第三章地球表层系统的信息增殖范型
在目前系统科学和生态学发展的水平上，应该对地球表层系统
重新认识，分析熵理论和协同学在地球表层系统研究中困境。
地球表层系统，狭义的是指岩石圈、大气圈、水圈、生物圈接
触渗透和相互作用的部分，即自然生态圈，它是人类的生存环境；
广义的是指自然生态圈与人类社会圈相互作用的结构系统，即人类
生态系统。它关系到全球系统的结构变异和功能失调。
组成地球表层系统的子系统数量巨大，种类繁多，其关联又极
其复杂，子系统也具有结构。从而形成多层次的立体网络。地球表
层系统不仅结构具有静态复杂性，而且相对于外部宇宙环境具有开
放性，各子系统间也具有开放性，是一个开放的复杂巨系统，其最
大特征在于它是包括人类社会圈在内蕴含着天、地、人新关系的全
球系统．而且人类社会圈在其中起着主导作用。
笔者把地球表层系统的演化分为原始性自组织过程，生物性自
组织过程和智能性自组织过程，正是这三种自组织过程的同时作用
才使得地球表层系统显示出了现在这种自然性与社会性相耦舍的复
杂世界格局，其共同进化体现为自然界的生态功能与人类智力功能
相协调的境界，同时也决定了地球表层系统的未来演化模式。地球
表层从结构上又可分为三种类型：自然地理系统，天然生态系统和
人类生态系统。这三系统是由上述三大自组织过程决定的，但是这
三种类型的系统相互交换物质、能量和信息，既相互制约、又相互
改造，是一个难以分割又有本质区别的功能实体。人类智力系统是
地球表层系统智能性自组织过程中最积极、最活跃的因素。
目前地球表层系统的研究还处于定性分析的水平，然而熵理论
被频繁地用于地球表层系统的分析，似乎使人们认为可以得出一些
有定量意义的结果，实际上当人们继续进行深入研究时，却步履艰
难，以致于陷入困境。之所以出现这种局面，大体有以下几种原
因：
1．熵概念的泛化和滥化
熵已从狭义的与能量、温度有关的概念泛化到与原意相去甚远
的一系列概念。纵观熵理论的发展史，仿佛是一条进入魔域之路，
众多的熵概念，使人很难清楚其内涵和外延。克劳修斯(1865)最
初提出的熵函数仅表征了系统的不可逆性，即宏观的能量分布和退
化规律，与分子运动秩序无关。玻耳兹曼(1872)提出了概率熵的
关系式，从根本上解决了分子运动无序态的定量问题。普朗克
(L890)为了实用化，将上述两种熵对应起来，引进了一个比例常
数^(称为玻尔兹曼常数)，由于量纲偏离了玻尔兹曼的原意，导
致了混乱：把不能描述分子运动秩序的克劳修斯的宏观熵与不能反
映能量宏观衰减的玻耳兹曼关系式在质上等价了。申农(1648)提
出信息熵，最初被称为不确定性，只是在冯·诺伊曼近乎开玩笑的
建议下才提出借用熵的概念。人们在结合具体系统的元素行为特征
运用熵概念时，并未分清楚所使用的究竟是哪种熵。因此．尽管维
纳用信息熵来解决麦克斯韦佯谬，但不等于布里渊的“信息等于负
熵”的提法能避免概念上的混乱，反而使薛定谔的负熵成序说加剧
了混乱。因为薛定谔的负熵仅是秩序量化的一种函数关系式，所以
用无法解释分子秩序的克劳修斯熵来解释生命序，就把复杂系统简
单化了。
在近100多年的发展中：人们笼统地应用熵概念，使得熵的谱
系中又增添了与自然科学相关的地理熵、气象熵、人体熵等，以及
与社会科学相关的经济熵，社会熵，文化熵，泛系熵等。尤其是美
国社会学家里夫金将熵概念毫无顾忌地用于哲学，心理学、政治
学、社会学及宗教、伦理学等几乎所有的社会学领域，勾画了一幅
现在和未来的世界图景，这就使得熵不仅是个“科学之妖．”而且
也成了“文化之妖。”
2．“信息就是负熵”的结论缺乏物理意义
维纳用信息熵解决麦克斯韦妖佯谬时的熵概念对应于玻耳兹曼
关系式，而布里渊的信息就是负熵则对应于克劳修斯的熵函数。在
由布里渊，林希茨和奥根斯坦给出的信息熵与热力学熵的换算关系
【1比特。1016尔格／开尔文)中，显然让信息熵采用了热力学熵的
形式(1尔格=10’焦耳)。
3玻耳兹曼关系式不能从本质上反映信息
玻耳兹曼的熵关系式反映的是分子秩序(热学序)的概念．它
不能从本质上反映信息。信息是系统结构有序性及能量有序性的量
度。因为对于一个孤立系统。热力学熵的理论是有效的，否则这种
只考虑熵而不考虑信息的单独断言世界走向无序的表述是片面的。
宇宙万物具有熵自发增加趋势，也就决定了它们之间相互作用中的
自动发射信息的属性，即一切存在物既是倍源．又是信宿，既然热
力学过程有信息参加，那么宇宙万物就都有自己的麦克斯韦妖在保
护。
4．地球表层的序与演化
地球表层的原始性自组织阶段，在地内系统和地外系统所组成
的环境中进行着以放射性生成能为主要能源的物理、化学过程，其
能量属于自由度较大、约束较少的低质能，这恰是基础的热力学第
二定律的用武之地。然而到了生物性自组织阶段，地球表层的运动
形式不仅有物理的、化学的，而且也有生物的，生物进化所显示的
有序性与热力学系统趋于最大熵呈相反方向，这是一对矛盾。薛定
谔立足于克劳修斯熵，并未解决负熵与生命的内在联系，其原因在
于克劳修斯熵不能解决序，而玻耳兹曼熵又不能表达新质的有序。
普里高津把熵变分成系统内部熵增加和与外环境相互作用而引
起的可正可负的熵流，企图用负熵流来解释系统的总熵变。由于立
足于克劳修斯熵，仅考虑了能量的变化，却忽视了结构的有序，而
任何热力学过程都伴随着信息的变换和传递，因此借负熵流概念所
提出的耗散结构理论仍然无法说明生物系统在消耗能流、物流的情
