个生命活动。
此外,基于恢复力的管理常被看作应对气候变化对生态系统负面影响的重要途径[9];比如,英国的未来森林倡议(FFEI)的核心主题就是根据气候变化而调整森林管理框架以维持或提供生态系统恢复力[6]。恢复力的概念提供了理解生态系统如何响应局地或区域干扰和大尺度气候变化扰动的理论框架,已被应用于引导受人类活动影响而退化的生态系统的恢复;维持和提高生态系统恢复力的管理日益被看做一种实现生态、社会和经济可持续目标的方式[6]。
恢复力在政策和管理等中的价值已广为接受和认可,但其研究仍停留在概念研究层面上,鲜有学者提供可操作的量化方法[2];经过30多年的争论,生态学家对如何量化恢复力甚至如何定义这一概念仍未达成共识。生态系统恢复力的概念起源于生态学领域,之后不同领域的研究者根据应用需要对其做出不同解释,甚至出现对恢复力这一概念的滥用,使恢复力逐渐变成一个空洞时髦术语[10]。虽然生态学家已经认识到理解生态系统恢复力的机制和生态过程对生态系统管理的重要性[6,11-14],但对恢复力的结构化理解的研究远未企及[15]。
另外,恢复力诊断提出了将社会系统与自然系统耦合作为一个复杂的、不断适应的整体系统来理解的思路[16-17],只有通过对恢复力定量评估,才能遴选出恢复力变化的主要驱动因子,开展生态系统恢复力变化驱动机理研究从而为生态系统管理提供科学依据,而如何界定以及量化生态系统恢复力已成为相关研究领域的重要步骤和切入点[18]。本文回顾了恢复力概念的发展,对其属性和内涵进行了总结,并论述了恢复力研究的理论基础和目前的量化方法;在此基础上,本文对目前研究中已经发现的恢复力影响因素进行了总结,最后对恢复力研究的可能研究方向进行了展望。
1 恢复力概念及分类
恢复力(Resilience)源自拉丁文Resilio,即跳回的动作,20世纪70年代后引申为承受压力的系统恢复和回到初始状态的能力。Holling首次把“恢复力”的概念引入到生态学领域,以帮助理解可观测的生态系统中的非线性动态[19]。在其经典著作中Holling将恢复力定义为系统吸收状态变量、驱动变量和参数的变化并继续存在的能力[19];在这一定义中,恢复力是系统的属性,而系统继续存在或灭绝是结果。到80年代,Pimm提出不同的观点,将恢复力定义为系统在遭受扰动后恢复到原有稳定态的速度[20]。之后生态学界围绕生态系统恢复力展开了激烈讨论,提出大量不同的观点和多个与生态恢复力相关的概念,如生态系统的稳定性、持续性、抵抗力和适应力等[21]。目前,恢复力这一概念已被广泛应用于多学科中,其概念和内涵得到了不断地丰富和完善。但生态学家经过了30多年的争论依然没有对如何定义恢复力达成共识[22-24]。在生态学文献中能够找到很多不同的恢复力定义,例如,恢复力是指一个系统经历干扰并依然保持其原有状态的功能和控制能力[25];恢复力是系统吸收周期性干扰(如飓风或洪水)的能力[26]。对恢复力的不同解释容易导致对这一概念的混淆,所以界定清晰和可测定的恢复力定义已成当务之急。
虽然不同学者提出的恢复力概念不同,但多数基于适应性理论,基于生态系统受到干扰后将恢复到原来稳定状态的假设[27]。一个有恢复活力的生态系统能够承受冲击,能够自我重建。目前,国际上比较认同的生态系统恢复力概念为:恢复力是生态系统受到扰动后恢复到稳定状态的能力,包括维持其重要特征,如生物组成、结构、生态系统功能和过程速率的能力[1,19]。根据对稳定状态的不同界定,目前恢复力的定义可归纳为工程恢复力(engineering resilience)和生态恢复力(ecological resilience)两种观点[19,28-34]。
工程恢复力基于单一稳定状态假设,假设系统仅有一个“最优”的平衡稳态,当系统出现其他非稳定状态时,就应采取措施使系统恢复到平衡稳定状态。工程恢复力强调效率、恒定,强调预见性和功能有效性的维护,是把安全保障的工程性要求作为研究对象所有特性的核心。工程恢复力借鉴了演绎模式的数理思维及工程学原理。这一观点较为传统,是目前恢复力研究的主流观点。
生态恢复力基于存在多个稳定状态的假设,生态恢复力关注的不是恢复到单一稳定状态的时间或能力,而是诸多稳定状态间的转换。生态恢复力参考了归纳法的思想,注重系统的持久性及其功能的延续性,关注系统状态变量发生相互关系转化的临界点,其定义是指一个系统在达到状态转换阈值之前吸收或抵抗干扰的能力[28],即系统在保持自身结构不变的前提下,通过调整系统的行为控制参数及程序,能够吸纳或抵抗的扰动量[19,30]。这一观 点与Grimm等以及Carpenter等人的定义的抵抗力或恢复力的概念相近[31,32]。之后研究者开始尝试描述多种生态系统的多重稳定状态及其转换,越来越多的文献记录了一系列生态系统的稳定状态之间的转换,以系统稳定域的边界特性为主要研究内容的生态恢复力开始得到更广泛的关注。
此外,工程恢复力和生态恢复力的差异源于其看待系统稳定性的视角不同[10],两类观点都有一定程度的合理性与适用领域;生态恢复力基于多种稳定状态,工程恢复力注重某个单一稳态,所以两者是相关联的;过去40多年的研究已经解决了生态系统是否存在多种稳定状态,以及如果存在多种稳定状态什么因素影响不同稳定状态之间的转化的问题[28,35],但如何将适用于单一稳定状态的工程恢复力和强调多种稳定状态的生态恢复力结合起来,进一步加强对恢复力的整体认识与科学量测仍依然有待深入。
2 恢复力属性与特征
20世纪70年代以来,相关领域学者在探讨生态系统恢复力概念的同时,也有部分学者开始关注恢复力的属性和特征。Klein等以沿海大城市中与气候相关的气象灾害为例探索了沿海大城市针对自然灾害的恢复力特征,将海岸带的复杂系统恢复力分为自然恢复力、生态恢复力和社会经济恢复力3个部分。
3 恢复力的理论基础
恢复力是生态系统从各种环境胁迫和干扰中恢复的绝对能力的一个功能,但恢复力是有限度的,不是所有的生态系统受到干扰之后都能恢复到原有的状态。从物质系统演化的角度来看,在严格意义上生态系统状态转化是不可逆的,恢复力很强的生态系统在受到外界干扰后也会发生改变,无法完全恢复到受干扰前的状态[39]。在受到干扰后,生态系统具有自组织的能力,通过自组织恢复到原来的状态或进入其他状态。受到干扰的生态系统在很多情况下可能表现出工程恢复力或动态稳定[43],但是如果外来干扰超过某一阈值,任何生态系统的相对稳定状态都会遭到破坏而进入另一不同的状态;另外,生态系统原有状态下恢复力的丧失导致生态系统状态的转化,常转入不理想和不可逆的状态。生态系统转入其他状态后其恢复力可能增强也可能减弱,但往往不能提供其原有水平的生态系统产品和服务,所以生态系统恢复力并不一定是越高越好[1,39];而研究恢复力的目标就是希望使生态系统朝着对人类有利的方向运行[39],所以在研究中必须注意恢复力估计是基于综合的恢复力分析之上,包括对具体的干扰域的识别和对需要的生态系统服务的社会选择[23],即恢复力应该是生态系统在某一状态下的恢复力。
