物极必反——一个具有普适性的生态学原理张连翔1，于向阳2，李幼军2

物极必反——一个具有普适性的生态学原理张连翔1，于向阳2，李幼军2（⒈辽宁省干旱地区造林研究所，辽宁建平，122400；⒉辽宁林业职业技术学院）摘要：本文通过列举大量实例，证明物极必反是一个具有普适性的生态学原理，它适用于系统的微观、宏观、宇观诸层次，具有丰富的哲学内涵和重要的理论意义。同时，它还是生态学者应该掌握的科学的方法论。事实表明，物极必反中的“两极”实际上是一个整体的两端，分别与“阴阳模型”中的“阴”与“阳”相对应，系统的状态就是这两极或阴阳之间通过不断振荡达到的一种动态平衡，“阴”中隐含着“阳”，“阳”中隐含着“阴”，只是它们各自的“隶属度”不同而已，反之亦然。关键词：物极必反；阴阳模型；系统思想；生态学原理；方法论中图分类号：Q146文献标示码：B所谓物极必反，其本意是指事物发展到极端就会向相反的方面转化。翻开产生在我国三千年之前的世界人类唯一的智慧宝典和被今人称之为“数理哲学”、“宇宙代数学”和“超相对论”的《周易》一书，几乎随处可见如下类似的词语，诸如“静极生动”，“乐极生悲”，“剥久必复”，“否极泰来”，“阴极而阳”，“阳极而阴”，“日中则昃”，“月盈则亏”，等等。概括为一句话，即“物极必反”。物极必反与现代生态学中的许多概念和现象是相通的，是一个具有普适性的生态学原理。显然，深刻理解并认真领会物极必反的哲学内涵和生态学意义，无疑具有理论和实践上的双重意义。1物极必反的生态学证据在生态学中，有关物极必反的证据俯拾皆是，不胜枚举。这里，仅举数例加以说明。1.1植物病虫草害从纯生态学的角度看，植病、昆虫、杂草并无益害之分，它们只不过是自然界复杂的生物网络中不同环节上的一员，我们之所以称其为“有害生物”，是因为它们与人类存在着资源上的竞争和利益上的抵触。迄今为止，人类同有害生物的“战斗”已经持续了数千年，尽管“武器”不断更新，策略相继改变，然而在这些“小精灵”面前，人类却没有充分的理由和足够的勇气宣告“战争”彻底胜利了。恰恰相反，屡遭挫折迫使人类陷入更深的彷徨和极度困境之中。与“敌人”协调共处正是在这种极端背景下提出来的。随着社会的发展和技术的进步，人们终于认识到：我们的对手并非只是成千上万的小虫子，而是千姿百态、纷繁复杂的整个生态系统；任何有害生物问题归根到底都是系统问题；控制某些特定生物的最好办法（促进或抑制）就是改变群落，而不应该攻击生物本身；大部分自然灾害实际上并不是自然造成的，而是人类粗暴对待自然的结果，在这个问题上，人类的罪责是不可赦免的，因为人类本身就是世界上已知的最大的捕食者，也是自然界中许多流行病的最大“罪犯”；人类要像管理赖以生存的“资源”那样管理自己的人口，如此等等。虽说现在还常常听见不加选择地使用“喷射器”的声音，但这种认识上的质的飞跃，至少预示着一个良好的开端业已出现。在辽西地区，大面积集中连片的油松纯林，在我国林业史上曾被誉为干旱地区石质山人_______________________收稿日期：2003-11-21作者简介：张连翔（1959-），男，大学，教授级高工，主要从事经济林全生态经营及有机果业技术研究，取得科研成果8项，发表学术论文近百篇，创造性地提出许多新的理论、方法和技术。工造林的光辉典范。然而目前的状态可能是决策者当初没有预想到的，严重的松毛虫灾害构成了典型的生态性灾难，此伏彼起，防不胜防。诚然，油松林的生态效益是不可否认的，但\n它却无法满足“生态经济学”原则，致使有关经营者谈虫色变。有理由认为，松毛虫灾害既是该地区生态失调的显在化表现，也是决策失误的一种指示。因为资源的数量和空间的连续性直接影响着害虫种群的大小。按照物极必反的原理，首先是生态失调，再加上决策失误，松毛虫大发生是一种必然事件，且其前景不容乐观。退一万步讲，即使有办法消灭了松毛虫，还会有其它害虫占据这一“有利”的生态位。此外，在森林火险、土壤酸化、自然更新等诸多方面，也都会逐渐暴露出问题的严重性。由此看来，试图用单种栽培的人工机制取代自然机制是不可能的。