况下，何以使生命得以维持，并具有一定功能的内在机制。所谓
序，不能笼统地理解为元素运动行为规则状态，而应看作是运动行
为和行为约束簇相互作用的结果，即由无约束行为和相关的行为约
束簇相互作用而产生的宏观行为状态。有序和无序不过是这秩序的
两个极限状态。普里高津企图用低层次的以能量为基础导出的热力
学熵理论解释高层次的有生物参与的地球表层进化过程所出现新质
的努力是不能成功的。在地球表层的生物性自组织过程中，生物能
与低层次的机械能相比，其自由度较小，外界约束多，从而造成能
量分布的不均匀而使结构复杂化，与地球表层的原始性自组织过程
相比较，地球表层系统已从开放的简单巨系统进化到开放的复杂巨
系统。生物性自组织过程不仅使地球表层的子系统种类增多，而且
也使其作用形式多样化，从而使地球表层系统结构有序上升到主要
地位。
与普里高津的立足点不同，哈肯另辟蹊径发展了统计力学，提
出协同学的序参量概念，从面对复杂系统所遵从的普遍规律的定量
表述进行了继普利高津第二次探索后的第三次探索。协同学研究的
是远离平衡的系统．热力学所研究的热平衡系统仅为能流趋于零的
协同学规律的极限情况。对于热平衡系统，能量只与熵相联系．而
由于开放系统，能量不仅与熵相联系，同时也与信息相联系。协同
学把系统内能(u)分成可用能(KIT)和束缚能(Ts)两部分，K
为比例系数，I为信息量，S为熵，T为绝对温度。这里的可用能与
信息相联系，束缚能与熵相联系。在协同学意义上，内能可以在量
上守恒，但在质上既有转化成束缚能的熵增过程，也有使可用能增
加的信息过程。哈肯使普里高津熵解决了宏观现象不可逆而能量守
恒又是可逆的矛盾，把注意力集中于宏观量变与质变，利用序参量
(宏观变量)的支配能力(通过伺服原理支配微观成分的行为)使
系统获得新的结构或功能。
以往的热力学熵从能量变化出发，忘却了能量的质的转化与信
息有关，申农的信息熵虽然注意到结构的有序性，但没有物理意
义，怎样从申农的消除了物理意义的信息概念回到意义的自创生．
是哈肯走出熵困境的最优抉择。
哈肯的序参量概念又称为信息子，是指系统发生了自组织，即
出现了信息压缩。这一新概念用于解决开放简单巨系统是很成功
的，但是否可以将生物学完全置于这种观点之下来加以考虑，还是
一个悬而未决的问题。特别是当地球表层系统进入智能性自组织过
程后，人类的出现使地球表层具有了社会性。正如钱学森所说人是
有意识的，其行为不是什么简单的条件反射，不是有输入就有相应
的输出，人接受信息后要思考，作判断再行动，而这个过程又受到
各种条件影响，是变化多端的，可称为特殊的开放复杂巨系统。
地球表层系统演变状态更替链条的时间系列，可分成历史自组
织时序，当前自组织时序和未来的影系统。历史自组织时序是由过
去的原始性自组织过程，生物性自组织过程和智能性自组织过程统
一为地球表层系统综合作用的历史；当前自组织时序是延续和依赖
历史自组织时序的现存世界格局；但是由于人类的认识作用．又出
现了一个具有文化特征的虚拟的智能性自组织超前的未来影系统，
它属于认识论的范畴，它是历史自组织时序和当前自组织时序的表
象或投影，正是这个影系统决定着未来地球表层可能出现的新格
局。这三者的相互作用而耦合的整体大于三者分立的和。一旦智能
性超前影系统制约了另外两个系统，就出现地球表层中原来没有的
东西，这就是进化；如果智能性超前影系统停留在生物水平上，那
就只能被另外两个系统同化；若停顿在物理水平上，那就要退化n
智能性自组织过程的特殊性表现在它是地球表层系统中具有两
重性的子过程：既有参与功能又有反映功能。作为参与功能，人类
在拥有核能量的年代里对于地球表层的影响幅度已超过自然界外的
两个子过程(原始性自组织过程、生物性自组织过程)的影响幅
度；作为反映功能．它能够根据人类和自然关系的观控水平，调整
整个地球表层系统的序参量组。在哈肯那里，序参量所起的双重作
用是一方面它“通知各微观单元如何行动”，而另一方面它又“告
诉”观察者系统的宏观有序情况。然而在地球表层系统，观察者和
序参量同为智能性自组织系统的两种信息，作为观察系统是结构信
息，作为序参量则为交换信息的结果。因此哈肯的信息子(序参
量)还是狭义信息，是客体的结构信息，而未与观察者主体统一。
为了解决地球表层系统的进化问题。笔者提出了地球表层系统的信
息增殖概念，试图使熵理论在地球表层系统的研究中走出困境。
一个科学概念，一旦失去了内涵进行外延，就会失去本来的科
学意义，恰如打开了“潘多拉”魔盒。使熵之妖横行于世，这绝不
是克劳修斯的过错，倒是我们应该重新审视自己的“虔诚”，应该
从对熵宗教般地盲目崇拜中解放出来，使地球表层研究注重于内禀
特征的深入认识，走出熵的迷雾。
为了正确理解地球表层的信息增殖过程，笔者首先引进结构信
息、交换信息和信息增殖三个概念。
1.结樗信息
历史的和现实的任何物质系统的时空关系都是受一定的物理机
制决定的，物质系统的结构与功能的统一决定其本质特征。结构决
定着系统的整体性，功能就是由结构所决定的整体性的表现，反映
了系统与环境之间的时空关系。结构是指要素的秩序，功能是指过
程的秩序。我们把表征系统结构序、功能序、时空关系称为结构信
息，它反映了结构、功能、时空关系的统一。
每一物质系统都具有表征自身存在状态和运动过程的结构信
息，它是物质系统内在规定性的反映。物质是信息的实体，信息是