3.1“杯球”模型
生态系统状态变化的“杯球”模型经常被用于描述恢复力概念和强调不同类型恢复力区别[28]。该模型描述生态系统怎样转入不同的状态或“引力域”,其中“杯”代表生态系统“引力域”,“球”代表生态系统状态,“球”在“杯”中的一系列可能位置分别代表生态系统结构的变异性程度(比如森林生态系统林分年龄结构变化,森林斑块大小),单向箭头表示外界对系统的扰动(图1)。较小的干扰会让“球”被迫离开“杯”底移动到“杯”内某一位置,但最终“球”会回到杯底。根据“杯球”模型理论,工程恢复力可以认为是“杯”的形状特征,即杯子边缘的坡度。工程恢复力被定义为“球”回到“杯”底的速度,也被称为生态系统弹性或恢复时间,其测量指标是系统再次回复到平衡稳态(“杯”底)所需的时间[44]。生态恢复力假设存在多个引力域,在引力域形状发生变化的情况下,或外来干扰导致系统变化超过某一阈值的情况下,系统将发生引力域改变,从而进入新的生态系统状态;比如,重复出现的火灾、干旱等外来干扰会引起森林生态系统转变为草原生态系统[45]。生态恢复力被定义为引力域的宽度,即系统在进入另一个引力域的临界状态前所能承受的扰动总量。这两种恢复力概念,假设恢复力是体系的静态属性,即一旦定义,杯子的形状在时间上是固定不变的。但近期也有研究表明引力域是动态和多变的[28]。
3.2 适应性循环模型
生态系统动态适应性循环模型是另一个描述生态系统恢复力的概念模型[27]。以Holling为首的“恢复力联盟”主张运用适应性循环理论解释和分析社会生态领域的恢复力[19,46]。适应性循环理论认为生态系统按照如下4个特征阶段演替:崩溃或释放阶段(Ω)、更新与重组阶段(α)、快速生长及开发阶段(r)、保护阶段(K)(图2)。崩溃或释放阶段(Ω)是系统快速崩溃的动态时期,受巨大且不可预料的干扰的影响,某些重要的生态系统属性如组成、结构、功能在这一阶段发生改 变甚至丧失,并且资源变得较易获得。资源的突然出现帮助系统进入了重组阶段(α),也为大量新生事物的出现创造了条件,这些新的种群和物种的出现是高度不确定的,如果它们能侵入并适应干扰之后的环境,就能最终定居下来并成为重组系统的组成部分。释放阶段和重组阶段的持续时间较短,但是系统的重大变化往往发生于这两个阶段,之后其组成、结构等趋于相对稳定,进入另一引力域的新轨道,从而转入生长阶段(r),进入另一轮适应性循环。经过长时间的资源累积和转变,系统由生长阶段进入保护阶段(K),生态系统沿着相对缓慢和可预测的路径演替[6],该阶段出现新生事物的概率急剧下降,但是系统变得更为复杂和稳定。在整个适应性循环中恢复力变化始终贯穿其中,恢复力随着各阶段的替换表现出不同的水平[27,39]。新的适应性循环代表了生态系统恢复力的丧失和生态系统向另一引力域的移动,即生态系统状态的转化。初始状态的细微差别可能导致生态系统发展方向的巨大差异,导致多种从快速生长及开发阶段(r)到保护阶段(K)的演替路径[47],导致生态系统发展的不同步进而产生一系列的生态系统结构的时空差异性。而结构上的多样性对恢复力亦有重要影响,影响到生态系统应对后期干扰的恢复或重组能力[6,8]。
图1 “杯球”模型
Fig.1 “Cup and ball”model
图2 适应性循环
Fig.2 Adaptive cycle
目前这两种模型已被广泛应用于恢复力的解释,但两者仍然存在一些不足。根据“杯球”模型,可以看出生态恢复力实际上就是生态系统发生状态转化的阈值条件,而生态系统状态转化存在很多阈值条件,对其逐一研究显然是不可能的。适应性循环理论在一定程度上阐明了恢复力的形成机制,但借助这一理论对恢复力进行定量测量依然非常困难。在这一模型中生态系统状态由一系列稳定域的界限分开,与“杯球”模型中的生态恢复力类似,但确定这些稳定域边界阈值是非常困难的;此外,根据适应性循环理论,测量恢复力需要测定系统目前状态与阈值(或界限)的距离,前者相对容易一些,而后者目前还几乎不可能完成。
4 恢复力的测量
由于生态系统的多稳态机制,任何外部干扰都可能导致系统状态发生突变而进入管理者不希望的状态,只有通过定量评估才能提取出恢复力的主要影响因子从而为生态系统管理提供依据[49],所以目前急需对恢复力进行定量研究。国内外的生态学家、经济学家和灾害学家都在尝试将恢复力进行量化研究,目前国内外学者已经使用的生态系统恢复力研究方法主要包括阈值方法,替代指标法和实验方法。其中,阈值方法在相关文献中应用最为广泛,一般是用系统面临压力时维持结构和功能的能力来测量恢复力[32,50]。阈值方法一般要求助于计算机模型的帮助,如CENTURY模型和GAP模型[51],通过这些模型可以估算出生态系统某些关键指标从胁迫状态恢复到稳定状态的时间,即恢复时间(Tr),以及生态系统能够承受的最大胁迫(MS),即生态系统从一种状态到另一状态的临界值,恢复力可表示为MS,Tr或MS/Tr[52]。其中,工程恢复力测量指标是系统远离稳定状态的距离或恢复的速率[53],按照工程恢复力的定义,生态系统的恢复力越大,其在干扰之后恢复到稳定状态的时间越短,所以工程恢复力可用1/Tr测量[54]。生态恢复力则是用生态系统在发生状态转化之前能吸收的最大干扰的强度MS测量[28]。Bennett等对这种早期的阈值途径进行了进一步发展,把时间以及生态阈值是动态或固定的这一考量引入了阈值量测[13]。
阈值方法必须满足2个假设条件,即生态系统必须表现出替代性稳定状态和能识别关键的控制变量,但这两个假设本身都有缺陷。①假设是生态系统能在被生态阈值分开的不同稳定状态之间非线性地转化,这对多数类型生态系统是成立的[40,46],但并不是所有生态系统都如此[55],阈值方法仅适用于被不利环境控制的生态系统,不考虑系统内部或外部的竞争导致的生态系统变化;②假设可以通过分析少数关键变量来理解生态系统动态。并根据关键变量在时间和空间上的周转速率,划分为快变量和慢变量[17]。但这一方法因为依赖模型中的变量和参数的假设而受限制[56],这里的一个重要而矛盾的假设就是慢变量被认为控制着整个系统,决定着系统在稳定域中的位置[46],慢变量值被认为是与恢复力最相关的因子[57]。另外,该方法忽略了有机体的个体变异性[31]。
由于生态系统恢复力受诸多因素的影响,需要测定生态系统每个稳定状态的阈值,对其进行直接测量是比较困难的,但可以间接推断[32]。推断方法之一是在系统中找出与恢复力相关并且可以测定的属性,从中选取恢复力的替代因子作为替代物(surrogate)[17,23]。恢复力替代物的甄选涉及恢复力机理的概念[23],例如生态冗余、响应多样性或生态存储[58]。选取替代物应首先建立模型,然后参照模型和具体系统属性逐一筛选。Bennett等[13]展示了一种利用简单系统模型在案例研究中识别恢复力替代物的方法,通过发展系统模型,建立了识别恢复力替代物的4个步骤:问题界定、反馈过程辨识、系统模型设计、恢复力替代物识别;该研究为恢复力的定量测度提供了经验。此外,高江波等在明确生态系统恢复力基本定义及其影响因子性质的基础上,选择物种多样性、群落覆盖度以及群落生物量对青藏铁路穿越区生态系统恢复力进行定量评估[5]。
