试论森林生态系统是一类复杂适应性系统

第21卷 第3期世 界 林 业 研 究V o.l21 N o.3 2008年6月W orld Fo restry R esearch Jun 2008

试论森林生态系统是一类复杂适应性系统*

徐国祯

(中南林业科技大学,长沙410004)

摘要:介绍了复杂适应性系统理论产生的背景、概念和核心思想,进而指出其在解决当代资源与环境问题以及生物、生态、经济、社会等复杂系统及复杂性管理中的开拓性意义;从森林生态系统的特点出发,说明其是一类复杂适应性系统,指出该理论对于研究森林生态系统的复杂性与林业生态建设的重大意义。

关键词:复杂适应性系统,主体,适应性主体,森林系统,森林生态系统

中图分类号:S718.55 文献标识码:A 文章编号:1001-4241(2008)03-0006-05

On a V ie wpoint:Forest Ecosyste m is a Co mplex and Adaptive Syste m

Xu Guozhen

(Centra l South U n i ve rs it y o f F orestry and T echno logy,Changsha410004,Chi na)

Abst ract:This paper introduces the e m erg i n g backg r ound,concep,t core thought and characteristics of co m p lex and adapti v e syste m(C AS).It is po i n ted out that the CAS t h eo r y i s p i o neeri n g and si g-n ificant for so lv i n g the issues at presen t i n resources and env iron m en,t such as b i o l o g ica,l ecolog-i ca,l econo m ical and soc ial co m plex syste m and co m plex m anage m en.t S tarti n g fr o m characteristics of forest ecosyste m,t h e paper po i n ted out tha t forest ecosyste m is a co m plex and adaptive syste m and the research o f C AS theory w as critical for st u dy the co m plex ity of forest ecosyste m and fo rest eco l o g ical construction.

K ey w ords:co m plex adaptive syste m,agen,t adap ti v e agen,t forest syste m,forest ecosyste m

1 复杂适应性系统理论的提出及概念

复杂适应性系统(Co m plex Adaptive Syste m, CAS)理论是继1990年钱学森提出的开放的复杂巨系统理论后,又一个关于系统复杂性研究的新领域。它是1994年由约翰 H 霍兰等在圣菲研究所成立10周年时提出的。它的提出对于人们认识、理解、控制、管理复杂系统提供了新思维、新方法。

1.1 CA S的概念

我们知道系统的基本单元是一些元素、部件、子系统。而霍兰在C AS理论中把 系统的基本单元称为具有适应性的主体 ,他说 我们将CAS看成是由规则描述的、相互作用的主体组成的系统。 CAS无例外地皆由大量具有主动性的元素组成 [1]。主体、适应性主体、由适应性产生复杂性,这就是复杂适应性系统不同于一般系统对组成要素、元素的理解。以前一般所说的元素、单元或子系统是和系统、全局、整体相对而言,是一种被动的、局部的概念。而 主体 的概念则把个体的主动性提高到系统进化的基本动因的位置,成为考察复杂系统宏观演化的现象,从而说明了活的主体具有适应性,正是主体的适应性造就了系统的复杂性。周光召院士2002年11月在 复杂适应性系统和社会发展 一文中对复杂适应性系统的解释为: 许多复杂系统在特定的外部条件下,会通过自组织形成具有特定时空结构的有序状态。这种有序状态在环境的影响下能自组织、自学习和自适应,不断演化其形态而生存、繁衍和发展,当适应能力赶不上环境

*收稿日期:2007-07-13

作者简介:徐国祯(1932-),中南林业科技大学教授,研究方向:森林经理、林业系统工程,E-ma i:l gu ozhen1348@21cn.co m

第3期徐国祯:试论森林生态系统是一类复杂适应性系统

变化时,就会衰亡下去,我们称这种复杂系统为复杂适应性系统 [2]。从这个概念中也可以看出,生态系统、森林生态系统的发展演替也正好说明了生态系统组成的基本单元、元素、子系统中包含有主体、适应性主体、环境、适应、适应性互动以及发展演替等类概念。