物质的属性；物质系统的内在结构是信息得以存在的根据。系统的
功能是信息赖以表现的条件。
2．交换信息
物质系统的信息属性即结构信息(结构序)，是系统内在规定
性的表征。物质系统间的信息关系即交换信息是系统外在规定性的
表征。结构信息在与诸系统发生联系时表现为交换信息(功能序)。
、交换信息是结构信息系统自身可能转化出来的一种信息形式，是诸
系统间信息交换的共有形式。它以结构信息为前提，以信息过程为
条件，反映着不同系统间结构信息的共性。
结构信息无论是否表现为交换信息，它作为信息源的内在属性
仍然是存在的．而参与信息过程的只是交换信息。结构信息可认为
是r种“潜信息”，而交换信息可看作是一种“显信息”。结构信息
是根据，交换信息是表现。一般认为系统的自组织过程是一个结构
信息“转移”的过程。信息具有两重性，因为结构信息在交流中，
必然要表现为交换信息。
3．信息增殖
自然界是无限的纵横交错的层次网络，而交换信息正是自然界
的“经络”。结构信息转化为交换信息后又进一步被归结入新的结
构信息之中。结构信息与交换信息的相互作用、相互转化导致了信
息增殖，它反映了自然界变化、发展的动态过程。从信息增殖的角
度来揭示自然物质系统和人类社会不断有序化的发展过程，，要比仅
从物质、能量的角度来认识这一过程，更为深刻、更加准确。
信息在交换中增殖，并非所有的信息交换都能导致信息增殖。
信息交换主要有两种结果：一是复制，即信宿再现信源的某种信
息；二是重组，即信宿把交换信息纳入自身的结构信息之中，并由
此改变了原有的结构信息，使系统出现了新质，从而导致信息增
殖。
无机界的信息交换、增殖是在大量偶然的、个别的、被动的过
程中显示出自然界演化发展的必然性。无机界的信息交换没有固定
的信息模式，而是互为当量。
原始生命系统的信息是由以前的化学信息增殖而来的。一种信
息，产生另一种信息，存在着信息从物质的一个组织层次增殖为另
一屡次的可能性。生物遗传信息体现了以往信息增殖的结果，又成
为以后信息复制的模式。生物遗传信息的出现使其信息交换有了固
定的信息模式。生物遗传性是信息模式的复制过程。生物的变异性
则是在遗传信息库中增添了新的遗传信息．它是导致生物进化的原
因，即生物遗传信息也有一个自我增殖的过程。由于生物有了固定
的信息模式，它的信息交换就更具有目的性、自组织能力更强、抵
销内部熵增的能力更高、信息增殖速率更快、途径更多．从而有可
能发展出种类繁多的生命体。
当生物进化达到最高阶段演化发展出以后，信息增殖进入了一
个全新阶段，由自然增殖进入社会增殖。自然界信息交换的信息模
式演化为人类社会信息交换的模式——信息范型。
为了解决地球表层系统的演化问题，我们引进了由地球表层系
统的结构信息和变换信息两部分所组成的广义信息的概念。
1．地球表层系统的结构信息
地球表层系统的结构信息是地球表层系统的宏观层次物质系统
的结构有序和能量系统有序(可用程度)的量度。它是地球表层系
统的自然地理系统、天然生态系统和人类生态系统各自结构信息相
互作用的产物。这3类系统内部组织程度及秩序不同，其相应的结
构信息也就不同。正是结构信息的差异度．才使得这3类系统分为
不同质的多样性层次。
自然地理系统的结构信息反映了自然地理工质层次、自然地理
层层次和自然地理区域层次的结构及层次间和层次内的耦合关系，
其信息量则反映了自然地球系统的结构和能量的有序化程度。自然
地理工质层次表现为各种分散体和连续体的物理化学运动，其主要
过程为表面运动和相变等。自然地理层层次表现为一定的时空性和
周期性，如日变化、海拔差异等，其主要过程为输运过程，这一系
列的不可逆过程使该层次成为自然历史复合体，包含了较大信息
量。自然地理区域层次表现为3维的区域分异性，经度、纬度和海
拔三要素决定了不同区域的差异性，如各种地貌形态、水文地质特
征等。自然地理系统不仅包含了更大的信息量，而且在时间上更体
现出作为自然历史复合体的继承性和丰富性。在该系统内主要进行
的是原始性自组织过程。
天然生态系统的结构信息是自然地理系统的结构信息与太阳能
的结构信息相互作用的结果。该系统处于未受人类影响或较少受人
类影响的状态，其主要组分是生物及其环境因素，其相互作用过程
表现为光合过程、食物链的流通，以及资源竟分中的生克过程。天
然生态系统具有较多的层次．其结构信息反映了生态环境的存在状
态、分布特征和进化与退化。在该系统内所进行的主要是生物性自
组织过程。
人类生态系统的结构信息体现了人类和环境所组成的大系统的
历史与现实的协调性和组织性，是地球表层系统结构信息的缩影。
人类的生存环境分为自然环境和社会环境两部分。自然环境包括自
然地理系统和天然生态系统。而社会环境则包括这两个系统所转化
的产物。在自然环境与社会环境的相互作用下，人类生态系统无论
在结构上还是能量上比自然地理系统和天然生态系统都更为有序，
它以人类的社会生产和消费实现着与环境的物质、能量和信息的变
换．集中反映在具有社会性的一系列活动中，如生产活动、经济活
动、文化活动、军事活动等。在该系统内所进行的是智能性自组织
过程。
2．地球表层的交换信息
地球表层的3个子系统在历史上是相继出现的。自然地理系统
的结构信息是内部各层次相互作用再经过自组织而有序化的产物；
天然生态系统是自然地理系统与太阳能相互作用而高度有序化的产
物。自然地理系统的结构信息只有一部分与天然生态系统的结构信
