生態(tài)學(xué)預(yù)測及其困境

衛(wèi)莉

摘 要：生態(tài)學(xué)預(yù)測是依據(jù)生態(tài)學(xué)理論對未知的生態(tài)現(xiàn)象、實體及其關(guān)系的推測和斷言，其有經(jīng)驗歸納和理論演繹兩個路徑，主要技術(shù)手段是建模。生態(tài)學(xué)預(yù)測對于生態(tài)學(xué)自身的發(fā)展和生態(tài)危機的應(yīng)對都具有重要的意義。當(dāng)前的生態(tài)學(xué)預(yù)測面臨困境，主要原因在于生態(tài)系統(tǒng)的自身特性，它的歷時性、復(fù)雜性、隨機性和社會性四個特征從不同側(cè)面影響了生態(tài)學(xué)的預(yù)測，目前的建模技術(shù)并不能滿足生態(tài)系統(tǒng)自身特性對預(yù)測模型的要求。生態(tài)學(xué)預(yù)測的困境不可能絕對消解，困境的出現(xiàn)也在一定意義上揭示了生態(tài)學(xué)哲學(xué)面臨的新使命，生態(tài)學(xué)哲學(xué)研究應(yīng)助力于生態(tài)學(xué)的發(fā)展，為其擺脫當(dāng)前的“科學(xué)危機”做出獨特的理論貢獻。

關(guān)鍵詞：生態(tài)學(xué)預(yù)測? 困境? 生態(tài)學(xué)哲學(xué)? 新使命

一、導(dǎo) 論

生態(tài)學(xué)預(yù)測對于生態(tài)學(xué)自身的發(fā)展和生態(tài)危機的應(yīng)對都具有重要的意義。生態(tài)學(xué)預(yù)測是基于生態(tài)學(xué)理論的預(yù)測。預(yù)測和解釋是科學(xué)理論的兩個基本功能，而成功預(yù)測是正確解釋的有力證明，在評價某個科學(xué)理論時，預(yù)測所占的權(quán)重會更大，人們通常認(rèn)為能夠成功預(yù)測某現(xiàn)象的科學(xué)理論比僅能解釋該現(xiàn)象的理論更有可能為真。因而，對于生態(tài)學(xué)預(yù)測而言，其對于生態(tài)學(xué)理論的確立及生態(tài)學(xué)自身的發(fā)展具有重要的意義。不僅如此，面對全球性生態(tài)危機，相關(guān)政策的制定迫切需要對生態(tài)系統(tǒng)的未來進行預(yù)判，生態(tài)學(xué)預(yù)測也成為應(yīng)對全球性變化的重要手段，具有重大的現(xiàn)實意義。

然而，作為一門新興科學(xué)，生態(tài)學(xué)的研究并不成熟，理論預(yù)測也存在較大困難。生態(tài)學(xué)由于成立和發(fā)展的時間短，認(rèn)識對象與以物理學(xué)為代表的傳統(tǒng)科學(xué)的認(rèn)識對象相比又有很大不同，當(dāng)前仍基本處于庫恩所指的“前科學(xué)”階段，存在著實驗難以重復(fù)、普遍性理論難以構(gòu)建等諸多問題，理論的預(yù)測性差也是其中的一個重要問題。雖自20世紀(jì)50年代以來，隨著數(shù)學(xué)等其他學(xué)科方法在生態(tài)學(xué)的應(yīng)用，生態(tài)學(xué)已逐漸從描述性科學(xué)發(fā)展為定量性科學(xué)并向預(yù)測科學(xué)拓展，然而，時至今日，生態(tài)學(xué)預(yù)測仍受到很大挑戰(zhàn)而面臨著困境?！?〕由于生態(tài)學(xué)預(yù)測存在的困難，不少研究者放棄了對理論預(yù)測力的追求轉(zhuǎn)而應(yīng)對生態(tài)學(xué)的其他問題，預(yù)測問題也沒有成為生態(tài)學(xué)研究的核心問題，這影響了生態(tài)學(xué)的進一步發(fā)展?！?〕

在過去的20年間，全球性生態(tài)危機的持續(xù)加劇使得人們對生態(tài)學(xué)的預(yù)測力提出了更高的要求，而新技術(shù)手段和實驗方法的應(yīng)用也為預(yù)測力的提高提供了更好的條件，因而，人們不僅期望而且也認(rèn)為生態(tài)學(xué)應(yīng)該發(fā)展出更強的預(yù)測力。不少生態(tài)學(xué)家也強調(diào)生態(tài)學(xué)研究應(yīng)該重視理論預(yù)測的問題，預(yù)測問題在生態(tài)學(xué)研究中的地位應(yīng)該進一步提高。

