探索理论生态学：洞察自然秩序之旅

导语

生态学本身就是一种充满隐喻的、整体化的自然科学方法论，对人类社会的组织、社群、各类系统都提供了观摩自然界的“模型”和“理论”照鉴。理论生态学是理论中的理论、方法中的方法，因此对这一领域的熟悉和梳理，对更系统地走进生态学的思想宝库、熟练分析和研究工具，具有基础而重要的意义。分享理论生态学框架与前沿、对理论生态学进行祛魅和进一步发展其与相关领域的连接，是我们发起举办这次读书会的初衷。“生态学欢迎所有人”——人生而来源于大自然，生活在各种的生态系统之中，终将归宿于大自然，取材自然、问道天地，遵循和应用自然的秩序和规律。相信理论生态学的读书会会给所有参与者带来一次很有启示意义的学习和共研旅程，从方法论的角度深度理解生态系统更本质的规律和特征。

集智俱乐部联合北京林业大学大学副教授李周园，普利高津奖章得主、Towson大学Brian D. Fath教授以及北京大学理论生态学课题组博士研究生于越共同发起「理论生态学读书会」，旨在深入探讨理论生态学的基础思想与前沿进展，通过分享经典文献与最新研究，促进对生态学复杂性、共存机制及生态系统动态的理解，推动理论生态学与实际生态问题的连接与创新。

读书会背景

生态学经历了从生物学脱胎、与自然地理学交叉发展，注入系统科学内核等一系列的嬗变演化发展成为如今全面支撑生态文明建设与可持续发展人与自然和谐共生的骨干学科。理论生态学是深植于生态学发端，在大量观测和实验的感性认知基础上进行思维提炼和创造的一门重要分支。理论生态学思想方法的不断更新是当代生态学发展的活水之源、繁茂之本。理论生态学以一种纯粹化、理论化、数学化的严密逻辑和理性姿态，对待客观的纷繁测度，从中探察普适和根本性的规律与特征，是主观构建与客观厘定的对撞，也是生态学工作者以理性之光关照大自然多彩世界的一种方式，自然科学的自洽性在理论生态学与实证经验数据结合过程中不断被探究和验证。

理论生态学的研究范式和表达习惯通常是充满数理特征的，有时抽丝剥茧、有时以简驭繁，看似是冷峻的、深奥复杂的，甚至是枯燥的，然而理论框架的广泛的适用性、精妙的近似与模拟、对大自然对象的细致刻画与抽象提炼以及强大的应用的潜力，对于深入理解和发展生态学，包括观测和实证研究，都发挥了极大的引领作用。实际上，理论生态学贴近生态学自然现象和问题解决方案每个角落的有力方法论和工具抓手，是数理原理与认知自然变化的一座重要桥梁，所谓“道不远人”。理论生态学是系统科学和复杂性理论在生命科学与环境科学领域生长出一支独特而极富活力且正在盛放的花朵，正需要通过新世代生态学和复杂性科学的交叉融合与升级进行广泛的传播和授粉，在未来才将涌现形成更多硕果，深植于系统科学的厚土之上。

（视频：读书会发起人之一李周园集智主题访谈：生态系统研究）

读书会简介

理论生态学在继传统描述性自然史观测范式、实验性大田试验大量实证积累之后，从物理原理和数学方法出发，开展对生态系统的结构、功能和过程进行更加本质的刻画和思考，发展了大批用于揭示隐藏在自然现象与模式背后机制性问题数学模型工具，并演绎推导出生态过程的逻辑脉络和物理图景，促进人们去发现和认知新的生态模式。理论生态学以逻辑和理性角度出发，从系统化的框架不断发展对生态学现象和问题的深化理解。为了推广先进和深刻和思维工具，让生态系统生态学的思想和生态模型的方法深入到更广阔的现实自然和社会场景中，能够更有效地达成理论与实践的结合，我们发起本次理论生态学读书会。汇聚重要基础问题与经典文献解读，从学科体系概述到细分领域最新进展，在系统科学与生态学及其相关搭建桥梁，分享关键发现、交流切磋理论方法和技术。