息存在同构关系，即前者与太阳能相互作用所产生的交换信息就是
后者的结构信息。由此类推，地球表层3个子系统的交换信息都可
以看成是其结构信息本身可能转化而成的一种信息形式。
当地球表层的3个子系统形成后，它们之间又可以困获得交换
信息而消除自身的某种不确定性，并把困耦合而得到的交换信息转
换成自身的结构信息，井借以改变自身的有序化程度和自组织关
系。从交换的角度看，任何一个子系统的结构信息只是一种可能
性。只有当它转换成交换信息时，才能形成现实的信息联系。交换
信息的作用在于沟通地球表层的自然地理系统、天然生态系统和人
类生态系统间的相互联系，实现着备系统间的转移。结构信息转化
为交换信息是一个复杂过程，它受多种因素的影响，交换信息与结
构信息不总是绝对一致的，因为地球表层系统的3个子系统的要
素、系统、环境这3个环节由于交换信息的沟通而组成了纵横交错
的相互作用的多层次网络。不仅3个子系统之间有交换信息，而且
子系统与地球表层大系统之间也有交换信息。
地球表层系统的信息与物质和能量有别，在诸于系统的信息交
换过程中，信息不仅可以复制。还可以通过重组面得到增殖，整个
地球表层由简单到复杂的演化都表现为信息增殖，都和信息增殖有
着不可分割的联系。
i．地球表层系统从结构属性到功能属性的信息增殖过程
地球表层系统作为太阳系的一个相对独立的子系统有其特有的
结构信息，在与太阳系的结构信息发生相互作用的过程中，出现了
耦合的交换信息，双方都表现为由结构属性向功能属性转化；对于
太阳系。太阳的热辐射是一种熵增过程，而对于地球表层，则是信
息的来源。
交换信息的出现，使地球表层由自然地理系统向天然生态系统
演化，该演化过程以用不同方式重组太阳能为标志。其中植物、苗
类和动物是组成天然生态系统的3个环节，也是生物进化的3条路
线，它们有各自的取食或营养方式，以此决定其生态位和进化方
向，即光合路线、吸收路线和摄食路线。进化的终极目标是以各种
方式直接或间接地获取太阳能，从而使能量在地球表层得以重新分
布且更有序，使原来地球表层的结构信息在向交换信息转化中达到
增殖。
天然生态系统在内外信息交换中，又从新的结构信息向新的交
换信息转化，它与自然地理系统的结构信息相互作用，具体表现
为：光合作用使植物放出氧气，氧气产生臭氧而形成臭氧屡，从而
吸收紫外线，光台生物改变了自然面貌及生态环境；环境变，生物
也变，氧呼吸提高了代谢的效能，同时在有氧大气下．早期生物能
向更大的空间发展，从而扩展了生态位。
所有的原核生物都始终停留在原始的单细胞阶段，真核细胞的
出现导致了生物向高水平发展。在功能属性上，出现了由核酸和蛋
白质组成的控制体系，使其在信息交换过程中，促使真核生物向高
级体型发展。变异与遗传是生物进化的基本动力。遗传就是DNA
分子中核苷酸排列序列，即结构信息的复制；变异就是DNA结构
信息与环境的结构信息交换后的重组，即经过自然选择而积累到一
定的量，就出现增殖过程，最后形成一种新的模式。这种新的物种
．具有新的结构信息，它是生物系统在更高的水平上对环境的适应行
为。可以说生物性自组织过程就是生物体与其环境构成一种演化的
生态系统，信息增殖则创造出不同的生活型和生态型，如植被演
替、鸟类迁徙、生态变迁等都是信息增殖的外在表现。
这一切表明，信息增殖是有机生命体的本质。信息增殖的原因
不在于信息量的增加，而在于生命系统具有创造新信息和在不消耗
额外能量的前提下选取有价值信息的能力，在于对所获取信息的重
组。
2地球表层系统在参与功能与认识功能相互作用中的信息增
殖过程
人类的出现是智能性自组织过程的标志，是信息增殖的一次伟
大飞跃，从此信息增殖由自然增殖进入人工增殖的新阶段。人类把
自然信息转化为文化信息是以劳动为前提的，劳动过程中形成了语
言，进一步使思维条理化。创造性思维是人类在认识物质、能量及
其运动规律的不断过程中对结构信息和交换信息的正确把握，思维
是信息的内涵，语言是信息的外壳。人类创造性思维是由自然信息
转化为概念信息从而实现文化信息增殖的重大途径。只有人脑才能
对各种自然信息进行加工，从而将它变换成为能够反映人自我意识
的文化信息，这种文化信息为自然界增加了崭新内容。当文化信息
在全人类的交往中形成信息范型时，人类就按照这种新的模式，创
造出人工自然。
智能性自组织过程在地球表层系统的演化中，突出地表现为两
重性，即人类作为地球表层系统参与者的认识与被参与的地球表层
生态环境变化之间的双重联系。参与者的认识是人类行为的依据，
这种参与功能直接影响着地球表层的变化；而由地球表层结构信息
的变化所影响的参与者的认识是一种被动的联系。这种认识功能与
前述的参与功能之间的相互作用永不停止，它表现在人类与自然地
球系统和天然生态系统处于永远追求协调发展的信息增殖过程中。
智能性自组织过程中的物质和能量的分布与原始性自组织过程和生
物性自组织过程中的相比具有较高的质。
人类的智能使交换信息出现了信息增殖的新特质，即由真理性
评价转换到价值性评价。如果地球表层系统的价值有一组的话。那
末人类应选取价值大的那一个才是合理的。当人类以其科学家集团
作出判定时，不同的科学家可以有不同的选择，这取决于给哪衅价
值以优先地位·甚至不仅是真理性价值性评价，而且还要依赖大量
心理、社会、历史等因素，这是一个由交换信息到人类信息范型的
增殖过程。
3·地球表层系统的进化是信息增殖与熵增的对立统一