可以看出，一方面，生態(tài)學(xué)預(yù)測具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義，而另一方面，生態(tài)學(xué)預(yù)測卻面臨著不小的困境，因此，有必要對生態(tài)學(xué)預(yù)測進行進一步的反思，正如美國生態(tài)學(xué)家皮克特S.T.A所指出的那樣，“正是由于預(yù)測既有益又存在問題，我們必須開展更深入的研究”?！?〕本文對生態(tài)學(xué)預(yù)測的含義、路徑及困境產(chǎn)生的原因等問題從哲學(xué)層面進行分析和探討。

二、生態(tài)學(xué)預(yù)測的含義與路徑

預(yù)測在社會生活和科學(xué)研究中普遍存在，意指對未知現(xiàn)象的推測和斷言。生態(tài)學(xué)預(yù)測指的是在生態(tài)學(xué)研究活動中依據(jù)生態(tài)學(xué)理論對未知的生態(tài)現(xiàn)象、實體及其關(guān)系的推測和斷言。具體而言，其大體包括三種情形：其一，對尚未認(rèn)識其本質(zhì)但已發(fā)現(xiàn)的生態(tài)現(xiàn)象、實體及其關(guān)系的發(fā)展規(guī)律做出預(yù)測;其二，對尚未發(fā)現(xiàn)但確已存在的生態(tài)現(xiàn)象、實體及其關(guān)系做出預(yù)測;其三，對尚未發(fā)生但將來在一定條件下可能發(fā)生的某種生態(tài)現(xiàn)象做出預(yù)測。

以上三種情形的生態(tài)學(xué)預(yù)測是在具體的研究過程中進行的。一個理想的生態(tài)學(xué)研究活動，其過程大致可分為四個階段：第一，觀察和記錄生態(tài)現(xiàn)象和實體;第二，對被觀察和記錄的生態(tài)現(xiàn)象和實體進行分析、比較和分類;第三，從對這些生態(tài)現(xiàn)象和實體的分析中，用歸納法引出有關(guān)生態(tài)現(xiàn)象和實體的分類關(guān)系和因果關(guān)系的普遍性理論;第四，對已構(gòu)建的生態(tài)學(xué)普遍性理論進行進一步檢驗和應(yīng)用。在這幾個研究階段中，第三個階段是經(jīng)驗歸納方法的應(yīng)用，第四個階段主要是理論演繹方法的應(yīng)用——要檢驗任何一個普遍性理論，必須首先從這個理論中演繹地導(dǎo)出檢驗蘊含，即新的具有可觀察性的現(xiàn)象，然后用觀察和實驗對其進行檢驗。在以上生態(tài)學(xué)研究的經(jīng)驗歸納和理論演繹階段，都蘊含著科學(xué)預(yù)測的過程。換而言之，生態(tài)學(xué)預(yù)測有兩種路徑：經(jīng)驗歸納和理論演繹。

生態(tài)學(xué)研究中的歸納是指把多個類似的實驗觀察結(jié)果凝練為方程、圖表、文字或數(shù)值等形式的簡單概括，這樣的概括突出了某些自然現(xiàn)象，比如通過對花的顏色、形態(tài)、氣味等性狀的觀察，可將其歸納為與不同的授粉媒介相關(guān)聯(lián)的一般性特征。在進行歸納時，如果由于各種因素的制約，所依據(jù)的觀察現(xiàn)象相對有限，那么，這實際上僅是一個假說，這樣的歸納可視為預(yù)測，即預(yù)測另一個時空下的生態(tài)現(xiàn)象，該時空條件與最初進行歸納概括所依據(jù)生態(tài)現(xiàn)象的時空條件并不相同。〔3〕如早在1904年，植物學(xué)家哈伯蘭特用光學(xué)顯微鏡觀察被解剖的草本植物，發(fā)現(xiàn)熱帶干旱地區(qū)的一些草本植物具有一種特殊的花環(huán)結(jié)構(gòu)，即克蘭茲解剖結(jié)構(gòu)（來自德語“花環(huán)”kranz），研究者提出了克蘭茲解剖結(jié)構(gòu)與光合作用的路徑有關(guān)聯(lián)的科學(xué)假設(shè)，這實則也是對具有克蘭茲解剖結(jié)構(gòu)植物的其他未知性狀做出了預(yù)判。到了20世紀(jì)60年代，同位素示蹤法的應(yīng)用證實這些植物都是C4植物，克蘭茲解剖特征和光合作用的路徑有關(guān)聯(lián)的科學(xué)假設(shè)及相關(guān)預(yù)測被證實。