再从群落演替的角度来看，应该说这一地区的顶极群落中可能有油松的存在，但在目前的演替阶段上，“关键种”不可能是油松。超越阶段和走极端化道路，必然适得其反，遭受“生态冲击”是预料之中的事。铁的事实证明，生态系统所能承受的“干扰”是有限度的，超过这个限度，就会受到“报复”，而这种超强度无规律的干扰，又是人口过剩（超负荷）的直接后果。在辽西地区，至今还存在着一定面积比例的松毛虫“自控区”，这是大自然为我们设置的“对照组”，从中可以评价人类各种实践活动的效应，也使我们明白了许多事理。此外，包括松毛虫在内的任何生物种群（只有人例外）都有上限和下限，超出上限，自然会走向衰减，低于一定限度，非但不造成灾害，反而因消除冗余，刺激寄主生长，产生“超补偿效应”[1]，这在生产防治中极富指导意义。松毛虫种群[2]如此，植物病害[3]和杂草亦然，皆符合物极必反这一生态学原理。所以说，“有害生物”的概念是相对的和有条件的。同样的道理，建平县近百万亩沙棘人工林近年来出现的大面积死亡现象[4]，亦可因此获得解释。血的教训再次提醒了我们，在实施“再造一个山川秀美的西北地区”的伟大系统工程中该如何完善设计和具体操作。1.2生物多样性与系统稳定性所谓多样性，可定义为在那里有一种“阻止种群动荡不定的倾向”，于是“使系统回到某些固持的构型”。群落多样性是群落的重要特征，许多生态学原理都是和多样性的概念相联系的。一般说来，更高的多样性就意味着有更长的食物链、更复杂的食物网络和更多的共生现象；意味着群落组织更高级、成熟，以及对负反馈控制有更大的可能性；意味着种群密度随时间变动的幅度越低，波动性越小，稳定性越大，群落的生产力也就越高；意味着环境保护现状越好，系统的可持续发展能力越强。因此，多样性与人类生存和发展密切相关，始终是现代生态学中一个诱人的代表性课题之一。在达到某种平衡的生态系统中，各种生物之间以及生物与环境之间通过长期协同进化和自然选择，形成了一系列绝妙的“机制”和“系统智慧”，使任何一种生物的密度都保持在相当有限的范围之中，种群之间的正、负相互作用就像平衡的方程式一样，最终达到平衡。这样的系统当然是我们所希望的。尽管多样性与稳定性的上述关系已为大多数人所接受，但还是有人对这一提法提出了质疑，并由此引发出不少的争议[5]。若按物极必反的原理，就某一特定的生物群落而言，多样性的发展是有限度的，在一定限度之内，多样性与稳定性之间可能是正关联的，超越这一限度，必然会走向问题的反面。和人一样，生态系统既有形成和发展的过程，也有“衰老”和“死亡”的结局，而导致衰老的原因与多样性过高和结构过于复杂不无关系。所以，笼统地说多样性越高稳定性越大，是不科学的。有鉴于此，我们认为，生态系统的发展，也并非不经受任何“干扰”才好，根据系统的发展阶段和该阶段“稳态机制”的限度情况，进行适度的和有规律的人为干扰，会使系统得到“锻炼”和“刺激”，丰富系统的“经验”，使之更“年青”，更具“活力”和“弹性”。但必须注意“度”的限制，否则，不受限制的“正反馈”将导致演替停止或倒退效应，最终导致死亡。特别是对那些底质物理条件极端的地区，群落的发展缓慢到难以感觉的“爬行”的程度，极易因“异源”\n扰动而中断，切不可随意施加干扰。还应顺便指出，多样性的概念是广义的，既有物种多样性、结构多样性和层次多样性，也有生物量多样性、能量多样性和大尺度空间上的景观多样性等。1.3生态学数学模型生态学和数学的成功结合，标志着“数学生态学”这门交叉学科的诞生和生态学步入了定量发展的轨道。特别是系统分析方法的出现和电子计算机的普及及其硬件能力的提高，使人们有能力将某一系统中的物理学和生物学概念“翻译”成一套数学关系，并对得到的“数学系统”进行操作，该数学系统即是模型，它是现实世界的不完全的抽象的描述。数学模型是数学思想和方法应用于生态学研究的桥梁，它是生态学家对某些生态现象进行量化研究和借助理论分析使研究结果得以进一步深化的极为有用的工具。然而在实际应用中却遇到了许多不尽人意的问题，也不像人们所期望的那样卓有成效。