地球表层系统在与其3个子系统和地外系统相互作用的过程
中，能吸取外界的信息以克服内部的熵增。3种类型的自组织过程
就是使系统重组为更加有序的状态，使其信息增殖，它表征着地球
表层系统演化过程的方向性、不可逆性及复杂性。地球表层系统演
化的全过程就是其物质组成的分布、能量的聚集受控于信息模式的
自组织过程，生命的诞生、人类的出现都是信息增殖的形式化。地
球表层系统在其所依赖的子系统和地外系统之间相互作用的过程
中，接受信息，产生变异，调节自身的结构状态，在信息反馈中使
系统能够在差异中创造同一，把变异转化为自身结构，使系统增加
新质。具有新质的系统一旦出现，就将被保存下来，使信息增殖有
了存贮的新载体。当这种信息增殖达到阈值时，地球表层系统就会
右新突破，从而进入更高一级的形式。
无论哪个系统，其内熵流总是大于零的，这是任何系统也克服
有了的退化之源。从总体上看，只有信息增殖大于熵增，地球寝层
才得以演化到有机界，直到进化成人类以及其他生命体。地球表层
的整个演化过程是信息增殖与熵增的对立统一。
D口地球表层系统信息增殖的进化论诠释
地球表层系统的信息增殖也可一般地认为是该系统的杂化、异
化结构多样化、形态丰富化和多层次化的缘故，这就导致了地球
表层系统的层次往往具有相对性和条件互转性，从而使其子系统的
发育呈多向性。地球表层堪称大自然信息增殖的杰作，它使气态、
液态和固态分层，从而形成大气圈、水圈的岩石圈，并产生丰富的
地貌。接着是原始性自组织过程、生物性自组织过程和智能性自组
织过程的杂化、异化、叠加等，它们是以一定的信息增殖为必要条
件的。
地球表层系统的每一步进化，都是其子系统相互作用，从而由
结构信息的耦台转化为交换信息的过程。它电是一种协同过程，在
该过程中交换信息具有媒介的作用，地球表层系统的各部分均对此
媒介作出贡献，司时又从媒介的信息增殖中得到相干的信息。它具
有序参量的作用，该序参量在低层次使役着诸子系统，或子系统的
子系统，而同时又在高层次或同等层次系统提供宏观或中观有序的
状况，序参量压缩了信息使其成为信息子，信息子是连接高、低层
次的序参量。在地球表层的低层次系统中，各子系统发射触发其他
子系统的结构信息，就可将自身结构向特定的关系集发生转移。交
换信息最初可能具有随机性，但是交换信息通过竞争和合作，撮终
达到统一，从而导致一组序参量所主宰的新自组织系统。这时交换
信息所表现的特征是微观上被压缩，宏观上产生增殖，在更高层次
上与地球表层系统或同层次子系统内部建立了更和谐的局整关系。
地球表层系统无论是退化还是进化．都是系统与内外环境相互
作用而导致新信息出现的结果。由信息增殖所形成的不断更替的链
条，是地球表层系统向高层次转化的必由之路。与前两个过程相比
较，智能性自组织过程不仅通过生物遗传密码传递信息．而且通过
教育传递信息，文化就是信息增殖非线性增长的结果。在当前知识
爆炸、各种新观点倍增的年代里，寻求统一的概念和原理来创建未
来世界文化格局的吸引子——地球表层的生态意识及全球生态文明
观，不仅是各个领域的科学家应该在信息增殖意义上共识的重任，
而且是一个关系到全人类能否生存下去的伦理规范的确立问题。
第三节 地球表层系统信息增殖范型
地球表层系统信息增殖律从广义进化意义上揭示了地球表层系
统从简单到复杂的演化，以及诸子系统相互协调而出现新秩序的规
律。本节在该理论基础上进一步探讨信息增殖的文化模式，构想了
全球生态文明观的基本框架。
地球表层系统的演化是在结构信息向交换信息转化的复杂过程
中完成的，整个地球表层系统由简单到复杂的演化都与信息增殖联
系密切。地球表层系统从结构属性到功能属性的信息增殖过程和地
球表层系统在参与功能与认识功能相互作用中的信息增殖过程，则
综合地体现了地球表层系统的进化是信息增殖和熵增的对立统一。
人类社会作为地球表层系统的子系统要在整体进行协调．唯有把连
接高低层次的序参量或信息子，从以人类自身为出发点的序参量调
整到符合地球表层系统各子系统序参量相互作用而形成的综合参数
上，使得人类对地球表层系统的观点只能是协调统一，而不是无止
境地索取和征服。这就是提出确立全球生态文明观的目的。
人与自然的相互作用是一般生物与环境互相作用的最高形式。
生态意识的形成沟通了自然科学和社会科学、物质生产和精神文
化，使文明的进程采取生态发展的新形式。
从日本的梅卓忠夫发表“文明生态史观”(1957)到中国的镀
学森提出创立地球表层学的倡议(1986)，这30年的变化则把全球
视角从人类自身转移到自然、社会综合体的地球表层系统，使人类
与地球不再是可分离的人与桥的实用主义关系。从文明的生态史观
到地球的生态文明观，在深层意义上表明，这不仅是生态意识的大
转变，而且是价值观的转变。
人类出现在地球上约有300万年，由于人类的参与，地球表层
系统逐渐完成了生物过程向人文过程的转变。人类以其智能把个人
的力量巧妙地组合成集体力量与环境进行结合，形成改变地球表层
的巨大物质力量，最终把自然过程与人工过程相结合、自然结构与
社会结构相结合，使地球表层向更有序更复杂的方向发展。现代的
交通与通信使地球已成为一个地球村，这标志着人类已进入信息社
会，已有条件以信息文明的全部成就作为手段对全球生态资源和人
力资源进行有效管理。地球表层系统近400年的变化超越了以前几
十亿年的变化总和。
全球生态环境危机表明，人类智能不单单有把人类从自然环境