需要指出的是，即使是來自經(jīng)驗歸納的科學(xué)預(yù)測，也與解釋現(xiàn)象的科學(xué)理論有內(nèi)在的關(guān)聯(lián)，換而言之，與解釋和科學(xué)理論無關(guān)的預(yù)見并不屬于科學(xué)預(yù)測。如通過觀察動物的跡象對降雨進行預(yù)見，或根據(jù)蝗蟲大爆發(fā)、地震的頻率做出預(yù)報，雖具有重要的實踐意義，但并不能促進我們對生態(tài)現(xiàn)象本身的理解和解釋，嚴(yán)格意義上不屬于生態(tài)學(xué)預(yù)測。來自于經(jīng)驗的生態(tài)學(xué)歸納之所以也與理論和解釋相關(guān)，原因在于，科學(xué)歸納的實質(zhì)是對所概括現(xiàn)象的相同點做出假定，而做出假定的依據(jù)一般是與關(guān)注點相關(guān)的其他方面的理論，如把克蘭茲解剖特征歸因于光合作用的預(yù)測，實際上依據(jù)了生物進化的理論——植物和動物在相似氣候條件下存在“趨同”現(xiàn)象。可以看出，即使是來自于經(jīng)驗的生態(tài)學(xué)歸納也滲透著理論，在此基礎(chǔ)上對生態(tài)現(xiàn)象的預(yù)見自然也與理論相關(guān)而屬于生態(tài)學(xué)預(yù)測的范疇。

對經(jīng)驗事實進行歸納是科學(xué)理論建構(gòu)的過程，然而，從經(jīng)驗事實到科學(xué)理論并無邏輯的通道，這需要科學(xué)家發(fā)揮豐富的想象力構(gòu)建可覆蓋觀察結(jié)果并可以對其進行解釋的科學(xué)理論。為了盡可能排除理論建構(gòu)中的直覺帶來的謬誤，科學(xué)理論須進一步接受經(jīng)驗事實的檢驗。雖然由不完全歸納產(chǎn)生的普遍性結(jié)論嚴(yán)格意義上無法證明其為真，然而，它所做出的預(yù)言在概率的意義上是具有有效性的，且有效性的概率隨著支持證據(jù)的增加而增加?？茖W(xué)理論所直接描述的科學(xué)實體和基本過程往往不可觀察，這需要橋接原理對其進行導(dǎo)出，一般而言，科學(xué)理論有三個基本的組成部分，即內(nèi)在原理、橋接原理和導(dǎo)出原理?！?〕內(nèi)在原理描述基本實體及其所遵循的規(guī)律，橋接原理把理論所設(shè)想的實體、過程和經(jīng)驗現(xiàn)象、規(guī)律聯(lián)系起來，導(dǎo)出原理是從內(nèi)在原理、橋接原理中導(dǎo)出的可直接觀察的經(jīng)驗規(guī)律。從內(nèi)在原理到橋接原理再到導(dǎo)出原理，這是一個演繹的過程，通過演繹最終得到可接受檢驗的經(jīng)驗現(xiàn)象，再用實驗和觀察對其進行檢驗，這實際就是預(yù)測。如生態(tài)學(xué)家科奈爾提出的生態(tài)系統(tǒng)演替模型包含了促進模型、耐受模型和抑制模型三個理論模型，而“促進”、“耐受”和“抑制”三個概念并不具有可觀察性，無法直接把其應(yīng)用到野外實驗中去，這就需要通過橋接原理把其轉(zhuǎn)化為以具有可觀察性的概念和機制如群落結(jié)構(gòu)、資源釋放、干擾時間等為基礎(chǔ)的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，才能進一步通過經(jīng)驗觀察對其進行驗證。

生態(tài)學(xué)預(yù)測是通過建模與計算實現(xiàn)的，與預(yù)測的兩種路徑相對應(yīng)，生態(tài)學(xué)模型有經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃屠碚撃Ｐ蛢煞N類型〔5〕。生態(tài)學(xué)經(jīng)驗?zāi)Ｐ拖扔谄渌淼膹?fù)雜理論而存在，是來自于對經(jīng)驗的直接歸納，如根據(jù)魚群的年齡結(jié)構(gòu)、不同年齡的產(chǎn)卵率及從卵到魚的成活情況等因素構(gòu)建相關(guān)漁業(yè)模型。構(gòu)建經(jīng)驗?zāi)Ｐ托枰M可能詳細(xì)的數(shù)據(jù)和足夠多的細(xì)節(jié)以反映真實的生態(tài)現(xiàn)象，其所做出的預(yù)測具有重復(fù)性特征，經(jīng)過驗證、校正和證實后的生態(tài)學(xué)經(jīng)驗?zāi)Ｐ涂芍苯臃?wù)于實際應(yīng)用，如運用漁業(yè)模型對近海漁業(yè)資源進行預(yù)測控制以達(dá)到長期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。