实验方法主要通过人为控制生态系统的外界干扰条件,分析生态系统的恢复过程从而研究恢复力。例如,Whiford等在新墨西哥西南半干旱草原地区进行了野外实验以验证受胁迫的生态系统的恢复力较低这一假说。他们在一口深井附近,通过控制放牧和牲畜践踏等干扰,设计了不同压力梯度,分析了几次干旱情景下,草原恢复状况与距井距离之间呈正相关关系,距井远的草原受干扰小,恢复速度快[59]。Slocum等在一个盐沼中尝试利用实验性干扰来评估恢复力[60]。他们通过控制已知胁迫的沉淀物沉积的梯度,施加不同强度的干扰,发现植被的恢复力与沉淀物沉积呈强正相关影响。在毁灭性干扰之后,没有沉积物沉淀的样地的植被不能恢复过来;而在有中等或大量沉积物沉淀的样地,其植被得到迅速恢复;在非毁灭性干扰之后,所有样地的植被都能够恢复原状,其植被恢复速率和沉积物沉淀程度之间亦呈相关关系。他们的研究表明生态系统恢复能 力可以作为描述生态系统状态的生物指标,帮助进一步加深对生态系统结构和功能的理解。
综上所述,目前的不同恢复力测量方法均存在着诸多限制。阈值方法受限于其前提假设以及对计算机模型的依赖,适用范围有限,使该方法没有得到进一步发展。替代指标法提出时间不长,目前还处于探索阶段,其可行性和替代指标甄选的合理性都依然有待探讨,但这一方法确实为定量测量恢复力提供了新思路。实验方法受实际条件限制很难推广,而且生态系统组成与过程复杂多样,其可重复性不高。
5 恢复力影响因素
20世纪末以来,大量学者探究了生态系统恢复力的影响因素,并积累了较多的区域案例。但整体而言,目前对生态系统恢复力影响因素的理解依然有限,缺少一致的观点和表征生态系统恢复力的指标体系[61],而已有文献中的恢复力指标没得到充分利用[32]。目前文献中已有的生态恢复力的影响因素及其影响恢复力的机制可归纳如下。
5.1 生物多样性
恢复力是基因多样性、物种多样性、群落或生态系统多样性在不同尺度赋予生态系统自然属性,而生物多样性则是生态系统存在和发展基础[28]。生态系统停留在稳定范围之内的能力与使系统转入另一状态的缓慢变化有关。Folke等研究表明生物多样性是导致这些缓慢变化的变量之一,主要通过具有主导优势的生物起作用[40]。目前的共识是生物多样性能够扩散风险并使生态系统在受到干扰后重组成为可能,在生态系统恢复稳定状态的过程中起到至关重要的作用[62]。但生物多样性在生态系统恢复过程中的作用方向依然存在大量的持续争议[6]。随着生物多样性的增加,一些研究表明恢复力增长呈正相关关系[63],其他研究表明随着生物多样性的提高,恢复力的增长逐渐趋缓,其增长曲线逐渐逼近某条渐进线[64],而也有研究表明随着生物多样性的增加,恢复力并没有增长[65]。
尽管如此,目前多数学者已经认可了生物多样性对生态系统恢复力的影响,并认为生物多样性通过生物的功能冗余和响应多样性来影响生态系统的恢复能力[66,67]。但生物的功能冗余或响应多样性不能独立地影响生态系统恢复力,进行恢复力评价时必须分析两者的综合影响。
生态系统内部存在多种物种组合,具有类似功能(比如授粉,生产或分解)的物种的组合即为一个功能群,功能群能够为生态系统提供一定水平的冗余,亦即生物的功能冗余[68-69]。生态系统对干扰的反应依赖于干扰的特征以及生态系统本身的功能冗余,多组分的复杂生态系统中,不同组分对于同一类干扰的反应是不同的,同一组分对于不同干扰的反应也是不同的[20]。生态系统在面临环境变化时保持恢复力的能力与物种内个体应对挑战的能力和同一功能群内其他物种在变化的条件下增加其功能的可能性有关。功能群的存在对生态系统功能和恢复力至关重要,这些物种的丧失对生态系统恢复力有明显的消极影响[67]。生态系统内存在多种形式的功能冗余[68],功能冗余的作用有以下3个特点:①在面临物种丧失时,功能冗余通过维持生产力的方式提供恢复力;②功能冗余能赋予系统对疾病和害虫影响的恢复力或抵抗力[70];③功能冗余能赋予系统对物种丧失,疾病和害虫反应的恢复力,但这并不能弥补其他生态系统服务和产品损失。在没有功能冗余存在的情况下,功能群物种丧失对生态系统的消极影响能达到使生态系统崩溃的程度[71]。
功能群的多样性有助于维持生态系统结构和功能的恢复力。
5.2 生态存储
生物多样性意味着可持续的生态系统包含着多种功能群,每个功能群都有许多可替代的同功能物种,功能组内物种、物种间及其与环境之间的动态作用、受到干扰后可能进行重组的结构组合被称为系统的“生态存储”(ecological memory)[28]。生态存储是生态恢复力的关键成分,其存在意味着生态系统的历史遗产将影响其现在和未来状态[6];生态系统应对环境变化的恢复力是由其生物和生态资源决定的[1],不论是自然生态系统还是人工生态系统,保持生态存储是至关重要的。生态存储可分为内部存储和外部存储两部分,随着干扰强度和生态系统结构的不同,两者的相对重要性也不同[74],但生态系统进行重组既需要出现在目标区内的内部存储也需要出现在干扰区外的外部存储[28]。
内部存储由可以作为更新中心并允许各物种定居的各种生物学结构(如过火迹地和枯立木)组成,其中的一个重要组成部分就是“生态遗产”,即在干扰事件中幸存的有机体和有机结构[75];外部存储为受干扰斑块提供物种来源和支持,包括先锋物种在内的有机体能够从很远的距离传播到受干扰地区并定居下来[75]。生态系统在受到干扰之后,多数都有有机体幸存,虽然并不是所有的幸存者都能够持续存在,但很多确实继续存在。
要评价生态系统恢复能力,首先需要了解其内部存储与外部存储的种类、数量、分布以及它们可能起到的作用。生态系统面积对生态系统恢复力有很大影响。比如,森林生态系统恢复力受到森林生态系统的空间大小和周边景观的状况和特征等影响,一般而言,森林生态系统越大,破碎度越小,其恢复力越大[1]。Pickett等认为自然保护区设计应基于“最小动态面积”,即具有应对干扰,能够自我恢复,维持其内部重新趋于稳定功能最小面积[76]。随着空间面积的逐渐缩小,快速重组的内部存储会变得滞后与不足,它们会逐渐依赖于周围景观的斑块,即外部存储。在破碎化程度高和集约经营的景观中,外部存储更少,使重组的时间变得更长,说明恢复力下 降,生态系统发生突变的可能性增加。