读书会从“道不远人”的理论生态学概述出发，面向前沿分支，领读主题包括：时间维度——种群时间变异性尺度分析；关系维度——高阶相互作用理论、种间相互作用、综合动力学与统计学方法的拟动态网络构建方法；集合群落理论与物种共存问题；生态系统动力学的指标框架等方面，从经典到流行，从结构到行为。力图纲举目张、深入浅出，尽可能展现理论生态学在解构自然复杂系统中精彩而有力量的风貌。

无论你是系统科学爱好者、生态学研究者，"他山之石，可以攻玉"，希望都能在这场思想交辉和碰撞中收获启发。我们以 “生态学欢迎所有人” 为初心，邀你共同探索自然规律的理性之美，解锁理论生态学的应用潜力，为理解生物多样性、守护人与自然和谐共生汇集智慧，在交流中延续和激发系统科学社群多样化的学术活力。

我们将探讨以下关键问题：

1.理论生态学如何以数理逻辑理解生态系统本质规律？

2.种群时间变异性的尺度机制与分析方法是什么？

3.高阶相互作用如何突破成对作用框架，助力理解群落稳定与生物多样性？

4. 如何刻画物种之间以及物种与环境之间的信号传递，并理解种间相互作用模式与强度的基本机制？

5.拟动态网络如何实现从静态数据到动态互作的网络建模？

6. 动力学的视角如何理解生态系统的生长、发展与衰退、有什么系统性的刻画指标？

7.集合群落中空间异质性、扩散与竞争如何共同影响物种共存？

8.物种共存的经典准则与现代理论如何诠释 “适者生存” 与 “多元共生” 的平衡？

你将收获：

1.前沿视野：系统掌握理论生态学发展脉络、核心框架与前沿动态，明晰学科演进方向与交叉融合趋势。

2.理论工具：解锁种群动态、群落互作、网络建模等关键领域的核心理论与数理分析工具，筑牢学科基础。

3.实践认知：通过经典文献与实例解析，洞悉数理方法在生态研究中的落地应用，理解理论对现实议题的指导价值。

4.破圈思维：打破对理论生态学的 “深奥滤镜”，建立从理性视角审视自然与人类社会关联的全新认知。

5.同好联结：在跨学科交流中结识志同道合的伙伴，拓展学术与思想圈层，碰撞多元观点。

6.认知升级：为个人研究方向、知识体系构建或认知维度提升注入全新思路，实现多维成长。

发起人团队

李周园，北京林业大学副教授，清华大学博士、北京大学理论生态学组博士后，Wageningen大学访问学者，国际生态模型学会顾问委员。开设生态系统分析与建模国际研究生课程，《生态系统管理》教材主编、Elsevier《生态学百科全书》英文版编委。研究论文发表于ES&T、Functional Ecology、Ecology Letters等一流国际刊物，主持国家自然基金、国家重点研发计划项目专题、国家重点实验室开放基金、国家外专局国际合作等科研项目。从事理论生态学方法在草地生态学、景观生态学应用交叉研究。

研究方向：生态系统建模 （ecosystem modeling）、时空数据分析（spatiotemporal data analysis）、生物多样性（biodiversity）

Brian D. Fath 教授，国际应用系统分析研究所（IIASA）首席研究员（Principle Research Scholar）、Towson University生命科学学院教授，国际生态模型学会主席、2016年普利高津奖章得主。生态系统生态学家、生态网络分析专家，Ecological Modelling ‘Jørgensen’综述编辑。

研究方向：生态系统生态学（ecosystem ecology）、生态模型（ecological modelling）

于越，北京大学生态学博士研究生。本科就读于北京大学生态学系，并取得数学双学位。曾获全国中学生数学奥林匹克竞赛（CMO）三等奖。目前研究聚焦于理论生态学领域，主要关注集合群落动态等相关方向。