生態(tài)學(xué)理論模型通常代表相對成熟的理論狀態(tài)，其由生態(tài)學(xué)理論中較為簡單的組分構(gòu)建而成。構(gòu)建理論模型需要盡可能撇掉一些非本質(zhì)特征的細(xì)節(jié)，抓住關(guān)鍵的主要因子確定相互關(guān)系。理論模型具有普適性的特征，主要用來概括生態(tài)現(xiàn)象的本質(zhì)規(guī)律，其可以從理論上對生態(tài)現(xiàn)象做出進一步解釋，如種群在空間中形成的格局受什么控制，對適合度有什么影響，環(huán)境的不均勻性如何影響種群空間格局的變化等。經(jīng)過驗證和校正的生態(tài)學(xué)理論模型，可用來推斷未知的生態(tài)現(xiàn)象、實體及其規(guī)律而做出創(chuàng)新性的預(yù)測。應(yīng)對全球變化對生態(tài)系統(tǒng)未來進行的預(yù)測正是以理論模型為基礎(chǔ)的創(chuàng)新性預(yù)測。

三、生態(tài)學(xué)預(yù)測困境產(chǎn)生的原因

我們談?wù)撋鷳B(tài)學(xué)預(yù)測，總是針對特定的生態(tài)系統(tǒng)而言的。我們講生態(tài)學(xué)理論的預(yù)測力差，并不是說已有的生態(tài)學(xué)理論沒有預(yù)測力，對一些小尺度的生態(tài)系統(tǒng)，已有的生態(tài)學(xué)理論是能夠進行一定程度的定性和定量預(yù)測，本文所講的主要是空間、時間尺度大、構(gòu)成要素繁多且要素間相互作用的機理復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，我們?nèi)粘Ｋ?、所言、所思的也多是這樣的生態(tài)系統(tǒng)。

生態(tài)學(xué)是預(yù)測力弱的學(xué)科，這是生態(tài)學(xué)發(fā)展面臨的主要問題之一。其中有學(xué)科發(fā)展水平和技術(shù)手段的原因，但更為根本的是生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)學(xué)在本體論方面的特性。生態(tài)系統(tǒng)不同于其他系統(tǒng)，研究生態(tài)問題的生態(tài)學(xué)是一門領(lǐng)域廣闊的多樣化的學(xué)科，與通常意義上的物理、化學(xué)等學(xué)科相比，生態(tài)學(xué)在體系構(gòu)成、研究方法等方面也有自身鮮明的特色。擇要講，以下幾個相互耦合的因素影響了生態(tài)學(xué)預(yù)測。

1、生態(tài)系統(tǒng)是歷時性系統(tǒng)

所謂歷時性，是指系統(tǒng)過去的某些因素影響到了當(dāng)前的狀態(tài)，在解釋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和表現(xiàn)時，過去的因素所起的作用與系統(tǒng)當(dāng)前的因素同等重要。生態(tài)系統(tǒng)的歷時性主要表現(xiàn)在生物進化和偶然性兩個方面〔3〕，它們不同程度地影響了對生態(tài)系統(tǒng)的預(yù)測。

生物及生態(tài)系統(tǒng)是進化的，生態(tài)學(xué)研究應(yīng)該處理進化的相關(guān)問題。雖然生態(tài)學(xué)研究者是在進化論的框架下進行研究的，但他們通常會認(rèn)為，由于宏觀進化的速度極其緩慢，當(dāng)從種群等大尺度進行研究時可以忽略進化的影響。然而，進化生態(tài)學(xué)的研究并不支持這一觀點。其最新研究表明，在生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在著強選擇壓力及快速進化地現(xiàn)象，比如在重金屬污染或生物入侵等外界因素的作用下，進化會在很短的時間內(nèi)發(fā)生。也就是說，進化對生態(tài)系統(tǒng)及生態(tài)學(xué)研究有著不可忽略的重要影響，然而，生物進化卻是不可預(yù)測的。美國生態(tài)學(xué)家扎卡里·布朗特（Zachary D. Blount， et al.）最新發(fā)表于《Science》的研究結(jié)論指出：“生物進化的過程有時驚人相似，呈現(xiàn)可重復(fù)性，而有時即使進化世系在相同的情況下也可能采取完全不同的路徑;進化的魅力恰恰在于有時可預(yù)期，而有時發(fā)生的現(xiàn)象又完全在預(yù)期之外，出現(xiàn)意想不到的偶然性?！?〔6〕

偶然性事件在生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在。根據(jù)其發(fā)生的特點，偶然性事件可分為絕對偶然性和相對偶然性兩種不同的類型。絕對偶然性事件發(fā)生在若干個獨立的因果鏈在某時某地的交叉點。這里的“獨立”意指某個因果鏈的發(fā)生原則上可以不考慮其他事件的影響而可以用獨立的理論對其進行研究。如小行星碰撞地球事件是一個絕對偶然性事件，其導(dǎo)致了白堊紀(jì)恐龍及地球生物大范圍的滅絕，然而，小行星的周期卻與生物圈的生態(tài)并無任何關(guān)系。換言之，恐龍大滅絕是與生態(tài)群落無關(guān)的絕對偶然性事件引起的。絕對偶然性事件的發(fā)生較為罕見，其對于時間跨度小的生態(tài)學(xué)預(yù)測并無實質(zhì)性的影響，然而，對于時間跨度較大甚至是以地質(zhì)時間為尺度的預(yù)測，會有較大影響，由于絕對偶然性事件的存在，生態(tài)系統(tǒng)的未來表現(xiàn)出某種程度的不確定性。