1.2 复杂适应性系统的核心思想

霍兰在复杂适应性系统中提出了主体、适应性主体、适应性造就复杂性这样几个十分重要的概念。它的核心思想是:大千世界如此奇妙复杂是由什么构成的,霍兰的回答是 CAS无例外地皆由大量有主动性的元素组成 ,就是主体、适应性主体。主体是在一定环境中活动的活的实体,它是怎么活动的呢?是适应性活动,适应是生物体(主体)通过 学习 或 成长 调整自己适合环境的过程。主体适应的过程就是自组织、自学习、自适应的过程。对于每一类复杂系统都是如此,例如人体系统的生命过程和生态系统在一定环境中的演化过程,都是通过各种主体的适应性活动在调整自身。值得提出的是,在C AS中任何特定适应性主体所处环境的主要部分,也都是由其他适应性主体组成的,任何主体在 适应 上所做的努力就是要去适应别的适应性主体(环境)。关于这一点,周光召院士指出了CAS适应与变化关系中的2种发展趋势: 发展 与 衰亡 。

CAS的核心思想是:(1)提出了C AS中主体的概念和适应性主体的理论,C AS理论将组成系统的要素视为具有主动性、适应性的主体,而适应性主体在适应性研究中处于基础地位;(2)自然界为什么如此复杂,复杂性产生的机制是什么?回答是 适应性造就了复杂性 ;(3)复杂性产生演化的机制又是什么?它们是由一系列描述性规则所决定的,因而有必要去探索CAS的特性和机制。

2 CAS的特性和机制

2.1 关于CAS的复杂性

在CAS中,作为适应性主体的单元,适应性是指主体能够通过与环境,或者说其他主体进行交互作用发展演化。周光召院士从系统的角度指出了CAS的5个特征:(1)具有整体性的特点而不是子系统简单叠加;(2)强调它是一种处于远离平衡状态的开放系统;(3)内部子系统之间的相互作用是非线性的;(4)它具有自组织、自学习、自适应和进化的功能,有序状态在一定的环境条件下自动形成;(5)C AS所处的有序状态通常是在某一参数达到混沌区的临界点,以突变形式形成。他在总结以上特点的基础上描述了C AS演化机制的几条基本规律:守恒原理、开放论和进化论。无疑,这些特征和基本规律对于我们研究森林生态系统进化的机制或退化的原因是有重大意义的。

霍兰从适应性主体去研究C AS的特征,指出了7个基本点:

(1)聚集:聚集的第1个含义简单讲就是 物以类聚 ,就是聚合、组合,就像生物种群、群落、生物地理群落到生态系统等,也是一个聚集的过程。 聚集 的第2个含义是 密切相关 ,强调在互动作用中 主体 在做什么,主体和作为环境的其他适应性主体之间的相互关系是什么?

(2)标识:这是一种机制,在聚集过程中总有一种机制在起作用,标识提供具有协调性和选择性的聚集体,最简单的如两性的标识 聚集 (繁殖)成为一个家庭,商业上的商标、图标的作用是为了聚集和产生联系。

(3)非线性:C AS中适应性主体的相互作用必然是非线性的、动态的、多元的。线性是将整体看成是局部的简单相加,而非线性则体现出系统非加和原则的复杂性。

(4)流:一切事物都在 流 的动态过程中,自然生态系统中有物流、能流、信息流,社会系统中还有人流、财流、价值流等。霍兰指出 流 有2个效应:一个是乘数效应,一个是循环效应,这在生态系统变化中都可以看到,例如在热带雨林中这2个效应就十分显著。

(5)多样性:事物多样性的存在源于环境的多样性,就像生态系统组成中形成不同的生态位、生态界面,就会产生一系列生态界面的适应与互动。适应性造就了多样性和复杂性, 当主体蔓延开辟了新的生态位,产生了可以被其他主体通过调整加以利用新的相互作用的机会时,多样性也就产生了 [2]。这一点从农林复合经营等生态工程中可以充分显现出来,我们常常通过在新的生态系统中增加新的组分、新的生态面,为

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