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城核系统 ——组织与自组织
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自然系统与人工系统的消长 全球目前陆地未受人类干扰的面积仅有23%（其中森林20%，贫瘠土地36%），仅占有约11%的NPP（Ellis and Ramankutty，2008） 人工生态系统已覆盖全球75%无冰陆地面积，包含陆地90%的陆地NPP和80%树木覆盖 牧场、农田、人类影响森林和人居面积分别占30%，21%，19%，7% 2
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人工生态系统 人工生态系统：从修饰原生态系统（宽泛）到设计建造（严格）的一系列生态系统
森林、人工林、农田、设施农业、人工湿地、污水处理厂、城市、。。。太空舱
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自然系统与人工系统的活力 人类主导后生产力提高（e.g.人工种植园以5%的森林面积生产全球15%的木材，Paquette and Messier，2010） 牧场、农田、森林和城镇人居地区NPP分别占16%，32%，33%，9% （Ellis and Ramankutty，2008） 4
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拥挤地球的生态学 地球系统已超越将生态系统修复到过去状态的传统理念
未来环境很大一部分将由人工不同程度影响的生态系统所组成（Palmer et al., 2004） 自然科学家可能难以接受，但这个趋势不可逆转
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人工生态系统研究现状 研究少、水平低。生态学家介入很少，产业部门有一些生态研究，水平不高 地球最富活力的部分，反而成为生态学研究空白
当生态学成为社会核心时，生态学家却退居边缘！ 6
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研究背景 - 科学内生需求 生态学理论停滞已久 新的革命已经到来 1941年Tansley提出生态系统，1950s 经Odum系统整理成熟
70余年里仅小修补 新的革命已经到来 新系统层次刚刚进化出来 大量案例和数据的积累 相邻学科的发展：经济学、物理学 数理工具与实用工具 7 7
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相邻学科与新生态系统 8 8
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回顾——等级层次生命系统的演进 体积显著增大 组分和所包含的等级层次增多 结构与功能的复杂化 生物适应能力提高
系统结构发育过程涉及的调控机制复杂化 系统内部状态的相对更稳定 寿命延长。有利于生态上的竞争 增加单位土地面积上的生命物质密度，更充分利用空间等资源
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生物系统螺旋 对生物系统谱的认识从一级结构上升到二级结构 谱带螺旋上升，各个系统的尺度逐渐加大 周期性回到原来方位，提高一个等级层次
同族系统相似 ？
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回顾-城核系统假说的预测力 从螺旋图上推理出P族有新层次，在我们所知的4个层次之外，找到了新层次——城核系统
生态系统排列在S族上，意味着它在结构和功能上的定向化。由此发现了生态器、生态核和生态质
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P族的新层次系统 P族上，多细胞有机体之上与全球生命系统之间还有一个层次，即这才是第4个层次 这个系统应该是刚刚形成的城核生态系统
在一维谱上，正好包含生态系统（类似真核细胞与原核细胞的关系） 具有完全系统的特征，属于P族系统 因为尚处于形成期，因而结构还不明朗 可通过真核细胞类比推测
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两类基本生态系统 自然生态系统的类型归属 分工后生态系统将成为两类 原生态系统（protoecosystem，protoecos）——保护区
生态器、生态核 生态质
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从原生态系统到城核系统 城核生态系统的核——城市（生态核，） 城核生态系统的质——田野（生态质）
生态结构制造器——位于城市边缘工业园区（原）生态系统 生物能量制造器——分散在田野中的农田生态器 保护区------原生态系统 循环经济
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生态仿生
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证据——生产器的空间分布 设施农业 市中心
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城核系统的聚合-突生假说 破缺偶合形成了比原生态系统更大型的城核生态系统
城核生态系统包含了由原生态系统破缺而成的生态器和相对匀质的、支持生态器的生态质（ecoplasm） 城核生态系统的核是城市，并且是中心城市
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空间自组织模型
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数学模型 用一个函数G（r,t）描绘地点r处在时间t时的大棚的分布 函数反映地价与生态器提供的生态系统服务间的平衡
从地点 看，地点r的一个点的吸引力随它与r的距离而减少，并依赖于？？ 。
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数值模拟
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城核系统的过程 城市成为信息核心 文因（Mime) 人类政策已经成为控制整个生物圈的调控信息 人类生产给整个生物圈增添新过程
人类活动正在快速增加文因