相對偶然性事件是相對于事件發(fā)生的特定初始條件而言的，即“視……而定”，由于初始條件的不確定而不能判定事件的出現(xiàn)或不出現(xiàn)，因而視其具有偶然性。B視A而定的偶然性源于兩者之間的因果關(guān)系，B在因果關(guān)系上依賴于A從而表現(xiàn)出偶然性。而這也就意味著，在因果法則統(tǒng)治的世界中，不同程度的相對偶然性普遍存在。就生態(tài)系統(tǒng)群落的聚合而言，當(dāng)物種遷入的歷史順序是一個群落構(gòu)成的決定性因素時，群落的最終構(gòu)成就表現(xiàn)出很大的不確定性與偶然性，即群落的物種構(gòu)成和物種達(dá)到的先后順序之間存在密切的相關(guān)關(guān)系。對珊瑚礁魚類群落的研究表明，群落的結(jié)構(gòu)取決于“優(yōu)先效應(yīng)”，即早期到達(dá)的物種對后期到達(dá)的種群增長產(chǎn)生消極或積極的影響?？枴げㄆ諣柊堰@種“視……而定”的相對偶然性稱為由“知識不完備而產(chǎn)生的隨機事件”，〔7〕其對于生態(tài)系統(tǒng)的預(yù)測有很大影響，因為在很多情況下，我們并不能確切知道變量A的值是A1還是A1，因而也就無法確定B1和B1的出現(xiàn)或不出現(xiàn)。

2、生態(tài)系統(tǒng)是復(fù)雜性系統(tǒng)

生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性表現(xiàn)在復(fù)雜的關(guān)系和復(fù)雜的性質(zhì)兩個方面。

復(fù)雜的關(guān)系指的是生態(tài)系統(tǒng)中相互交錯的因果關(guān)系。生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成要素數(shù)量眾多，相互作用機理復(fù)雜，且?guī)缀趺恳粋€要素皆自成系統(tǒng)并各自包括多個層級。達(dá)爾文用“打結(jié)的堤岸”來形容生態(tài)系統(tǒng)中不同生物之間多種多樣、相互作用的關(guān)系：生物實體通過捕食、競爭、合作、寄生和化感等過程及共同的環(huán)境發(fā)生相互作用，不同層級的生態(tài)組織內(nèi)部各要素的相互作用及關(guān)系都在發(fā)生變化。對于多要素、多變量構(gòu)成的極為復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)而言，對其預(yù)測存在一定困難。

復(fù)雜的性質(zhì)是就生態(tài)系統(tǒng)本身的性質(zhì)而言，當(dāng)系統(tǒng)的新特征從其組成部分出現(xiàn)，而基于部分的性質(zhì)和規(guī)律無法推出整體的性質(zhì)時，我們說這個系統(tǒng)是復(fù)雜性系統(tǒng)。這是一種是跨層級的層級復(fù)雜性，意味著突現(xiàn)，即較低層級的部分通過組合而產(chǎn)生較高層級時，突現(xiàn)出低層級觀察不到的新屬性。以研究復(fù)雜性著稱的美國圣菲研究所的研究者明確指出：“復(fù)雜性，實質(zhì)上就是一門關(guān)于突現(xiàn)的科學(xué)”?！?〕

而突現(xiàn)則意味著不可預(yù)測性。英國學(xué)者摩根指出，“突現(xiàn)就是新關(guān)系的出現(xiàn)”，“在它們呈現(xiàn)為事實為我們所觀察到之前，或在它們出現(xiàn)之前，它們具有的性質(zhì)是不可能被我們預(yù)測到的?！?〔9〕有學(xué)者把突現(xiàn)分為強突現(xiàn)和弱突現(xiàn)，認(rèn)為強突現(xiàn)中完全不能從部分推導(dǎo)整體，而弱突現(xiàn)可進行一定推導(dǎo)。貝多（Mark Bedau）用計算機模擬了弱突現(xiàn)的解釋模型，展示了高層級突現(xiàn)屬性對低層級的因果依賴性，這意味著弱突現(xiàn)現(xiàn)象具有一定程度的可預(yù)測性。對于強突現(xiàn)現(xiàn)象，貝多則明確指出，這是“一個我們不需要的謎”，其“顯然與科學(xué)無關(guān)”。〔10〕通過計算機模擬弱突現(xiàn)一定程度上消解了突現(xiàn)的神秘性，而其對于強突現(xiàn)的無能為力，又從某種意義上突出了突現(xiàn)層次的自主性和不可預(yù)測性。當(dāng)然，對于弱突現(xiàn)現(xiàn)象，雖在一定程度上可以模擬，但也有研究認(rèn)為，弱突現(xiàn)并不完全排除意想不到的新屬性，同樣存在一定的不可預(yù)測性?！?1〕就生態(tài)系統(tǒng)而言，其具有豐富的層次等級，從分子、亞細(xì)胞、細(xì)胞、組織、器官到個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)，呈現(xiàn)出由低到高的不同層級的生態(tài)現(xiàn)象，這些層級多是突現(xiàn)而產(chǎn)生。這也就意味著，不可預(yù)測的突現(xiàn)屬性在生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在。

