生态学与系统学中的特征变化分析

摘 要：所有的生態学家与系统学家都致力于分析特征变化。然而，在生态学与系统学研究中，由于研究不同系统和研究方法的特殊特性，人们往往忽视其同性。本文探讨生态学与系统学中研究特征变化的方法，比较异同点，选择方法。

关键词：特征变化；生态学；系统学；特征变化分析过程；图表学

中图分类号： Q959 文献标识码： A 文章编号：1671-2064（2018）04-0000-00

1 引言

所有的生态学家与系统学家都致力于分析特征变化。然而，在生态学与系统学研究中，由于研究不同系统和研究方法的特殊特性，人们往往忽视其同性。本文探讨生态学与系统学中研究特征变化的方法，比较异同点，选择方法。希望通过研究生态学和系统学中过往的特征变化分析方法来促进拓展思维与研究的新途径。

2 必要的基本概念

研究对象（object）是指一个有机物体（organism）或者有相同特性的有机体集合。 在分类学中 ，Sokal和Sneath （255）把研究对象定义为一个可操作的分类学单位。在生态学中，研究对象可以是取样的样本，样本中所有有机物来自同一营养级，或同一群落。在生态系统研究中，研究对象可能是土壤、地上生物量或放牧羊的生长速度。系统（system）是指研究对象、及其性质、彼此之间的相互作用，以及所有作用在其上的环境因素组成的集合体。例如：草地生态系统。一些生态学家和系统学家可能会选择仅仅考虑研究对象的性质，或多或少的忽略系统的其它方面。特征（character）是指研究对象或者系统不可被再分的性质。特征状态是指研究对象或系统特征的特殊表达。例如，在柳树分类学研究中，每一物种定义为一个研究对象。各自有特征雄蕊数目。甲种也许有1株雄蕊，乙种也许有5株雄蕊，就是特征状态。在植物生态学中，研究对象可能是块弃耕地，特征可能是长白松是否出现。在草地生态学系统分析中，研究对象可能是某一营养级，特征可能是单位时间内进入该营养级的能量数量，状态是能量数量。在生物地理学中，研究对象可能是一个种类，特征可能是在南美洲存在，特征状态是它的存在或缺失，或者是整个科在南美洲出现的属所占的比例。应该注意到：研究对象、系统、特征以及特征状态选择的任意性。选择随着研究者以及研究目的而有所不同。

还有两个基本概念：特征空间和研究对象空间。特征空间是一个描述系统的抽象概念，它的每一方面是系统的一个特征或者系统一个或多个特征的某一功能。研究对象空间用于描述一个系统，它的每一方面是系统的一个研究对象或者一个或多个研究对象的某一功能。在这两种空间中，如果涉及到三个以上的维度，那么这一空间为多维空间。特征变化分析，首先要对系统进行描述，其次再对它的起源和维持进行解释。

3 生态学与系统学特征变化研究过程

在相同状态下，比较两个研究对象的异同特征叫做特征变化分析。在生态学与系统学中，当研究有机体的结构及其生态变化时就需要特征变化分析。依据生态学与系统学众多研究，Mayr（163）总结出生态学与系统学常用的特征变化分析过程与方法（表1）。

3.1 初步分析

明确阐述目标：对特征变化分析的目标进行简洁、明确陈述。通常研究者认为研究特征变化的原因是非常显而易见的。确定研究特征及其最好方法会随着研究目的的不同而有所变化。而后，特征变化分析者必须考虑以下几点：

研究的科学价值：不是任何知识都对科学有重要价值。必须考虑：（1）在科学发展的不同阶段，知识点的重要性不同；（2）生态学和系统学研究工程庞大，而研究人员与相关资源有限。有些研究很难估价其科学价值。研究的社会意义：未来社会生态问题日益重要，几乎每个研究都与社会相关。要注意：（1）如果大量资金投入与社会问题相关的特征变化研究，就会有更多活跃的研究者转入到这些研究领域来；（2）如果研究缺乏社会性，许多生态学与系统学的学生就会拒绝从事这一职业。为突出生态学的社会意义，也许需要将某一天定为年度生态日。特征变化分析的可行性：生态学与系统学中的大多数问题很复杂，不像那些在分子与结构生物学领域中备受关注的系统性问题，可以很轻松地被分解成不同小实验。系统生态学在开始研究之前很难确切预知研究需要的时间、仪器、人力。大多数研究需要好多年才能完成，例如，日本学术会议会员塩见正卫（Shiyomi，M.）研究草地生态系统模型预计5年，结果做了15年，继任者又作了25年。加拿大的蚜虫研究或者关于毛莨属植物的专著。资金提供者以及政府官员通常要求研究者不断提供报告并且不会一次性提供某一持续时间很长的研究所需要的全部资金，中断研究不是好事。但是，另一方面，这也使得研究者能够周期性的停下来思考项目，不断调整使其更为可行，与社会更为相关。实现既定目标的可能性：至少要考虑特征变化分析的数量与质量。研究的质量指研究结果是否能从前面的假设中作出确定的选择，也就是：研究与目的的贴切性，也许研究结果仅仅提供一些与研究目标相关的不确定数据。研究的数量是：在贴切的研究中，特征变化分析工作能够进行假说的选择，或通过分析检测证明假说的不确定性。

3.2 数据收集

收集相关信息：好的研究要求：（1） 准确掌握有关知识，（2）掌握研究系统的现行方法和应用。找出生态学家和系统学家需要的所有相关资料基本是不可能的。但可以根据某一特定研究查阅相关的资料。资料信息也在二方面发生迅速变化：（1）信息种类和数量在增加，（2）计算机科学迅速发展，资料检索与分析方法不断进步。一般来说，没有坚实的数据基础来反复测试模型，很可能导致资源管理结论中出现严重错误。为收集数据信息，首先要建立数据库。需要考虑数据库的结构与内容。用电脑硬件和软件控制数据库。数据库内容主要来源于三个方面：（1）文献，（2）博物馆与标本馆，（3）未加工数据。

学者们一般都喜欢用装满索引卡片文件夹的抽屉，其中都是认为有价值的数据。除了常见的作者、日期、题目、引用外，也许还增加了许多其它的描述性语言和关键词。这种卡片式文件夹正进入新的指数型增长期。但这种工具并不适用。如果一个研究者要跟上相关文献更新脚步的话，那么他几乎没有时间来做其它事情。通常在这种情况下，重要的参考文献会和那些不太有价值的参考文献掺杂在一起，结果是得到一个难处理的数据库。许多生态系统研究都存在此问题。这个问题一般从二方面解决：一方面可以采用一个适用于计算机数据处理的电子表格来获取整个生态系统文献中的所有信息，查询数据库，在研究者感兴趣的简要文件夹帮助下，产生一个相关文章的列表。这一工作可由专门的机构负责。另一方面，研究者可以在文件卡片或者计算机数据库列出有关信息的参考文献，理面包含一个定时更新的按字母顺序排列表，迅速有效地联想更广泛的参考资料。以上二方面的信息联系也很有价值。例如，生态系统模拟、生物控制以及化学植物分类学领域的工作者也许会发现，交换使用这样的列表，可以增强他们自动联想起相关文献的能力。也许我们真的需要一些协会或机构雇佣数名员工来负责整理期刊杂志。把索引卡片或数据库整合起来，提供累积性的系统参考文献。如爬虫协会为满足会员兴趣通过文献来找到参考。分类协会可以获得所有学科的分类文献。

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