关于生态网络分析理论的哲学思考，本文主要内容关键词为：哲学论文,生态论文,理论论文,网络论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
本文在简单介绍生态网络分析理论基本思想的基础上，从唯物辩证法与整体哲学思想的角度，探讨了生态网络分析理论的哲学基础与意义。
1 引言
生态学作为一门科学只有一百年左右的历史，而生态学思想却是源渊流长的。人类早期关于自然界的认识和实践已包含着朴素的生态学思想。生态学是19世纪科学思维方式转向的结果。生态学家和史学家们一致认为达尔文的进化论与生态学的产生有着最直接的关系，创立生态学一词的海克尔也承认这种看法。生态学是关于生物与环境之间关系的科学，对关系的强调决定了生态学的过去和未来都与系统科学和哲学有着内在的联系。系统科学与达尔文进化论也有着直接的源渊关系，它开始于20世纪初贝塔朗菲对一般系统论的建立。系统科学思潮影响了整个20世纪的自然科学体系，加以早期生态学家本身具有良好的整体哲学修养，这为坦斯勒在1935年把生物群落及其环境的复合体定义为生态系统提供了适宜的气候和土壤。生态系统是系统概念在生态学体系中的具体形式，1935年之后的生态学核心是关于生态系统结构与功能的研究，又称为现代生态学或新生态学。生态系统这一概念为现代生态学提供了一个全新的范式，把生物与环境的关系放在具体的生态系统中进行考察和研究。由于缺乏定量化的系统方法和手段，现代生态学最初的转变还仅是思想上的，处理方法并没有完全摆脱还原论的影响。1945年后，随着一般系统论的完善，信息论、控制论的诞生，以及运筹学和系统分析为核心的系统工程学的形成与发展，使得系统科学有了较为完善的定量方法。这些定量化方法很快被应用于生态系统的定量研究，在美国为期10年(1964-1974)的国际生物学计划的核心是生态系统分析。但由于生态学家与系统科学家之间缺乏良好的沟通，采用“拿来主义”搬用系统科学的方法，未能给出生态系统本质的特征和规律。1975年之后，生态学家对过去的研究成果和方法进行了反思，生态网络分析理论就是过去20年来反思和重新探索的产物。生态网络是反映生态系统中通过物质、能量交换发生相互作用的结构形式，生态网络分析理论强调通过对相互作用的定量研究来理解生态系统的整体性和复杂性形成的机制。探讨生态网络分析理论的哲学基础，不仅对生态学本身，而且对系统科学的发展都有着重要的意义。
2 生态网络分析理论的基本思想
生态系统是生物群落及其环境通过相互作用形成的复杂体系。物质、能量流动是其最主要的功能。生态网络是描述生态系统中不同分室间物质、能量流动的结构，其基本单元为分室和路径。分室是指生态系统中特定的功能单位，路径是分室间物质、能量传递的通道。生态网络分析是研究生态网络整体行为和特征的理论和方法。作为现代生态学的一个重要分支，主要涉及流动分析、信息分析、随机分析、营养结构分析、多样性分析、灵敏度分析等，从不同的侧面来揭示生态系统整体性和复杂性及其形成的机制。生态网络分析理论是过去20年里逐步发展和完善起来的，其思想核心是生网络作为描述相互作用的形式工具，来定量分析生态网络中相互作用的过程和强度，从而揭示出生态系统行为的整体性和复杂性。图1为生态网络中一任意分室i的流动结构。Zi、Yi分别为外环境对分室i的输入流以及分室i对外环境的输出流，F[,ij]
则反映了分室间通过间接路径发生的相互作用。因此，结构矩阵、总联结矩阵反映了生态网络中分室间相互作用的强度与方式。在生态网络分析理论中，反映生态系统整体性和复杂性的指标有：再循环指数(CI)、流量利用放大指数(AI)、总滞留时间(TRT)、聚合度(A)、路径多样性(PD)、营养结构多样性(TSD)和营养过程多样(TPD)。这些测度生态系统整体性和复杂性的指标均可表达为结构矩阵或联结矩阵以及分室特征的函数，即它们是由分室行为和特征通过结构矩阵的耦合来实现的。这些整体特征指标的灵敏度反映了生态系统对干扰反应的整体行为，主要是通过分室行为以及耦合方式来对干扰进行协同反应。由此可见，反映生态系统内部相互作用方式与水平的总联结矩阵和结构矩阵是生态网络分析理论的核心概念。生态网络分析理论为定量研究生态系统结构和功能的整体性及复杂性提供了形式化的工具和手段。