首先是关于模型复杂性和结构的选择问题，即模型的复杂性与人们从模型中获得的对系统的了解程度不是呈线性关系的。在一定的现有资料的条件下，当“知识”增至某一水平之后，模型的复杂性继续增加，知识非但不会增加，反而减少[6]。因此，有的为了得到高精度而缩小他们研究问题的范围，这就可能导致模型复杂性降低。然而自然界是复杂的，生态学现象并不像物理学现象那样简单，一个对我们较为合用的模型应该同时具有较高的“准确度”和“信度”[7]，而在一个系统中使这两个指标都达到最优化是不可能的，只能是两者之间的恰当的调和，以此来确定模型的简化程度。我们知道，一个模型的“准确度”将随着它所包含的因素个数的增加而增加。但是，随着模型中因素个数的增加，模型参数的个数以及运行模型所需的计算步骤势必增加，由于估算参数时所包含的观测误差以及多次迭代运算所积累的计算误差，将会大大降低模型的“信度”，影响到它的使用。生态学数学模型的复杂性与“知识”的关系，再次为物极必反原理提供了佐证。1.4来自生态学其它方面的证据众所周知，微量元素是农作物生长发育不可缺少的，有些农田常因某种微量元素的不足而构成粮食生产的限制因子。但是要注意，过量同样是有害的。其它肥料亦如此。例如在森林生态系统中，长期以来氮一直被认为是森林初级生产力的养分限制因子。然而最近一些年来人们却发现，由于氮氧化物对大气的污染，使大气沉降的氮在数量上超过了许多森林的要求。正在增加的证据表明，氮沉降正在破坏森林生态系统，于是出现一种森林衰退的全新观点，即高氮输入的危害作用[8]。“他感化学物质”在农业生态系统中起着重要作用，减少“他感”的有害作用，能提高作物产量。有资料表明，许多“他感作用”较强的化合物，当浓度低于一定限度时，对植物的生长不仅没有抑制作用，反而还有刺激生长的效果[9]。三十烷醇（TRIA）曾被多数人认为是一种具有很高生物活性和多种生理效应的“植物生长调节物质”，但也受到浓度上的限制。在低浓度时，对光合作用和生长起促进作用，高浓度则起抑制作用[10]。当然，在不同环境条件下，对不同作物或同一作物的不同器官，其浓度限制是不同的。对于除莠剂，通常可根据它们的作用区分为两种类型[11]，但无论是第一类的“米努龙”和“西玛林”，还是第二类的“2,4-D”和“2,4,5-T”，都只是在高浓度时发挥除莠作用，在低浓度时反而使果、叶增长保持期。“噪声污染”对环境质量的威胁是相当严重的，这是由于人们把“多余的声音”像倒垃圾一样倾倒到大气中所造成的。当然这种危害是当音强超过一定“分贝”时才出现的。据报道，人类的正常生活离不开声音，倘若把人放在一个绝对无声的环境下，则可能产生精神分裂症。\n生物的生长发育与温度的关系是生态学中研究得较多也较为透彻的一个领域，含有6个参数的著名的“王-兰-丁模型”[12]能较准确地描述全部发育温度范围内发育速率温度效应的非线性关系。通常情况下，则可按“S”形的logistic曲线确定最适温区[13]。这是一个非常典型的能说明物极必反原理的实例，由“最大”、“最适”、“最高”和“最低”等“关键点”构成了“关系”的连续统一体（continuum）。自然界的生物都经受着拥挤，其任一时刻的拥挤程度既是一定栖境内生物数量的函数，也是它们散布的空间格局、它们的移动以及相遇时的相互作用和生理反应的函数[14]。种群的空间格局是一个物种表现在种群水平上的最优的生态对策和进化对策，是一种混合的“ESS”[15]。显然，不同格局类型下的拥挤度是不同的。按照系统思想和物极必反原理，均匀型格局和高度聚集型格局并非属于不同的范畴，而是一个整体的两端。因此，在一个稳定的系统里，每种生物种群总是保持着适度的拥挤而不选择“两端”，否则，必定另有缘故。因为种群个体间保持间隔，虽然可以减少对需求生存的竞争，但也失去合作所带来的优点。为此，笔者于数年前曾就营造人工林时规则的株行距问题提出过质疑[16]，前后相隔不足几年时间，便有人在“樟子松一穴双株造林试验研究”[17]中得到证实：一穴双株造林优于单株造林，既可增加单位面积产量，同时又降低造林成本50%；双株造林的林木在各林龄阶段，其树高、胸径和蓄积均高于单株造林者，等等。