生態(tài)系統(tǒng)有著不同的時間、空間和組織尺度，復(fù)雜的關(guān)系和層級復(fù)雜性與生態(tài)組織的多尺度特性纏繞在一起，使得呈現(xiàn)于我們眼前的生態(tài)系統(tǒng)顯得更為繁雜，在此種情境下，對于生態(tài)學(xué)研究而言，還原法研究基本失效，預(yù)測模型的建立也非常困難。生態(tài)學(xué)的本質(zhì)是尺度問題，〔12〕并不存在單一的尺度去研究生態(tài)現(xiàn)象，如對全球氣候變化的原因及未來預(yù)測等應(yīng)用研究，需將不同的空間、時間和組織尺度發(fā)生的現(xiàn)象結(jié)合起來。生態(tài)系統(tǒng)的多尺度往往相互嵌套而加劇了復(fù)雜性，也為達(dá)成生態(tài)學(xué)理解設(shè)置了多重的門檻，甚至是邏輯和方法論的陷阱。如植被梢枯是由于含低酸堿度的雨水所產(chǎn)生的化學(xué)淋洗引起的，而雨水的低酸堿度與不同地區(qū)的氣候類型及區(qū)域工業(yè)化的狀況有關(guān)，且同一地區(qū)的某些土壤類型可能比其他類型更容易減輕酸淋洗作用，這些因素中的每一個都在影響著梢枯現(xiàn)象，而它們來源于不同的尺度。換而言之，不同地區(qū)、同一地區(qū)不同區(qū)域的植被梢枯現(xiàn)象有著來自不同尺度的形成原因，因而，很難構(gòu)建具有普遍性的植被梢枯模型。雖然人們期望關(guān)于自然界的理論模型可以對任何不同的時空都能同樣做出預(yù)測，然而，關(guān)于不同時空尺度的差異化現(xiàn)象，目前還無法用定量的數(shù)據(jù)去描述和表達(dá)。很顯然，要對具有復(fù)雜性的、多尺度的生態(tài)系統(tǒng)的行為及演化做出準(zhǔn)確的解釋和預(yù)測，存在很大的困難。

3、生態(tài)系統(tǒng)是混沌性系統(tǒng)

生態(tài)學(xué)研究者最初認(rèn)為，自然界是有序而和諧的，生態(tài)系統(tǒng)處于一種平衡狀態(tài)，偏離平衡的原因通常是人類等外部因素干擾，他們以牛頓力學(xué)的方法研究生態(tài)系統(tǒng)。然而，研究者很快發(fā)現(xiàn)生態(tài)學(xué)必須解決與過程相關(guān)的問題，且這些過程的速率和系統(tǒng)狀態(tài)之間是一種非線性的關(guān)系，所謂的平衡在自然界中很少被觀察到。對非線性方程的計算進一步發(fā)現(xiàn)，某些確定的非線性方程即使初始值發(fā)生微小的變化也會導(dǎo)致函數(shù)軌道的急劇變化，表現(xiàn)出一種隨機性。這種確定性系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)的隨機性被稱為混沌現(xiàn)象，表現(xiàn)為對初值的敏感依賴性。

隨著對生態(tài)系統(tǒng)研究的深入，研究者發(fā)現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)的行為受經(jīng)典科學(xué)所排除的多樣性、無序性、個體性等因素的影響，具有不可逆性、不確定性、非線性等特征，是典型的混沌系統(tǒng)。即使是最簡單的生態(tài)模型，用離散科學(xué)描述受到密度制約的種群增長邏輯圖，也會產(chǎn)生非常復(fù)雜的、令人吃驚的動力學(xué)形態(tài)而出現(xiàn)混沌現(xiàn)象?！?〕