研究方向：空间生态学（spatial ecology）、集合群落理论（metacommunity theory）

读书会阅读材料

阅读材料较长，为了更好的阅读体验，建议您前往集智斑图沉浸式阅读，并可收藏感兴趣的论文。

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

本期主题

主题一：道不远人：理论生态学概述

领读人：李周园，北京林业大学草业与草原学院副教授，清华大学博士、北京大学博士后。国际生态模型学会顾问委员，主讲生态系统分析与建模研究生课程。主要研究方向：生态模型、复杂性科学在生态系统的应用、生态遥感。

主题介绍：理论生态学是有一定抽象高度的、有一定思想深度的，也是有很强适用广度的，更是一条充满风景和有温度的道路。领读人从理论生态学的发展主线、代表人物和主要分支讲起，以时间之树、空间之树和生命之树为比喻，介绍复杂性理论的一些基本概念在生态学理论中的一些投影框架，分享一些理论生态学发展路径上代表性的经典文献，抛砖引玉带领读书会参与者走近理论生态学的体系之中。

主题二：种群时间变异性的时间尺度理论

领读人：罗明宇，现为加州大学洛杉矶分校（UCLA）生态与进化生物学系博士后。研究兴趣涵盖生态系统稳定性、物种共存、食物网、生物多样性与生态系统功能等理论生态学方向。2024年北京大学获得生态学博士学位，并于2019年获得北京大学数学学士学位。

主题介绍：生态系统功能的时间变异性/不变性是生态系统稳定性的重要度量指标，广泛应用于理论和经验研究。本报告将介绍理论生态学中研究随机种群动态模型中时间变异性的基本方法，并介绍时间尺度分解（频域分析）在其中的最新应用成果以及对经验时间序列分析的影响。

主题三：超越成对：高阶相互作用理论的演进与前沿

领读人：于家乐，北京大学理论生态学课题组博士研究生。

主题介绍：经典生态学理论长期聚焦于成对相互作用来解析群落结构，然而在解释复杂生态网络的动态时，这一简化框架常显不足。为此，高阶相互作用（Higher-Order Interactions, HOIs）的概念被引入，其核心定义为一个物种的存在能够改变其他物种间相互作用的强度或性质。这种非加和效应揭示了群落动态中不可被简单分解与叠加的部分。在物种共存方面，高阶相互作用能够改变多物种共存的条件与结果，为生物多样性的维持提供了超越传统成对作用框架的解释。在生态系统稳定性方面，引入HOIs能够修正经典的复杂性-稳定性关系，理论研究表明，它们在特定条件下可以增强复杂生态网络的稳定性。本次分享将系统梳理HOIs从早期概念争议到成为理论生态学前沿的演进历程，旨在阐明这一视角如何促使生态学研究超越成对作用的加和性假设，为理解复杂群落的组装、稳定与功能提供更完善的理论基石。

主题四：被忽视的维度：感官信息流如何重塑种间相互作用

领读人：李菁祎，北京大学理论生态学课题组博士后，德国耶拿大学（Friedrich-Schiller Universität Jena）、德国整合生物多样研究中心（iDiv）博士，英国帝国理工学院（Imperial College London）研究生。

主题介绍：感官信息流指的是物种之间以及物种与环境之间的信号传递，是决定种间相互作用模式与强度的关键因素之一，并与物质循环、能量传递共同构成维系生态系统的结构与功能的基本机制。在人类活动加剧的背景下，理解生态系统如何响应全球变化与人为干扰至关重要。然而，现有研究大多只关注物质与能量维度，忽略了信息流的作用，从而限制了对感官污染（如光、噪声与化学污染等非致死性压力）的生态效应的深入理解。本次读书会将从理论发展出发，介绍最新的、纳入感官信息流的种间动态模型，并探讨该整合如何助力我们更好地理解全球变化下的生态系统。

