探索理論生態學：洞察自然秩序之旅

導語

生態學本身就是一種充滿隱喻的、整體化的自然科學方法論，對人類社會的組織、社群、各類系統都提供了觀摩自然界的“模型”和“理論”照鑒。理論生態學是理論中的理論、方法中的方法，因此對這一領域的熟悉和梳理，對更系統地走進生態學的思想寶庫、熟練分析和研究工具，具有基礎而重要的意義。分享理論生態學框架與前沿、對理論生態學進行祛魅和進一步發展其與相關領域的連接，是我們發起舉辦這次讀書會的初衷。“生態學歡迎所有人”——人生而來源于大自然，生活在各種的生態系統之中，終將歸宿于大自然，取材自然、問道天地，遵循和應用自然的秩序和規律。相信理論生態學的讀書會會給所有參與者帶來一次很有啟示意義的學習和共研旅程，從方法論的角度深度理解生態系統更本質的規律和特征。

集智俱樂部聯合北京林業大學大學副教授李周園，普利高津獎章得主、Towson大學Brian D. Fath教授以及北京大學理論生態學課題組博士研究生于越共同發起「理論生態學讀書會」，旨在深入探討理論生態學的基礎思想與前沿進展，通過分享經典文獻與最新研究，促進對生態學復雜性、共存機制及生態系統動態的理解，推動理論生態學與實際生態問題的連接與創新。

讀書會背景

生態學經歷了從生物學脫胎、與自然地理學交叉發展，注入系統科學內核等一系列的嬗變演化發展成為如今全面支撐生態文明建設與可持續發展人與自然和諧共生的骨干學科。理論生態學是深植于生態學發端，在大量觀測和實驗的感性認知基礎上進行思維提煉和創造的一門重要分支。理論生態學思想方法的不斷更新是當代生態學發展的活水之源、繁茂之本。理論生態學以一種純粹化、理論化、數學化的嚴密邏輯和理性姿態，對待客觀的紛繁測度，從中探察普適和根本性的規律與特征，是主觀構建與客觀厘定的對撞，也是生態學工作者以理性之光關照大自然多彩世界的一種方式，自然科學的自洽性在理論生態學與實證經驗數據結合過程中不斷被探究和驗證。

理論生態學的研究范式和表達習慣通常是充滿數理特征的，有時抽絲剝繭、有時以簡馭繁，看似是冷峻的、深奧復雜的，甚至是枯燥的，然而理論框架的廣泛的適用性、精妙的近似與模擬、對大自然對象的細致刻畫與抽象提煉以及強大的應用的潛力，對于深入理解和發展生態學，包括觀測和實證研究，都發揮了極大的引領作用。實際上，理論生態學貼近生態學自然現象和問題解決方案每個角落的有力方法論和工具抓手，是數理原理與認知自然變化的一座重要橋梁，所謂“道不遠人”。理論生態學是系統科學和復雜性理論在生命科學與環境科學領域生長出一支獨特而極富活力且正在盛放的花朵，正需要通過新世代生態學和復雜性科學的交叉融合與升級進行廣泛的傳播和授粉，在未來才將涌現形成更多碩果，深植于系統科學的厚土之上。

（視頻：讀書會發起人之一李周園集智主題訪談：生態系統研究）

讀書會簡介

理論生態學在繼傳統描述性自然史觀測范式、實驗性大田試驗大量實證積累之后，從物理原理和數學方法出發，開展對生態系統的結構、功能和過程進行更加本質的刻畫和思考，發展了大批用于揭示隱藏在自然現象與模式背后機制性問題數學模型工具，并演繹推導出生態過程的邏輯脈絡和物理圖景，促進人們去發現和認知新的生態模式。理論生態學以邏輯和理性角度出發，從系統化的框架不斷發展對生態學現象和問題的深化理解。為了推廣先進和深刻和思維工具，讓生態系統生態學的思想和生態模型的方法深入到更廣闊的現實自然和社會場景中，能夠更有效地達成理論與實踐的結合，我們發起本次理論生態學讀書會。匯聚重要基礎問題與經典文獻解讀，從學科體系概述到細分領域最新進展，在系統科學與生態學及其相關搭建橋梁，分享關鍵發現、交流切磋理論方法和技術。

讀書會從“道不遠人”的理論生態學概述出發，面向前沿分支，領讀主題包括：時間維度——種群時間變異性尺度分析；關系維度——高階相互作用理論、種間相互作用、綜合動力學與統計學方法的擬動態網絡構建方法；集合群落理論與物種共存問題；生態系統動力學的指標框架等方面，從經典到流行，從結構到行為。力圖綱舉目張、深入淺出，盡可能展現理論生態學在解構自然復雜系統中精彩而有力量的風貌。