图1 分室i的流动结构
3 生态网络分析理论的哲学意义
“19世纪科学思维方式的转变，…实体内部相互关系组成的集合开始成为注意的中心，实体的‘整体性’特点就是由相互作用的各部分组成的所有群体的典型特点。…复杂整体的特点是不可能还原为各部分的特点。在系统组份之间存在的相互依赖关系恰如一面网上的网线纽结。”这是拉兹洛关于系统整体性的一段精辟论述。系统是内部组份间联系存在的方式，网络是系统存在的结构。对神经网络、计算机网络、生态网络以及交通运输网络、邮电通讯网络等具体网络的结构和功能的大规模研究与应用都表明，从网络角度认识系统的整体性和复杂性成为当今科学和社会管理的鲜明特征。生态网络分析理论是系统科学和生态学有机结合的产物。如果说坦斯勒提出的生态系统概念所导致的现代生态学研究范式的转变仍是思想上的转变，而生态网络分析理论则提供了这种转变实现的工具。因而探讨生态网络分析理论的哲学意义对于生态学以及系统科学的发展都具有重要的价值。
(1)从生态网络分析理论看普遍联系
恩格斯指出：“当我们深思熟虑地考察自然界或人类历史或我们自己的精神活动的时候，首先呈现在我们眼前的是一幅由种种联系和相互作用无穷不尽地交织起来的画面。”普遍联系原则是唯物辩证法的最重要原则之一。系统论强调系统是实体内部相互联系存在的方式，通过联系，系统实现了其整体性，而网络则是系统存在的普遍结构形式。生态网络是反映生态系统内部各组份相互联系的结构，生态系统的整体性和复杂性就是通过这种联系来实现的。通过联系才能发生相互作用，联系强调要素之间的关系存在与否，而相互作用则强调说明联系的具体方式和效果。联系又分为直接联系和间接联系，直接联系是间接联系的基础，间接联系是通过直接联系的传递来实现的。生态网络分析理论基于对联系以及联系的传递来研究分室间的相互作用。路径是物质、能量流动的渠道，也是分室间联系的途径。路径长度不同反映了分室间联系的直接性和间接性，物质和能量在不同路径上的传递反映了相互作用的直接性和间接性。生态网络分析理论认为生态系统中存在三类相区别的作用方式：自作用、直接和间接相互作用。自作用是生态系统存在的前提；而直接相互作用和间接相互作用是生态系统实现其整体性的根本所在。生态系统中间接相互作用的方式和水平依赖于直接相互作用的方式和水平。生态网络的全部整体特征指标都是分室行为和特征通过反映相互作用方式和水平的结构矩阵或联结矩阵的耦合来实现的。生态系统整体效率的提高主要依赖于分室间的直接相互作用和间接相互作用。因此，对于一般系统，联系是系统实现其整体特征和功能的基本方式，而整体性和统一性的水平则依赖于通过联系发生相互作用的方式和水平。直接联系和直接相互作用是间接联系和间接相互作用的基础，而间接联系和间接相互作用对整体性实现的贡献是不能被替代的。
(2)从生态网络分析理论看整体与部分的关系
系统的整体性是通过其部分相互联系来实现的，整体和部分是相互对立和相互统一的两个方面。“整体不等于部分之和”是亚里斯多德关于整体与部分间关系的最好概括。部分是系统整体行为的基础，整体是部分行为和特征的统一。生态网络分析理论将反映相互作用与联系的结构矩阵和总联结矩阵都分为三项，即自作用与自联系项、直接相互作用与直接联系项和间接相互作用与间接联系项。如果只存在自作用和自联系项时，也就是说系统内部不存在相互联系和相互作用，此时生态系统是相互独立的分室的简单组合体，其全部的整体指标均等于各分室的指标之和。事实上，自然界不存在这样的生态系统。对于真实的生态系统，整体指标不等于分室指标之和，整体指标区别于分室指标之和的部分是通过直接与间接联系所发生的直接与间接相互作用所产生的。
