1.一点思考

耗散结构理论是由比利时物理学家普利高津1969年首先提出的。

按照普里高津的理论：
“一个耗散结构的形成和维持至少需要4个条件：

一是系统必须是开放系统；

二是系统必须处于远离平衡非线性区；

三是系统必须是远离平衡的自组织系统；

四是系统有某些非线性的动力学过程，通过结构、功能、涨落之间的相互作用达到有序”。

今天我们以生态系统为例，来聊一下什么是开放系统。

从系统与环境关系分析，开放系统是指与外界环境既进行物质交换、又进行能量和信息交换的系统。只有开放系统才能形成耗散结构。

生态系统中多种多样的要素相互作用、相互关联，形成物质流、能量流、信息流的交汇，贯通整个生态系统，形成一种活的有序态，充满了生机活力。

正因为生态系统不断从外界环境中吸取负熵流来抵消系统本身产生的正熵，从而为维持生态系统的平衡、稳定，使系统实现从无序到有序、从简单到复杂的演化。

因此生态系统是开放系统。

1. 生态系统与外界环境进行着物质交换

在生态系统中，包括三个过程：一是绿色植物等生产者通过光合作用，将光能转变为有机物的过程；二是食草动物、食肉动物等消费者利用有机物构建自身的过程。太阳能被固定在有机物中，供食物链、食物网上的各级营养生物利用，使生物得以生存和繁衍；三是微生物作为分解者又将动物残体及动物排泄物分解转化成无机化学形态的物质，归还到空气、土壤等环境中，从而被植物重新利用。整个过程遵循物质守恒定律。

2. 生态系统与外界环境进行着能量交换

能量是生态系统的基础，生态系统中的能量流动开始于绿色植物的光合作用。太阳能通过绿色植物的光合作用制造出葡萄糖、淀粉等有机物进入生态系统后，便沿着食物链和食物网依次传递，形成生态系统中的能量流，以动物、植物物质中的化学潜能形式贮存在系统中。从太阳能到被生产者固定，再经植食动物，到肉食动物，再到大型肉食动物，能量是逐级递减的过程，这是因为生态系统中能量的单向流动和闭路循环除遵循能量守恒和热力学基本规律之外，还遵循“十分之一定律”（每一营养级只有10%的能量可以被下一营养级充分利用）。

3. 生态系统与外界环境进行着信息交换

生态系统存在着众多的信息联系。生态系统中的信息通过多种方式把生态系统各组分联系成一个整体。动物之间的信息传递决定着生物的取食、防护等一切过程。食草动物通过眼睛感觉辨别不同植物的颜色特征。食肉动物用眼睛辨别、用耳朵对声音的反应，来追捕或威胁它的敌人。各种生物的体形和体色都有尽量与其生存环境相一致的特性。这是一种自然保护色，也是一种信息作用。

由以上可知生态系统是开放系统。

开放系统因为可与周围环境进行物质、能量、信息交换而引进负熵流，可以抵消系统自生的结构熵，使系统内部总熵随着时间的推移而逐步减少。

因此，系统可以由无序走向有序，由低有序走向高有序。

内容节选自科学网《生态系统的耗散结构特征新探》，对作者史晓平表示感谢。