内部存储和外部存储所关注的分别是斑块内和斑块间不同的动态生态过程[74]。在斑块内,主要生态过程可以被看做是“集结规则”[77],如促进更新,竞争和营养相互作用,它们决定了哪些物种在干扰过后快速繁衍。斑块间,主要生态过程是定居物种在景观斑块间的散播;Loreau等注意到地区物种丰度的重要性,外来物种迁入能提高生态系统对变化的适应性[78],导致生态系统发生基型和表现型的反应,适应性的累积使系统的恢复力提高成为可能。在后一种情况下那些影响物种迁入的因素,如到种源的距离、物种的生活史策略等对于一个斑块的重组方式是至关重要[74]。例如,早期演替阶段与晚期演替阶段的物种有截然不同的扩散方法;而且有研究表明部分植物的种子是受限散播的[79],系统连接度(内部物种直接的连接)的提高能增加系统的抵抗力,但会降低系统的恢复力[80]。
5.3 生境条件
生态演替受当地生境条件和景观背景的强烈影响[81]。例如,受干扰区具有空间异质性,在很多存活有机体聚集或微观生境特别好(比如水热条件适宜的地区)的地方恢复最快[75]。另外,局地水平上的恢复力依靠整个区域维持水分存储和养分循环的能力,所有这些属性受到土壤流失和生态系统结构变化的威胁,所以对变化有物理抵抗力的土壤对提高恢复力具有重要作用[82]。此外,恢复力的丧失可能是由功能群的丧失和环境变化引起的,一般认为受胁迫生态系统比不受胁迫生态系统恢复力更小。干扰能改变局地的物种组成和丰富度[83],而多重干扰的复合效应更加需要加以关注[6]。如果生态系统不能在干扰发生之间得到恢复,恢复力将会因为生态存储(如种子库)的丧失而削弱[50]。干扰对生态系统恢复力的影响主要受干扰频率和干扰范围两方面影响[20]。如果干扰频度小于恢复时间,并且干扰发生在小范围内,则生态系统容易恢复;如果干扰频度大于恢复时间,而且干扰范围较大,则生态系统不容易恢复[84]。
5.4 气候
气候主要是通过中长期的温度、辐射和湿度影响光合作用和呼吸作用速率以及其他植物生理过程[85]。在热量和辐射状况足够支持植物生长的条件下,光合作用速率与水分可获得性成比例。而保持湿度恒定,呼吸分解速率和温度成比例,一般地温度每上升一摄氏度,生物化学过程速率将增加一倍。气候和天气状态也直接影响着生态系统的短期过程,比物种迁徙[27]。
另外水分还是生态系统类型的主要决定因素之一。多数证据表明热带森林生态系统对气候变化没有很强的恢复活力,尤其是应对降水减少和干旱增加的恢复能力相对较弱[86]。而全球气候变化导致气温升高,改变太阳辐射和降水条件,当气候条件变化超出生物所能够承受的范围时,将导致生态系统发生剧烈变化[87]。
5.5 人类活动
人类是生态系统的自然组成部分这一说法一直存在争议[88],但是人类活动确实改变了生态系统恢复力,人类干扰的累积效应对生态系统结构和动态具有深远影响。人类活动引起的生态系统急剧变化的例子包括半干旱牧草地的木本植物入侵[89],湖泊富营养化[31]等。Strickland等借鉴由恢复力联盟提出的恢复力评价方法调查研究了保护区旅游对当地群落的影响[90]。人类活动对森林生态系统的主要影响包括森林面积的减少、生境破碎化、土壤退化、生物量和相关的碳汇耗竭、物种丧失、物种引入及其级联效应,比如火灾风险增加等[91]。一般地原生森林比次生森林相比更富有恢复力,比如Sakai等研究表明过火和森林管理通过生境破碎化、退化和水分情况变化等降低了森林抵抗入侵的能力和恢复力[92]。
5.6 生产力
生产力对恢复力影响目前依然存在争论[64]。一些研究者试图用数学分析的方法定义恢复力和初级生产力之间的关系[33]。Moore等的模型分析发现生态系统恢复力与生产力呈正相关关系,这一结论被称为“恢复力-生产力假说”,假说表明在一定的干扰下,高生产力的系统比低生产力的系统恢复的好,即生产力越高的生态系统,越富有恢复活力,在扰动中恢复的更快[93]。而Stone等的研究结果表明恢复力与生产力的关系并不是简单的线性关系,很大程度上依赖于生态系统的内在非线性和非稳定状态特征[64]。此外,其他文献中已经报道的数值模型[33]都没显示出任何稳定性(恢复力)与生产力之间的一般性关系,未发现任何“恢复力-生产力假说”的证据。
总之,目前对影响恢复力的因素的理解非常有限而且充满争议。对哪些因素影响恢复力以及这些因素如何影响恢复力目前都没有公认的结论,虽然生物多样性的重要性得到了认同,但其对恢复力的影响也充满争议。冗余理论为解释生物多样性对恢复力的影响提供了可能,不同生物在生态系统中的功能作用和重要性等是不同的,而传统的生物多样性指数的研究方法在这些方面已不适用。生态存储为解释恢复力的产生机制提供了可能,但生态存储的具体组成部分以及如何对其定量计算依然有待深入研究;对生态存储与生物多样性的关系、两者作用的尺度等研究也相对较少。对于生境条件、气候和人类活动等的作用,目前依然很少对其进行定量研究;而对生产力与恢复力的关系,“恢复力—生产力假说”并未得到广泛认为,实际上生产力和恢复力都是生态系统的属性,两者都受到某些相同的生态系统属性(如生物多样性)的影响,两者之间应该存在比线性关系更为复杂的联系。
6 讨论与展望
恢复力这一概念在经济政策和环境管理方面的价值已为大家所接受和认可,但恢复力研究仍滞留于概念的争议及案例分析的层面,生态系统恢复力研究尚缺乏科学统一和可操作的定义,且多为理论性分析,定量测度相对较少,有很多问题依然待深入研究,比如尺度问题,生态系统状态界定问题以及恢复力评价的定量问题等。
6.1 尺度问题
尺度是复杂系统科学和恢复力理论的重要贡献之一,跨尺度的生态过程交互作用对生态系统恢复力的维持非常重要。目前恢复力定量测量中对尺度的考虑依然不足,极少体现出生态过程的尺度性。不同生态过程发生在不同尺度上,比如微观尺度,林分尺度,流域尺度和景观尺度;此外,生态系统所遭受的干扰也具有明显的尺度性,作为生态系统对干扰的一种响应能力,恢复力也具有尺度性。恢复力研究中必须选择合适的时空尺度,以便于数据收集和结果分析;在未来的恢复力研究中可以选 择林分尺度等属性比较一致的单元作为大范围内恢复力研究的基本单元,但针对不同类型的生态系统如何选择合适的研究尺度依然有待探讨。
6.2 状态界定
恢复力研究应该基于综合分析之上,包括对人类社会需要的生态系统服务的选择和生态系统在某一状态下所受干扰的分析。生态系统恢复力研究必须考虑生态系统所受到的干扰,因为生态系统如果遭遇毁灭性打击而完全崩溃,在理论上就没有恢复的可能性;对这种毁灭性打击的定量化是探讨恢复力的前提条件,但目前缺乏相关研究。此外,多数生态系统存在不同的潜在状态,不同状态下生态系统提供服务的能力不同,其恢复力也相应不同;而研究恢复力的最终目标是为生态系统管理提供参考信息,以期使生态系统朝着能够提供人类所需生态系统服务的方向发展,所以未来的恢复力研究需要考虑生态系统状态以及不同状态下提供的生态系统服务,以便更好地为生态系统管理服务。
1. 教材分析本节内容包括生态系统中能量流动的过程和能量流动的特点两部分。本节课以“生态系统的结构”为基础,直接关系到物质循环和生态系统稳定性的学习,因此起着承上启下的作用。
2. 学情分析“能量”是自然科学中的核心概念,学生通过物理已学习了能量守恒定律;在生物学中,已掌握了了“储存能量的物质”、“光合作用”、“呼吸作用”等知识,这些都是本节内容的基础,在教学中要紧紧依托这些知识。
