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原创 Science Bulletin 中国科学杂志社 2025年07月05日
当前，亚马逊热带雨林的“碳汇转碳源”、低纬度珊瑚礁大规模死亡及永久冻土加速融化等现象表明，生态系统临界点的级联突破正引发生态风险，威胁人类生存根基。
近期，Science Bulletin 以“A framework for quantifying state transitions in complex ecosystems using energy flow networks”为题，在线发表了中国科学院大学王艳芬教授团队关于量化复杂生态系统稳态转换的研究成果。该研究通过将能量流动网络与纳什均衡博弈理论深度融合，构建出可量化解析生态系统稳态转换机制的新型分析框架，这一框架不仅为全球生态治理赢得宝贵时间窗口，还为生态系统适应性管理提供了科学决策依据。
A framework for quantifying state transitions in complex ecosystems using energy flow networks Author links open overlay panel Yanbin Hao, Xin Wang, Tong Zhao, Kai Xue, Jianqing Du, Xiaoyong Cui, Yanfen Wang
目前，全球超过75%的陆地生态系统正处于由气候变化和人类活动共同驱动的非线性突变的临界状态。这种非线性突变正以超出预期的速度重塑地球生命支持系统。联合国气候变化大会发布的《全球临界点报告》评估了26个气候临界点，一旦这些临界点被突破，地球系统将面临不可逆的变化。
传统生态预警模型存在局限性，如同盲人摸象，往往依赖单一物种数量波动或局部环境参数监测，只能预测渐进式变化，无法捕捉生态系统稳态转换时的关键特征。中国科学院大学王艳芬教授团队聚焦生态系统多稳态机制及临界点预警等关键问题，结合图论与博弈论，提出了基于能量流动网络的复杂生态系统稳态转换框架，突破了复杂系统稳态转换难以系统量化的难题。该框架依托最优化模型，通过模拟食物网能量传递，依据能量分配最小阻力，量化生态系统能量分配效率，预测了能量输入波动时的系统稳态转换阈值。同时，模型揭示了能量传递阻力高于临界阈值时，系统将触发不可逆转变。基于此理论模型，研究团队成功量化了内蒙古温性草地等生态系统的稳态转换过程，精准识别了其转变阈值，为生态系统的科学保护与可持续利用奠定了理论基础。
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Yanbin Hao, Xin Wang, Tong Zhao, Kai Xue, Jianqing Du, Xiaoyong Cui, Yanfen Wang. A framework for quantifying state transitions in complex ecosystems using energy flow networks. Sci Bull, 2025, 70, https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.04.076 | 
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