中分离出来的趋势，甚至要突破地球的限制，力求控制全球系统。
地球表层因此也发生了明显的变化：
在土壤圈，通过农田耕作、城市扩建、修路建水库等，20％的
陆面改变了表面结构，因而反射率发生的变化，这使地表对太阳辐
射能进行再分布，从而改变了地表的温热状况。
在岩石囤，尽管从地球外壳采掘的矿石总量与整个地球岩层相
比微不足遭，但某些矿物的开采量已占其总蕴藏量的很大比例，甚
至可以改变地球化学循环的自然过程．尤其是采煤塌陷区对地貌形
态的影响，以及石油泄漏和火灾污染往往在某种程度上增大了核冬
天效应。
在水圈，农业灌溉和工业用水，抽取了占地表流量20％的河
水(在一些工业发达地区，甚至超过100％)，地下水的大量抽取
造成了大面积的地面F沉。同时，各种污染物的排放，不仅使几类
失去干净饮用淡水，而且也污染破坏了永生态环境。
在大气圈，由于人为作用使“粗糙”变为“平坦”，改变了蒸
发面积，造成低层大气的湍流，而集中于大都市的热源形成热岛，
增加沉降，改变了地球表层的温热状况。由于经}并活动所排放的温
室气体破坏了臭氧层，产生温室效应，对人类造成紫外辐射症，在
自然造成海平面上升，从而将危及生物和人类生存。尤其是雪面消
融使反射率降低50％，反射率对融面的正反馈机制将加速融雪过
程，进一步使海平面上升；另外，由积雪消融促进冻土层消融，水
分迁移到冻土表层，下部裂缝加大，微生物活跃进而向大气排放更
多的CO2这可使寒区近地面层气温上升4℃，而寒区温热状况对
于全球变化具有重要意义。
地球表层系统的变化表现了人类“征服”自然同时又被自然所
“征服”的辩证过程。可以预言，人类若不及时制止破坏环境的行
为，目前的工业文明必将危及整个人类文明。面对人类的困境，及
早确立全球生态文明观具有伦理意义。
全球生态文明观有一种终极价值，所有的较小的目标都是为达
到它而采取的手段，同时它又是对较小目标进行衡量的标准：人类
与地球表层共存就是生态文明，威胁它生存的就是愚昧，在最低消
耗能量和物质的情况下确保地球表层的信息增殖。全球生态文明观
不是一种绝对的生态平衡观，地球表层只有在非平衡中发展，在混
沌中选择。在信息增殖中进化。这种文明观是一种具有建设性的全
球意识，它跨越自然地理层次、社会功能层次、文化意识层次，形
成社会自然科学的整体化性质，解释人与生物圈、社会与自然相互
关系的本质，并使之符合社会生态过程的综合。
全球生态文明观既不是幻想也不是常规，用生态学创始人海克
尔的话说，它更不是在任何情况下可以转换或抛弃的主观奢移品，
不是超自然的东西，而是人类继续生存下去的客观需要，是出于实
在和生命本性的恩赐。
为了地球表层系统的协调，我们把生态文明观当作影系统提出
来。地球表层影系统的形成和发展，决定着人类的发展方向、决定
着人类的自我超越。因为，由于生产力规模的增大，某一个国家和
地区进行改造自然的措施，都可能涉及其他国家的生态条件，甚至
可能影响到整个生物囤，这种跨区域性的污染事件时有发生，可见
生态问题在全世界范围内都处于较高的地位。因此生态命令是一个
超越国家和地区以及阶层和集团的绝对命令!在这一绝对命令F，
应建立全球性的“统一战线”，按照全球生态文明观来约束破坏生
态环境的行为、、统一各国和地区对待生态环境的行为模式．用全球
生态文明观把所有的各国人民团结到追求人类与自然协调这一真理
的大旗下，进行不同层次，不同结构的再调整、再组合。实现这一
目的有效手段就是建立世界生态经济的新秩序，其基本特点是减轻
资本主义发展中的马太效应，强调第三世界的持续发展。全球应共
同努力，解决好南北问题，南北贫富的差距缩小不仅是解决穷国的
生存同题。而且是在全球意义上通过保护热带雨林维持全球正常化
学循环、控制温室效应，进而保证全人类生存的大问题。随着人娄
对自然资源的开发，国际社会必须投入资金保护自然，进行补偿，
该补偿的强度和有效性务必保证使生态潜力的增长高于经济的增长
速度。可持续发展的生态文明观念是由西方发达工业国家最先提出
的，因为这是支撑其经济增长和维持高福利政策所必需的外部环
境。对于发展中国家来说，可持续发展的生态文明观念更加重要．
因为它使贫困地区能够在现有资源环境条件下缓解人口膨胀压力．
降低高投入低产出资源环境成本，确保在实现现代化之前不致于使
生态环境全面崩溃，保留着持续发展的可能性。
全球生态意识的普及仅靠少数启蒙思想家的努力是不够的，生
态意识的确立应该是全社会的深层思想运动。自然科学家应该自觉
地将研究方向与人类生存和生态保护相联系，逐渐从对人类行为的
真理性评价转移到生态价值评价上来，建立可操作的生态价值评价
指标体系；社会科学家应该努力使生态文明成为一种具有建设性意
义的人类文化传统；决策者的生态意识会自觉地通过政策、法令的
实施而形成具有操作性的生态保护规范。从生态意识到人类自觉地
保护生态环境的行动，这需要数代人的努力。
文化信息是在人对自然的认识和改造过程中形成的，其概念范
畴都可以看作是文化信息的产物。信息模式的积累、重组、增殖，
形成了人们对自然认识的信息范型。信息范型的实现过程，就是人
类改造客观世界的实践过程，信息范型的发展和更新，则反映了人
类社会的不断进步。
文化信息是结构信息被人脑加工、重组为带有人的主观意志的
信息。这个转化过程本身也是一个信息增殖过程，该过程得以实现
的基本条件是人类劳动。
文化信息得形形成的根本途径是人脑的思维过程。思维按照人