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城核系统的空间结构 城核系统的外貌 城核系统的水平结构
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城核系统的垂直结构
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城核系统的交通网络结构
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城核系统的通讯网络结构
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城核系统的功能结构 生物生产 工业生产 生物分解 工业分解 调控
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生态核、生态器的建立 和生态质的释放 集约经营的生态器释放出大量的空间 城市化释放出人口占据的空间
生态质的“生态公益”——只利用其间接服务价值
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十分之一法则 中国草原上建立1/10的人工草场可产出相当于原来全部草地的草！ 1/10的人在田野中活动 75%的人口集中在城市中，释放了空间
15%的空间活动在生态器中，集约经营的工业园区节约道路与能量、物质，压缩制造功能器的空间
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城核系统的代谢——循环经济 基本原理 基本单元 经济调节 方法论 仿生
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原生态系统中的“循环经济” 10亿年来以生物个体为 基本单位的循环模式——食物链模式将退守一隅 200年来以生态器为单位的循环经济将占据主导
10亿年来以生物个体为 基本单位的循环模式——食物链模式将退守一隅 200年来以生态器为单位的循环经济将占据主导 在生态建设中，要采用新型调节模式，而不是“恢复自然”。
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循环经济的结构基础 ——产业共生 Industrial symbiosis 生态系统升级带来的调控方式改变，建立什么样的体系？
Science，1999，Jocelyn Kaiser 生态系统升级带来的调控方式改变，建立什么样的体系？ 试错是不得已 仿生最经济
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循环经济的基本原理 ——生态仿生 生态器与细胞器的相似 第一产业直接从自然界获取生物产品和矿物质，包括农业和采矿业等，与叶绿体相似；
第二产业加工原料生产新产品，如制造业和建筑业，与高尔基体、内质网相似； 第三产业提供服务，如商业、交通、文卫等，与细胞内运输以及最近发现的交换等相似。
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细胞中的蛋白，城核系统中的人 蛋白在量上主要分布在细胞核中（80%） 代谢过程中细胞在量上的变化 酶活动的经济关系 核（参考城核75%的人）
激励机制和惩罚机制 2004年Nature
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生态服务 生态服务建模 生态服务评估 Ecological Economics. 2008, 2011 科学通报，2012
生态学报. 2012, 32:
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金融与能量 一个层次的系统需要一种新的信息位势 城核系统是金融资本 细胞中ATP？ 呼唤参与研究！
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细胞中的生产和交换 细胞中的生产过程集中在哪里？ 细胞中的交换是否有集中区域？ 细胞器为主 核中也有吗？ 质中如何？ 核为信息交换中心
以交换物质为功能的细胞器？ 特定的运输路线？
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细胞中的代谢和循环经济 细胞中很少存在中间产物（毒害物），原因是分解器（和再利用？） 城核细胞中缺乏分解器 细胞中的“循环经济”如何？
全部都分解到最原始状态？还是中间产物也用？ 城核细胞中缺乏分解器 根据细胞建立量
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问题：细胞质与生态质 质的作用？ 质的要素的商业交换 土地交易 水权交易 排污权交易 碳股交易：京都议定书 细胞中的情形？
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人类在自组织中的作用 人类社会已经不可逆转地成为全球生命系统的调控者 单优降低系统复杂性 自毁与利他
人不仅调控社会自身 人类社会的意识、知识和决策决定着全球的生态命运 单优降低系统复杂性 人过于优势 某国家过于优势 某文明过于优势 自毁与利他 人类调控全球生命系统稳定可持续发展可能性
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循环经济中难点的解决途径 公共事物的悲剧 试错与仿生 技术 制度 文化 ——可能在城核系统理论框架中解决
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城核系统假说的意义 城核系统和全球生命系统与个体\细胞的推演不再是简单的类比, 而是自组织系统的自相似
人类的调控作用从原理上也成为“自然”因素
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城核系统研究的意义 新假说需要多学科交叉，其意义会在进一步研究中体现出来，因为正确地定位事物是准确、深入研究的基础
希望对于生命系统进化的准确理解能为生命科学的发展做出贡献 期待新来者！
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作业 列举与城核系统的可能类比 对人类调控作用的自然化理解 找一些与本课相关的数理模型案例 第一周提问、讨论、上交
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