二、教学目标和重点、难点
1. 教学目标
(1)认知目标:①了解生态系统能量流动的概念。②分析生态系统能量流动的过程和特点。
(2)能力目标:通过对赛达伯格湖能量流动的定量分析。提高学生分析问题和解决问题的能力。
(3)情感态度与价值观目标:培养学生实事求是的科学态度。
2. 教学重点生态系统能量流动的过程和特点。
3. 教学难点生态系统的能量流动具有单向流动和逐级递减的原因。
三、教学方法
1. 直接从教材中问题探讨提供的素材引入。
2. 借助草――兔――狼食物链,分析每一营养级能量的输入、传递、转化和散失的过程。
3. 引导学生用数据来分析能量流动的特点,在学生归纳总结的基础上,阐述生态系统能量流动具有的两个特点。
四、教学过程设计
课前准备:多媒体展示平台,PPT,实物投影
1. 创设情景,导入新课PPT展示鲁滨孙漂流记图片,师问:假设你像小说中的鲁滨孙一样,也流落到一个荒岛上,那里除了有能饮用的水以外,几乎没有任何食物。你随身尚存的食物只有一只母鸡、5千克玉米。你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援:A.先吃鸡,再吃玉米;B.先吃玉米,同时用一部分玉米喂鸡,吃鸡产下的蛋,最后吃鸡。让学生讨论选择并解释原因。
教师指出:要解决这个问题,除了要利用上一节课学习的“食物链和食物网”知识外,还要学习生态系统中的能量流动的知识。由此引出本节课题“生态系统的能量流动”。
2. 能量流动的概念PPT展示草――兔――狼的图片,提出问题:(1)兔子和草是什么关系?(2)草的能量是怎样得来的?(3)草的能量将何去何从?全部被兔子利用了吗?(4)兔子中的能量又到哪里去了?思考并分析,其实这种现象在生态系统中具有普遍性。展示“生态系统的能量流动图解”,指出:“像这样生态系统中能量的输入、传递和散失的过程,就称为生态系统的能量流动”。
3. 能量流动的过程阅读教材P94,
分析提问:(1)生态系统中能量流动的起点?(2)流经一个生态系统的总能量是什么?(3)生态系统中能量流动的去向?(4)能量流动的渠道是什么?
分析归纳能量流动过程示意图。学生结合前面分析独立完成,教师对学生成果进行投影展示评价。
4. 能量流动的特点
导入:从前面关于能量流动过程的阐述,可以对能量的流动方向以及能量在数量上的变化有一个感性上的认识,那么能量在流动的过程中能否进行定量分析呢?美国生态学家林德曼就对此进行了深入研究。
展示:赛达伯格湖的能量流动图解。(先出现里面的能量流动图,简单提一下该湖能量流动过程和能量的数值)
完成能量流动数据表
提出问题:(1)能量能够逆向流动、循环流动吗?通过以上分析,你能得出什么结论?(2)计算赛达伯格湖的生态系统中,能量从第一营养级流入第二营养级占生产者所固定能量的百分比是多少?第二营养级流入第三营养级的能量,占初级消费者所同化的能量总量的百分比是多少?(3)由此可见,在输入菜+营养级的能量中,只有10%-20%的能量能够流动到后一个营养级,还有80%-90%到哪里去了?通过以上分析,你能总结出什么规律?(展示能量金字塔模型)为了形象地说明这个问题,可以将单位时间内各个营养级所得到的能量数值,由低到高绘制成图,这样就形成―个金字塔图形,叫做能量金字塔。从能量金字塔可以看出,在一个生态系统中,营养级越多,在能量流动过程中消耗的能量就越多。(4)讨论:再次围绕荒岛问题展开讨论,让学生自由辩论。讨论后,根据题目意思画出食物链进行分析。
指出应该选A
(1)指导学生分析并思考课本图5-9中的问题:如果把各个营养级的个体数量关系,用绘制能量金字塔的方式表示出来,是不是也呈金字塔形?如果是,有没有例外?(引出数量金字塔)继续提问:数量金字塔是否还符合能量金字塔?指出能量金字塔和数量金字塔是不矛盾的。
(2)用能量流动的原理,解释谚语“一山不容二虎”隐含的道理。
(3)能量流动逐级递减这一特点与能量守恒定律相矛盾吗?
分析:在生态系统中,能量的形式不断转换,如太阳辐射能通过绿色植物的光合作用转变为储存于有机物化学键中的化学能;动物通过消耗自身体内储存的化学能变成运动的机械能。在这些过程中,能量既不能凭空产生,也不会消灭,只能按严格的比例由一种形式转变为另一种形式。
五、结束语
科学总是为人类生活实践服务的,我们学习了能量流动的过程与特点,那么我们要科学设计和规划生态系统,调节生态系统,使能量得到最有效利用,最终能持续高效流向对人类最有益的部分。请同学们课后先预习教材剩下的内容,具体我们下节分解。
六、教学反思
1. 创设自主探究的学习氛围本节课实施的是探究教学,在教学中引导学生自主探究,提高相互评价的能力。深受学生的喜爱。但概念的分析和规律的总结还需要教师适当的指导,而不是流于形式。
[关键词] 商业生态系统 市场联结型商业系统 价值链价值网络型商业生态系统
商业生态系统是Moore(1993)首次提出的。所谓商业生态系统,就是由多个企业、顾客和其他各类组织或松散或紧密地联结在一起,组成一个跨越行业界限的群体,彼此相互依赖,价值共享,以期获得各自良好的生存能力和效果。后来Moore(1996,1999)更具体的阐释商业生态系统中的企业应以“共同进化”为目标,不再把自己作为单一的竞争主体,改变以往战略思维定势,以整个商业生态系统迎接动态和无限的竞争。
Iansiti和Levien(2004)则从生态系统中的核心物种(keystone species)引申出商业生态系统中的核心企业(keystone corporate)概念,并认为核心企业通过设立共享平台、架构和标准创造和分享价值使得整个商业生态系统得以存在和发展。商业生态系统中的所有企业将依赖和分享关键企业优势(keystone advantage)。这是把整个商业生态系统作为俯瞰的对象,揭示了部分商业生态系统的状态。
而双边市场(Two-Sided Markets)的概念也揭示了相互联系的顾客和企业之间如何能够通过双边或多边联系和交易平台,降低搜寻成本和交易成本的过程(Eisenmann, 2006)。这也是一种商业生态系统。
商业生态系统具有多面性和复杂性,笼统地研讨商业生态系统战略和应用会使结论和方法缺乏针对性,也会影响适用性。本文试图从资源、经营活动和市场对商业生态系统的影响,区分不同类型商业生态系统的不同特性,给出不同的构建战略。
一、两种类型的商业生态系统
当我们从资源、经营活动,以及市场来划分商业生态系统的时候,可以看出两大类型的商业生态系统(见图1),在缘起和形成过程方面也在根本上存在实质的差别。
以价值创造和价值共享为基础的商业生态系统,往往是在资源和经营活动上相互依赖,彼此互为各自价值增值活动中的一个部分。如果众多企业都共享或依赖某一企业的资源或经营活动,那这个企业就被视作核心企业。核心企业作为核心物种,在这类商业生态系统的形成和持续发展中,往往起着关键作用。每一个企业的价值增值活动构成了自己的价值链,各个企业的价值链相互交织,再加上虚拟组织对资源的动态共享,形成了价值网络。如果价值链和价值网络的结构具有可持续性和相对稳定性,就形成价值链或价值网络型商业生态系统。那种项目性和临时性或权宜性的资源和经营活动上的合作关系,不是商业生态系统。
