基于物理学新框架的生态位研究方法

论文摘要

生态位是生态学中一个非常重要的概念,与生态位法则一同构成了生态位理论。由于生态位理论揭示的是自然界中生存与竞争的普遍规律,它不仅适用于生物界,同样适用于人类社会的各个领域,是现代科学中的一个有力的研究工具。然而,目前生态位的研究方法没有考虑把系统与环境、主观与客观、观察者与被观察者完全地融为一体,也就没法获得并处理通过广义观察得到的复杂多元数据,使得生态位尤其是多维生态位的研究难有实质进展,从而限制了生态位理论的运用。本文直面生态位研究方法的瓶颈——复杂多元数据的动力学分析,提出新的研究思路:让多维生态位的研究促进复杂多元数据分析的理论研究,从而成就复杂系统的物理学理论;而复杂系统的物理学理论反过来透析复杂多元数据的内在动力学特征,从而促使生态位研究方法的实质进展。本文首先重新审视并回顾了近代物理学的发展历程和现代物理学做出的努力,找出了物理学中存在的问题——粒子性本原的基本假设存在局限,也因此显示出了发展复杂系统物理学理论的必要性和重要性。通过对信息的理解,本文首创性地提出以生成性的信息体作为本原,建立先有信息、后有物质的新物理模型。同时,我们还将信息拓展成为广义信息,并提出最大流原理为基本运动原理。由此发展出来的一般方程,能很好地对应不同系统的运动模式,即保守系统中的轨道、耗散系统中耗散结构和复杂系统中的有序结构。由此可见,以信息体为本原的物理学理论能够成为复杂系统的物理学理论。最后,我们在理论的基础上,借用人工神经网络,发展出了一套计算模拟方法,从而形成了一套可以有效地处理复杂多元数据的、从理论到计算的、完整的物理学新框架。基于物理学新框架,我们发展出了一套全新的、完整的生态位研究方法,并运用到了种群、群落和生态评价等三个方面。这种研究方法不仅能很好地表达出生态位的概念,还能形象地表示出实际生态位图。本文还将基于物理学新框架的生态位研究方法运用到化学结构的复杂性、生物的起源和进化、城市的演化和发展、股市的涨跌现象、生态工业园的形成和建设以及神经科学中的意识问题等研究中,得到了较为理想的结果。这些运用案例证明,基于物理学新框架的生态位研究方法不仅比目前的生态位研究方法更有优势,而且对复杂系统的研究具有现实的指导意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 生态位理论
• 1.1.1 生态位的概念
• 1.1.2 生态位法则
• 1.2 生态位的应用
• 1.2.1 在生态学中的应用
• 1.2.2 在农业生产中的应用
• 1.2.3 在城市研究中的应用
• 1.2.4 在企业管理中的应用
• 1.3 现有的生态位研究方法
• 1.3.1 生态位宽度
• 1.3.2 生态位重叠
• 1.3.3 目前生态位研究中存在的不足
• 1.4 生态位研究的突破口
• 1.5 本文的研究思路
• 第二章 物理学的困境
• 2.1 近代物理学的难题
• 2.1.1 经典力学的建立
• 2.1.2 热力学带来的绝望
• 2.1.3 进化生物学引发的冲击
• 2.2 现代物理学的努力
• 2.2.1 微观尺度上的革命
• 2.2.2 宇观尺度上的革命
• 2.2.3 宏观尺度上的革命
• 2.3 数学的限度
• 2.4 场理论——不彻底的革命
• 2.5 本章小结
• 第三章 物理学新框架的建立
• 3.1 本原是什么
• 3.1.1 构成论及其危机
• 3.1.2 基本粒子构成论危机的实质
• 3.1.3 生成论
• 3.2 生成性本原——信息体
• 3.3 建立物理学新框架
• 3.3.1 以信息体为本原的物理模型
• 3.3.2 以信息体为本原的基本原理
• 3.3.3 以信息体为本原的基本方程
• 3.3.4 基本方程的模拟实现
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于物理学新框架的生态位研究方法在生态中的应用
• 4.1 基于物理学新框架的生态位研究方法
• 4.2 在种群中的应用
• 4.3 在群落中的应用
• 4.3.1 以河北省山区森林生态系统为例
• 4.3.2 以小流域森林生态系统为例
• 4.4 在生态评价中的应用
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于物理学新框架的生态位研究方法在其他领域的应用
• 5.1 在化学中的应用
• 5.2 在生物学中的应用
• 5.3 在城市学中的应用
• 5.3.1 分析一个城市的演化过程
• 5.3.2 评价一个城市的发展程度
• 5.3.3 对比多个城市的发展模式
• 5.4 在经济学中的应用
• 5.5 在生态工业中的应用
• 5.6 在神经科学中的应用
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 论文总结
• 6.1.1 论文的主要内容
• 6.1.2 论文的创新
• 6.1.3 论文的意义
• 6.1.4 不足与建议
• 6.2 展望
• 6.2.1 促进信息理论的发展
• 6.2.2 破解前沿难题
• 6.2.3 解决环境问题
• 参考文献
• 附录 MFP 模拟程序包V3.0
• 1 说明
• 2 源数据
• k 值）和权值的计算程序'>3 结构值（ξ_k值）和权值的计算程序
• 4 结构演化过程展示程序
• 5 批注
• 6 版权说明
• 发表论文和参加科研情况说明
• 1 发表的论文
• 2 参与的科研项目
• 致谢