上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类课程号：B1913班级号： F1515004 姓名： 尹静一 学号： 515111910183 专业： 园林 阅读与理解 题目编号 27 得分 May R M.Will a Large Complex System be Stable? Nature,1972,238(5364):413. 中文题目：一个大型的复杂系统是否稳定 姓名：尹静一 学院：农业与生物学院 1.背景知识 (1)生态系统稳定性，是生态系统的重要特征之一，它在一定程度上决定着生态系统的 兴亡。1955年，群落稳定性的定义首次被给出：一个群落内种类组成和种群大小保持恒定不 变。随后生态系统稳定性理论被提出并不断完善，成为了理论生态学的焦点问题之一四。 有关生态系统稳定性的术语可以归结为四个方面：抵抗力(resistance)、恢复力(resilience)、 持久性(persistence)和变异性(variability)等。对于这四个方面内涵的理解，一般有两种界 定：其中一种用抵抗力和恢复力表述生态系统对外界干扰的感应，持久性和变异性则未涉及 系统对外界干扰的反应：另一种把抵抗力、恢复力、持久性、变异性四种均界定为生态系统 受到干扰后的反应。 稳定性的外延概念有局域稳定性、全局稳定性、相对稳定性、结构稳定性等。在稳定性 的理论研究中，常以特定生物群落为研究对象。 (2)生物多样性，是一个描述自然界多样性程度的概念，定义为“所有来源的活的生物体 中的变异性”，通常包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性等部分。 生物多样性在生态系统功能和生态系统稳定性中都发挥着重要的作用。关于生物多样性
上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称： 生物技术与人类 课程号： BI 913 班级号： F1515004 姓名： 尹静一 学号： 515111910183 专业： 园林 阅读与理解 题目编号 27 得分 May R M. Will a Large Complex System be Stable? Nature, 1972, 238(5364):413. 中文题目：一个大型的复杂系统是否稳定 姓名：尹静一 学院：农业与生物学院 1. 背景知识 （1）生态系统稳定性，是生态系统的重要特征之一，它在一定程度上决定着生态系统的 兴亡。1955 年，群落稳定性的定义首次被给出：一个群落内种类组成和种群大小保持恒定不 变[1]。随后生态系统稳定性理论被提出并不断完善，成为了理论生态学的焦点问题之一[2]。 有关生态系统稳定性的术语可以归结为四个方面：抵抗力（resistance）、恢复力（resilience）、 持久性（persistence）和变异性（variability）等。对于这四个方面内涵的理解，一般有两种界 定：其中一种用抵抗力和恢复力表述生态系统对外界干扰的感应，持久性和变异性则未涉及 系统对外界干扰的反应；另一种把抵抗力、恢复力、持久性、变异性四种均界定为生态系统 受到干扰后的反应。 稳定性的外延概念有局域稳定性、全局稳定性、相对稳定性、结构稳定性等。在稳定性 的理论研究中，常以特定生物群落为研究对象。 （2）生物多样性，是一个描述自然界多样性程度的概念，定义为“所有来源的活的生物体 中的变异性”，通常包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性等部分。 生物多样性在生态系统功能和生态系统稳定性中都发挥着重要的作用。关于生物多样性