价值链、价值网络型生态系统,以企业之间在运作过程中互相为对方创造价值为存在的基础,但所创造的价值,最终要在市场中实现。市场是所有商业生态系统食物链的源头。如果企业的顾客群能够相互融合,或将各自的市场相互联结,使得每个企业的市场规模扩大,或使自己的市场更稳固,忠诚度更高,则将这样的企业群落称为市场联结型商业生态系统。
不同于价值链价值网络型商业系统,市场联结型生态系统中的企业和其他组织,在运作过程中在资源共享和经营活动上的联系有时较少或相对较少,而市场上的协同所构成的市场联结,却是这类商业系统的主要结构。比如电影业和DVD产业在各自的生产过程中鲜有联系,但是拍摄完成的电影用DVD光碟作为载体发行,却创造了电影院以外的市场,而能够在家看电影,也大大增加了DVD的顾客群。这种由于产品组合而扩大了市场范围,并且这一市场有相当的稳定性的话,就是典型的市场联结型商业生态系统。
商业生态系统的重要特点,在于个别企业的消亡甚至某一产品行业的消亡都可能不会在根本上影响系统结构关系的稳定,不会导致系统崩溃。因为商业生态系统的核心结构,源于资源利用和价值增值活动的必要性,以及产品组合带来的市场规模和顾客群的稳定性。而这些方面构成了商业生态系统的可持续性。没有了这种可持续性,商业生态系统的意义就会丧失很多。系统内部的企业和很多生物种群的个体一样,既存在竞争关系,也存在和谐共生和共同进化的依存关系。而竞争和多样化也是共同进化的推动力。
二、价值链价值网络型商业生态系统的构建
这种类型的商业生态系统,往往源于对组织边界之外的资源的利用和彼此互补的经营活动。这类系统中通常存在众多企业为一个或少数企业提供不同产品或服务的现象。比如微软公司软件生态系统,就有开发服务商、独立软件提供商、系统集成商、小型专业公司、各类经销商、应用开发培训机构等数万家企业作为其系统的一员。
这类系统中还有另外一种现象,一个企业为众多大小企业提供相同或类似的服务。比如台积电公司,通过提供优异的制造设施、生产技术和客户订制技术资料数据库,为很多半导体集成电路和芯片设计企业提供制造服务。台湾的一些电子类代工企业比如富士康属于这一类,eBay网属于这一类。其他所谓多边市场或多边平台,也是属于这一类。
为了便于论述,我们把前一种类型的企业称为“中心型企业”,后一种类型的企业称为“平台型企业”。不排除有的企业既是中心型又是平台型,也有平台型企业为中心型企业服务。这两种类型的生态系统也会相互交织构成更大范围的生态系统。两种关系模式分别如图2所示。
1.中心型生态系统的构建
中心型生态系统有两种类型的企业,其一是中心型企业,其他企业可以称作支持性企业。
一体化和多元化战略,是传统的企业发展战略。这种不断扩张企业组织边界的战略,如果超越合理的限度,那么“大企业病”和越来越疏于其核心业务就会使企业变得庞大而脆弱,就像史前的恐龙一样,因此我们称过度的一体化和多元化战略,为恐龙战略。
为了应对动态多变的生存环境,企业必须足够灵活和强健,恐龙战略应该被商业生态系统战略所取代。具有一定实力和市场地位的企业,可以实施中心型生态系统构建战略。企业为了打造成中心型企业,首先要设法完善对企业组织边界之外的资源的管理。对于支持型企业应辅助其创造价值,同时要注意价值分享,不能竭泽而渔。
耐克和戴尔都遇过到血汗工厂问题,而被消费者呼吁抵制。这种情况下,企业不能把生态系统中的支持型企业看作是传统的外包企业,这些企业如何经营管理与自己无关。适当的监控调整系统内企业的状态和行为是构建健康的商业生态系统所必需,同时注重价值分享,不能只为攫取利润迫使支持型企业不择手段的降低成本。分享价值使得主要的价值增值活动有足够的利润可图,会吸引更多的企业投入或使得现有企业有能力不断提高产品或服务水平和质量,使得种群繁茂和健康。
其次,在强化核心业务和市场地位的同时,创造更多的缝隙市场,壮大系统种群。苹果公司在其经典的硬盘播放器器iPOD获得醒目的成功之后,增扩产品类型,增加了大容量闪存播放器iPOD nano,进一步占领市场,巩固了市场领先地位,同时也把闪存厂商吸收进自己的生态系统中来,丰富了种群的多样性。
再次,致力于主导系统的改善,而不仅是自身的改善。系统改善,不仅包括每个个体的改善,而且致力于个体的改善以系统强健性为目标和衡量标准。
对于支持型企业,首先是识别与自己专有能力相匹配的价值增值活动,如果认为这个增值活动有足够的稳定性和可持续性,便可实施自己的针对性专业化战略。这种针对性专业化战略,针对的是具有结构性稳定的价值增值活动,而不是特定的中心型企业,也就是说微软体系中的支持型企业,它的专业化是站在电脑未来发展前瞻性思维的立场上,为电脑主流操作系统提供商,在某一方面提供难以取代的或者是有竞争力的价值增值活动。这个主流操作系统提供商是叫微软还是其他的公司,并不是重点。支持型企业的专业化战略,是把自己的改进和发展建立在所在商业生态系统的共同进化的基础上的,因此,要克服短期自利行为和危及核心型企业发展的行为和措施。
有相关实力的支持型企业,可以选择的一个发展方向,就是成为价值链、价值网络型生态系统中的平台型企业。
2.平台型生态系统的构建
不同于中心型企业,平台型企业或组织不是吸收其他企业和组织经营活动的结果或服务以完备自己的价值创造过程,相反,它是众多企业、组织价值创造过程中的支持与共享部分。
平台型企业通常在下列方面确立自己的存在理由:
速度(快速、便捷):没有什么资源会比时间更稀缺。因此,能够节约时间资源的响应速度,方式和活动上的简化和便捷就成为平台企业被选择的重要原因之一。
质量:拥有质量,不一定会成功。但是没有质量,则一定会被淘汰。质量已经成为必不可少的基本条件。
专业服务(工程服务、技术服务、指南和工具):比如台积电精心建立了一个供顾客使用的数据库,使得顾客不需要任何人工服务就能查询到所需要的90%上的技术资料。ebay网则为交易双方都提供了工具软件,以方便交易的进行。
柔性(弹性、适用性):平台型企业要把各种不同类型企业、组织通过自己联结起来,必须具有足够的柔性,以适应众多企业的需求。
信息和知识:当众多的企业、组织和个人汇聚在平台的周围(不一定是物理空间意义上的汇聚),信息和知识就变得充分,也便于获取。而仅仅这一点就会吸引更多的企业、组织和个人加入,平台型系统的多样性和繁盛就容易实现。
成本:降低成本是直接增加利润的途径。因此对低成本的考量,总会为平台型企业自己或它为之服务的企业组织和个人所重视,成为企业、组织和个人选择平台企业的重要因素。但是成本不是惟一的因素,过分强调成本,可能会使平台型企业或其他组织的生存空间变得十分狭小。