無論你是系統科學愛好者、生態學研究者，"他山之石，可以攻玉"，希望都能在這場思想交輝和碰撞中收獲啟發。我們以 “生態學歡迎所有人” 為初心，邀你共同探索自然規律的理性之美，解鎖理論生態學的應用潛力，為理解生物多樣性、守護人與自然和諧共生匯集智慧，在交流中延續和激發系統科學社群多樣化的學術活力。

我們將探討以下關鍵問題：

1.理論生態學如何以數理邏輯理解生態系統本質規律？

2.種群時間變異性的尺度機制與分析方法是什么？

3.高階相互作用如何突破成對作用框架，助力理解群落穩定與生物多樣性？

4. 如何刻畫物種之間以及物種與環境之間的信號傳遞，并理解種間相互作用模式與強度的基本機制？

5.擬動態網絡如何實現從靜態數據到動態互作的網絡建模？

6. 動力學的視角如何理解生態系統的生長、發展與衰退、有什么系統性的刻畫指標？

7.集合群落中空間異質性、擴散與競爭如何共同影響物種共存？

8.物種共存的經典準則與現代理論如何詮釋 “適者生存” 與 “多元共生” 的平衡？

你將收獲：

1.前沿視野：系統掌握理論生態學發展脈絡、核心框架與前沿動態，明晰學科演進方向與交叉融合趨勢。

2.理論工具：解鎖種群動態、群落互作、網絡建模等關鍵領域的核心理論與數理分析工具，筑牢學科基礎。

3.實踐認知：通過經典文獻與實例解析，洞悉數理方法在生態研究中的落地應用，理解理論對現實議題的指導價值。

4.破圈思維：打破對理論生態學的 “深奧濾鏡”，建立從理性視角審視自然與人類社會關聯的全新認知。

5.同好聯結：在跨學科交流中結識志同道合的伙伴，拓展學術與思想圈層，碰撞多元觀點。

6.認知升級：為個人研究方向、知識體系構建或認知維度提升注入全新思路，實現多維成長。

發起人團隊

李周園，北京林業大學副教授，清華大學博士、北京大學理論生態學組博士后，Wageningen大學訪問學者，國際生態模型學會顧問委員。開設生態系統分析與建模國際研究生課程，《生態系統管理》教材主編、Elsevier《生態學百科全書》英文版編委。研究論文發表于ES&T、Functional Ecology、Ecology Letters等一流國際刊物，主持國家自然基金、國家重點研發計劃項目專題、國家重點實驗室開放基金、國家外專局國際合作等科研項目。從事理論生態學方法在草地生態學、景觀生態學應用交叉研究。

研究方向：生態系統建模 （ecosystem modeling）、時空數據分析（spatiotemporal data analysis）、生物多樣性（biodiversity）

Brian D. Fath 教授，國際應用系統分析研究所（IIASA）首席研究員（Principle Research Scholar）、Towson University生命科學學院教授，國際生態模型學會主席、2016年普利高津獎章得主。生態系統生態學家、生態網絡分析專家，Ecological Modelling ‘J?rgensen’綜述編輯。

研究方向：生態系統生態學（ecosystem ecology）、生態模型（ecological modelling）

于越，北京大學生態學博士研究生。本科就讀于北京大學生態學系，并取得數學雙學位。曾獲全國中學生數學奧林匹克競賽（CMO）三等獎。目前研究聚焦于理論生態學領域，主要關注集合群落動態等相關方向。

研究方向：空間生態學（spatial ecology）、集合群落理論（metacommunity theory）

讀書會閱讀材料

閱讀材料較長，為了更好的閱讀體驗，建議您前往集智斑圖沉浸式閱讀，并可收藏感興趣的論文。

https://pattern.swarma.org/article/378

本期主題

主題一：道不遠人：理論生態學概述

領讀人：李周園，北京林業大學草業與草原學院副教授，清華大學博士、北京大學博士后。國際生態模型學會顧問委員，主講生態系統分析與建模研究生課程。主要研究方向：生態模型、復雜性科學在生態系統的應用、生態遙感。