与生态系统过程与功能的假说有：多样性-稳定性假说，认为随物种数增加，生态系统的生产 力和恢复力均增强：铆钉假说，认为每个物种对生态系统功能均有贡献：冗余种假说，认为 生态系统有着维持功能的最小物种数和达到饱和的物种数：不确定假说，认为单个物种的作 用是复杂的，生态系统随多样性的变化是不可预测的。 2.文章重点 May是最早对生态系统稳定性进行比较完整的数学分析的科学家。他在前人研究的基础 上，基于群落矩阵分析，利用群落矩阵的特征值来表述生态系统受到干扰时的回复速度，从 本质上来说，是对于生态系统回复力的研究)。 (1)生态系统稳定性临界点 在May之前，Gardner和Ashby提出在巨大的、复杂的、随机组合的生态系统中，系统的 稳定性随着多样性增加而增强，但存在一个生态系统稳定性的临界点，在超越这个临界点之 后，系统会突然变得不稳定。他们用分别有4个、7个和10个变量的计算机模拟系统证实了 他们的推论。 May在Gardner和Ashby的研究基础上进行补充完善，研究了变量数目、平均常数和变量 间相关系数对于生态系统稳定性临界点的影响。在经过一系列的模拟计算之后，根据得到的 数据进行分析和整合，My得出了生态系统复杂性达到一个临界点时，生态系统稳定性会突 然降低的结论，其中生态系统复杂性由各变量之间的联系和相互作用强度来衡量。这个结论 和Gardner、Ashby的推断是相符合的。 应用在生态学分析中，可以得到结论。在一个巨大的复杂的生态系统中，各物种之间如 果有着过于强烈的网络联系和相互作用，超过一个临界点时，系统就会趋于不稳定。并且系 统中的物种数量越多，这样的作用越明显。 (2)数学分析模型 在利用计算机进行计算分析的过程中，My通过矩阵、微分方程、泰勒展开等数学方法 进行模型建立和模拟分析计算。 他假设一个系统中拥有n个变量，代表生态系统中相互作用的个物种，用a代表变量之 间的相互作用量级，并引入Gardner和Ashby用到的平均关联度C。经过一系列数学推导、演 算之后，得到了结果。当a(nC)2时，系统趋于不稳 定。 由此，My开启了生态系统稳定性的数学表征量化分析研究道路，对于生态学理论研究
与生态系统过程与功能的假说有：多样性-稳定性假说，认为随物种数增加，生态系统的生产 力和恢复力均增强；铆钉假说，认为每个物种对生态系统功能均有贡献；冗余种假说，认为 生态系统有着维持功能的最小物种数和达到饱和的物种数；不确定假说，认为单个物种的作 用是复杂的，生态系统随多样性的变化是不可预测的。 2. 文章重点 May 是最早对生态系统稳定性进行比较完整的数学分析的科学家。他在前人研究的基础 上，基于群落矩阵分析，利用群落矩阵的特征值来表述生态系统受到干扰时的回复速度，从 本质上来说，是对于生态系统回复力的研究[3]。 （1）生态系统稳定性临界点 在 May 之前，Gardner 和 Ashby 提出在巨大的、复杂的、随机组合的生态系统中，系统的 稳定性随着多样性增加而增强，但存在一个生态系统稳定性的临界点，在超越这个临界点之 后，系统会突然变得不稳定。他们用分别有 4 个、7 个和 10 个变量的计算机模拟系统证实了 他们的推论。 May 在 Gardner 和 Ashby 的研究基础上进行补充完善，研究了变量数目、平均常数和变量 间相关系数对于生态系统稳定性临界点的影响。在经过一系列的模拟计算之后，根据得到的 数据进行分析和整合，May 得出了生态系统复杂性达到一个临界点时，生态系统稳定性会突 然降低的结论，其中生态系统复杂性由各变量之间的联系和相互作用强度来衡量。这个结论 和 Gardner、Ashby 的推断是相符合的。 应用在生态学分析中，可以得到结论。在一个巨大的复杂的生态系统中，各物种之间如 果有着过于强烈的网络联系和相互作用，超过一个临界点时，系统就会趋于不稳定。并且系 统中的物种数量越多，这样的作用越明显。 （2）数学分析模型 在利用计算机进行计算分析的过程中，May 通过矩阵、微分方程、泰勒展开等数学方法 进行模型建立和模拟分析计算。 他假设一个系统中拥有 n 个变量，代表生态系统中相互作用的 n 个物种，用α代表变量之 间的相互作用量级，并引入 Gardner 和 Ashby 用到的平均关联度 C。经过一系列数学推导、演 算之后，得到了结果。当α(nC) -1/2时，系统趋于不稳 定。 由此，May 开启了生态系统稳定性的数学表征量化分析研究道路，对于生态学理论研究