平台型组织的构建战略,应该在上面六个因素上建立综合优势。而拥有这些要素的综合优势的平台企业可以通过优势的复制,建立更多的平台,形成各自的子系统。对于制造平台来说,就是综合考虑各种因素,比如贴近市场、贴近顾客、提高响应速度降低人员和物流成本等,在不同的地方建立多家工厂,对于eBay网络购销平台来说就是在世界各地,建立多种语言的网页并使得合作伙伴本地化。
平台型企业如果和中心型企业建立稳定和可持续的系统结构,将易于成为健壮的商业生态系统。
三、市场联结型商业系统的构建
与价值链和价值网络型企业所形成的商业生态系统不同,市场联结型生态系统形成的基本结构是市场协同和产品组合。市场联结型商业系统的形成,主要是发现市场机会,识别顾客群的需求。市场机会可以用简洁有力的语言描述,从而形成一种有感染力的口号(范保群,,2006),也可以是基于复杂但有效的市场调研与论证,来促使企业开发新产品和现有产品、新产品和新产品、现有产品和现有产品之间的产品组合,形成新的市场,或扩大原有市场,或给原有顾客群带来新的满足,促进顾客的满意度和忠诚度。
对于中心型商业生态系统而言,中心企业的市场通常不了解最终产品是由哪些企业的产品和服务融入形成的。而对于平台型商业生态系统来说,平台型企业的市场在平台型生态系统的内部,成员就是客户。由此我们可以看出,价值链价值网络型商业生态系统完全不同于市场联结型商业系统。
中心型商业生态系统中的支持型企业,和平台型商业生态系统中的平台型企业,可以选择构建市场联结型商业系统,在市场中现身,让市场的力量促进自己在商业生态系统中的地位。英特尔公司的“Intel Inside”战略就是一个成功的案例。单独拿出英特尔公司的CPU芯片和其他产品,普通电脑使用者不一定认识。但是,英特尔产品和它的性能参数却是电脑使用者在购买电脑时的最重要考虑因素之一。英特尔公司不仅通过每台品牌电脑外观醒目位置的“Intel Inside”标贴,以及后来用英特尔CPU类别名称来标示,来展示自己的存在,还通过大量直接面向普通消费者的营销活动来巩固自己的市场地位,抛离竞争对手。
市场联结型商业系统的构建战略,往往是同类产品、产品标准、产品框架的直接竞争中一种最为成功的竞争战略。早期索尼标准制式录像带失败于JCL标准制式的录像带,以及最近索尼蓝光新一代DVD击败东芝高清新一代DVD,都是典型的案例。这时候,谁拥有对方所没有的一类重要市场的支持,就会产生赢者通吃的局面,取得最后的胜利。在录像带制式之争中我们看到JVC与电影市场的成功联结(JVC制式的录像带时间长度和电影一致),迫使索尼制式退出。而索尼在这次新一代DVD制式之争中,在自己广受欢迎的游戏机中安装自己的蓝光DVD光驱,使得索尼蓝光DVD率先与东芝所没有的游戏机市场联结,市场范围超过对手,使得其他市场上的企业如华纳电影公司、沃尔玛零售公司随后宣布支持索尼蓝光DVD,迫使东芝退出新一代DVD市场。
构建市场联结型生态系统,很关键的一点是要使自己的产品具有足够的适用性和通用性,在技术上和成本上利于其他产品联结。微软公司为了便于人们在其操作系统产品WINDOWS上开发应用软件,为开发人员提供了大量的接口和软件包,使得在WINDOWS上开发应用软件变得很方便,也将低了开发成本。使得应用软件的客户群与WINDOWS系统的客户群相联结,扩大了各自的市场范围。
四、小结
商业生态系统理论有着广泛的应用价值。如果在实质上区别不同类型的商业生态系统,会使得相关应用战略更能够体现各自范围内的不同应用条件和不同要求,使得商业生态系统的应用战略更有效和更具可行性。
本文试图分析商业生态系统的类型,指出商业生态可以分为价值链、价值网络型商业系统和市场联结型商业系统(如表所示),并分析了各类商业生态系统在形成和构建方面的基本特点。两类生态系统在作用和构建方面存在重要的区别。不加区别地研讨商业系统,会使得相关的分析框架和构建策略不适用于所有类型的商业生态系统,也会由于缺乏针对性,而使得相关战略和应用不能具体和深入。
参考文献:
[1]Moore,JF. Predators and Prey:A New Ecology of Competition[J].Harvard Business Review,1993,71(56):75~86
[2]Moore,JF. The Death of Competition:Leadership and Strategy in the Age of Business Ecosystems[M].New York:Harper Collins,1996
[3]Iansiti, Marco and Roy Levien. Strategy as Ecology[J].Harvard Business Review, 2004, 82(3)
[4]Eisenmann,Thomas,Geoffrey Parker,and Marshall W.Van Alstyne. Strategies for Two-Sided Markets[J].Harvard Business Review,2006, 84(10), 92~101
[5]Penrose,E.T.The theory of the growth of the firm[M].Basil Blackwell,Oxford,1959
[6]Porter,M. E. Competitive Strategy[M].New York:Free Press,1980
[7]Barney,Jay. Firm Resources and Sustained Competitive Advantage. Jurnal of Management,1991,17,(1):107~110
[8]Argyres, Nicholas. Evidence on the Role of Firm Capabilities in Vertical Integration Decisions. Strategic Management Journal,1996,17,(2):129~150
关键词:景观设计休闲住区生态环境美学
生态功能休闲住区是现代城市住区的一种形式,具有郊区和生态两层概念,在大景观的营造上与都市景观的最大差异,在于后者是以建筑物为景观的第一要素或表现者,而休闲住区应坚决贯彻以植物及自然地貌为第一要素或表现者的原则。这不但是在美学手法和美学效果上显示与城市的不同,体现出更高层次上的自然美,更重要的还在于提供更多的生态服务功能,使区内的环境变得更好,更有益于人的健康。为了实现这种以自然物为第一要素的住区景观,我们认为应重点考虑以下三个方面十一项原则:
1.基本要求
1.1自然化
休闲生活是逃避城市的紧张和喧嚣,是对大自然的回归,故而园林景观的影响和作用十分突出。一般来说,休闲地景观和园林安排一定要自然,要么体现出大自然原始的美,要么体现出田园风光,避免过分人工雕琢的痕迹。即使是在原天然生态系统已严重破坏的废弃地上,也应尽量恢复当地原生态系统的面貌或向与当地大环境条件相适应的田园风光的方向营造。植物是景观园林的第一要素,在其选择上,应多使用当地的乡土树种,生长好,能提供最大的生态服务功能,维护成本又低。