脑中已存贮的信息模式对输入信息进行选择、加工、重组、交换，
把它表现在抽象的概念中，成为反映客体的本质和规律的文化信
息。
’ 文化信息增殖的必要前提是相对独立的存贮信信息的存在，即
人脑的存贮信息和体外的信息库。人一方面通过自身实践积累和存
贮信息，另一方面从体外信息库中获取信息。
文化信息增殖速率，不仅取决于思维对信息的加工能力，而且
取决于传递、交流信息的手段，电子计算机的发展使存贮和处理大
量信息成为可能，人类智能和人工智能的结合使信息增殖有了更广
阔的前景。
信息增殖范型是人类文化信息在其交换过程中有效组合，不断
复制、重组，产生增殖的进化模式，它把人们的精神世界沟通起
来，使他们能够相互理解，并制约着人们的思维方式及实践方向。
人类在形成信息增殖范型的过程中实现着社会进步。
一种信息增殖范型当其还能接纳消融新的文化信息时，新信息
的增加并不会使它发生根本改变。只有当原有的信息增殖范型已无
法容纳信息模式时，一种新的信息增殖范型的建立才有可能。
人类正是在改造自然的实践过程中．不断接受信息，并转化为
文化信息，重组为一定的信息增殖范型，形成认识世界和改造世界
的理论和方法。进而又通过反馈调节，不断地修正、补充、更新信
息增殖模式，然后在实践中转化为具有新的结构信息的人工自然，
满足人类自身及其环境的需求。因此，可持续发展的核心是能否确
保人类及其支持系统处于信息增殖状态。
最先提出关于生物圈进一步发展途径的是B N维纳茨基
(1952)，他认为整个地球的全部都与活物质生命有关。也有文献把
活物质生命称为生物态，认为生物态的出现从微观和宏观上改变着
整个地表自然界。著名的盖娅假说，则把整个地球当作一个活的有
机体对待。洛夫洛克(1969)认为地球的运作由某个强大的自我调节
在起作用，世界是一个整体系统，其中海洋、天空和生命互相转化。
现代达尔文主义在自然选择学说的基础上吸取非达尔文主义进
化概念中的合理因素，统一了宏观进化机制，证明了超物种进化的
基本规律是在物种种群层次上起作用。人类的出现是生物进化规律
逐渐被社会发展规律代替的时代，无论是生物进化还是选择都没有
决定人类的发展，只有人类为实现经济活动的集约化与合理化而创
造的技术前提才导致了新的生态形势，破除了人类中心主义的幻想，进化再一次回到生物圈中心主义。正是在这样的高度。B N
维纳茨基把由科学的智慧管理下的人类生存环境称为智慧圈．这一
思路的集中概括是其人类自养性观点，即主张依靠科学创造新能
源、合成材料和食品，形成人类活动的封闭系统，提出一条几类返
归相对不依赖生物圈的特殊生物的大胆途径。可以说设在美国亚利
桑那州沙漠中的“生物圈2号”是B.N维纳茨基智慧圈理论的物
化，同时是这种人类自养性观点的具体体验。
美国学者里夫金将克劳修斯的宇宙热寂说用于地球系统的经济
分析，指出人类文明与环境系统熵增的对立关系，否定了人类自养
性观点，提出了“熵”的世界观。该观点认为所有的人类活动都逃
不开熵增法则，按照这种法则，经济活动投入的是低熵的质能，向
环境产生的是高熵的质能。地球基本上是一个与外界只有能量交换
而无物质交换的封闭系统，纵然有大自然的循环，整个地球系统也
是熵增加的。
将上述两种观点相比较可看出，智慧圈理论是以达尔文生物进
化论为基础，从简单到复杂趋向发展而成的，并依据牛顿的机械
观，认为人类知识及力量完全可以控制整个世界的进化。智慧圈理
论停留在生物进化的世界表层，看不见物质系统熵增加的热力学机
制而盲目乐观，导致了无限的个性解放，加速了人类对自然界的索
取，造成了经济活动中把拚命地掠夺自然作为工作效率的最高准
则。“熵”观点则把热力学第二定律发展成一系列完整的思想．虽
然借鉴了普里高津的耗散结构理论。但无限扩大地把一切生物、社
会活动均纳入热力学的范畴，停留在能量变化的简单层次上，无视
社会文明将逐渐改变人类与自然界互相作用方式而无限悲观，使得
人类在心理上处于工业发展所带来的热寂阴影笼罩之中。
1．地球表层的生态紊乱是资本主义生产方式下工业文明的产
物。是导致全球危机的根源 ，
地球表层是抚育生命的摇蓝，是人类的发源地，其生态紊乱与
否对全球生命系统有着举足轻重的地位。地球表层实际起着通过人
类影响全球系统的“变换器”的作用。在历史上，社会的进步总是
与生态退化相关联的，影响与改变自然而使社会经济迅速发展的模
式，带来了3次生态紊乱：
第1次地球表层系统的生态紊乱冲击了农业文明。干旱区是地
球表层系统的生态脆弱带，其生态紊乱使干旱区牧民的扩张往往冲
击农业文明。
第a次地球表层系统的生态紊乱冲击了工业文明。发端于200
多年前的工业革命，先后使蒸汽机、电动机进入生产领域，扩大了
人类对自然资源的加工能力，满足机器的吞吐量成了工业文明的最
高宗旨。生产力迅速发展与地区性资源相对不足的矛盾则造成了生
态危机。一次大战和二次大战是以宗教纠纷和殖民主义扩张的形式
而表现出来的地球表层生态紊乱，它使当时的工业文明受到巨大冲
击。
可以预言，第3次地球表层系统的生态危机将以全球规模冲击
信息文明，并对工业文明造成毁灭性的打击，目前正初露端倪。勿
庸置疑，所谓非洲难民问题等，只不过是第3次生态紊乱的一个表
现而已。
如果说采集——共同进化方式，和生产——非共同进化方式。
是社会与自然相互作用过程中自发形成的，那朱今天则要求用世界
范围的受控发展取而代之。这就是寻求第3种社会与自然相互作用