或许一穴双株也还算不上是最优的，目前尚缺乏这方面的证据。无独有偶，类似的现象在“沙棘适度聚集式扦插育苗试验研究”[18]以及农业上也相继获得证实，诸如小麦穴播、水稻抛秧和玉米大垄双行等的增产效应，已逐渐为人们所接受。在这里，笔者再次大胆地做出推论：这种现象可能广泛存在于单种作物栽培之中，一个具有“绿色革命”意义的极富挑战性的研究课题正待我们去研究、开发！同样的道理，我们也可把生态学中的“无机”和“有机”看作是一个整体的两端。“大地生命说”和“矿物生机论”[19]的提出，“形状记忆”在纺织业上的应用，“智能机器人”的问世等，似乎都可以作为突破生命有机体与无生命环境界限学说成立的例证。按照“有机论自然观”的观点，整个宇宙是和谐的过程，是生命的过程，也是创造的过程，从“生理”的角度研究地球，可能会获得许多新发现。一般说来，植物个体生态势是随植物种群密度增加逐渐减小的，但对羊草个体生态势大小的分析结果表明[20]：当种群密度低于一定限度时，羊草平均个体生态势反而变小。哈医大一院刘铁夫教授以“毒”克癌的报道，更是引来众多医学大家的关注：从砒霜中提取的三氧化二砷，历来被人们视作剧毒药而拒人千里，而今却发现，在治疗剂量范围内，它不但具有抑制肝癌细胞凋亡的作用，还能增进人体免疫活性。亦即，0.01mg/ml的三氧化二砷作用24h即出现肝癌细胞凋亡，以后随时间的延长，有效作用渐增。此外，在我国“城市化”发展进程中，要从城乡在社会、经济和环境上的相互作用以及可持续健康发展的高度和物极必反的原理，合理确定城市的规模、数量和布局等已是当务之急。森林火灾至今仍被国内大多数人视为“敌人”，而某些发达国家早已在“控制用火”方面取得突出成效，并对“火烧顶极”展开研究。“知识越多越反动”的观点无疑是错误的，但有一个事实是不可否认的，那就是当知识的结构不尽合理而只是在某些方面追求深度时，知识多了的确容易养成“惯性思维”，不利于发明和创新。粮食生产也有一个最适收获期的确定问题，过熟对品质和产量均有不良影响。2物极必反的哲学内涵和理论意义众所周知，事物的运动是通过自我否定而实现的，通过否定之否定而完成的。自我否定就意味着事物从一种质态转变到另一种质态，即在性质上转变到自己的反面。在自我否定出现后的否定之否定，是事物的性质又一次向自己的反面转化。马克思曾说过：现代的闪烁着光辉的先进思想，大都能在古代哲学家的论述中找到根源[21]。物极必反中的“极”实际上是位于系统两端的“两极”，分别与“阴阳模型”中的“阴”或“阳”\n相对应。按老子所说的“万物负阴抱阳”和庄子的“易以道阴阳”的著名论断，物极必反原理反映了阴阳矛盾运动、变化和发展的过程。一切自然现象都是这两极或阴阳之间不断振荡的表现，自然的秩序则是“阴”与“阳”之间的动态平衡或称“主振荡点”，系统的状态取决于体系内阴阳两方面互补、协调的程度。因此，物极必反原理既有丰富的哲学内涵，又体现出有机论自然观和系统科学思想。物极必反原理适用于系统的微观、宏观、宇观诸层次。掌握该原理，使我们在观测、分析、研究任何事物时，都会少犯机械、静止、片面性的错误，变“线性思维”为“系统思维”和“全息思维”，更容易在实践中发现一些新事实、新思想，从而有利于建立一些新观点、新理论。因此，从某种意义上说，物极必反原理又可视为系统哲学和科学的方法论。前已述及，系统在变易过程中，阴阳取得平衡即达到最理想的境界，科学研究就是设法确定变易中的一些“关键点”，界定“最佳状态”的区间。但必须注意，“关键点”和“最佳状态”都随环境条件的变化而改变。物极必反原理告诉我们，生态学中的有关“好”与“坏”、“益”与“害”等概念都是相对的，“好”中隐含着“坏”，“益”中隐含着“害”，只是它们的“隶属度”不同而已。反之亦然。对任何现象都不要轻率地做出判断，而应考虑到问题的“全部”。