主題介紹：理論生態學是有一定抽象高度的、有一定思想深度的，也是有很強適用廣度的，更是一條充滿風景和有溫度的道路。領讀人從理論生態學的發展主線、代表人物和主要分支講起，以時間之樹、空間之樹和生命之樹為比喻，介紹復雜性理論的一些基本概念在生態學理論中的一些投影框架，分享一些理論生態學發展路徑上代表性的經典文獻，拋磚引玉帶領讀書會參與者走近理論生態學的體系之中。

主題二：種群時間變異性的時間尺度理論

領讀人：羅明宇，現為加州大學洛杉磯分校（UCLA）生態與進化生物學系博士后。研究興趣涵蓋生態系統穩定性、物種共存、食物網、生物多樣性與生態系統功能等理論生態學方向。2024年北京大學獲得生態學博士學位，并于2019年獲得北京大學數學學士學位。

主題介紹：生態系統功能的時間變異性/不變性是生態系統穩定性的重要度量指標，廣泛應用于理論和經驗研究。本報告將介紹理論生態學中研究隨機種群動態模型中時間變異性的基本方法，并介紹時間尺度分解（頻域分析）在其中的最新應用成果以及對經驗時間序列分析的影響。

主題三：超越成對：高階相互作用理論的演進與前沿

領讀人：于家樂，北京大學理論生態學課題組博士研究生。

主題介紹：經典生態學理論長期聚焦于成對相互作用來解析群落結構，然而在解釋復雜生態網絡的動態時，這一簡化框架常顯不足。為此，高階相互作用（Higher-Order Interactions, HOIs）的概念被引入，其核心定義為一個物種的存在能夠改變其他物種間相互作用的強度或性質。這種非加和效應揭示了群落動態中不可被簡單分解與疊加的部分。在物種共存方面，高階相互作用能夠改變多物種共存的條件與結果，為生物多樣性的維持提供了超越傳統成對作用框架的解釋。在生態系統穩定性方面，引入HOIs能夠修正經典的復雜性-穩定性關系，理論研究表明，它們在特定條件下可以增強復雜生態網絡的穩定性。本次分享將系統梳理HOIs從早期概念爭議到成為理論生態學前沿的演進歷程，旨在闡明這一視角如何促使生態學研究超越成對作用的加和性假設，為理解復雜群落的組裝、穩定與功能提供更完善的理論基石。

主題四：被忽視的維度：感官信息流如何重塑種間相互作用

領讀人：李菁祎，北京大學理論生態學課題組博士后，德國耶拿大學（Friedrich-Schiller Universit?t Jena）、德國整合生物多樣研究中心（iDiv）博士，英國帝國理工學院（Imperial College London）研究生。

主題介紹：感官信息流指的是物種之間以及物種與環境之間的信號傳遞，是決定種間相互作用模式與強度的關鍵因素之一，并與物質循環、能量傳遞共同構成維系生態系統的結構與功能的基本機制。在人類活動加劇的背景下，理解生態系統如何響應全球變化與人為干擾至關重要。然而，現有研究大多只關注物質與能量維度，忽略了信息流的作用，從而限制了對感官污染（如光、噪聲與化學污染等非致死性壓力）的生態效應的深入理解。本次讀書會將從理論發展出發，介紹最新的、納入感官信息流的種間動態模型，并探討該整合如何助力我們更好地理解全球變化下的生態系統。

主題五：動力學與統計學的綜合：擬動態網絡構建多樣性互作網絡的理論與方法

領讀人：田碩，北京林業大學草業與草原學院碩士研究生，主要研究方向動植物多樣性與保護、生態統計分析。

主題介紹：網絡建模是生命科學和生態學研究中的前沿方向之一，尤其在生物多樣性研究、生態系統動力學分析及基因調控機制揭示等領域，網絡方法已成為必不可少的工具。idopNetwork是一種通過多維樣本數據識別提煉生物互作調控網絡構建方法，能夠從多種數據源中重建復雜的生物互作網絡，具有信息量豐富（informative）、動態性強（dynamic）、全方位覆蓋（omnidirectional）以及個性化的顯著特點（personalized）。idopNetwork方法的核心優勢在于其能從靜態數據中構建具有方向性的動態網絡，揭示不同因子之間的互作關系，而無需依賴傳統的時間序列數據。該方法不僅能夠有效處理高維和異質數據，還能量化每個因子的獨立效應和相互依賴效應，進而為每個樣本構建個性化的互作網絡。此外，idopNetwork方法的通用性使其不僅限于細胞和基因層面的應用，也為宏觀生態系統中物種間的復雜相互作用提供了全新的解析框架。在本次分享交流中，領讀人將分享介紹生態統計學與動力學建模的融合，通過擬動態網絡構建的方式解析生物多樣性互作網絡的理論、方法與應用。報告將重點展示idopNetwork方法如何通過精確的網絡建模揭示生態系統內部復雜的調控機制，探討該方法如何為研究生態系統的動態變化、物種相互作用及生物多樣性保護等領域提供有力的理論支持。