主题五：动力学与统计学的综合：拟动态网络构建多样性互作网络的理论与方法

领读人：田硕，北京林业大学草业与草原学院硕士研究生，主要研究方向动植物多样性与保护、生态统计分析。

主题介绍：网络建模是生命科学和生态学研究中的前沿方向之一，尤其在生物多样性研究、生态系统动力学分析及基因调控机制揭示等领域，网络方法已成为必不可少的工具。idopNetwork是一种通过多维样本数据识别提炼生物互作调控网络构建方法，能够从多种数据源中重建复杂的生物互作网络，具有信息量丰富（informative）、动态性强（dynamic）、全方位覆盖（omnidirectional）以及个性化的显著特点（personalized）。idopNetwork方法的核心优势在于其能从静态数据中构建具有方向性的动态网络，揭示不同因子之间的互作关系，而无需依赖传统的时间序列数据。该方法不仅能够有效处理高维和异质数据，还能量化每个因子的独立效应和相互依赖效应，进而为每个样本构建个性化的互作网络。此外，idopNetwork方法的通用性使其不仅限于细胞和基因层面的应用，也为宏观生态系统中物种间的复杂相互作用提供了全新的解析框架。在本次分享交流中，领读人将分享介绍生态统计学与动力学建模的融合，通过拟动态网络构建的方式解析生物多样性互作网络的理论、方法与应用。报告将重点展示idopNetwork方法如何通过精确的网络建模揭示生态系统内部复杂的调控机制，探讨该方法如何为研究生态系统的动态变化、物种相互作用及生物多样性保护等领域提供有力的理论支持。

主题六：生态系统动力学：生长、发展与衰退的指标理论与实践

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

领读人：Brian D. Fath 教授，国际应用系统分析研究所（IIASA）首席研究员（Principle Research Scholar）、Towson University生命科学学院教授，国际生态模型学会主席、2016年普利高津奖章得主。生态系统生态学家、生态网络分析专家。

主题介绍：本次主题将介绍生态系统生态学经典教材 A New Ecology: A Systems Perspective （《新的生态学：系统观点》）（Nielsen et al. 2020）中的相关材料，探讨生态系统如何经历从前期（r-选择）到后期（K-选择）阶段，直至最终发生扰动的循环过程。相关的理论可以解释复杂度、通量、储存、滞留时间和循环等现象特征的变化。这些特征可以通过网络分析进行测度和追踪，该方法结合了能量/物质交换和网络模式信息。研究发现冗余性（提供恢复力）和组织性（提供高效功能）之间存在权衡，成熟生态系统大约拥有60%的冗余部分和40%高效部分。此外，本次报告运用适应性循环框架来建模这些动态，并引入基于能量和熵平衡的新分类方法（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).

主题七：集合群落理论——空间、扩散与竞争

领读人：于越，北京大学生态学博士研究生。本科就读于北京大学生态学系，并取得数学双学位。曾获全国中学生数学奥林匹克竞赛（CMO）三等奖。目前研究聚焦于理论生态学领域，主要关注集合群落动态等相关方向。

主题介绍：在本次读书会中，将介绍当代理论生态学的重要框架——集合群落理论，探讨在人类活动干扰下的空间异质性环境中，物种如何通过扩散、竞争等生态过程共同塑造群落动态。扩散过程在集合群落中具有双重效应，且其作用高度依赖于环境条件：在频繁干扰且空间同质化的环境中，适度扩散有助于种群维持与共存；而在稳定且空间异质性高的环境中，过度扩散不利于种群维持与共存。通过对这些关键机制的剖析，我们将深入思考如何运用生态学理论指导现实中的生物多样性保护实践。

主题八：物种为什么能共存？——从概念判定到现代共存理论

领读人：吴丹萍，北京大学理论生态学课题组博士研究生。目前研究关注时空尺度的物种共存和生态系统功能。

主题介绍：本次读书会将围绕“物种共存”这一生态学核心问题展开。我们将从经典的生态学概念出发，探讨判定物种共存的科学准则。随后，我们将重点解读现代物种共存理论的核心框架：生态位差异与适合度差异的权衡如何像一场精妙的博弈，决定了物种是走向共存还是竞争排斥。我们还将看到，自然并非静态的棋盘，环境的波动与空间的异质性如何为更多物种提供了“乱中求生”的机遇。最后，我们将结合前沿的生态学研究，探讨物种共存的机制和生态系统的功能与稳定的联系。

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从2025年12月7日开始，持续时间预计10周左右，每周进行线上会议，加入读书会学员群后可与主讲人等社区成员进行交流，会后可以获得视频回放持续学习。

读书会价格：299元

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