混沌現(xiàn)象最重要的特征是不可預(yù)測性，由于對初值的敏感性，對混沌系統(tǒng)進行長期預(yù)測幾乎是不可能的。雖然混沌系統(tǒng)的確定性結(jié)構(gòu)使得對其進行短期預(yù)測從理論上講具有一定可能性，但預(yù)測的實效性并未證實。由于生態(tài)系統(tǒng)在外部參數(shù)影響下產(chǎn)生的非線性變化往往是災(zāi)難性的，如旱地沙漠化和海洋赤潮等，學(xué)界對此非常關(guān)注并嘗試提出了早期預(yù)警信號，其依據(jù)的是臨界減速這一普遍現(xiàn)象，即系統(tǒng)在接近災(zāi)難性變化時對擾動的反應(yīng)變慢。然而，也有研究認(rèn)為，這些預(yù)警信號過于籠統(tǒng)，在實際中并不能形成準(zhǔn)確的預(yù)測。且到目前為止，這些指標(biāo)基本都是事后確定的，通過它們可以提高對生態(tài)系統(tǒng)未來的認(rèn)識，但由于其中的基本機制尚不清楚，因而幾乎沒有解釋力，能否預(yù)測到生態(tài)系統(tǒng)即將發(fā)生的變化也還有待觀察。

4、生態(tài)系統(tǒng)是自然與社會的耦合系統(tǒng)

隨著人類社會對生態(tài)系統(tǒng)的影響越來越大，生態(tài)學(xué)的研究范圍也從自然界延伸到了人類主導(dǎo)的經(jīng)濟社會生活，生態(tài)系統(tǒng)被更準(zhǔn)確地描述為“社會-生態(tài)系統(tǒng)”（SES，即Social-Ecological System），SES框架成為生態(tài)學(xué)研究中的重要框架。

人類行為是SES框架中的重要影響因素，而人類的選擇和行為則意味著更深層次的不確定性——不僅存在多重因果鏈，而且復(fù)雜性的顯現(xiàn)和偶然性事件的發(fā)生更有著經(jīng)濟、體制、社會心理及技術(shù)革新等多個方面的根源。比如，在四川武隆大熊貓自然保護區(qū)，為保護熊貓棲息地，當(dāng)?shù)卣畤?yán)禁居民砍伐竹子做燃料，并以家庭為單位給予補貼，這一政策卻導(dǎo)致很多家庭為領(lǐng)到更多補貼而進行拆分，這使得當(dāng)?shù)氐纳鐣到y(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變化，反過來又影響了熊貓棲息地。就未來全球氣候而言，其取決于人類的人口數(shù)量和能源消耗兩個方面的因素，而這兩個因素受到經(jīng)濟社會發(fā)展中人們各種需求和目標(biāo)的影響，具有很大的不確定性。

更為根本的是，人類作為預(yù)測反射的主體，預(yù)測結(jié)果很有可能改變其選擇，這就使得SES框架的主要驅(qū)動因素人類行為有著更大的不穩(wěn)定性。因而對于社會-生態(tài)系統(tǒng)而言，并不能簡單地從其過去的趨勢推斷和預(yù)測未來。雖然學(xué)術(shù)界對SES框架中人類因素的影響展開了不少研究，并嘗試構(gòu)建反映人類活動和生態(tài)系統(tǒng)交互作用的“壓力狀態(tài)響應(yīng)”模型，但其存在較大的局限性。此模型雖可以預(yù)測某些驅(qū)動性因素的演化對生態(tài)系統(tǒng)帶來的影響，但這些因素的相互作用特別是新驅(qū)動性因素對生態(tài)系統(tǒng)的影響，如新技術(shù)應(yīng)用及環(huán)境政策的重大調(diào)整等因素的影響，則很難依據(jù)已經(jīng)證實和可重復(fù)的結(jié)果進行預(yù)判。正如霍林（Holling）所指出的那樣：“原則上，生態(tài)系統(tǒng)和社會之間的聯(lián)系有著固有的不可知性和不可預(yù)測性。因而，人類和自然系統(tǒng)基本功能的可持續(xù)性也同樣具有固有的不可知性和不可預(yù)測性?！?〔13〕

綜上，生態(tài)系統(tǒng)具有復(fù)雜性、歷時性、不確定性和社會性等特性，和這些特性相適應(yīng)，理想的生態(tài)學(xué)預(yù)測模型應(yīng)具備以下基本特點：第一，盡可能覆蓋全面的環(huán)境條件和時空尺度以提高模型的可轉(zhuǎn)移性;第二，可有效處理時序動態(tài)過程及包括人類因素在內(nèi)的生物間的相互作用;第三，量化生態(tài)系統(tǒng)的不確定性因素和預(yù)測模型的可轉(zhuǎn)移性，使已有模型可有效應(yīng)用于相異環(huán)境。

然而，當(dāng)前的建模技術(shù)很難滿足以上幾方面的要求：覆蓋多方面因素和時空尺度的模型由于限制因素過多而可轉(zhuǎn)移性差，很難使用于相異環(huán)境;建模需要考慮的時序動態(tài)和生物相互作用的相關(guān)研究并沒取得實質(zhì)性突破;并沒有有效的度量方式去量化生態(tài)系統(tǒng)的不確定性因素及模型的可轉(zhuǎn)移性?！?3〕總之，生態(tài)模型當(dāng)前的發(fā)展水平并不能滿足生態(tài)系統(tǒng)自身特性對預(yù)測模型的要求，生態(tài)學(xué)預(yù)測也因而存在很大的制約。