主題六：生態系統動力學：生長、發展與衰退的指標理論與實踐

Ecosystem Dynamics: Theory and Practice of Indicators for Growth, Development, and Decay

領讀人：Brian D. Fath 教授，國際應用系統分析研究所（IIASA）首席研究員（Principle Research Scholar）、Towson University生命科學學院教授，國際生態模型學會主席、2016年普利高津獎章得主。生態系統生態學家、生態網絡分析專家。

主題介紹：本次主題將介紹生態系統生態學經典教材 A New Ecology: A Systems Perspective （《新的生態學：系統觀點》）（Nielsen et al. 2020）中的相關材料，探討生態系統如何經歷從前期（r-選擇）到后期（K-選擇）階段，直至最終發生擾動的循環過程。相關的理論可以解釋復雜度、通量、儲存、滯留時間和循環等現象特征的變化。這些特征可以通過網絡分析進行測度和追蹤，該方法結合了能量/物質交換和網絡模式信息。研究發現冗余性（提供恢復力）和組織性（提供高效功能）之間存在權衡，成熟生態系統大約擁有60%的冗余部分和40%高效部分。此外，本次報告運用適應性循環框架來建模這些動態，并引入基于能量和熵平衡的新分類方法（Ghuchani and Fath 2025）。

Reviewing material fromA New Ecology: A Systems Perspective(Nielsen et al. 2020) this seminar covers how ecosystems cycle through stages of growth and development, from early (r-selected) to late (K-selected) to eventual disturbance. Theory can explain the phenomenological traits regarding the change in complexity, throughflow, storage, retention time, and cycling to name a few. These can be measured and tracked using network analysis which combines both the energy/matter exchanges and the information of these network patterns. Research finds a trade-off between redundancy (which provides resilience) and organization (which provides efficient function) in which mature ecosystems have about 60% redundancy and 40% efficiency. Furthermore, this presentation uses an adaptive cycle framework to model the dynamics and introduces a new categorization using energy and entropy balances (Ghuchani and Fath 2025).

主題七：集合群落理論——空間、擴散與競爭

領讀人：于越，北京大學生態學博士研究生。本科就讀于北京大學生態學系，并取得數學雙學位。曾獲全國中學生數學奧林匹克競賽（CMO）三等獎。目前研究聚焦于理論生態學領域，主要關注集合群落動態等相關方向。

主題介紹：在本次讀書會中，將介紹當代理論生態學的重要框架——集合群落理論，探討在人類活動干擾下的空間異質性環境中，物種如何通過擴散、競爭等生態過程共同塑造群落動態。擴散過程在集合群落中具有雙重效應，且其作用高度依賴于環境條件：在頻繁干擾且空間同質化的環境中，適度擴散有助于種群維持與共存；而在穩定且空間異質性高的環境中，過度擴散不利于種群維持與共存。通過對這些關鍵機制的剖析，我們將深入思考如何運用生態學理論指導現實中的生物多樣性保護實踐。

主題八：物種為什么能共存？——從概念判定到現代共存理論

領讀人：吳丹萍，北京大學理論生態學課題組博士研究生。目前研究關注時空尺度的物種共存和生態系統功能。

主題介紹：本次讀書會將圍繞“物種共存”這一生態學核心問題展開。我們將從經典的生態學概念出發，探討判定物種共存的科學準則。隨后，我們將重點解讀現代物種共存理論的核心框架：生態位差異與適合度差異的權衡如何像一場精妙的博弈，決定了物種是走向共存還是競爭排斥。我們還將看到，自然并非靜態的棋盤，環境的波動與空間的異質性如何為更多物種提供了“亂中求生”的機遇。最后，我們將結合前沿的生態學研究，探討物種共存的機制和生態系統的功能與穩定的聯系。

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運行模式

從2025年12月7日開始，持續時間預計10周左右，每周進行線上會議，加入讀書會學員群后可與主講人等社區成員進行交流，會后可以獲得視頻回放持續學習。

讀書會價格：299元

報名方式

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讀書會運營負責人

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讀書會采用共學共研機制，成員通過內容共創獲積分（字幕修改、讀書會筆記、論文速遞、公眾號文章、集智百科、論文解讀等共創任務），積分符合條件即可退費。

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