由此，我们是否可以做出这样的推断：对于“害虫”来说，当农药的浓度低于一定限度时，有可能产生“刺激生长”效应；与完好的种子相比，受伤一定程度的种子可能更易发芽……尽管这些推断目前尚缺少证据，但这种现象一旦为实践所证实，必将是一个个具有重大意义的惊人的发现。物极必反原理就是让我们按这种方式去思考问题和安排试验。3结束语物极必反原理是一个具有普适性的生态学原理。尽管这方面的证据很多很多，但仍有存在于更广泛领域内的“空白”有待于今人依照该原理去探索、发现、解释和填补。不要为现代科技的发展之快而惊叹，事实上，我们对自然界的了解的确少得可怜，就连系统中的“整体问题”与“技术问题”以及人类自身在“天地生人系统”中的位置，还一直未能处理得体。回顾一下我们在“征服”自然过程中取得的每一个“胜利”，最终都意味着什么，难道不值得深思吗？实践已经证明并将继续证明，对待生态问题必须采取理性、前瞻和建设性的态度，走极端化道路是注定要失败的。推而广之，除自然生态系统外，物极必反原理也适用于社会-经济系统，其成立的证据是不难找到的。参考文献：[1]盛成发．生长的冗余——作物对于虫害超越补偿作用的一种解释[J]．应用生态学报，1990，1(1)：26-30[2]夏乃斌等．油松林对油松毛虫危害的补偿与超补偿效应的研究[J]．生态学报，1993，13(2)：121-129[3]张连翔等．Weibull林木病害损失估计模型的非线性拟合与应用[J]．辽宁林业科技，1996，(1)：41-43[4]张连翔等．建平县沙棘大面积死亡原因及其治理对策[J]．沙棘，2002，15(3)：26-29[5]金翠霞等．群落多样性测定及其应用的探讨[J]．昆虫学报，1981，24(1)：28-33[6]蒲蛰龙等．农作物害虫管理数学模型与应用[M]．广州：广东科技出版社，1990．18-38[7]刘来福．生态学数学模型的研究进展[J]．生态学杂志，1991，10(2)：41-44[8]肖辉林．大气氮沉降与森林生态系统的氮动态[J]．生态学报，1996，16(1)：90-99[9]刘秀芬等．根际区他感化学物质的分离、鉴定与生物活性的研究[J]．生态学报，1996，16(1)：1-10[10]焦顺兴等．三十烷醇对杨树光合作用和生长的影响[J]．河北林学院学报，1991，6(4)：251-257[11]E．Ｐ．奥德姆．生态学基础[M]．孙儒泳等译．北京：人民教育出版社，1981．441-447\n[12]王如松等．昆虫发育速率与温度关系的数学模型研究[J]．生态学报，1982，2(1)：47-57[13]张连翔等．常温下昆虫发育速率温度效应的“S”形关系中最适温区的定量确定方法[J]．辽宁林业科技，1993，(3)：31-34[14]赵志模等．生态学引论[M]．重庆：科学技术文献出版社重庆分社，1984．108-120[15]周波．生态学的遗传基础——基因选择与适应[J]．生态学杂志，1990，9(4)：64-66[16]李思文等．油松种群自然更新格局的研究[J]．生态学杂志，1991，10(4)：14-17[17]徐志和．樟子松一穴双株造林试验研究[J]．辽宁林业科技，1996，(1)：26-27[18]张连翔等．沙棘适度聚集式扦插育苗试验研究[J]．沙棘，2000，13(4)：6-8[19]徐道一．周易科学观[M]．北京：地震出版社，1992．90-119[20]王德利．植物生态场导论[M]．长春：吉林科学技术出版社，1994．67-68[21]周吉等．管理哲学——系统学[M]．上海：上海交通大学出版社，1985．113-114注：该文原载《防护林科技》2004,(2):27-30作者简介：张连翔（1959-），大学文化，现任辽宁省干旱地区造林研究所教授级高工，兼任《辽宁林业职业技术学院学报》和《辽宁林业科技》两刊编委、中国林业网技术咨询专家、中国林学会灌木分会委员。主要从事森林有害生物可持续控制、园林绿化、经济林全生态经营和有机果业等的研究，取得科研成果8项，发表学术论文近百篇。联系方式：zzllxx5168@yahoo.com.cn；13942112010