1.2人心趋静
休闲地景观园林规划设计,应立足于引导人们心情趋于舒缓平静,一入区就有一种绝尘脱俗的感觉,觉得和外面紧张的世界就是不一样,整个人一下子就放松了下来。植物色彩搭配不要反差太大,慎用大面积的简单而又紧张的几何构成,要有线条引导,当然也要避免又碎又乱。水景的安排也应该安静多于喧闹。小品和雕塑要宁静温馨,不要张狂。引入动物要温和美丽的而不要丑陋吓人的。当然,不要理解为把休闲住区里搞得到处都静悄悄。局部热闹的地方也还是需要的,比如俱乐部、沙滩、码头、零售商业区等。
2.美学的要求
2.1主题原则
任何园林规划都应有其主题,包括总主题和各分片、分项主题,它是景观园林规划的控制和导引,起到提纲挈领的作用。但在浮燥的城市住区规划中,主题往往被取消,而满足于一张毫无思想性、科学性和功能安排的信口标注、指鹿为马的所谓“漂亮”的画。和城市住区比起来,休闲住区档次更高,规划水准也理应更高,更体现功力,只有选一个有思想深度的主题,才能做出真正好的景观园林规划。
2.3点-线-面的原则
所谓面,是指整个小区或小区的某个相对独立的部分,是从事景观园林建设的空间。但整个小区平面的均质化不能造成良好的视觉效果,就要有一些界限为其纲,分割空间、强调差别、引导或阻隔视线。线和线会有交叉,太长的线因易引起视觉模糊也需要间断,就会有点的存在。处理好这三者的关系,景观园林就走不了大样。如果把握不住,细部做得再多,图纸画得再“好看”,也做不出好景观来。
2.4收放的原则
一个好的休闲住区景观园林规划,应把放开视线和隐蔽景物尽量结合起来。开放式大空间给人的震撼是其它手法无法替代的,只要有足够的空间,都应该给出适当的大空间来,如成片的绿地、水面、酒店、公建等。隐蔽的含义有两层,一是指把有碍观瞻的东起来,如垃圾站、园艺堆肥场、管线井、过滤池、挡土墙等,是一种被动的应付。更重要的一层含义是把景观有层次地布局,在最佳时机展现(就像说相声的“解包袱”),是一种主动的造景。当然还有半隐半现的,如山地的休闲别墅,在景观上处理成若隐若现于树林中的很好的选择。
2.5均衡原则
和城市住区建设中常见的大面积推平场地的做法不同,休闲住区在总体布局中贯彻“尽量尊重自然地形”的原则,这是一种维护和强调差别的作法。但这不等于说不要均衡,即使是在自然地形地貌十分复杂的地段,也要尽量使各部分、各主题、各细部有所响应,避免偏沉和杂乱感。当然,也不是追求绝对化的几何或力学对称,从而给人一种活泼而不是死板的感觉。实现这条原则难度很大,对规划师素质的要求极高。
.6节点的原则
节点是由线的交叉而产生的,是网络中聚合视线和辐散视线的地方,最先引起人的注意,留下的印象也最深,因此应竭力处理好节点。节点是属于不同层次的,如有的节点是整个小区这个层次上的,有的节点则是住宅组团这个层次上的。但在相应的层次上,都应着意强调它们,使之在整个面上凸显出来。
3.生态功能考虑
3.1环境舒适的原则
人居小区的设计,当然以人为本,体现对人的关怀,休闲住区尤其如此。应主动借助植物以及其它一些生物物种的作用,把生态因子向着使人感觉更舒适的方向调整。为此,应考虑更多的生物措施以充分发挥其生态服务功能。如行道树的选择既考虑造就人行道的林荫效果,又考虑快车道适当留出上空以便受污染的空气上升扩散;在华南,建筑物北侧的树木选择高大浓荫的常绿树,以阻挡冬季北风和拦阻夏日北晒,现时南侧主要选用冠形耸立的针叶树种或枝叶较稀、冬季落叶的阔叶树种,使房间内冬季阳光充足,造成干燥暖和的效果。再如恰当的墙面和屋顶绿化,起到室内降温的作用;穿插能释放较多负氧离子的针叶树种或既杀菌又有清香气味的桉树类树种,从而使空气清新,等等。
3.2污染防治的原则
一方面是细致而周到地考虑植物可能的环保作用,一方面使这种作用尽可能发挥到极至。如利用高大乔木叶量大、初级生产力高的特点,能对二氧化碳的吸收和氧的释放做出更大的贡献;在面对交通干线的地方设立浓密的起隔音降尘作用的高绿篱;利用针叶树和桉类树种分泌的抗生性物质杀菌净化空气;利用厌氧微生物处理中水和下水,再选用生长快的沼(水)生植物吸收和过滤经厌氧发酵处理过的废水中的悬浮物和能导致富营养化污染的营养离子;在水体中放养食孑孓鱼类以减少杀虫剂的使用,等等。
3.3系统稳定的原则
休闲住区往往建在山体、水畔、海边等地方,这些地方地处生态学上的边缘汇带,天然景观虽好,但地质、水文、气象、生物诸因子间的平衡比较脆弱,更易发生自然力导致的灾害,如滑坡、泥石流、崩塌、沉陷、洪水、台风等。为了防患于未然,在最初规划的时候就着手考虑环境稳定性的问题,就是十分必要的了。提高环境稳定性从两方面入手:其一:在规划中尽量尊重当地的地质、地貌、土壤、水文、植被现状,因为这是千万年来各种自然力作用取得均衡的结果,如果你强行把它破坏了,就可能引起生态系统连锁性的退行性变化,或它又向原来的状态恢复,把你花了投资构筑的东西和安排的景观部分或全部地毁坏掉。其二,在维护和加强系统稳定性的措施中,生物措施应是首选的,因为这些活的东西可以通过适应和调节而和其它生态因子达成平衡,虽然从短期看不一定是最好的,但从长期看却是最稳定的。这方面的措施,比如生物护坡、生物固堤等。
这里特别提一下海岸防风林:我国1960-1970年代曾比较认真地执行了线以上30米内种植海岸防护林的政策,华南地区的树种主要是木麻黄,许多大树的胸径都长到了60厘米以上,对防治风害起到了极好的作用,同时在林下开辟沙滩休憩场地也很好。但现在好多地方搞海岸景区都把防风林砍掉,要么裸一片沙地,要么种一些并不适合海岸栽植的棕榈科植物,裁了死,死了再裁,既浪费了钱,又破坏了生态系统的稳定性,是一种极不合理的做法。搞休闲住区可千万不能按着这种思路做。
3.4适生树种及合理的群落布局的原则
生态学之要旨,和生物和环境的统一。许多植物虽漂亮,不适应开发地的环境也不能用。而植物和动物能否生长良好从而达到最佳的景观效果及提供最大的生态服务功能,除了和大环境有关外,过涉及到各种群相互作用而造就的群落小环境。所以,符合生物天性的群落组配,甚至是更加重要的。比如,开放式草坪和疏林草地选用的草种不同,透光乔木下和浓荫乔木下选用的灌木和地被植物不同;根能产生相尅性物质的树林下不要安排重要灌木成景而是安排下层开敞的野营地;池塘中大鱼要植食性等,都反映了这方面的考虑。
3.5生物多样性的原则
生物多样性是近年来生态学界以及广大公众都十分关心的问题,在休闲住区规划中对此的考虑形成了一个有别于传统园林的突出重点。除了植物的使用必须多样化以外,为了达到景观园林层次的提升,应力争多安排动物措施,如鸟类招引、小兽放养、家鱼野化、昆虫饲养、野生动物保育等。当然,这不要被理解为动物越多越好,前提是不能给居民带来烦扰、不便甚至伤害。为此,管理和调节、控制动物种群的密度就是至关重要的了。
3.6物质循环的原则