方式，即把采集型经济的生态优点与生产型经济的优越性结合起
来。
生态型技术悲观主义是工业文明绝望的反思。生态型技术悲观
主义以人性与自然相统一为出发点．以全球问题和人类困境为核心
来揭示当代生态危机与世界危机，通过对传统的工业生产方式的批
判进而要确立一种全球意识和全球战略，这是一种期望世界走出…
境的良好愿望。然而从总体上看，生态型技术悲观主义缺乏对于地
球表层进化的信息增殖意义上的理解，悲观有余而缺乏建设性，人
们如果完全按照这一观点改造现行经济体制，则无异是从与“持续
发展”相反的方向上走一条全人类自杀的道路。
面对传统工业生产方式所造成的地球表层系统生态危机，人类
智能也逐渐走上了正确理解生态危机实质的道路。逐渐认识到造成
生态危机一个主要原因在于人类社会为获得、分配和消耗那些通过
人类劳动从地球资源所得到财富时采取的方式。伴随着贫困国家和
地区的债务偿还以及发达国家向落后地区的投资，一些污染较重的
工业转向贫困地区，因此输送了生态危机。另一个主要原因是落后
的生产方式不足以养活众多的人口加上封建的管理意识减少了生态
保护费用，使得生态环境缺乏必要的管理；而资本主义高消费观导
致的侈奢性浪费则又超出地区性的生态承载力。只有确立生态文明
观和提高民众的生态意识才能变成自觉的生态保护行动。
2对200年来的传统工业文明的剖析
生态危机是文明没落的深层根源，人类是在付出了惨重的代价
后才认识到这一点的。垦殖型生态危机使许多农业文明没落，比较
典型的例子有黄河中游流域农业文明、美索不达米亚文明。工业代
谢型生态危机使许多工业文明没落，这主要是地区性资源相对不足
和环境污染所造成的。工业文明逐渐转向资源丰富、生态环境容量
大，自然生产力高的地区已成不可抗拒的趋势。如果人类对生态危
机再没有进一步的认识，第五次产业革命所带来的信息文明也将会
受到冲击。
信息增殖意义上的全球生态文明观确立，是现代科学技术、经
济、哲学发展的必然结果。为了确立全球生态文明观．有必要对历
史形成的科学、哲学、经济、文化进行再认识。
工业文明的兴起是以地球表层系统生态环境退化为代价的。换
言之，世界生态环境退化是传统科学、技术、哲学、经济学和文化
的必然结果。传统科学强调分析，但那不过是自然界能够用数量表
示的那一部分；所谓因果解释，也往往导致把自然界的丰富性、多
样性、联系性完全归结为简单的符号和公式，至于和动机、情感、
道德等和价值观相关的东西却视而不见。由于缺乏具体科学间及科
学与哲学的联盟，更重要的是由于缺乏经济学与生态学的联盟，也
就是缺乏整个人类知识的共同体．所以无法得到对世界的整体性认
识。传统西方分析哲学把人与自然分割开来，通过逻辑和抽象的思
维，把主体与被认识的客体分离开来，从而把人类推到自然的对立
面，强调的是一种人类对自然的征服。传统文化是一种人类中心主
义的高熵文化，以追求最大的经济效益为目的。这种不与生态环境
协调的传统文明是和保持地球表层系统信息增殖的生态文明观背道
而驰的。
传统的自然科学缺乏与地球表层的生态联系。牛顿力学的实物
中心论使得人们对唯物主义的理解狭义化，直到出现了系统科学，
才使人们有可能用系统观点开明地思考生态危机现象。因为牛顿力
学观使得在生物学中人们试图几乎全部运用分子生物学的成就来取
代达尔文主义。只是到被称为物理学中第3次革命的混沌理论的提
出，人们才认识到在确定性的宏观系统内部反而出现了内在随机
性。现代物理学与生物学的联盟，使生态学的突破成为可能(可以
预言，以系统科学为基础的非线性生态学是未来生态学的发展方
向，因为它使物理世界和生物世界达成了统一)；生态学与经济学
的联盟，使自然再生产与商品再生产达成统一。然而，今天以传统
科学为基础的生产力构型还未发生根本的改变，只有将生产力构型
建立在系统科学与生态学联盟的基础上，自然科学才能与地球表层
系统生态进化产生有机的联系，才能克服物质生产的发展与生态危
机的降I临这对矛盾。
西方科学的“分析”特征，使人类一再丧失与地球表层协调的
机会。在逻辑和分析哲学的基础上发展的计算机技术将处理我们的
各种问题。人脑被逐渐纳入计算机的系统之中。由于人类生态系统
的信息增殖，使我们进入了以第五次产业革命所标志的信息文明时
代，尤其是“信息高速公路”的连通，已经为我们对全球生态环境
的综合管理提供了必要的手段。全球生态管理的信息化正从整体上
引导着世界经济和社会发展的进程。
历史表明，由于把注意力集中在不同价值观念上，不同的时代
或不同的社会形态则实现了不同的发展。经济追求最大利润准则使
人类在地球表层系统中无视生态危机，各种经济学家都给增长理论
以重要位置，把增长和发展看成是相似的。我们说增长仅仅是发展
的必要条件，但不能代替作为地球表层整体进化的必要条件。发展
不当，将因增长而使社会和生态付出代价。因此．应该减少耗费物
流通量和能流通量，使增长的生态耗费服从于社会目标，这样即使
增长缓慢，也还可以有余地把重点放在管理工作的发展上，得到即
信息增殖。
为了保护地球表层，传统的经济学必须接纳生态经济学，也就
是生态学与经济学的结合，经济再生产与自然再生产的统一。从深
层意义上说，文化往往是经济运行方式的潜在背景，人类中心主义
的高熵文化是地球表层退化的根源。
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生态文明专著>>《生态文明观与中国可持续发展走向》