系統生態學

系統生態學是運用系統分析方法開展生態學研究的系統科學，或是一門強調系統研究方法論的生態學 ^[2]  。系統生態學起源於19世紀末湖泊及海洋生物羣落研究。第二次世界大戰以後，隨着運籌學、控制論、信息論及電子計算機技術的蓬勃發展，系統生態學進入其旺盛發展時期。20世紀50年代，Odum HT和Golley關於系統生態學的理論和實驗研究，開創了系統生態學中能流研究的新紀元。系統生態學研究起源於兩個不同的學科，併產生了兩個分支：運用現代數學方法解釋生態系統動力學並發展而成的理論生態學；通過大量實驗研究，探索各類生態系統中物質能量流動規律，並發展而成的模擬生態學。

生態系統是系統生態學的研究對象，但並不是其特有的研究對象。其特有的研究對象應是生態系統中各種生態關係的集合的生態學系統，它與傳統生態系統的區別在於它是開放的而不是封閉的，是多維的而不是三維的，是離散的而不是連續的，是事理系統而不是物理系統。生態學系統的研究主要集中在生態基、生態流和生態場的機理、規律和功效上。

內容包括系統測量、系統分析、系統描述、系統模擬和系統優化 ^[3]  。描述生態系統結構與功能動態的數學方程，即生態模型。它可以近似於真實地表達一個生態系統的穩定狀態和動態變化，並可預測外力衝擊可能引起的反應和後果。系統最優化是建立最佳生態系統的依據。

線性系統是系統的數學模型滿足疊加原理的。例如，服從歐姆定律的簡單電路中，電阻兩端電壓與其中通過的電流成正比，這就是線性系統。

非線性系統是系統的數學模型不滿足疊加原理或其中包含非線性環節者。例如，當電阻中電流大大增加時，電阻值將由於電阻發熱而發生變化，這時，歐姆定律就不成立了，系統成為非線性的了。

時不變系統中的參數是不隨時間改變而改變的。如果系統的性質是因時間的改變而改變的，則是時變系統。

集中參數系統是系統數學模型中的變量和參數與空間位置無關，系統方程常為常微分方程；分佈參數系統中數學模型的變量與參數是空間位置的函數，因此係統方程常為偏微分方程。

連續系統的輸入輸出信號均為連續量，而且系統內的聯繫也是連續函數。而離散系統則相反，它的輸入或輸出，其變化只發生在特定的瞬時(採樣時間)，其他時間(採樣瞬時之間)變量保持常數或無定義。

確定性系統是輸入信號、系統的結構與參數都是確定的，輸出也是確定的；隨機系統是系統的輸入、輸出及干擾有不確定的隨機因素，有時系統本身也帶有某種隨機性。

系統分析的經典方法是分別在兩個域上來研究系統 ^[4]  ：一個是時間域，另一個是頻率域。在時間域上，輸入信號通常是沒有周期的，而輸出則是時間的函數；在頻率域上，輸入信號通常是正弦曲線，而輸出則是輸入的頻率和振幅的函數。這兩種方法的基本原理是一樣的，都是把系統對某一種試驗(test)函數的反應特徵化。而系統對典型試驗輸入信號的響應特性，與系統對實際輸入信號的響應特性之間，存在着一定的關係。因此當一個生態學家研究一個系統的實際輸入信號時，就可以依靠這些典型試驗輸入信號的響應特性，來得到關於一般輸入信號的響應特性的信息。