的发展有着重要的意义。 (3)复杂系统的稳定性 从数学分析结果可以得到推断：在两个同类型的不同生态系统中，他们的相互作用强度α 和关联度C有着如下公式的关系。 a12C1022C2 简单来说，复杂生态系统的相互作用强度和关联度有着负相关的关系，有着强相互作用 的系统可以容纳的物种数少，而物种丰富的系统相互作用较弱。 3.收获感悟 作为一个园林专业的学生，对植物学、生态学有一定的了解，但对于生物技术并没有深 入的认知，也没有阅读过正规的生物技术方面论文，更何况是英文文献。这次的阅读理解对 我来说是一次不小的挑战。 曾经在生态学的课程中了解过生态系统稳定性相关的知识，大概知道几个稳定性表述之 间的关系，以及生物多样性的概念，但从没有思考过生物多样性、物种间相互作用对于生态 系统稳定性的影响。这篇文章的立题和推论让我对生物技术问题的思考方式有了新的认识。 在我固定的认知中，生物方面的研究应该包括实地考察、统计调查和实验探索。而这篇 文章中用数学方法，通过微分方程、矩阵等方法，建立数学模型模拟生态系统进行研究和讨 论，让我对生物学科的研究方法有了更多的了解。 一篇文章让我更加全面、更加深入的认识了生物科技和生物学术研究，让我对生物技术 产生了更浓郁的兴趣，也有了更大的热情去学习和了解课程的内容。 参考文献： [)高东，何霞红.生物多样性与生态系统稳定性研究进展).生态学杂 志，2010,2912)：2507-2513.D0I:10.13292j.1000-4890.2010.0373 [2]赵志轩，金鑫，王凌河，张诚魏芳菲，严登华.基于动态因子的农田生态系统稳定性评价U.华 南农业大学学报，2010,31(04)：22-26 [3]韩博平，生态系统稳定性：概念及其表征)华南师范大学学报（自然科学 版)，1994，(02)：37-45
的发展有着重要的意义。 （3）复杂系统的稳定性 从数学分析结果可以得到推断：在两个同类型的不同生态系统中，他们的相互作用强度α 和关联度 C 有着如下公式的关系。 α1 2C1≈α2 2C2 简单来说，复杂生态系统的相互作用强度和关联度有着负相关的关系，有着强相互作用 的系统可以容纳的物种数少，而物种丰富的系统相互作用较弱。 3. 收获感悟 作为一个园林专业的学生，对植物学、生态学有一定的了解，但对于生物技术并没有深 入的认知，也没有阅读过正规的生物技术方面论文，更何况是英文文献。这次的阅读理解对 我来说是一次不小的挑战。 曾经在生态学的课程中了解过生态系统稳定性相关的知识，大概知道几个稳定性表述之 间的关系，以及生物多样性的概念，但从没有思考过生物多样性、物种间相互作用对于生态 系统稳定性的影响。这篇文章的立题和推论让我对生物技术问题的思考方式有了新的认识。 在我固定的认知中，生物方面的研究应该包括实地考察、统计调查和实验探索。而这篇 文章中用数学方法，通过微分方程、矩阵等方法，建立数学模型模拟生态系统进行研究和讨 论，让我对生物学科的研究方法有了更多的了解。 一篇文章让我更加全面、更加深入的认识了生物科技和生物学术研究，让我对生物技术 产生了更浓郁的兴趣，也有了更大的热情去学习和了解课程的内容。 参考文献： [1] 高东,何霞红. 生物多样性与生态系统稳定性研究进展[J]. 生态学杂 志,2010,29(12):2507-2513. DOI：10.13292/j.1000-4890.2010.0373 [2] 赵志轩,金鑫,王凌河,张诚,魏芳菲,严登华. 基于动态因子的农田生态系统稳定性评价[J]. 华 南农业大学学报,2010,31(04):22-26. [3] 韩博平. 生态系统稳定性：概念及其表征[J]. 华南师范大学学报(自然科学 版),1994,(02):37-45