整体与部分的关系还表现在整体行为和特征对于部分间关系的影响。在生态网络中，如果仅考虑两个分室之间的关系和相互作用时，它们之间的相互作用强度和路径数量中就不含有通过生态系统中其它分室所产生的间接相互作用和间接路径，这样就会增加或减少这两个分室间的相互作用水平。减少或增加的部分则是由于生态系统中间接相互作用所产生的。因而，整体特征不等于部分特征之和，整体的联系不等于部分间联系之和，整体的相互作用不等于部分相互作用之和。生态网络分析理论，不仅定性地解释了生态系统整体性产生的机制，同时也从定量的角度揭示了直接联系与间接联系、直接相互作用与间接相互作用对于生态系统整体与其组成部分间的差别形成的作用。
(3)从生态网络分析理论看结构与功能的关系
唯物辩证法认为，结构是系统内部要素联系的方式和形式，结构不等于构架，它包含了要素之间的相互作用；功能是系统对外部环境作用的能力，是通过内部联系和与外部的联系来表现的；系统的结构和功能是辩证统一的。在生态网络分析理论中，不同阶次的联结矩阵(A[k])反映了生态网络中不同长度路径的数量，它依赖于路径上传递物质与能量的多少。同一生态系统中，不同营养元素流动的网络构架是一致的，但它们的流动路径长度和数量是不尽相同的，这反映了生态网络内部流动结构对其功能的依赖性，而系统的功能又依赖于路径形式来实现。生态网络中营养关系多样性的三个指标：营养结构、营养过程、营养路径的多样性是结构和功能相互作用和相互依赖的结果。同一生态系统中，具有相同网络形式的不同营养元素，其对应的营养关系多样性的差别反映了它们在结构与功能依赖关系上的差别。生态网络分析理论揭示生态系统整体的结构和功能是通过对生态系统中相互联系和相互作用的定量表征来实现的。总联结矩阵反映了生态网络中各分室间联系的方式和数量，而结构矩阵则反映了通过这些联系方式所产生的相互作用。生态系统的整体功能是通过分室行为在结构上的耦合来实现的。生态系统功能还反映在它与外部环境的相互联系和相互作用上，即反映在它对干扰的响应方式和干扰实现的途径上。生态网络的灵敏度测度了生态系统对干扰的响应，其响应方式首先通过分室的响应并由结构矩阵的耦合来实现不同分室的协同反应；其次是通过结构的变化来协调分室的响应。因而，结构是生态系统发挥其功能的基础。生态网络分析理论不仅从整体上把握了结构与功能的相互依赖性，也揭示出这种依赖性实现的途径，这为唯物辩证法关于结构与功能的辩证说明提供了具体的科学依据。
4 结束语
生态网络分析理论的核心是通过对生态系统内部的联系与相互作用的方式和水平作定量化的研究，探索生态系统的整体性和复杂性及其形成的机制。坦斯勒提出的生态系统概念为现代生态学关于生物与环境之间相互关系的研究提供了一个全新的范式，而生态网络分析理论则为这个范式的实现提供了一种形式化的方法。生态网络分析理论是当代系统科学思想和方法与生态学有机结合的产物，对联系和相互作用的认识和定量化是这种结合的关节点。普遍联系是唯物辩证法的最主要原则之一，但由于自然科学体系中还缺乏处理联系的完整理论，关于联系原则的深化将有助于丰富和发展唯物辩证法体系中的联系观。因而，生态网络分析理论关于联系和相互作用的研究，将为唯物辩证法关于普遍联系的原则提供科学的说明和理论依据，同时也为将普遍联系原则应用于其它学科提供了典范。系统是联系存在的方式，而网络则是反映系统存在的结构。从网络的角度研究自然和社会，已不同程度地在科学研究和社会实践中展开，因此，探讨生态网络分析理论的哲学内涵和价值，有着理论和现实的双重意义。
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