四、生態(tài)學(xué)預(yù)測困境的哲學(xué)啟示

生態(tài)學(xué)預(yù)測困境的存在至少提供了兩點啟示，一是不可能絕對消解困境，二是生態(tài)學(xué)哲學(xué)面臨新的使命。

生態(tài)系統(tǒng)存在普遍性規(guī)律，這一點并不能否認(rèn)，和以經(jīng)典物理學(xué)為代表的傳統(tǒng)科學(xué)一樣，反映普遍性規(guī)律的生態(tài)學(xué)理論不僅具有解釋功能，而且具有預(yù)測功能，但是，生態(tài)學(xué)預(yù)測困境是一種客觀的存在。導(dǎo)致生態(tài)學(xué)預(yù)測困境的主要因素是生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)學(xué)自身的本體論規(guī)定性。盡管生態(tài)學(xué)家和社會公眾期盼有強的預(yù)測力的生態(tài)學(xué)，研究方法和工具的進步也在不斷強化生態(tài)學(xué)的預(yù)測能力，但是，由于生態(tài)系統(tǒng)自身的特性，由于生態(tài)學(xué)所研究的是這樣一個特殊的對象，生態(tài)學(xué)預(yù)測必然是弱的預(yù)測：理論的不完備、參數(shù)的不完備、過程的不完備、結(jié)果的不完備，困境是不可能絕對消解的。這也許是生態(tài)學(xué)和生態(tài)學(xué)家的宿命。

生態(tài)學(xué)預(yù)測的困境在一定意義上揭示了新的科學(xué)哲學(xué)——生態(tài)學(xué)哲學(xué)的使命。生態(tài)學(xué)由于生態(tài)危機的出現(xiàn)而成為一門最重要和最顯著的科學(xué)，人們給予其前所未有的期望，然而，生態(tài)學(xué)卻由于自身的問題而無法做出它應(yīng)有的科學(xué)貢獻，而且還面臨著“是否是一門真正的科學(xué)”的質(zhì)疑和批評。

生態(tài)學(xué)研究亟需哲學(xué)的反思。生態(tài)學(xué)不同于以物理學(xué)為代表的傳統(tǒng)科學(xué)，其本身蘊含著豐富的哲學(xué)思想，是自然科學(xué)各學(xué)科中最具哲學(xué)睿智的學(xué)科之一。不僅如此，由于生態(tài)學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的時間短，當(dāng)前正處在科學(xué)與哲學(xué)碰撞、交融的階段，存在許多科學(xué)與哲學(xué)的問題，需要進行哲學(xué)的反思。

當(dāng)前對生態(tài)學(xué)的很多批評，主要依據(jù)的是科學(xué)哲學(xué)所給出的以物理科學(xué)為研究范例的一般意義的科學(xué)評價體系。然而，生態(tài)學(xué)研究主題的巨大復(fù)雜性、偶然性、隨機性和社會性等事實，決定了生態(tài)學(xué)是一個完全不同于物理科學(xué)的“自治的”科學(xué)部類，傳統(tǒng)的科學(xué)評價體系并不適合于生態(tài)學(xué)。一些生態(tài)學(xué)家近些年也開始有意識地拒絕把生態(tài)學(xué)與物理學(xué)進行過度的比較，他們提醒人們不要理所當(dāng)然地相信那些來自于物理學(xué)的哲學(xué)傳統(tǒng)?？梢哉f，生態(tài)學(xué)學(xué)科的出現(xiàn)與發(fā)展，對傳統(tǒng)的科學(xué)評價方式提出了很大的挑戰(zhàn)，這呼喚著富有生機和活力的生態(tài)學(xué)哲學(xué)。

在當(dāng)前的生態(tài)學(xué)研究中，生態(tài)學(xué)家們關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)的理論和概念建構(gòu)的本體論、認(rèn)識論和方法論差別非常之大，這就需要我們針對生態(tài)學(xué)中存在的主要問題，深入開展生態(tài)學(xué)元問題的相關(guān)哲學(xué)研究。這既是生態(tài)學(xué)家的事情，也是生態(tài)學(xué)哲學(xué)家的事情。生態(tài)學(xué)哲學(xué)家應(yīng)該對生態(tài)學(xué)的元問題進行深入的考察和分析，與生態(tài)學(xué)家一起為生態(tài)學(xué)作為一門標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)創(chuàng)建一個合理完善的概念框架，進而有效地從科學(xué)層面指導(dǎo)社會實踐。我們有充分理由相信，生態(tài)學(xué)哲學(xué)一定會助力于生態(tài)學(xué)的發(fā)展，為生態(tài)學(xué)擺脫當(dāng)前的科學(xué)“危機”做出獨特的理論貢獻。

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